Hoorcolleges week 3: Circulatie, hemodynamiek en ischemie Flashcards
Wat zijn de belangrijkste functies van het bloedvatenstelsel?
Transport van voedingsstoffen en afbraakproducten
Warmtetransport
Doorgeven van krachten/druk
Snelle chemische signalering (hormonen en neurotransmitters)
wat zijn fysieke kenmerken van het circulatiesysteem?
Gesloten systeem: pompt in rust 5 l/min, bij sporten zo’n 25 l/min
Goede verdeling over organen (zo’n 100.000 km aan vaten)
Grote drukverschillen 80-120 mmHg
Pulserende flow vs. continue flow
Flexibele elastische buizen (geen starre)
Bloed is heterogene vloeistof met viskeuze eigenschappen
Hoge perifere weerstand
Bloedvolume 6L en 65% in veneuze systeem
uit welke 2 pompen bestaat hat hart van zoogdieren?
Linkerventrikel + linkeratrium (voor grote circulatie met hoge druk doordat de weerstand van bijv. organen groter is)
Rechterventrikel + rechteratrium (voor kleine circulatie met lagere druk doordat de weerstand van de longen kleiner is)
hoe kan het bloed stromen?
Druk (te groot begrip, betekent meer: kracht loodrecht op object boven eenheidsgebied)
Daarom: vloeistofdruk: kracht die per oppervlakte-eenheid op een object in de vloeistof wordt uitgeoefend (bijv. afbeelding van alle kanten druk op een bal in een bak (hoe dieper de bal hoe meer druk))
- Andere componenten zijn: zwaartekracht, versnelling en krachten die van buitenaf komen
wat is de Wet van Pascal en wat geldt er bij deze wet?
p = rho (p) * g * h (eenheden in afbeelding)
Er geldt:
- Vloeistof oefent even grote druk uit in alle richtingen
- Druk in een horizontaal vlak is overal gelijk
- Druk neemt wel toe met de diepte
- Gaat over een hydrostatische druk
Dit betekend dus ook dat in het lichaam de druk in het hoofd veel lager is dan in de voeten
wat is het verschil tussen flow en snelheid en wat is het verband ertussen?
Flow (F) = volumestroom per seconde, maat voor de hoeveelheid vloeistof per tijdseenheid in m^3/s –> berekenen met: F = A (opp.) * l (lengte) / t (tijd)
Snelheid (v) = snelheid van een deeltje in m/s (hoeveel afstandsverplaatsing in een bepaalde tijd (1 seconde))
Verband is: F = v * A
Wat zegt de continuïteitsvergelijking en wat kun je er mee?
Ervan uitgaan dat het een gesloten systeem is (dus kijkend naar alle arteriolen of alle capillairen) zonder verliezen: Flow in = Flow uit, er geldt dan (zie ook in afbeelding):
- Bloed is incompressibel (volume veranderd niet): L1 * A1 = L2 * A2
- Per tijdseenheid geldt dan: L1 / t * A1 = L2 / t * A2
- Volumestroom (flow): F1 = F2 = constant
- En (l/t)=v geldt dus: v1 * A1 = v2 * A2 = constant
Een vat wat zich opsplitst in 2 vaten heeft dus een even grote flow als de twee vaten na splitsing opgeteld
–> Als A (opp.) doorsnede vat toeneemt, daalt snelheid en dus daalt flow
Wat is de verhouding tussen de bloedsnelheid en de vaatdoorsnede?
Doorsnede neemt af –> snelheid wordt groter, volgens de continuïteitsvergelijking want het is een gesloten systeem
Niet te maken met de weerstand van de vaten. Vertakken van vaatjes zorgt voor een veel lagere stroomsnelheid in capillairen (zie afbeelding).
Wat is de Wet van Bernoulli (wet van behoud van energie), uit welke onderdelen bestaat deze en wat kun je er mee?
p + 1/2 x rho x v^2 + rho x g x h = constant
- p = pomp energie: drukopbouw hart
- 1/2 x rho x v^2 = kinetische energie (bewegings- en stromingsenergie)
- rho x g x h = potentiële energie
Je kijkt over een lokale situatie
Voorbeeld in afbeelding: snelheid hoger door stenose, dus p moet dalen om Bernoulli constant te houden
Wat is viscositeit en wat heeft dit met het plasma-skimming effect te maken?
