Fysiologie

Voorwerk

1. Inleiding

Samenvatting

In dit hoofdstuk worden het terrein en de werkwijze van de fysiologie als een van de natuurwetenschappen beschreven. De fysiologie bestudeert de levensprocessen van een organisme. Dit hoofdstuk beschrijft het wetenschappelijk onderzoeksproces: het (doen en) beschrijven van waarnemingen en het formuleren van toetsbare conclusies. Dit proces kan aanleiding geven tot nieuwe hypotheses die weer worden getoetst (empirische cyclus). Zo ontstaat een theorie. In veel gevallen maakt een theorie gebruik van een model: een vereenvoudigde afbeelding van de werkelijkheid. Modellen verklaren en verduidelijken niet alleen, ze kunnen ook richting geven aan verder onderzoek.

Marieke van der Burgt, Wim Burgerhout, Jeroen Alessie, Annemieke Houwink

2. Organisatieniveaus

Samenvatting

De processen in een organisme kun je op verschillende niveaus bestuderen. Dit hoofdstuk beschrijft deze organisatieniveaus: molecuul, celorganel, cel, weefsel, orgaan, orgaanstelsel en organisme. Op het moleculaire niveau komt de oplosbaarheid van stoffen in water aan bod: hydrofiele (polaire) stoffen en lipofiele (apolaire) stoffen. De cel en de celorganellen komen aan bod, met een accent op de energiehuishouding en productie van lichaamseiwit. Vanwege de rol bij prikkelbaarheid van weefsels wordt transport van stoffen door de celmembraan besproken: passief transport (diffusie onder invloed van een concentratieverschil en/of ladingsverschil tussen de ruimte in de cel en daarbuiten) en actief transport (door een pompmechanisme of blaasjesvorming). De twee soorten celdeling (mitose en meiose) en de bouw van weefsels met en zonder celtussenstof worden besproken met het oog op groei en ontwikkeling en weefselherstel.

Marieke van der Burgt, Wim Burgerhout, Jeroen Alessie, Annemieke Houwink

3. Homeostase

Samenvatting

Dit hoofdstuk gaat over de processen ten behoeve van de homeostase. Homeostase houdt in dat de samenstelling van het milieu intérieur, de vloeistofruimtes buiten de cellen, wordt gehandhaafd. Dat is voor veel lichaamsfuncties van belang. Prikkelbaarheid van weefsel, voortgeleiding van prikkels, spiercontractie en langdurige inspanning zouden zonder homeostatische processen niet mogelijk zijn. Aan bod komen de verdeling van lichaamsvloeistof over lichaamscompartimenten en de samenstelling daarvan. Om homeostase te realiseren is transport nodig tussen de compartimenten en tussen het organisme en zijn leefomgeving. We bespreken transportsystemen zoals de natrium-kaliumpomp, osmose en diffusie en de regeling van het zuur-base-evenwicht. Regelsystemen voor de homeostase werken via negatieve terugkoppeling, positieve terugkoppeling en vooruitkoppeling. Het zenuwstelsel en het hormoonstelsel maken deel uit van zulke regelsystemen. In deze stelsels worden signalen overgebracht door elektrische prikkels en neurotransmitters (zenuwstelsel) en hormonen (hormoonstelsel).

Marieke van der Burgt, Wim Burgerhout, Jeroen Alessie, Annemieke Houwink

4. Houding en beweging

Samenvatting

Dit hoofdstuk bespreekt de bouw en werking van skeletspieren met het oog op de beroepspraktijk van paramedische studenten. Naast spierweefsel (spieren, fascikels en spiercellen of spiervezels) komen ook bindweefsellagen aan bod (fascie, epimysium, perimysium en endomysium). De sarcomeer als kleinste contractiele eenheid wordt besproken, evenals de rol van de myofilamenten (myosine en actine) en het sarcotubulaire systeem. De excitatie-contractiekoppeling wordt stap voor stap uitgelegd met de fasen van de spiercontractie: excitatie, latentie, contractie en relaxatie. We bespreken het mechanisme van enkelvoudige en tetanische contractie evenals contractievormen en regeling van de spierkracht met het begrip rekrutering van motorische eenheden. De bijdrage van elastische elementen aan spierkracht wordt besproken bij de lengte-krachtrelatie van een spier. We sluiten het hoofdstuk af met informatie over soorten spieren: langzame, tonische of ‘houdings’spieren en snelle, fasische of ‘bewegings’spieren. Ook bespreken wij trainingseffecten en gevolgen van immobiliteit voor spieren.

