Universitaire biologie — jaar 2 · Bachelor Year 2

18Regeling van de bloeddruk en inspanning

Sta snel op nadat je hebt gelegen en een seconde lang zakt een halve liter bloed weg in de aders van je benen; het hart, dat minder ontvangt, pompt minder, de druk ter hoogte van het hoofd daalt, en de hersenen — die een $40\,\mathrm{cm}$ boven het hart liggen en geen zuurstof kunnen opslaan — zijn een of twee seconden verwijderd van flauwvallen. Dat gebeurt bijna nooit, omdat een reflex binnen één slag de arteriolen heeft aangespannen en het hart heeft versneld. Ren naar een bus en de spieren hebben tien keer het bloed nodig dat ze in rust hadden; ze krijgen het binnen een minuut, en de druk die het aandrijft, wordt stabiel gehouden terwijl de weerstand van het hele lichaam met twee derde daalt. Dit hoofdstuk gaat over die regeling: wat de druk bepaalt, hoe hij wordt waargenomen, de snelle reflex en de trage hormonen die hem corrigeren, en hoe het systeem door inspanning wordt gereorganiseerd in plaats van opzijgezet.

18.1 Wat de druk is

Stelling 18.1 (De vergelijking van de bloedsomloop)

De gemiddelde arteriële druk $\bar P$ is het product van wat het hart erin stopt en wat de vaten eruit laten:

\bar P - P_{\text{ven}} = Q\,R, \qquad Q = f\times V_s,

waarin $Q$ het hartminuutvolume is (hartfrequentie $f$ maal slagvolume $V_s$ ), $R$ de totale perifere weerstand — de arteriolen van alle organen parallel geschakeld — en $P_{\text{ven}}$ de veneuze druk, bijna nul. In rust geeft $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}\times1.08\,\mathrm{mmHg}\,\mathrm{s}/\mathrm{mL}$ een druk van $90\,\mathrm{mmHg}$ . Elke regeling van de druk werkt in op een van drie grootheden: de frequentie, het slagvolume (via de vulling en de contractiliteit van Hoofdstuk 17) of de weerstand (via de straal van de arteriolen, tot de vierde macht). Omdat de organen parallel staan, is de stroom naar elk orgaan zijn deel van de druk gedeeld door zijn eigen weerstand: het verwijden van de arteriolen van één orgaan verhoogt zijn stroom zonder die van de andere te veranderen, op voorwaarde dat de druk wordt vastgehouden — en het vasthouden van de druk is waartoe de regeling dient.

Bewijs. De wet van Ohm voor een vloeistof: de stroom door een weerstand is de drukval erover gedeeld door de weerstand (Poiseuille, Hoofdstuk 16); voor parallel geschakelde weerstanden tellen de stromen op en is $1/R = \sum 1/R_i$ . De gemiddelde druk over een slag is bij benadering de diastolische druk plus een derde van de polsdruk: $80 + 40/3 = 93\,\mathrm{mmHg}$ . ∎

De bloedsomloop als een schakeling: één pomp, één druk, en de arteriolaire weerstanden van de organen parallel. Elk orgaan neemt P/R_i; de regeling houdt P vast terwijl de R_i aan de vraag worden aangepast. — De bloedsomloop als een schakeling: één pomp, één druk, en de arteriolaire weerstanden van de organen parallel. Elk orgaan neemt $\bar P/R_i$ ; de regeling houdt $\bar P$ vast terwijl de $R_i$ aan de vraag worden aangepast.

Propositie 18.2 (Waarom de druk moet worden geregeld)

Te laag, en de hersenen — bij een staande volwassene $40\,\mathrm{cm}$ boven het hart, wat $31\,\mathrm{mmHg}$ hydrostatische hoogte kost — en de hartspier zelf worden onvoldoende doorbloed: de hersenen vallen binnen seconden uit. Te hoog, en de vaten raken beschadigd: de slagaderwand verdikt en verstijft, de glomeruli van de nier verlittekenen, het netvlies bloedt, en het hart zwoegt tegen de druk in tot het faalt. De druk moet ook stabiel blijven terwijl de vraag van de organen een orde van grootte verandert — de darm na een maaltijd, de spieren bij inspanning, de huid bij hitte — en terwijl het bloedvolume zelf verloren gaat door een bloeding of door zweten. Twee systemen doen dit: een zenuwreflex die binnen één slag inwerkt op de frequentie, het slagvolume en de weerstand, en hormonale systemen die over uren en dagen inwerken op de weerstand en, vooral, via de nier op het bloedvolume.

Het meten van de druk. De manchet wordt opgeblazen boven de systolische druk, zodat er geen bloed doorgaat; wanneer de lucht wordt afgelaten, markeren de eerste geluiden van turbulente stroming onder de stethoscoop de systolische druk, en hun verdwijnen, wanneer de slagader de hele cyclus open blijft, de diastolische.