De weerstand tegen glijden wanneer 2 lagen vloeistof tegen elkaar schuiven
- In een buis zorgt dit voor een snelheid aan de randen van ong. 0 en in het midden het hoogste. Bijv. bloedcellen zullen in het centrum van de bloedbaan stromen en hierdoor relatief minder erytrocyten in een vertakking schieten –> plasma-skimming effect (oorzaak is laminaire stroming bloed)
- Stroop hoge viscositeit, water lage viscositeit
welke 2 verschillende soorten flow heb je?
Laminaire flow:
- Volgt wet van Poiseuille
- Je hoort geen geruis in de stroming
- Bloeddeeltjes stromen axiaal (plasma-skimming effect –> vertakking kleinere concentratie erytrocyten dan hoofdbuis)
Turbulente flow:
- Bijv. bij een vernauwing in een vat, hierdoor gaat het bloed na de vernauwing gek stromen of bij een vernauwing op grotere afstand van een vat
- Ontstaat bij systole en inspanning
- Korst extra druk
- Met stethoscoop geruis hoorbaar
wat kun je met het getal van Reynolds?
Als Re < 2000 dan stroomt het bloed laminair, als Re > 3000 dan stroomt het bloed turbulent –> blijft wel een soort schatting (empirische formule: verschil niet heel precies)
Formule: Re = (2 * r * v_gem * rho) / (viscositeit)
Met r = straal vat, v_gem = gemiddelde stroomsnelheid, rho = dichtheid vloeistof
Wat zijn de negatieve consequenties van turbulentie (turbulente flow)?
Optreden van vaatgeruis
Vaat trilling voelbaar
Energieverlies –> hart moet harder pompen
Beschadigingen vaatwand en bloedplaatjes
Trombosevorming (vaak in de benen)
wat is het voordeel van turbulentie (turbulente flow)?
Je kunt er een bloeddrukmeting mee doen en iemands bloeddruk vaststellen:
Manchet oppompen tot boven de bovendruk –> leeglopen tot het bloed turbulent gaat stromen, je hoort geruis (bovendruk systole bereikt) –> leeglopen tot je het geruis niet meer hoort, bloed stroomt dan laminair (onderdruk systole bereikt)
Wat is de Wet van Poiseuille (vaatweerstand)?
Alleen stroming (F) als er drukverschil is: p_1,gem - p_2,gem = R * F (alleen bij laminaire flow)
- Weerstand te berekenen met formule in de afbeelding (in serie: Rtotaal=R1+R2+etc. en parallel: 1/Rtotaal=1/R1+1/R2)
Waardoor wordt de gemiddelde druk bepaald en wat is de druk in de grote en kleine circulatie?
p_gem bepaald door:
- Cardiac output, F = deltaV * f (slagvolume * frequentie)
- Perifere weerstand R (in serie: Rtotaal=R1+R2+etc. en parallel: 1/Rtotaal=1/R1+1/R2)
Druk voor organen hoog, na organen laag en drukverval arteriolen het grootst door wrijvingsverliezen
wat is compliantie?
Heeft te maken met de rekbaarheid van de aorta (is elastisch en zet uit bij snelle vullen om bloed op te slaan) –> meer rekbaarheid = hogere compliantie
Formule: C = deltaV / (p_s - p_d) bij een hartslagfrequentie (f) en per slag deltaV mL in de aorta
Begin terugveren en begin uitzetten aorta = pulsdruk (drukvariatie op 1 plaats) = P_systolisch - P_diastolisch
wat is het effect van compliantie bij ouderdom?
Compliantie neemt af als je ouder wordt –> weinig elastische arteriewand –> bij eenzelfde hoeveelheid volume verandering een veel grotere drukverandering –> hart moet harder werken
Wat gebeurt er met de pulsdruk als…
- Je de trap oploopt (inspanning)
- Er een vaatvernauwing is
- Als de aortaklep lekt ?
Bij inspanning stijgt de hartfrequentie –> stijgt de p_gem –> pulsdruk blijft gelijk
Bij vaatvernauwing stijgt p_gem (wet van Poiseuille) –> pulsdruk blijft gelijk
Bij aortaklepinsufficiëntie daalt p_gem –> pulsdruk daalt ook
Wat zijn de formules om de cardiac output, bloeddruk en flow van een orgaan te berekenen?