Marieke van der Burgt, Wim Burgerhout, Jeroen Alessie, Annemieke Houwink

5. Prikkels

Samenvatting

Dit hoofdstuk gaat over het zenuwstelsel als systeem van communicatie binnen het lichaam. De inhoud is afgestemd op paramedische opleidingen. Stap voor stap wordt uitgelegd hoe de rustpotentiaal ontstaat door een combinatie van ionenconcentraties binnen en buiten de cel, verschillen in membraanpermeabiliteit en de natrium-kaliumpomp. Vervolgens wordt besproken hoe na prikkeling depolarisatie en een actiepotentiaal ontstaan en hoe die wordt voortgeleid. Daarbij komen de begrippen drempelwaarde, refractaire periode en saltatoire geleiding aan bod. Tabellen laten de indeling van zenuwvezels volgens Erlanger en Gasser en volgens Lloyd en Hunt zien. De neuromusculaire prikkeloverdracht wordt uitgelegd. Tot slot wordt prikkeloverdracht van neuron naar neuron besproken. Prikkeling van een volgend neuron kan faciliterend of juist remmend (inhiberend) werken. Om een nieuwe actiepotentiaal op te wekken zijn reeksen prikkels nodig (summatie van tijd en plaats). Er wordt uitgelegd hoe op twee manieren inhibitie tot stand kan komen: presynaptisch en postsynaptisch.

Marieke van der Burgt, Wim Burgerhout, Jeroen Alessie, Annemieke Houwink

6. Structuur en functies van het zenuwstelsel

Samenvatting

Het zenuwstelsel regelt onder meer bewegen (motoriek), waarnemen (sensoriek) en de interactie daartussen (sensomotoriek). Daarnaast regelt het zenuwstelsel ook vegetatieve functies zoals de ademhaling en de bloeddruk. In dit hoofdstuk bespreken we de bouw van het centrale en perifere zenuwstelsel met de relevante anatomische termen. We gaan in op de functies van het zenuwstelsel en de onderdelen van het zenuwstelsel die deze functies uitvoeren. Verschillende modellen van het zenuwstelsel worden besproken: het reflexmodel, het kabels- en banenmodel en het hiërarchische of fylogenetische model.

Marieke van der Burgt, Wim Burgerhout, Jeroen Alessie, Annemieke Houwink

7. Sensomotoriek

Samenvatting

In dit hoofdstuk staat de verwerking van sensorische informatie centraal. Die is van belang voor bewust en gericht bewegen en daarmee van belang voor behandeling en training. Er is daarom veel aandacht voor de proprioceptie (waarnemen van houding en beweging) en de zintuigen die daarvoor nodig zijn: de spierspoel, peessensoren en het evenwichtsorgaan. We bespreken de functie van de verschillende sensorische banen naar de hersenen. Schakelingen in het ruggenmerg en de reflexbaan worden besproken. We gaan in op de sensomotorische integratie op verschillende niveaus (archi-, paleo- en neoniveau) binnen het centrale zenuwstelsel. Reflexen staan daarbij onder regie van hogere centra. Motoriek die op archiniveau wordt geregeld, dient voor de lichaamshouding en beweging via ruggenmerg- en hersenstamreflexen. Het paleoniveau regelt de coördinatie van de automatische motoriek en emotionele motoriek. Het neoniveau regelt willekeurige bewegingen en cognitieve functies.

Marieke van der Burgt, Wim Burgerhout, Jeroen Alessie, Annemieke Houwink

8. Regeling van vegetatieve processen

Samenvatting

Dit hoofdstuk is gewijd aan het deel van het zenuwstelsel dat onwillekeurige of vegetatieve functies regelt. Deze stellen het lichaam in staat zich aan te passen aan veranderende situaties: ze zorgen voor homeostase. Het vegetatieve zenuwstelsel bestaat uit twee delen met een tegengestelde werking: het parasympathische en het (ortho)sympathische deel. De parasympathicus bevordert rust, onderhoud en herstel. De orthosympathicus activeert het lichaam, bevordert het leveren van fysieke prestaties en het verbruik van energie. We bespreken de structuur, typen zenuwvezels, neurotransmitters en de invloed van beide stelsels op diverse organen. Vegetatieve reflexen zoals de baroreceptorreflex en mictiereflex. We lichten vervolgens de segmentale bouw van het lichaam en segmentale relaties toe die een verklaring vormen voor onder andere referred pain.