18.2 De snelle lus: de baroreflex

Definitie 18.3 (De baroreflex)

Rekreceptoren in de wanden van de sinus caroticus (bij de splitsing van elke halsslagader, onder de kaak) en van de aortaboog — de baroreceptoren — vuren met een frequentie die stijgt met de druk die ze uitrekt, en sneller bij een stijgende druk. Hun zenuwen bereiken de cardiovasculaire centra van het verlengde merg, die de twee takken van de autonome uitstroom sturen: de nervus vagus, waarvan de acetylcholine de sinusknoop vertraagt, en de sympathische zenuwen, waarvan de noradrenaline de sinusknoop versnelt, het ventrikel versterkt, de arteriolen vernauwt (wat $R$ verhoogt) en de aders vernauwt (wat opgeslagen bloed naar het hart perst en de vulling verhoogt). Een stijging van de druk verhoogt het vuren van de baroreceptoren, wat de nervus vagus prikkelt en de sympathische uitstroom remt: de frequentie daalt, de arteriolen ontspannen, de druk daalt. Een daling doet het omgekeerde. De lus is een negatieve terugkoppeling met een instelwaarde bij ongeveer $95\,\mathrm{mmHg}$ , een vertraging van ongeveer een seconde, en een versterking waardoor een verstoring tot op een vijfde van haar grootte wordt gecorrigeerd: ze is de reden waarom je niet flauwvalt als je opstaat.

Bewijsmateriaal. Hering (1923) vond dat drukken op de sinus caroticus het hart vertraagde en de druk verlaagde, en dat het doorsnijden van de sinuszenuw de respons ophief. Perfusie van een geïsoleerde sinus caroticus bij ingestelde drukken, terwijl de arteriële druk van het dier werd geregistreerd, gaf de sigmoïde curve van de reflex: de druk van het dier daalt naarmate de sinusdruk wordt verhoogd, steil rond $100\,\mathrm{mmHg}$ en weinig buiten $60\text{ tot }160\,\mathrm{mmHg}$ . Honden bij wie zowel de sinus- als de aortazenuwen zijn doorgesneden, behouden over dagen een normale gemiddelde druk, maar een wild wisselende van minuut tot minuut — de reflex is een buffer, niet wat het niveau op lange termijn vastlegt. ∎

De baroreflex. Een stijging van de arteriële druk verhoogt het vuren van de baroreceptoren, wat het verlengde merg aanzet het hart te vertragen en de vaten te ontspannen; een daling doet het omgekeerde.

Stelling 18.4 (Versterking van een negatieve terugkoppelingslus)

Als een verstoring de druk zonder regeling met $\Delta P_0$ zou veranderen, en de lus op elke afwijking $\Delta P$ reageert met een correctie van $-G\,\Delta P$ (de openlusversterking $G$ ), dan is de afwijking die overblijft nadat de lus heeft ingegrepen

\Delta P = \frac{\Delta P_0}{1 + G}.

De baroreflex heeft $G \approx 4$ : opstaan, wat de druk ter hoogte van het hart met zo’n $40\,\mathrm{mmHg}$ zou doen dalen, laat hem met $8\,\mathrm{mmHg}$ dalen; een bloeding die de druk zou halveren, verlaagt hem met een tiende — tot het verlies groter wordt dan wat nauwere vaten en een sneller hart kunnen verbergen. De reflex heft een verstoring niet op; hij deelt haar door vijf. En hij stelt zich opnieuw in: urenlang op een nieuwe druk gehouden, passen de baroreceptoren zich aan en verdedigen ze het nieuwe niveau, en daarom kan de reflex hypertensie niet genezen en wordt het niveau op lange termijn elders vastgelegd.

Bewijs. De uiteindelijke afwijking is de verstoring plus de correctie: $\Delta P = \Delta P_0 - G\,\Delta P$ , dus $\Delta P(1 + G) = \Delta P_0$ . Met $G = 4$ is $\Delta P = \Delta P_0/5$ . ∎

De curve van de baroreflex: de druk waarop het lichaam uitkomt wanneer de geïsoleerde sinus op een gegeven druk wordt gehouden. De helling bij de instelwaarde is de versterking; buiten 60 to 160\, mmHg is de reflex verzadigd. — De curve van de baroreflex: de druk waarop het lichaam uitkomt wanneer de geïsoleerde sinus op een gegeven druk wordt gehouden. De helling bij de instelwaarde is de versterking; buiten $60\text{ tot }160\,\mathrm{mmHg}$ is de reflex verzadigd.

