Beste Student,

Transcriptie

1 Beste Student, De documenten op VETserieus.nl zijn alleen bedoeld als ondersteuning bij het studeren. De samenvattingen worden nagekeken door studenten tijdens het volgen van de lessen en waar nodig aangepast. Dit project heeft als doel foutloze samenvattingen te bieden die met hun tijd meegaan, ondanks dit streven is er altijd een kans dat er fouten in de documenten staan. Mocht je tijdens het lezen van de samenvatting fouten vinden kun je dat doorgeven via de contactpagina op de site of direct een mail sturen naar De student is verantwoordelijk voor zijn of haar leermethode en voor het uiteindelijke resultaat. Allemaal veel succes met de voorbereidingen!! Hartelijke groet, VETserieus.nl

2 EBC 2009 Thema 1 (HC3-4; WC1-2): SOTR: signaal-ontvanger-transductie-respons. Er zijn 4 voorwaarden waaraan een stof moet voldoen om als signaal te functioneren: 1. Signaal is 0 in de rustpositie (anders te veel ruis) 2. Signaal moet aanwezig zijn of snel worden aangemaakt. 3. Signaal heeft een markante (herkenbare en unieke) chemische configuratie 4. Signaal kan geëlimineerd worden Een signaal stof kan verschillende responsen opwekken in verschillende organen. Zo wekt acetylcholine in het hart verminderde contractie op, terwijl dit in de skeletspier juist andersom is. Endocriene cellen produceren hormonen en hormonen zijn lange afstandssignaalstoffen die via het bloed bewegen. Bij paracriene signalering diffuseert de stof lokaal in het omliggende weefsel. Daarnaast heb je nog een signaal via neuronen en neurotransmitters of via direct cel-cel contact. Er zijn twee soorten receptoren, membraan receptoren en intracellulaire receptoren. Stoffen die niet door het membraan heen kunnen, hangen van de eerste groep receptoren af. Sommigen kunnen wel door het membraan heen en binden hier aan een intra-cellulaire receptor, zoals steroïden. Ook kunnen deze stoffen direct een actie teweeg brengen in de cel, zoals NO. De oppervlakte receptoren kunnen opgedeeld worden in 3 klassen. 1. Ion-kanaal gebonden: binding zorgt voor een verandering in permeabiliteit voor ionen en een ionenstroom over het membraan. Dit kan een potentiaal veroorzaken. Deze receptor is vaak een ionkanaal en vertaald dus het signaal niet maar veroorzaakt een signaal door een comformatieverandering. De volgende twee reageren als een soort schakelaars waardoor een hele reactie cascade op touw wordt gezet. Er wordt door de receptor een signaal eiwit welke in reactie op een signaal van inactieve naar actieve vorm veranderen. Belangrijk is te realiseren dat naast het aanzetten deze eiwitten ook weer uitgezet kunnen worden. Eiwitten die als schakelaar kunnen dienen vallen over het algemeen in één van de twee grotere klassen. De meeste schakeling gebeurt door middel van fosforylering, waarbij kinasen aanzetten en fosfatasen uitzetten. De tweede groep gebeurt door GTP-bindende eiwitten, waarbij GTP gebonden aan is en GDP uit. Een van deze groepen zijn de G-eiwitten. 2. G-eiwit gebonden: dit is de grootste groep membraan gebonden receptoren. deze receptor activeert een G-eiwit waardoor er tal van effecten ontstaan. Er zijn veel verschillende soorten G-eiwitten-receptoren maar ze hebben allemaal hetzelfde mechanisme. Een polypeptide die 7 keer door het membraan heen gaat. Na binding van een ligand gaat de receptor van comformatie veranderen waardoor een G-eiwit die eraan gebonden is geactiveerd wordt. Het G-eiwit bestaat op zijn beurt uit 3 delen, alpha, beta, gamma. In de inactieve fase heeft de alpha een GDP gebonden. Na binding van ligand geeft de alpha de GDP op en bindt GTP. Na deze binding laat alpha los van beta en gamma. Beide delen, alpha & beta-gamma, kunnen nu afzonderlijk reageren met andere eiwitten in de cel. De alpha bevat een intrinsiek GTP-hydrolyserend deel wat op den duur de GTP naar GDP omzet en zo het hele complex deactiveerd. Alpha bindt weer aan beta-gamma en het signaal stopt. Afhankelijk van de doeleiwitten van de G-eiwitten die in de cel aanwezig zijn worden op deze manier verschillende reacties teweeg gebracht. De doeleiwtten van de g-eiwitten zijn echter of ionkanalen of membraan gebonden enzymen. De interactie met ion kanalen leidt tot een direct effect, namelijk het openen of sluiten van een kanaal. Een effect op membraangebonden enzymen is iets gecompliceerder en gaat via second-messengers. De