Marieke van der Burgt, Wim Burgerhout, Jeroen Alessie, Annemieke Houwink

9. Gewaarwording

Samenvatting

Dit hoofdstuk gaat over prikkelverwerking in de hersenen. Bewustzijn, pijn, emotie, stress, geheugen en leren komen uitvoerig aan bod, steeds vanuit het belang voor behandeling en training. Bij bewustzijn spelen de formatio reticularis en de opstijgende (ARAS) en afdalende (DRAS) activeringssystemen een rol. We gaan uitvoerig in op primaire en secundaire pijn, pijnvezels en ontstekingsmediatoren, geleiding en verwerking van pijnprikkels op ruggenmergniveau (poorttheorie). We leggen het mechanisme van centrale sensitisatie en de pijnmatrix uit: het netwerk van hersengebieden en banen die betrokken zijn bij pijn. We bespreken de rol van het limbische systeem bij emoties, motivatie en leren. Veel aandacht krijgt stress en de invloed daarvan op andere hersenfuncties. We gaan in op gespecialiseerde functies van de hersenschors: sensoriek, motoriek en executieve functies, lateralisatie van functies en hemisfeerdominantie. Tot slot bespreken we plasticiteit en leren, motorisch leren en herstel na schade in het centrale zenuwstelsel.

Marieke van der Burgt, Wim Burgerhout, Jeroen Alessie, Annemieke Houwink

10. Bloedsomloop

Samenvatting

Dit hoofdstuk gaat over de bouw en functie van het hart- en vaatstelsel. Na bespreking van de bouw van het hart komen de prikkelvorming en prikkelgeleiding van het hart aan bod, de hartcyclus (systole en diastole) en de regeling van het hartminuutvolume (HMV) met het Frank-Starling-effect. Met betrekking tot het vaatstelsel bespreken we de bloeddruk (systolisch, diastolisch) en bloeddrukregeling, stroomsterkte, stroomsnelheid, vaatweerstand en veneuze terugstroom. We leggen de interactie tussen hart en vaatstelsel uit met behulp van de hartfunctiecurve of Starling-curve. We gaan in op de microcirculatie door de capillairen en leggen het ontstaan van lymfe en oedeem uit met behulp van de begrippen hydrostatische en colloïd-osmotische druk. Tot slot bespreken we regelmechanismen voor de doorstroming van het hart, de hersenen, skeletspieren en andere organen.

Marieke van der Burgt, Wim Burgerhout, Jeroen Alessie, Annemieke Houwink

11. Ademhaling

Samenvatting

Dit hoofdstuk gaat over de functies van de ademhaling: het binnen bepaalde grenzen houden van de O₂- en CO₂-concentraties in het bloed en het handhaven van het zuur-base-evenwicht van het interne milieu. We bespreken de achtereenvolgende processen van het zuurstoftransport: ventilatie, diffusie en perfusie. Bij de ventilatie bespreken we de volumes en de drukverschillen waardoor ventilatie ontstaat, dynamische druk-volumecurven en ademarbeid. Daarbij komen de forced expiratory volume in one second (FEV₁), maximale vrijwillige ventilatie (MMV₃₀) en maximale expiratoire flow (MEF) aan bod. We behandelen het gastransport in het bloed, de zuurstofdissociatiecurve, het Bohr- en Haldane-effect. Stoornissen in de ventilatie en ventilatie-perfusieverhouding worden besproken, van belang voor behandeling van mensen met longziekten zoals COPD. Tot slot bespreken we de regeling van de ademhaling en de verstoring van het zuur-base-evenwicht bij stoornissen in de ventilatie.

Marieke van der Burgt, Wim Burgerhout, Jeroen Alessie, Annemieke Houwink

12. Stofwisseling

Samenvatting

Dit hoofdstuk gaat over gebruik en levering van energie. Het lichaam haalt energie uit de voeding door energierijke stoffen zoals koolhydraten, vetten en eventueel eiwitten af te breken. Het hoofdstuk begint met informatie over spijsvertering. De begrippen katabolisme (afbraak met vrijkomen van energie) en anabolisme (opbouw van stoffen met vastleggen van energie) worden uitgelegd. We bespreken de productie van ATP uit afbraak van glucose, glycerol, vetzuren en aminozuren en het ontstaan en de rol van lactaat. De energiewisseling wordt besproken, met het respiratoir quotiënt als maat. Het regelmechanisme van voedselinname wordt besproken met signaalstoffen zoals leptine die daarbij een rol spelen, evenals het metabool syndroom of insulineresistentiesyndroom bij overgewicht. Tot slot komt de temperatuurregeling aan bod: de processen bij warmteafgifte en warmteproductie en het regelend systeem, en het ontstaan van koorts.