18.3 De trage lussen: hormonen en de nier

Propositie 18.5 (Renine, angiotensine, aldosteron en het volume)

Over uren en dagen wordt de druk bepaald door het bloedvolume, en het volume door de nier. Wanneer de druk of het natrium dat de nier bereikt daalt, of de sympathische zenuwen vuren, geven cellen van de arteriolen van de nier het enzym renine aan het bloed af; renine knipt een plasma-eiwit tot angiotensine I, dat door een enzym van de haarvaten van de long wordt omgezet in angiotensine II — de krachtigste vaatvernauwer van het lichaam, die $R$ binnen minuten verhoogt, en een hormoon dat de bijnierschors aldosteron laat afscheiden, dat de nier in de dagen daarna natrium, en daarmee water, laat vasthouden. Het antidiuretisch hormoon (vasopressine) van de hypofyse, dat vrijkomt wanneer het bloed geconcentreerder wordt of het volume daalt, laat de nier rechtstreeks water vasthouden en vernauwt ook vaten. En wanneer de atria door te veel volume worden overrekt, scheiden ze natriuretisch peptide af, dat de nier natrium en water laat uitscheiden. De nier is dus de uiteindelijke scheidsrechter: ze kan liters uitscheiden of vasthouden, en een druk die boven de instelwaarde van de nier blijft, wordt over dagen gecorrigeerd door verlies van volume — tenzij de instelwaarde van de nier zelf is verhoogd, en dat is wat de meeste hypertensie is. (De eigen machinerie van de nier is het onderwerp van het deel van jaar 3.)

Bewijsmateriaal. Goldblatt (1934) vernauwde bij een hond de slagader naar één nier: het dier werd binnen enkele dagen hypertensief en bleef dat; de onvoldoende doorbloede nier bleek renine af te geven, en het verwijderen ervan genas het dier. Middelen die de omzetting van angiotensine blokkeren (ACE-remmers) of zijn receptor blokkeren, verlagen de druk van de meeste mensen met hypertensie, en een nier die wordt getransplanteerd uit een hypertensieve rattenstam, maakt een normale ontvanger hypertensief. ∎

De trage lus. Een daling van de druk zet renine, angiotensine II en aldosteron in gang: vernauwing binnen minuten, vasthouden van zout en water over dagen. Te veel volume wordt beantwoord met het natriuretisch peptide van de atria.

Voorbeeld 18.6 (Een bloeding)

Een donor geeft $500\,\mathrm{mL}$ , een tiende van het bloed. Binnen seconden vernauwt de baroreflex de arteriolen en aders en versnelt hij het hart: de druk verandert nauwelijks, de huid wordt bleek en koel (haar arteriolen zijn dicht), de pols is sneller. Binnen minuten laat de verlaagde druk in de haarvaten interstitieel vocht de vaten binnenstromen (het evenwicht van Starling uit Hoofdstuk 16), wat binnen het volgende uur de helft van het volume herstelt; renine, angiotensine en antidiuretisch hormoon brengen de urine terug tot een straaltje, en er volgt dorst; over dagen houdt de nier zout en water vast en is het plasmavolume terug, en over weken vervangt het beenmerg de rode bloedcellen. Een verlies van $2\,\mathrm{L}$ loopt hier allemaal op vooruit: de reflex is verzadigd, de druk stort in, de onvoldoende doorbloede weefsels geven lactaat af en de haarvaten gaan lekken — shock, waaruit alleen een transfusie de patiënt terughaalt.

18.4 Inspanning: het systeem gereorganiseerd

Propositie 18.7 (Inspanning)

Bij zware inspanning stijgt het zuurstofverbruik van de skeletspieren twintigvoudig, en hun doorbloeding van $1\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ tot $20\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Er gebeuren drie dingen tegelijk. Plaatselijk ontspannen de metabolieten van de werkende spier — $\mathrm{CO_2}$ , lactaat, adenosine, kalium, warmte, een lage zuurstofspanning — haar arteriolen (metabole vasodilatatie) en openen ze de haarvaten, waardoor de weerstand van de spier tot een tiende daalt. Centraal stelt een bevel van de motorische schors aan het verlengde merg, versterkt door signalen van de eigen receptoren van de spieren, de baroreflex op een hogere instelwaarde in en drijft het de sympathische uitstroom aan: frequentie naar 180, contractiliteit omhoog, de arteriolen van darm, nieren en rustende spieren vernauwd, de aders samengeperst; de spierpomp en de diepe ademhaling voeren het bloed sneller terug. Het resultaat is een debiet van $25\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ bij een totale weerstand van een derde van de rustwaarde, een systolische druk van $150\,\mathrm{mmHg}$ en een diastolische die niet hoger is dan in rust; vier vijfde van de stroom gaat naar de spieren, het aandeel van de hersenen blijft in absolute zin gelijk, dat van de darm halveert, dat van de huid stijgt om de warmte af te voeren. De reflex wordt niet opzijgezet maar anders afgestemd: hij verdedigt een hogere druk terwijl de vaten het lichaam weer openzetten.

Waar het bloed naartoe gaat. Bij zware inspanning stijgt het debiet vijfvoudig en wordt het herverdeeld: twintigvoudig naar de spieren, meer naar hart en huid, minder naar darm en nieren, evenveel naar de hersenen.

Stelling 18.8 (Zuurstoflevering en het principe van Fick)

De zuurstof die een lichaam per minuut verbruikt, is gelijk aan het hartminuutvolume maal het verschil in zuurstofgehalte tussen arterieel en gemengd veneus bloed:

\dot V_{\mathrm{O_2}} = Q\,(C_a - C_v).