3 binding van een g-eiwit aan een enzym zorgt voor de productie van stoffen (secondmessengers) en zijn camp (door adenylate cyclase uit ATP), IP3 en DAG (door fosfolipase c door splitsing van PIP2). Deze stoffen activeren weer andere signalen in de cel, bijvoorbeeld camp activeert een kinase (PKA, camp afhankelijk) wat weer andere eiwitten aanzet, afhankelijk welke eiwitten in de cel aanwezig zijn. Na splitsing van PIP2 activeert IP3 de opening van Ca+ kanalen in het ER. Deze Ca+ is nodig voor DAG om een ander enzym aan te zetten, kinase C (PKC, calcium afhankelijk), welke weer kan fosforyleren. camp wordt door bijvoorbeeld fosfodiësterasen weer inactief gemaakt en omgezet in AMP. Calcium speelt een belangrijke rol in veelerlei processen. Meestal komen deze effecten tot stand na binding aan calmoduline. De conformatieverandering van calmoduline na calcium binding brengt weer andere effecten teweeg, zoals activatie van de CaM kinasen (calmoduline afhankelijk). De concentratieverandering van calcium kan ook door andere stoffen teweeg worden gebracht. Calcium is normaal heel laag in de cel, vergeleken met buiten de cel en in het ER. Pompen zorgen voor behoud van dit verschil. g-eiwit - adenylyl cyclase camp PKA fosfolipase c IP3 Ca+ calmoduline CaM DAG + Ca+ PKC 3. Enzym-gebonden: na binding van het ligand kan deze receptor als enzym functioneren. De belangrijkste groep hierin zijn de tyrosine-eiwit kinases welke de tyrosine-zijketens van eiwitten kan fosforyleren. Na binding van een ligand aan de receptor vormen de receptor gebonden enzymen een dimeer in het membraan, waardoor deze enzymen worden geactiveerd. Het geactiveerde kinase fosforyleert de andere receptor van het dimeer op meerdere plaatsen welke vervolgens weer andere stoffen kan binden (adaptoreiwitten) en zo tal van signalen en reacties teweeg brengt. Fosfatasen zetten de reacties weer stil door hydrolysering van tyrosine. Een van de belangrijkste signaalmoleculen die op deze manier gevormd wordt is RAS, welke een beetje lijkt op het alpha deel van een g-eiwit en dus ook als schakelaar fungeert. RAS activeert een aantal verschillende kinasen, MAP-kinasen, welke een rol spelen in gen expressie. Via dit middel kunnen extra-cellulaire signalen dus gebruikt worden om gen expressie te reguleren. Inactivatie of mutatie van ras kan dus ook leiden tot kanker, ongecontroleerde expressie en deling. Enzym-gebonden dimeer adaptoreiwit RAS MAP-kinase (via MAP kinase,kinase,kinase) fosfolipase c IP3 Ca+ calmoduline CaM DAG + Ca+ PKC Voor veel signaal moleculen zijn er meerdere soorten receptoren, maar alle responsen leiden uiteindelijk tot verschillen in genexpressie en andere doeleiwitten. Thema 2 (HC5;WC3): Veel farmaca grijpen aan op receptoren of andere lichaamseigen eiwitten met als doel de natuurlijke liganden te imiteren (agonisten) of te blokkeren (antagonisten). Vaak staan de aangegrepen eiwitten aan het begin van een biologische cascade omdat deze makkelijk bereikbaar zijn, hierin worden 4 eiwitten onderscheden: receptoren, ionkanalen, enzymen en transporters. De ionkanalen kunnen weer verder onderverdeeld in een aantal groepen: receptorafhankelijk (neurotransmitter;hormonen) spanningsafhankelijke (verschillen in membraanpotentiaal);. Wat betreft de enzymen bevatten deze vaak een actieve site en een allosterische site (schakelaar), farmaca kunnen op beide punten aangrijpen, meestal remmen. Het lijkt vaak op competitief antagonisme en dus aangrijpen op een receptor wat er dan gebeurt bij binding aan de actieve site, non-competitief bij aangrijpen op de allosterische site. Naast verandering van de structuur van het enzym kunnen farmaca ook dienen als vals substraat. Het farmacon wordt dan omgezet in een stof die interfereert met de werking van het endogene product. Transporteiwitten zijn vaak ionenpompen, voor alle bekenden zijn ook farmaca die hierop aan kunnen grijpen.