Marieke van der Burgt, Wim Burgerhout, Jeroen Alessie, Annemieke Houwink

13. Uitscheiding

Samenvatting

Dit hoofdstuk gaat over de functie van de nieren: het verwijderen van afvalproducten en het handhaven van de samenstelling van het interne milieu (homeostase). We bespreken de drie stappen van urinevorming (filtratie, resorptie en bewerking van gevormde urine) in de nefronen (glomerulus, kapsel van Bowman en tubulus). Nefronen zijn de functionele eenheden van de nieren. De rol van het antidiuretisch hormoon (ADH) uit de hypofyse en aldosteron uit de bijnier wordt besproken. Niercellen produceren renine met een rol in de bloeddrukregeling en erytropoëtine (epo) dat de aanmaak van rode bloedcellen stimuleert. We bespreken de relevante spieren en de zenuwvoorziening die mictie (plassen) en continentie (kunnen ophouden van urine) regelen. Vanwege het belang voor de praktijk bespreken we ook veelvoorkomende soorten incontinentie.

Marieke van der Burgt, Wim Burgerhout, Jeroen Alessie, Annemieke Houwink

14. Beschermende functies

Samenvatting

Het lichaam heeft structuren en mechanismen om zich tegen bedreigingen te beschermen: stolling, barrières tegen binnendringende micro-organismen, aangeboren algemene afweer inclusief een ontstekingsproces, en tot slot adaptieve, specifieke afweer. Bij veel van deze functies zijn bloedcellen betrokken. Over de beschermende functies en bloed gaat dit hoofdstuk. Allereerst worden de drie fasen van het stoppen van een bloeding besproken. We leggen vervolgens de drie verdedigingslinies tegen binnendringende micro-organismen uit. Als eerste linie de fysieke barrières en als tweede de algemene afweer door macrofagen, granulocyten en naturalkillercellen. We bespreken daarbij de rol van signaalstoffen en het verloop van een ontstekingsproces. Tot slot komen de specifieke afweer door B- en T-lymfocyten aan bod (de derde linie) en de wijzen waarop immuniteit kan ontstaan.

Marieke van der Burgt, Wim Burgerhout, Jeroen Alessie, Annemieke Houwink

15. Inspanning

Samenvatting

Dit hoofdstuk biedt inzicht in de processen bij inspanning. Eerst bespreken we de energielevering, het zuurstofverbruik bij inspanning en de informatie die het respiratoire quotiënt geeft over de verhouding koolhydraat-/vetverbranding. Vervolgens bespreken we de toename van het hartminuutvolume en veranderingen in de perifere weerstand, de bloeddruk en de verdeling van de bloedstroom. Er is aandacht voor veranderingen in de ventilatie en de O₂-opname en CO₂-afgifte en voor de temperatuurregeling bij inspanning. We besteden veel aandacht aan (het meten van) belasting en belastbaarheid. Bij de ergometrie (meten van arbeid of vermogen) bespreken we het maximale vermogen en het maximale zuurstofverbruik (V̇O₂max). Bij de maximale duurprestatie gaan we in op de lactaatdrempel en mythes over lactaat. Actuele inzichten over vermoeidheid worden gepresenteerd. Trainingsprincipes en trainingseffecten komen aan bod, evenals aerobe en anaerobe trainingsmethoden. Tot slot bespreken we de gevolgen van immobiliteit.

Marieke van der Burgt, Wim Burgerhout, Jeroen Alessie, Annemieke Houwink

16. Groei en veroudering

Samenvatting

Dit hoofdstuk gaat over de veranderingsprocessen in de eerste en laatste fase van het leven. De embryonale periode en foetale groei worden besproken. We leggen uit welke aanpassingen plaatsvinden aan het leven buiten de baarmoeder. We bespreken de motorische ontwikkeling van het kind, met nieuwe inzichten in de rol van erfelijkheid en milieu en de betekenis van ‘mijlpalen’. De rol van hormonen bij groei en voortplanting wordt besproken. Daarbij gaan we in op de menstruatiecyclus, zwangerschap, bevalling en de periode na de zwangerschap. We bespreken oorzaken van veroudering en de invloed van veroudering op spieren, skelet, bindweefsel en gewrichten. De gevolgen van verouderingsprocessen in het zenuwstelsel daarvan komen aan bod evenals de gevolgen van veroudering voor hart, circulatie en ademhaling. Bij de vraag of veroudering te bestrijden is, komt oxidatieve stress aan de orde. Ook is er aandacht voor de preventieve rol van fysieke activiteit.

Marieke van der Burgt, Wim Burgerhout, Jeroen Alessie, Annemieke Houwink

Nawerk