In rust geeft dat $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}\times(200 - 150)\,\mathrm{mL}/\mathrm{L} = 250\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ ; bij maximale inspanning $25\,\mathrm{L}/\mathrm{min}\times(200 - 40) = 4000\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ , een zestienvoudige stijging uit een vijfvoudige stijging van de stroom en een drievoudige stijging van de extractie. Deze maximale waarde, $\dot V_{\mathrm{O_2}\max}$ , is de standaardmaat voor uithoudingsvermogen, en haar plafond is het hart: de spieren zouden nog meer kunnen onttrekken en de longen nog meer kunnen opladen, maar het debiet kan niet verder stijgen. Training verhoogt het slagvolume (een groter, rekbaarder ventrikel, meer bloedvolume) en daarmee het debiet — de rustfrequentie van 45 van de atleet is het teken van een slagvolume van $110\,\mathrm{mL}$ — en voegt haarvaten en mitochondriën aan de spier toe, zodat die meer onttrekt. Omgekeerd is het principe van Fick de manier waarop het debiet zelf bij een patiënt wordt gemeten, uit de verbruikte zuurstof en de twee bloedmonsters.

Bewijs. Elke liter bloed die door de weefsels stroomt, laat $C_a - C_v$ milliliter zuurstof achter, en per minuut stromen er $Q$ liter door; in de stationaire toestand is dat wat de longen opnemen en het lichaam verbruikt. Oplossen naar $Q$ geeft de meting. ∎

Voorbeeld 18.9 (Opstaan, flauwvallen en de astronaut)

Bij het opstaan verschuift $500\,\mathrm{mL}$ bloed naar de aders van de benen, dalen de veneuze terugvloed en het slagvolume met een derde, en daalt de druk in de sinus caroticus — de baroreflex antwoordt binnen één slag met een sneller hart en nauwere vaten, en de druk ter hoogte van het hoofd is binnen tien seconden terug. Een soldaat die roerloos op een heet paradeplein staat, verliest de spierpomp, laat bloed in verwijde huidaders wegzakken en valt flauw: plat liggen geneest hem meteen. Een astronaut die maanden zonder zwaartekracht heeft doorgebracht, heeft een liter bloedvolume verloren (de nier scheidde uit wat ze als overschot las toen het bloed zich in de borst verzamelde), en bij de landing kan de ongeoefende reflex hem niet overeind houden. En de giraf, wiens kop twee meter boven zijn hart zit, heeft een gemiddelde druk van $200\,\mathrm{mmHg}$ en draagt steunkousen van huid — de hydrostatica van Hoofdstuk 16 bepaalt de eisen, en de reflexen van dit hoofdstuk voldoen eraan.

18.5 Opgaven

Oefening 18.1 ★

Schrijf de vergelijking op die gemiddelde druk, hartminuutvolume en perifere weerstand verbindt, en noem de drie grootheden die het lichaam kan veranderen en het orgaan of weefsel dat elk ervan verandert.

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.1.

$\bar P - P_{\text{ven}} = Q\,R = f\,V_s\,R$ . Hartfrequentie (de sinusknoop, onder invloed van de nervus vagus en de sympathische zenuwen); slagvolume (het ventrikel: zijn vulling, bepaald door de aders, en zijn contractiliteit, bepaald door de sympathische zenuwen); weerstand (het gladde spierweefsel van de arteriolen, onder invloed van de sympathische zenuwen, hormonen en plaatselijke metabolieten).

Oefening 18.2 ★

Beschrijf de baroreflex: sensoren, centrum, effectoren, teken van de terugkoppeling en vertraging. Wat gebeurt er van minuut tot minuut met de druk bij een dier waarvan de zenuwen van de baroreceptoren zijn doorgesneden?

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.2.

Sensoren: rekreceptoren in de sinus caroticus en de aortaboog. Centrum: de cardiovasculaire centra van het verlengde merg. Effectoren: de nervus vagus (frequentie) en de sympathische zenuwen (frequentie, contractiliteit, arteriolaire en veneuze tonus). Negatieve terugkoppeling, ongeveer een seconde vertraging. Zonder de sensoren blijft de gemiddelde druk over een dag normaal, maar schommelt de druk van minuut tot minuut wild bij elke houding en emotie.

Oefening 18.3 ★

Geef de reeks renine $\to$ angiotensine $\to$ aldosteron, met het orgaan dat elk ervan maakt en wat elk doet, en zeg wat de reeks in gang zet.

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.3.

De nier (cellen van de arteriolen) geeft renine af wanneer haar doorbloeding of de aanvoer van natrium daalt of haar sympathische zenuwen vuren; renine knipt angiotensinogeen (lever) tot angiotensine I; een enzym van de long zet dat om in angiotensine II, dat arteriolen vernauwt en de bijnierschors aanzet aldosteron af te scheiden; aldosteron laat de nier natrium en water vasthouden, wat het bloedvolume verhoogt.