4 Dan tot slot wat betreft de receptoren onderscheid men 4 typen: ionkanalen, g-eiwit, kinase, eiwitsyntheseregulerend. Bij ionkanalen leidt de binding van een ligand tot een structuurverandering welke een ionkanaal vormt. Ze werken snel. Met name bij neurotransmissie zijn deze receptoren betrokken. G-eiwitten hebben we hierboven behandeld. Hiernaast is het belangrijk dat na inactivering ook het g-eiwit gekoppeld receptor even geïnactiveerd wordt, desensitatie. Hier liggen twee mechanismen aan ten grondslag: fosforylering van de receptor waardoor het g-eiwit niet kan binden; internalisatie van de receptor door binding van adaptoreiwitten. Dit in het geheel verminderd de responsiviteit van het systeem. Bij behandeling met agonisten kan dit bijvoorbeeld optreden, een steeds hogere dosis is nodig om hetzelfde effect te verkrijgen. Bij het plotseling staken van behandeling met een antagonist nemen we het omgekeerde waar, de desensitatie vind niet plaats door blokkade van de receptor. Bij plotseling stoppen met de behandeling is de reactie op de endogene stof enorm groot (rebound fenomeen). In afwezigheid van een ligand kunnen de g-eiwit gebonden receptoren ook spontaan actief worden, dit zijn de constitutief actieve receptoren. Farmaca en endogene stoffen kunnen dus naast het heel zwart witte activatoren ook als modulatoren gezien worden van spontane activiteit. Naast g-eiwitten binden deze receptoren ook andere eiwitten, de adaptoreiwitten (bijvoorbeeld bij internalisatie en desensitatie). Ook de constitutieve actieve receptoren ondergaan internalisatie. Ook kunnen deze receptoren dimeren vormen welke de activiteit en de reactie op farmaca beïnvloed. Aan kinase gekoppelde receptoren leiden vaak na binding van een ligand tot autofosforylering van een deel van de receptor in de cel, vaak tyrosine. Ook deze receptoren vertonen constitutieve activiteit en ondergaan internalisatie. Verder weten we dit deel van bovengenoemd deel over RAS. Speelt dus een belangrijke rol bij groei en differentiatie van cellen. De interne receptoren binden bijvoorbeeld steroïden en vergroten na binding over het algemeen de transcriptie van bepaalde genen. Dan is er nog een aantal zaken dat we moeten weten van de verschillende werkingen van een farmacon of endogene stof. Hierbij wordt uitgegaan van de massawerkingswet welke stelt dat een receptor in twee vormen van voorkomen, gebonden aan een ligand (R*) en een niet gebonden (R). over het algemeen is er een evenwicht tussen beiden waarbij de dissociatiesnelheid gelijk is aan de associatiesnelheid van het ligand aan het receptor. Agonisten verschuiven het evenwicht naar R* en activeren de receptor, er is dus meer activiteit. Inverse agonisten verschuiven juist het evenwicht naar R, dus minder activiteit. Dit doen ze door het tegenovergestelde te doen als de agonsiten, de respons wordt dus kleiner, omdat de actie van de normale agonist verkleind wordt. Antagonisten hebben geen effect op dit evenwicht maar beïnvloeden de stoffen die dit wel hebben. Antagonisten blokkeren dus de werking van agonisten. De fractionele respons is de waargenomen respons bij een bepaalde hoeveelheid farmacon in verhouding tot de waargenomen respons bij een volledige receptor bezetting (maximale respons). Als maat voor de affiniteit (pd2)van een receptor voor een bepaald farmacon wordt de hoeveelheid gebruikt die van een farmacon nodig is om de helft van de maximale respons te krijgen. Dit zegt echter niets over de therapeutische effectiviteit. Er bestaan agonisten waarbij nooit een maximale respons optreedt, ook al zijn alle receptoren bezet. De intrinsieke effectiviteit is dan ook de fractionele respons die een stof opwekt t.o.v. de maximale respons, bij een 100% receptorbezetting. Deze kan dus variëren van 0-1. Wanneer de maximale respons al bereikt wordt