Cardiac output = hartfrequentie * slagvolume (HMV/ CO= HF * SV)
Bloeddruk = cardiac output * totale weerstand (BP = CO * R_totaal)
Flow orgaan = bloeddruk * weerstand in een orgaan (F_orgaan = BP * R_orgaan)
–> als alle organen open staan –> bloeddruk zakt –> AZS moet voorkomen dat hersenen onvoldoende zuurstof krijgen (daarnaast ATP productie ook afhankelijk van O2)
Welke onderdelen zorgen ervoor dat de bloeddruk constant wordt gehouden?
Baroreceptoren: meten als de bloeddruk zakt in de aortaboog en a. carotis –> vuren minder –> remmende invloed brein –> sympathicus ingeschakeld –> BP omhoog (wel op langere termijn minder gevoelig)
## RAAS: geactiveerd in de nier –> houdt vloeistof vast –> verhoogt perifere vaatweerstand –> BP omhoog (nieren werken goed op lang termijn)
Wat zijn oorzaken van (primair en secundair) pompfalen?
Primair hartfalen: aandoening van het myocard
- Myocardinfarct
- Myocarditis (ontsteking hartspier)
Secundair hartfalen: gevolg overbelasting hartspier
- Drukbelasting door hoge bloeddruk
- Volumebelasting door bijv. lekkende mitralisklep
Wat gebeurt er bij een myocardinfarct (hartinfarct) met de contractiliteit, slagvolume, cardiac output, BP, preload, etc.?
- Contractiliteit neemt af –> hierdoor nemen ook slagvolume, cardiac output en bloeddruk af
- Dit activeert (via baroreceptoren) het autonome zenuwstelsel, 4 dingen:
a. sympathicus stimulatie –> preload, hartfrequentie en R_perifeer stijgen –> venoconstrictie (adrenerge systeem (vooral a1 en ook a2) met noradrenaline) –> probeert ook contractiliteit te verhogen (activatie bèta1-receptoren)
b. parasympathicus stimulatie minder –> venoconstrictie neemt toe om preload toe te laten nemen
c. RAAS systeem zorgt voor vasthouden vloeistof –> verdere stijging preload (duurt langer en geeft soms klachten)
d. excentrische remodellering hart: hart neemt toe in omvang –> hartspiervezels gaan verwijden en langer worden (lengte hypertrofie) –> ventrikel wanddikte neemt toe
Waardoor kunnen we bij een myocard infarct eerst compenseren, maar gaan we hierna decompenseren (falen)?
Neurohumorale activatie: niet bestemd voor lange activatie
bèta-receptor: gevoeligheid en dichtheid nemen af (bèta-remmers kunnen dit voorkomen)
RAAS-activatie: zorgt ook voor hypertrofie (ACE-remmers remmen dat systeem)
Inflammatie: cytokines, TNFa: celdood (ontstekingsremmers werken niet)
Remodellering:
Doorbloeding minder goed
Cardiomyocyten veranderen van functie: Ca2+ huishouding verstoord, disfunctie contractiele apparaat
Veranderingen ECM (collageen)
Pathologische signaaltransductiepaden
Wat gebeurt er bij een aortaklepstenose (minder uitstroom ventrikel)?
- Druk LV omhoog –> ventrikel langer contraheren dan relaxeren –> drukverschil neemt toe –> afterload neemt toe
- Pompfunctie neemt af –> slagvolume daalt –> eind systolisch volume neemt toe –> toename preload –> verdere toename afterload (Bij toename preload, ook toename straal –> volgens T(spanning) = (p x r)/2 neemt ook spanning toe –> dus afterload neemt ook toe) –> slagvolume daalt –> HMV daalt (HF x SV=HMV) –> bloeddruk daalt
- Echter toename afterload –> groter slagvolume –> kleine afname afterload (niet genoeg voor bloeddruk daling) –> activatie AZS
- Een dalende bloeddruk zal zorgen voor:
a. Stijging afterload
b. Stimulatie RAAS-systeem en AZS: nieren houden vocht vast (vochtbalans bij mensen met chronisch hartfalen niet goed –> vocht in hart om preload en slagvolume omhoog te krijgen)
c. Stimulatie sympathicus: stijging hartfrequentie en stijging contractiliteit (beide via bèta1-receptor en noradrenaline en daarna cAMP (second messenger in myocyt)) en ook meer vullen ventrikel d.m.v. veneuze constrictie (alfa1-receptor) (ventrikel meer gevuld in diastole), ook neemt R_perifeer af (alfa1 en alfa2-receptoren) door vasoconstrictie
d. Stimulatie parasympathicus: stijging hartfrequentie (door acetylcholine)
e. remodellering hartspier: LV wand dikker maken om wand stress (spanning per oppervlakte) te normaliseren –> hart steeds verder dilateren
welke nieuwe vorm van hartfalen is er ook?