Oefening 18.4 ★

Noem de drie mechanismen die de doorbloeding van een werkende spier twintigvoudig maken, en zeg welke organen daarvoor stroom afstaan.

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.4.

Metabole verwijding van de eigen arteriolen van de spier door haar metabolieten; een vijfvoudig hartminuutvolume, aangedreven door de sympathische zenuwen en de spierpomp; sympathische vernauwing van de arteriolen van darm, nieren en rustende spieren, die stroom afstaan.

Oefening 18.5 ★★

Bereken de gemiddelde druk voor $Q = 5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ en $R = 1.2\,\mathrm{mmHg}\,\mathrm{s}/\mathrm{mL}$ ; voor $Q = 20\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ en $R = 0.35\,\mathrm{mmHg}\,\mathrm{s}/\mathrm{mL}$ . Met welke factor is in het tweede geval de gemiddelde straal van de arteriolen veranderd?

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.5.

$83\times 1.2 = 100\,\mathrm{mmHg}$ ; $333\times 0.35 = 117\,\mathrm{mmHg}$ . Weerstand gedaald met een factor $1.2/0.35 = 3.4$ : straal gestegen met een factor $3.4^{1/4} = 1.36$ .

Oefening 18.6 ★★

Een verstoring zou de druk met $30\,\mathrm{mmHg}$ doen dalen. Bereken de resterende daling bij reflexversterkingen van 2, 4 en 8. Een geneesmiddel halveert de versterking van de baroreflex van een patiënte: wat voelt ze bij het opstaan?

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.6.

$30/(1 + G)$ : 10, 6 en $3.3\,\mathrm{mmHg}$ . Met de halve versterking verdubbelt de resterende daling ongeveer: ze wordt duizelig bij het opstaan, ziet grijs, en kan flauwvallen.

Oefening 18.7 ★★

Dichtheid van bloed $1060\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ ; bij een staande volwassene liggen de hersenen $40\,\mathrm{cm}$ boven het hart en de voeten $120\,\mathrm{cm}$ eronder. Bereken de hydrostatische drukverschillen in mmHg, en de arteriële druk ter hoogte van de hersenen en van de enkel als die van het hart $95\,\mathrm{mmHg}$ is. Wat heeft een giraf met een kop op $2.5\,\mathrm{m}$ boven zijn hart nodig?

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.7.

$\rho g h$ : $1060\times 9.81\times 0.4 = 4160\,\mathrm{Pa} = 31\,\mathrm{mmHg}$ ; $1060\times 9.81\times 1.2 = 12\,500\,\mathrm{Pa} = 94\,\mathrm{mmHg}$ . Hersenen $95 - 31 = 64\,\mathrm{mmHg}$ ; enkel $95 + 94 = 189\,\mathrm{mmHg}$ . Een kop van een giraf op $2.5\,\mathrm{m}$ kost $195\,\mathrm{mmHg}$ : de giraf heeft ter hoogte van het hart een gemiddelde druk van zo’n $250\,\mathrm{mmHg}$ nodig, en dikke vaatwanden en een strakke huid in de poten.

Oefening 18.8 ★★

Bereken met het principe van Fick het hartminuutvolume van een patiënt die $280\,\mathrm{mL}$ zuurstof per minuut verbruikt, met een arterieel gehalte van $190\,\mathrm{mL}/\mathrm{L}$ en een gemengd veneus gehalte van $130\,\mathrm{mL}/\mathrm{L}$ . Een atlete verbruikt maximaal $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ bij gehalten van 200 en $30\,\mathrm{mL}/\mathrm{L}$ : bereken haar debiet en, bij een frequentie van 190, haar slagvolume.

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.8.

$Q = 280/(190 - 130) = 4.7\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Atlete: $5000/(200 - 30) = 29\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; slagvolume $29\,400/190 = 155\,\mathrm{mL}$ .

Oefening 18.9 ★★

Een bloeding van $800\,\mathrm{mL}$ zou de druk zonder regeling met $35\,\mathrm{mmHg}$ verlagen. Geef de druk na de baroreflex ( $G = 4$ ), noem de vier processen die het volume herstellen met hun tijdschalen, en verklaar de bleke, koude huid.

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.9.

$35/5 = 7\,\mathrm{mmHg}$ lager: ongeveer $88\,\mathrm{mmHg}$ . Herstel van het volume: resorptie van interstitieel vocht in de haarvaten (minuten tot een uur); minder urine onder antidiuretisch hormoon en aldosteron (uren tot dagen); dorst en drinken (uren); rode bloedcellen uit het beenmerg (weken). De huid is bleek en koud omdat de reflex haar arteriolen heeft dichtgedraaid om de druk voor hersenen en hart te sparen.