voordat alle receptoren bezet zijn spreken we van een receptorreserve. Antagonisten binden aan receptoren maar lokken geen respons uit, ze hebben dus geen intrinsieke activiteit. ze blokkeren echter wel de binding van agonisten. We kennen twee soorten antagonisten, de competitieve en niet-competitieve. Competitief antagonisme kan overwonnen door een overmaat concentratie van de agonist, de kans op binding van de agonist wordt velen malen groter en doet zo het effect van de antagonist teniet. De niet-competitieve antagonist echter kan niet door een overmaat aan agonist worden overwonnen. De maximale respons neemt door de antagonist af, en kan op verschillende manieren tot stand komen. Bijvoorbeeld dat de affiniteit van de antagonist voor de receptor zo hoog is dat na binding bijna geen dissociatie meer plaats vind. Om te toetsen of een

5 antagonist competitief of niet is kun je gebruik maken van de lineweaver-burk plot. In het geval van competitief snijden alle lijnen in de y-as op hetzelfde punt maar is de steilheid van de lijnen verschillend. In het geval van niet competitief is het snijpunt met de y-as al verschillend, wat een verschil in maximale respons presenteert. Tot slot hebben we ook nog partiëel antagonisme, wat een beetje ingewikkeld is. In dit geval is er dan sprake van een partiële agonist, een stof die minder intrinsieke activiteit bezit dan de volle agonist. Na binding aan een receptor is de respons dus lager dan die bij een volle agonist zou zijn. In dit geval voorkomt de binding van een partiële agonist de volledige respons t.o.v. de volle agonist, partiëel antagonisme. Van functioneel antagonsime is sprake als twee volle agonisten op een receptor een tegengesteld effect uitlokken. De respons op een farmacon kan tussen individuen op twee punten verschillen. Een kwantitatief verschil is het verschil afhankelijk van de concentratie in het lichaam. Bij een kwalitatieve respons kijk je naar of wel of geen respons. De ED50 is de concentratie die nodig is om bij 50% van de individuen een respons uit te lokken. De TD50 is de concentratie die bij 50% van de individuen toxisch is. Aangezien farmaca niet alleen in het doelorgaan werken hebben ze ook neveneffecten. Deze bijwerkingen kunnen ook ontstaan door een te grote respons op een farmacon. Het verschil tussen de ED50 en de TD50 is de therapeutische breedte, hoe groter, hoe veiliger het middel. De therapeutische index is het quotiënt tussen beide waarden. Upregulatie Het aantal receptoren neemt toe bij langdurige toediening van antagonisten Desensitatie / downregulatie Het aantal receptoren neemt af t.g.v. langdurige toediening van agonisten Specificiteit is de binding aan een receptor, selectieve tijd is de mate van respons die uitgelokt wordt. Thema 3 (HC6,6,8; WC4,5): ADMET wordt gebruikt om de complexe weg door en uit het lichaam te omschrijven die een farmacon doorloopt. Het bestaat uit absorptie, distributie, metabolisme, excretie en transport. Wat doet het lichaam met de stof, farmacokinetiek. Absorptie Een farmacon moet membranen passeren om het doel te kunnen bereiken, hier zijn een aantal mogelijkheden voor. Paracellulair tussen de cellen door, kwantitatief beperkt, alleen voor kleine moleculen. Transcellulair is door de cellen heen, dan moet de stof zowel hydrofiel (cytosol) als lipofiel (membraan) zijn. Dit kan passief door middel van diffusie en is dus concentratieafhankelijk, hoe groter het oppervlak, hoe meer dit mogelijk is. Een andere parameter die hierbij een grote rol speelt is het verdelingscoëfficiënt van een stof, de mate waarin het geneigd is te verdelen over een waterige en vettige omgeving. Zoals in de darmen vanuit de waterige darmen naar het vette epitheel. Heirbij wordt aangenomen dat alleen ongeladen delen door het membraan kunnen diffunderen. De mate waarin een