Diastolisch hartfalen
- Het hart kan wel uitpompen, maar hij wordt dikker en stijver en vult niet goed
- Meer bij vrouwen dan bij mannen
- Ontstaat bij o.a. hypertensie, diabetes, chronische nierschade en vooral obesitas
- Niet duidelijk of het een heterogene groep is –> werking van medicijnen dus niet duidelijk
Wat is de fenotypische diversiteit van gladde spiercellen?
Gladde spiercellen hebben meerdere functies, zoals:
- Samentrekken en ontspannen (contractiel)
- Synthetisch (remodellering)
- Fagocytose
Wat is de cardiac output in rust en in beweging en hoe is de verdeling van de cardiac output over de organen in het lichaam?
In rust 5 l/min en bij inspanning tot zo’n 25 l/min
- In rust: Hart 250 ml, GI 1,25L, nier 1L, bot 250 ml, brein 750 ml, huid 250 ml en spieren 1L
- In beweging: Hart 1L, GI 1,25L, nier 1L, bot 250 ml, brein 1L, huid 250 ml en spieren 20L (enorme stijging hart en spieren)
Zie afbeelding voor de verdeling van het bloed over de organen in percentages
hoe wordt de bloedstroom gereguleerd in de vaten?
Door de arteriolen en venen, deze hebben een laag gladde spiercellen (capillairen niet)
Capillairen hebben sphincters (kleppen) bij hun ingangen (arteriolen), als deze dicht zijn zal het bloed rechtstreeks van de arteriole naar de venule lopen –> als ze open staan loopt bloed het capillaire netwerk in
Pericyten: cellen rondom capillairen die kunnen samentrekken (wat wijder verspreid), ze kunnen capillairen op een ander niveau dichtzetten (hebben ook contact met elkaar)
hoe wordt de bloedflow per orgaan gereguleerd?
Neuraal: via de sympathicus (adrenerge regulatie met alfa- en bètareceptoren) en via de parasympathicus (NO gemedieerde dilatatie –> voornamelijk in de hersenen) –> zorgt dat R_perifeer en veneuze return stijgen
Lokaal: myogeen mechanisme (rekgevoellige kanalen), metabool mechanisme (behoefte doorstroming –> pO2, pCO2 en adenosine) en endotheel gemedieerd mechanisme (flow –> dilatatie (NO, EDHF of PGl2) of constrictie (ET, EDCF1 of EDCF2)
Welk effect heeft de activatie van de sympathicus in de verschillende vaten?
…
Als het systeem dus onder druk staat –> transport is beter –> preload en afterload groter –> brandstof beschikbaar en stolling geactiveerd
Waarvoor zorgt activatie van de sympathicus in verschillende weefseltypes (vasoconstrictie of vasodilatatie)?
Stuurt de algehele vasoconstrictie (lokale factoren kunnen hem overrulen), erg weefselafhankelijk, vasoconstrictie bij activatie alfa1- en alfa2receptoren en vasodilatatie bij activatie bèta2-receptoren, effect op weefsels:
- Hartslag omhoog
- Lever geeft glucose af
- Dilatatie bronchiolen
- Dilatatie pupillen
- Spijsvertering lager
- Blaas ontspannen
- Verhoogde perifere weerstand (door vasoconstrictie in de huid)
- Verhoogde veneuze return
- Nauwelijks effect op hersenen of hart
Hoe weet je welke factor het meeste de bloedflow reguleert per soort vat?
…
Je ziet dat de verschillende factoren in verschillende vaten meer of minder belangrijk zijn (bijv. sympathicus veel invloed op grotere arteriolen, maar metabole dilatatie belangrijker in kleine capillairen)
wat is autoregulatie?