Oefening 18.10 ★★★

Een spier in rust heeft $R = 5\,\mathrm{mmHg}\,\mathrm{s}/\mathrm{mL}$ en krijgt $1\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; bij inspanning daalt zijn weerstand tot een tiende. Als de druk op $95\,\mathrm{mmHg}$ werd gehouden en er verder niets veranderde, welke stroom zou de spier dan trekken, en welk debiet zou het hart nodig hebben? Als het debiet van het hart daarentegen op $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ vastlag, tot hoeveel zou de druk dan dalen? Leg uit waarom het lichaam geen van beide doet en wat het wel doet.

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.10.

Spier bij $R = 0.5$ : $95/0.5 = 190\,\mathrm{mL}/\mathrm{s}$ , $11.4\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; met de $4\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ van de andere organen zou het hart $15.4\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ nodig hebben. Met $Q$ vast op $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ daalt de totale weerstand van 1.14 tot $1/(1/1.14 - 1/5 + 1/0.5) = 0.37\,\mathrm{mmHg}\,\mathrm{s}/\mathrm{mL}$ en de druk tot $31\,\mathrm{mmHg}$ — de hersenen zouden uitvallen. Het lichaam verhoogt het debiet in de richting van het eerste geval en vernauwt de andere vaatbedden, zodat de druk standhoudt en de spier haar stroom krijgt.

Oefening 18.11 ★★★

Goldblatt vernauwde één nierslagader; de hond werd blijvend hypertensief, met normale baroreflexresponsen. Leg uit (a) waarom de nier de druk verhoogde, (b) waarom de baroreflex dat niet verhinderde, (c) waarom het verwijderen van de nier het genas, (d) wat een ACE-remmer zou hebben gedaan.

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.11.

(a) De onvoldoende doorbloede nier las een lage druk, gaf renine af, en angiotensine en aldosteron verhoogden de weerstand en het volume. (b) De baroreflex buffert veranderingen maar stelt zich opnieuw in op elk niveau dat aanhoudt, en kan het vasthouden van volume door de nier niet veranderen. (c) De bron van renine, en het orgaan dat een hogere druk eiste, was weg. (d) De omzetting tot angiotensine II blokkeren: een lagere weerstand, minder aldosteron, een lagere druk.

Oefening 18.12 ★★★

“De baroreflex is een buffer; de nier is een thermostaat.” Bespreek de tijdschalen, versterkingen en instelwaarden van de twee systemen, en wat elk wel en niet kan doen aan een chronisch verhoogde druk.

Oplossing

Oplossing van Oefening 18.12.

De baroreflex werkt in een seconde met een versterking van ongeveer vier en een instelwaarde die naar de heersende druk verschuift: hij dempt schommelingen en kan geen niveau vasthouden. De nier werkt over uren en dagen, met in feite een oneindige versterking — ze blijft uitscheiden of vasthouden tot de druk waarop ze is ingesteld bereikt is — en haar instelwaarde ligt vast door haar eigen fysiologie: zij houdt het niveau vast. Een chronische stijging betekent dus dat de instelwaarde van de nier is verschoven, en alleen middelen die op de lus van de nier of op de weerstand die zij eist inwerken, brengen hem omlaag.

18.6 Vraagstuk: staan, bloeden, rennen

Probleem 18.1

Weekendvraagstuk — één bloedsomloop door drie uitdagingen geleid, met berekening van zijn druk, stromen, reflexcorrecties en zuurstoflevering, met als besluit de resterende daling bij het opstaan, de druk na een bloeding, en het debiet en de zuurstofopname bij inspanning

Gegevens in rust: $Q = 5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ , frequentie 70, $\bar P = 95\,\mathrm{mmHg}$ , $P_{\text{ven}} = 0$ , bloed $5\,\mathrm{L}$ , versterking van de baroreflex $G = 4$ , arteriële zuurstof $200\,\mathrm{mL}/\mathrm{L}$ , veneuze $150\,\mathrm{mL}/\mathrm{L}$ . Weerstanden van de organen in rust ( $\mathrm{mmHg}\,\mathrm{s}/\mathrm{mL}$ ): hersenen 7.6, hart 22.8, darm en lever 4.1, nieren 5.2, spieren 5.7, huid 19, overige 28.5. Dichtheid van bloed $1060\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ ; $1\,\mathrm{mmHg} = 133\,\mathrm{Pa}$ .

Deel I — In rust.

Bereken de totale perifere weerstand uit de parallel geschakelde weerstanden van de organen, en controleer die met $\bar P/Q$ .
Bereken de stroom naar elk orgaan en de fractie van het debiet die het krijgt.
Bereken het slagvolume en het zuurstofverbruik.
De hersenen wegen $1.4\,\mathrm{kg}$ en de nieren $0.3\,\mathrm{kg}$ . Bereken hun doorbloeding per kilogram en becommentarieer.
Waarom moet de druk, en niet de stroom, de geregelde grootheid zijn?
De hartspier krijgt $250\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ en onttrekt $70\,\%$ van de zuurstof; een spier in rust onttrekt $25\,\%$ . Bereken de zuurstof die elk per minuut gebruikt en leg uit waarom de enige reserve van het hart meer stroom is.