stof ongeladen is hangt af van de omgevings ph en de zuurgraad van de stof pka. Dit heeft ook invloed op waar de stof wordt opgenomen gezien het grote verschil tussen de ph in de maag en darm. Stoffen kunnen ook met behulp van transport eiwitten worden opgenomen, dan moeten ze wel aan het eiwit kunnen binden omdat deze substraatspecifiek zijn. Het kan echter slechts in één richting plaatsvinden afhankelijk van de richting van het eiwit maar wel tegen de concentratiegradiënt in. Competitie kan plaats vinden voor bindingsplaatsen op de transporter, de capaciteit is dus beperkt en kan verzadigd raken. Gefaciliteerde diffusie is een mechanisme voor hydrofiele stoffen die met de gradiënt mee gaat maar toch gebruik maakt van een carrier. Deze transporter beweegt zelf over het membraan en neemt onderweg een substraat mee. Voor farmaca kan dit mechanisme echter vooralsnog niet gebruikt worden. De permeabiliteitsconstante zegt iets over de permeabiliteit van een membraan voor de stof. Een P van 0 is een goede diffusie, de stof is lipofiel en hydrofiel. Een hoge permeabiliteit maakt de stof

6 lipofiel en er vindt ophoping in het cel membraan plaats, de absorptie is vertraagd P > 3. Een te lage P <0 geeft een beperkte diffusiemogelijkheid, omdat de stof zeer hydrofiel is. Bij toediening van farmaca moet men echter ook rekening houden met de tegengestelde werking, mechanismen die de stof weer uit de weefsels duwt. P-glycoproteïne is bijvoorbeeld een bekende hiervan, met name in de hersenen. Met een juiste absorptie is het uiteindelijk de bedoeling dat een farmacon in de bloedbaan terecht komt. Een aanduiding hiervoor is de biologische beschikbaarheid (F), wat het deel van de dosis is dat uiteindelijk onveranderd in de bloedbaan komt. Een biologische beschikbaarheid is uiteraard 100% na intra-veneuze toediening. Er zijn een aantal factoren die de biologische beschikbaarheid beïnvloeden. middelen met een F > 80% = prima Middelen met een F < 30% - grote inter-individuele verschillen!zie schema hieronder voor uitgebreider op alle delen van ADMET, hier alvast een voorproef: slechte membraanpassage, slechte wateroplosbaarheid, kwaliteit, First-pass effect, ontleding in maag/darmkanaal, interacties met andere stoffen. De absorptiesnelheid is de hoeveelheid farmacon dat per tijdseenheid in de bloedbaan komt. Het belang van biologische beschikbaarheid is groot voor bepaling van de dosis, met name bij een kleine therapeutische index belangrijk. Stoffen die bij passage door de darm of lever sterk gemetaboliseerd worden (First-pass effect) hebben een lage biologische beschikbaarheid. De toediening draagt dus ook bij aan de biologische beschikbaarheid. Het meten van de biologische beschikbaarheid kan met behulp van AUC, area under the curve, van tijdstip 0 tot oneindig. Let op: de biologische beschikbaarheid zegt niets over het bereiken van een therapeutische concentratie, die verschilt per stof. Het zegt iets over de hoeveelheid stof in het bloedplasma. De kenmerken van de absorptiesnelheid worden vaak weergegeven met Cmax en Tmax, de maximale farmaconconcentratie na enkelvoudige toediening en het tijdstip waarop deze wordt bereikt. De meeste stoffen worden in de dunne darm opgenomen. Hier kun je te maken krijgen met een Firstpass effect door enzymen in het lumen, de darmwand of het terug transport het lumen in. Prodrugs kunnen hierbij helpen, dit zijn stoffen die resistent zijn tegen deze effecten en pas nadat het in het lichaam opgenomen wordt een actieve werking krijgt. Distributie Dit gaat over de verdeling van het farmacon over de verschillende weefsels, het gaat vrij snel maar is niet statisch, het verkeerd continu in evenwicht. We onderscheiden hier meerdere compartimenten met het centrale compartiment als bloedplasma en goed doorbloede weefsels (hart, longen, nieren, lever) en