Bloedflow constant houden ondanks de verschillende bloeddrukken
- Zorgt ervoor dat niet belachelijke hoeveelheden bloed in 1x door de vaten gaan
- Tussengebied tussen vasodilatatie en vasoconstrictie
Bij een ziek bloedvat: bloed gaat alleen naar het goed doorstromende bloedvat (bifurcatie) –> arteriolen gaan open staan na de stenose –> bloed gaat zich beter verdelen
wat zijn de basisprincipes van de regulatie van de perifere circulatie?
Arteriolen hebben de grootste bijdrage aan de vasculaire weerstand
Atherosclerose vooral in proximale geleidingsvaten (grote arteriën) –> nauwelijks effect op bloedflow voorbij stenose zolang arteriolen compenseren met dilatatie –> bij verdere vernauwing zijn arteriolen komt capaciteit tot flow verhoging door O2-behoefte in gevaar
Als vasodilatatie capaciteit maximaal benut is kan bloedflow in rust voldoende zijn, maar tijdens inspanning leiden tot ischemie
wat is de coronaire flow reserve?
Hoeveel extra bloedflow je kunt krijgen bij inspanning –> te zien in de grafiek
- Extra bloedflow resultaat van autoregulerende capaciteit tot vasodilatatie van de arteriolen in respons op een toename in O2-behoefte of op farmacologische middelen
- Uitgedrukt als verhouding tussen Flow_max/Flow_rust: 4/1 tot 5/1
- Sterke stenose beïnvloed flow bijna niet (vasodilatatie arteriolen) (pas bij zo’n 50% kan maximale flow niet meer behaald worden en in rust klachten bij 90%) –> CFR zegt dus iets over chronische vasodilatatie
hoe verloopt het contractiemechanisme van de gladde spiercellen?
Dwarse actine- en myosine filamenten (niet gestructureerd)
Intermediaire filamenten (dwarsverbindingen die beide kanten van de cel met elkaar verbinden) hebben knooppunten: dense bodies
Dense bodies hebben alfa-actines waar actinedraden aan vastzitten en tussen dense bodies een netwerk van myofilamenten en actinefilamenten –> bij contracties dense bodies dichter bij elkaar in een intermediair filament
Hartspiercellen met elkaar in contact door intercallairlijnen: hierin gap-junctions en desmosomen
hoe verloopt de cross-bridge cycle bij gladde spiercellen?
Snelheid ATP-gebruik veel lager –> cross-bridge cycle veel lager tempo
- Actine-myosine interactie nog steeds o.i.v. calcium
Calcium komt van buiten (belangrijk) of uit SR –> Calcium bindt aan signaalmolecuul calmoduline –> activeert myosin light chain kinase (MLCK) –> fosforyleert zelf myosin light chain (MLC) –> in gefosforyleerde toestand wordt myosinekop gemodelleerd voor interactie met actine
Bij wegvallen calcium –> calcium valt van calmoduline af –> MLCK geïnactiveerd, fosfatase nodig om fosfaatgroep van MCK af te krijgen (kost ATP)
op welke manier kan calcium de gladde spiercellen inkomen?
- Ca2+ influx door een Ca-kanaal in caveolae (vergelijkbaar met T-tubuli)
- Agonisten via G-eitwitten die IP3 geven
- Ca2+ influx activeert RyR –> meer Ca2+ release via CICR (calcium induced calcium release) EN IP3 bindt aan Ca-kanalen in SR –> vrijgeven Ca2+
- STIM1 heeft een directe koppeling met het sarcolemma –> laat Ca2+ in het cytosol toe voor opname in SR via SERCA
Hoe verloopt de regulatie van de vaattonus direct via de gladde spiercel?
Contractie:
- Via sympathische (alfa-adrenerge) stimulatie: met noradrenaline via ligand gekoppelde receptoren of second messengers (IP3)
- Via rek myogeen effect: vat neiging tot contraheren bij oprekking –> K+-kanalen dicht en membraanpotentiaal omhoog –> depolarisatie –> intracellulair [Ca2+] omhoog
- Angiotensine II: zorgt voor samentrekking van gladde spiercellen
- ADP: bijv. geactiveerde bloedplaatjes scheiden thromboxaan uit (bij een wondje nodig voor klontering) –> vasoconstrictie
- Endotheline: geeft aanleiding tot contractie
Relaxatie:
- Metabool effect: pO2 omlaag, pH omlaag, pCO2 omhoog, lactaat omhoog en adenosine omhoog)
- ANP (atriaal natriuretisch peptide): hormoon wordt afgegeven door atrium onder druk