Deel II — Opstaan.

Bij het opstaan verschuift $500\,\mathrm{mL}$ naar de aders van de benen en daalt het slagvolume met $30\,\%$ . Bereken de ongeregelde daling van $\bar P$ (bij onveranderde weerstand).
Bereken de resterende daling na de baroreflex.
De reflex bereikt dit door de frequentie tot 85 en de weerstand te verhogen. Bereken de nieuwe weerstand die nodig is.
Bereken het hydrostatische drukverschil tussen het hart en hersenen die $40\,\mathrm{cm}$ hoger liggen, en de arteriële druk in de hersenen vóór en na de reflex.
Een patiënte die een middel gebruikt dat de sympathische zenuwen blokkeert, heeft $G = 1$ . Bereken haar resterende daling en de druk in de hersenen, en zeg wat ze ervaart.
Leg uit waarom plat leggen van de flauwgevallen patiënte het bewustzijn binnen seconden herstelt.

Deel III — Bloeden.

Een verlies van $1\,\mathrm{L}$ zou $\bar P$ zonder regeling met $45\,\mathrm{mmHg}$ verlagen. Bereken de druk na de reflex.
De reflex vernauwt de arteriolen van huid en darm zodat hun weerstanden verdubbelen. Bereken opnieuw de totale weerstand en de stromen naar huid, darm en hersenen bij de druk van vraag 13.
In het volgende uur komt $500\,\mathrm{mL}$ interstitieel vocht de haarvaten binnen. Leg het mechanisme uit met de krachten van Starling, en wat er met de hematocriet gebeurt.
In drie dagen herstelt de nier het plasmavolume. Noem de twee verantwoordelijke hormonen en wat ze in gang zet.
Hoelang heeft het beenmerg nodig om de rode bloedcellen te vervangen, bij $2.5$ miljoen per seconde ( $5 \times 10^{12}$ per liter)?
Een verlies van $2.5\,\mathrm{L}$ verzadigt de reflex. Leg met de versterking en de reflexcurve uit waarom de druk dan instort.

Deel IV — Rennen. Bij zware inspanning daalt de weerstand van de spieren tot $0.33\,\mathrm{mmHg}\,\mathrm{s}/\mathrm{mL}$ , die van de huid tot 5, verdubbelen die van darm en nieren, en dalen die van hersenen en hart zodat de hersenen hun stroom behouden en de hartspier bij de nieuwe druk zijn stroom verviervoudigt; $\bar P$ stijgt tot $110\,\mathrm{mmHg}$ .

Bereken de stroom naar de spieren en naar de huid.
Bereken de totale weerstand en het hartminuutvolume.
Bereken het slagvolume bij een frequentie van 180.
De veneuze zuurstof daalt tot $40\,\mathrm{mL}/\mathrm{L}$ . Bereken de zuurstofopname en de factor waarmee die de rust overtreft.
Verdeel die factor over stroom en extractie.
Leg uit hoe de baroreflex een druk van $110\,\mathrm{mmHg}$ kan toelaten in plaats van hem te corrigeren.
Formuleer het resultaat: de resterende daling bij het opstaan, de druk na de bloeding van $1\,\mathrm{L}$ , en het debiet en de zuurstofopname bij inspanning.

Oplossing

Oplossing van Probleem 18.1.