het perifere compartiment voor de minder goed doorbloede organen en vetweefsel. We spreken van een twee-compartiment model wanneer de verdeling over de beide compartimenten verschild en dan langzamer is voor het perifere deel. Wanneer op t=0 de verdeling al direct over het gehele lichaam homogeen is en op latere tijdstippen zo blijft spreken we van een één-compartiment model. Bijna altijd is hier sprake van. Het verdelingsvolume is een maat voor hoeveel farmacon zich overal zou moeten bevinden t.o.v. het lichaamsvolume om over alle compartimenten homogeen verdeeld te zijn. We spreken dan van de verhouding tussen de hoeveelheid farmacon in het lichaam/ de concentratie in het bloed = Vd. (Vd = Ab/C). eiwitbinding in het bloedplasma van het farmacon heeft invloed op het verdelingsvolume, alleen de vrije fractie farmacon, dus niet gebonden aan eiwitten, kan zich verdelen over andere weefsels. Wanneer een stof tijd nodig heeft zich te verdelen over het lichaam is de Vd niet hetzelfde als op t=0, deze zal namelijk toenemen in de tijd, beter verdeeld raken over alle weefsels, we spreken dan dus over een twee compartimenten model. Het verdelingsvolume kan dan bepaald worden aan de hand van de oppervlakte onder de concentratiecurve (AUC) en de eliminatieconstante (ke), Ab(concentratie in het lichaam) / (AUC * ke) = Vd. Wanneer Vd groter is dan het lichaamsvolume wijst dit op een ophoping in een van de compartimenten of een bepaald weefsel. Er zijn 4 factoren die van invloed zijn op het verdelingsvolume van een stof: de lipo/hydrofilitieit, de molecuulgrootte, de verdeling over enterocyten en plasma en de mate van eiwitbinding in relatie tot weefselbinding. Hydrofiele farmaca

7 hebben niet zo de neiging om de bloedbaan te verlaten; lipofiele stoffen juist wel met een mogelijke ophoping in vet. Vd is voor lipofiele stoffen dus vele malen groter. Ook plasma eiwitbinding (bijvoorbeeld aan albumine) belemmert de verdeling. Een binding van 95% zegt over 95% binding van de in het plasma aanwezige eiwitten, niet in het hele lichaam en niet het farmacon. Lipofiele, basische stoffen _ groot Vd Polaire, zure stoffen, eiwitbinding hoog _ klein Vd. Dit komt ook omdat het bloed licht basisch is dus basische stoffen zijn ongeioniseerd. Aangezien de veranderde verhouding tussen water en vet bij ouderen verschilt ook het verdelingsvolume met de leeftijd, kleiner volume voor hydrofiele stoffen, groter voor lipofiele stoffen. Bij de excretie is net als de verdeling de vrije fractie van belang omdat alleen deze de levercellen kan binnendringen voor biotransformatie of de niercellen voor excretie. Hier komen we in een later deel van ADMET nog op terug. Tijdens de verdeling van een stof zijn er 3 barrières waar je rekening mee dient te houden, placenta, moedernmelk en bloed-hersen barrière. Alleen zeer lipofiele stoffen dringen in de hersenen door. Metabolisme Een beperking aan de uitscheiding van het lichaam is dat de stof wateroplosbaar moet zijn in de urine. De meeste farmaca zijn echter juist vetoplosbaar, en voldoen dus niet aan deze eis. Biotransformatie is het proces waarbij een stof wateroplosbaar wordt gemaakt voor de uitscheiding via de urine en vindt voornamelijk plaats in de lever. Globaal kunnen deze twee reacties onderverdeeld worden in 2 fasen: 1. Fase 1: door oxidatie, reductie of hydrolyse wordt een polaire groep op het farmacon geplaatst. Hierbij kan de farmacologische activiteit verloren gaan maar ook hetzelfde blijven of versterkt worden. De reactie van fase 1 kan ook ontstaan zonder de fase 2 reactie eropvolgend, wanneer het farmacon reeds voldoende hydrofiel is. Het vind meestal met behulp van enzymen in het ER plaats. a. Oxidatie: de meeste reacties worden gedaan door het cytochroom-p450 enzym, in het ER. Hiervoor is NADPH en zuurstof nodig. Veel farmaca hebben meerdere structuren waar p450 op aan kan grijpen, zo ontstaan dus zeer veel complexe metabolieten. b. Reductie: deze spelen een minder grote rol maar p450 kunnen door koppeling van oxidatie van hun normale substraat een farmacon reduceren. Aangezien dit zonder zuurstof kan, kan het bijvoorbeeld in de anaërobe darmflora plaatsvinden. c. Hydrolyse: het farmacon wordt gesplitst onder opname van water. Dit gebeurt o.a. door esterasen. Glucuronidasen en sulfatasen kunnen het ook uitvoeren. 2. Fase 2: lichaamseigen stoffen worden in deze fase covalent aan het farmacon gekoppeld aan een polaire groep (conjugatiereactie), hierdoor wordt de stof over het algemeen hydrofiel. Er is energie nodig om deze reactie uit te voeren. Fase 2 metabolieten zijn bijna altijd farmacologisch inactief. De reactie van fase 2 kan ook ontstaan zonder de fase 1 reactie, wanneer het farmacon reeds over een polaire groep beschikt. Het vind meestal met behulp van enzymen in het cytosol plaats. a. Glucuronidering: belangrijkste reactie, een aanzetting van het glucuronzuur. De ontstane stof is vaak niet heel stabiel, maar wel inactief in de regel. Het vind plaats in het ER, vlak bij p450 reacties. b. Sulfatering: ook een belangrijke reactie, gedaan door sulfotransferasen. c. Acetylering: N-acteyl-transferasen voeren deze reactie uit, acetyl-coa is acetyldonor. Belangrijk is dat acetylering tot minder goede wateroplosbaarheid leidt en de uitscheiding dus langzamer is. Wel zorgt het voor afname in farmacologische activiteit. d. Methylering: methyltransferasen voeren dit uit in het cytosol. Metabolieten verschillen doorgaans weinig van de moedervebinding.

8 e. Aminozuurkoppelinh: belangrijker voor endogene stoffen. Het farmacon komt in energetisch favoriete toestand door aanhechten van co-enzym A. f. Glutaathion conjugatie: in het cytosol en mitochondria. Er is echter een beperkte hoeveelheid glutaathion. Reactieve intermediairen kunnen met DNA en RNA reageren en is dus schadelijk bij uitputting van glutaathion. Bioactivatie is het machanisme waarbij het metaboliet sterker actief is dan de moederverbinding, prodrugs maken hier bijvoorbeeld gebruik van. Een metaboliet kan ook toxisch worden. De snelheid van biotansformaties kan beïnvloed worden door een aantal verschillende factoren. Allereerst is het natuurlijk afhankelijk van de activiteit en de capacitiet van de enzymen in de lever. Cl is de klaring en dus het vermogen van een orgaan om een farmacon uit te scheiden, dit is direct gerelateerd aan de enzymactiviteit. Het aantal enzymen of de capaciteit kan toenemen naarmate de blootstelling aan een farmacon vaker is, adaptatie, dit proces noemen we dan inductie. Dit kan goed zijn maar kan ook het aantal toxische metabolieten verhogen. Biotransformerende enzymen kunnen ook als andere enzymen competitief of niet-competitief geremd worden. Suicide inhibitors zijn remmende stoffen die het hele enzym deactiveren, er moeten dan nieuwe enzymen aangemaakt en het effect is dus langduriger dan bij normale inhibitie. Tot slot kan voedselinname of competitie hieropvolgend met endogene stoffen de werking beïnvloeden. Een wijziging kan ook optreden in de stereoisomerie, en recepteren zijn stereo selectief dus de verhouding tussen de aanwezige isomeren is van invloed. Tussen diersoorten vinden we met name in de conjugatiereacties grote verschillen. - Nauwelijks glucuronidering bij feliden (kat-achtige) Nauwelijks acetylering bij de hond Nauwelijks sulfatering bij het varken - de cavia kan slechts in beperkte mate gutathionconjugaten vormen Excretie: Er is een aantal wegen waarlangs een farmacon of zijn metabolieten uitgescheden kunnen worden. Klaring is de beste parameter om de excretie mee te definiëren en is: het volume bloed/plasma dat per tijdseenheid volledig van het farmacon gezuiverd wordt. De