1. $1/R = 1/7.6 + 1/22.8 + 1/4.1 + 1/5.2 + 1/5.7 + 1/19 + 1/28.5 = 0.875$ : $R = 1.14\,\mathrm{mmHg}\,\mathrm{s}/\mathrm{mL}$ ; $\bar P/Q = 95/83.3 = 1.14$ . 2. $\bar P/R_i$ : hersenen 0.75, hart 0.25, darm en lever 1.39, nieren 1.10, spieren 1.0, huid 0.30, overige $0.20\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; fracties 15, 5, 28, 22, 20, 6 en $4\,\%$ . 3. $5000/70 = 71\,\mathrm{mL}$ ; $5\times 50 = 250\,\mathrm{mL}$ zuurstof per minuut. 4. Hersenen $0.75/1.4 = 0.54\,\mathrm{L}/\mathrm{min}/\mathrm{kg}$ ; nieren $1.1/0.3 = 3.7\,\mathrm{L}/\mathrm{min}/\mathrm{kg}$ , zeven keer die van de hersenen en vijftig keer het lichaamsgemiddelde: de nieren worden doorbloed om te filtreren, niet om te voeden. 5. Met één druk die alle organen delen, trekt elk orgaan de stroom die zijn eigen weerstand bepaalt; stromen centraal regelen zou elk orgaan uithongeren waarvan de vraag veranderde. De druk is de gemeenschappelijke munt. 6. Hart: $250\times 0.2\times 0.7 = 35\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ ; spier: $1000\times 0.2\times 0.25 = 50\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ . Het hart onttrekt al het grootste deel van wat passeert, zodat het alleen zuurstof kan winnen door meer stroom, en daarom verwijden zijn arteriolen zodra het harder werkt. 7. $Q$ $30\,\%$ lager bij vaste $R$ : $\bar P$ $30\,\%$ lager, $28.5\,\mathrm{mmHg}$ , tot $66.5\,\mathrm{mmHg}$ . 8. $28.5/5 = 5.7\,\mathrm{mmHg}$ : ongeveer $89\,\mathrm{mmHg}$ . 9. $Q = 85\times 0.7\times 71 = 4.2\,\mathrm{L}/\mathrm{min} = 70\,\mathrm{mL}/\mathrm{s}$ ; $R = 89.3/70 = 1.27\,\mathrm{mmHg}\,\mathrm{s}/\mathrm{mL}$ , een stijging van $11\,\%$ . 10. $1060\times 9.81\times 0.4 = 4160\,\mathrm{Pa} = 31\,\mathrm{mmHg}$ ; hersenen $66.5 - 31 = 35\,\mathrm{mmHg}$ vóór de reflex, $89 - 31 = 58\,\mathrm{mmHg}$ erna. 11. $28.5/2 = 14\,\mathrm{mmHg}$ : $81\,\mathrm{mmHg}$ ter hoogte van het hart, $50\,\mathrm{mmHg}$ in de hersenen — duizeligheid, grijs zien, bijna flauwvallen bij elke keer opstaan uit een stoel. 12. Plat liggen neemt het hydrostatische verlies van $31\,\mathrm{mmHg}$ weg en laat het weggezakte bloed naar het hart terugvloeien; slagvolume en druk in de hersenen herstellen binnen enkele slagen. 13. $45/5 = 9\,\mathrm{mmHg}$ : $86\,\mathrm{mmHg}$ . 14. $1/R = 0.875 - 1/19 - 1/4.1 + 1/38 + 1/8.2 = 0.727$ : $R = 1.38\,\mathrm{mmHg}\,\mathrm{s}/\mathrm{mL}$ . Hersenen $86/7.6 = 11.3\,\mathrm{mL}/\mathrm{s} = 0.68\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; huid $86/38 = 2.3\,\mathrm{mL}/\mathrm{s} = 0.14\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; darm $86/8.2 = 10.5\,\mathrm{mL}/\mathrm{s} = 0.63\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . 15. Met minder bloed en nauwere arteriolen daalt de druk in de haarvaten over het hele haarvat onder de oncotische druk, zodat vocht wordt geresorbeerd in plaats van gefiltreerd; het plasma wordt verdund en de hematocriet daalt. 16. Aldosteron, via renine en angiotensine, in gang gezet door de lage doorbloeding van de nier en de sympathische prikkeling; antidiuretisch hormoon, in gang gezet door de daling van het volume en de stijging van de plasmaconcentratie. 17. $5\times 10^{12}$ cellen bij $2.5\times 10^{6}$ per seconde: $2\times 10^{6}$ s, ongeveer drie weken. 18. Onder ongeveer $60\,\mathrm{mmHg}$ is de reflexcurve vlak: de vaten zijn zo nauw en het hart zo snel als ze kunnen zijn, de versterking is nul, en elk verder verlies verlaagt de druk met zijn volle waarde; de onvoldoende doorbloede weefsels geven dan zuur af en verwijden, en de druk stort in. 19. Spieren $110/0.33 = 333\,\mathrm{mL}/\mathrm{s} = 20\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; huid $110/5 = 22\,\mathrm{mL}/\mathrm{s} = 1.3\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . 20. Weerstand van de hersenen $8.8$ (stroom 0.75 bij 110), hart $6.6$ (stroom 1.0): $1/R = 1/8.8 + 1/6.6 + 1/8.2 + 1/10.4 + 1/0.33 + 1/5 + 1/28.5 = 3.75$ : $R = 0.27\,\mathrm{mmHg}\,\mathrm{s}/\mathrm{mL}$ ; $Q = 110/0.27 = 410\,\mathrm{mL}/\mathrm{s} = 25\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . 21. $24\,700/180 = 137\,\mathrm{mL}$ . 22. $24.7\times(200 - 40) = 3950\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ , zestien keer de $250\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ in rust. 23. Stroom $\times 4.9$ , extractie $160/50 = \times 3.2$ ; $4.9\times 3.2 = 16$ . 24. Het bevel van de motorische schors en de signalen van de receptoren van de spieren herwegen de input van de baroreceptoren in het verlengde merg, zodat de reflex $110\,\mathrm{mmHg}$ verdedigt in plaats van 95 — de instelwaarde wordt verhoogd, de lus niet uitgeschakeld. 25. Resterende daling bij het opstaan $5.7\,\mathrm{mmHg}$ ; $86\,\mathrm{mmHg}$ na de bloeding; $25\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ en $4\,\mathrm{L}$ zuurstof per minuut bij inspanning.

Begrippen gedefinieerd in dit hoofdstuk

De baroreflex

Bekijk alle 479 begrippen in de begrippenlijst