intrinsieke klaring is het vermogen van het mechanisme om een bepaalde hoeveelheid te klaren. Renale = nier; hepatische = lever. Er is dus een fractie van de aangeboden hoeveelheid farmacon die wordt verwijderd, en heet ook wel de extractieratio ER. De klaring Cl is de bloeddorstroming (Q) maal de ER. De klaring kan maximaal gelijk zijn aan de bloeddoorstroom in het orgaan, dan is het flow-afhankelijke klaring. Een ER groter dan 0,7 wordt al als flowafhankelijk beschouwd. Lager dan 0,3 is de snelheidsbeperkende stap de capaciteit van het klaringsproces. Bij klaring in de nieren worden deze bepaald door 4 processen: 1. Glomerulaire filtratie; 2. Passieve terugdiffusie uit de voorurine. Beide eerste processen zijn passief en gaat via transport door poriën. De hydrostatische druk vormt de drijvende kracht. Gebonden eiwitten passen niet door het zeefje en kunnen niet gefiltreerd worden. Terugdiffusie verlaagd de klaring. De concentratiegradiënt vormt hierin een drijvende kracht, evenals de ph, de urineproductie en de lipofiliteit van het farmacon. Terugdiffusie is alleen mogelijk wanneer een stof in de ongeïoniseerde vorm komt en dit is afhankelijk van de omgevings ph en de pka. Herbivoren hebben een basische ph urine, carnivoren een zure urine. Een stof moet eveneens lipofiel zijn voor terugdiffusie. Zure omgeving = zuur ongeïoniseerd, basische omgeving = base ongeïoniseerd. Door meer urineproductie wordt de concentratie van de farmaca in de urine lager, dit omdat de osmotische waarde verlaagd. Een uitozndering hierop zijn natuurlijk sterk hydrofiele en lipofiele stoffen. Lipofiel gaat terug, hydrofiel blijft. Hoge lipofielie leidt dus tot het meer terugdiffunderen van een stof. 3. Actieve Tubulaire secretie stoffen kunnen naast via de glomeruli ook via de tubuli uitgescheden worden, we spreken dan van dit. De tubulaire excretie is opgeteld bij de

9 glomerulaire diffusie en is dus per definitie hoger dan alleen de glomerulaire filtratiesnelheid. Er vind competitie plaats omdat het actief transport is. 4. Actieve tubulaire reabsorptie. Dit kan ook een rol spelen bij de terugabsorptie uit de voorurine. Endocytose kan hier ook een rol bij spelen. Wanneer er sprake is van een hogere renale klaring dan de filtratieklaring is er sprake van tubulaire klaring. Wanneer er sprake is van een lagere renale klaring dan de filtratieklaring is er sprake van reabsorptie. De lever kan naast biotransformaties ook bijdragen aan de uitscheiding via gal naar de darm. Meestal ondergaan de stoffen dan wel eerst een biotransformatie. De aanwezigheid van een polaire groep bevordert de uitscheiding en voorkomt terugdiffusie uit de darm. Ook een grotere molecuulmassa is een voordeel voor deze vorm van uitscheiding. Over het algemeen doen de nieren de kleine stoffen (300/500u) en de lever de grote stoffen (>500u)er zijn verschillende transportsystemen betrokken bij deze vorm van uitscheiding en zijn zeer substraat specifiek en gevoelig voor competitie. Tal van stoffen worden eenmaal in de darm uitgescheden weer terug geabsorbeerd en ondergaan op deze manier de enterohepathische kringloop. Dit blijft doorgaan tot ze uiteindelijk toch via de feces of de nieren uitgescheden kunnen worden. Vaak zijn glucuronideconjugaten betrokken bij deze kringloop. Dit kan veroorzaken dat farmaca lang in het lichaam verblijven. Veel stoffen die niet direct in het bloed worden ingespoten moeten eerst langs de lever. Wanneer hierdoor de klaring van de stof groot is en dus de biologische beschikbaarheid kleiner spreken we van een First-pass effect. Andere eliminatiewegen zijn de uitademing, moedermelk, speeksel, zweet en haren. Schema uit werkcollege: Absorptie Stof Lipofiel-hydrofiel Galden-ongeladen ph omgeving molecuulgewicht binding aan voedsel- Ca2+ farmaceutische formulering fysiologie Maaginhoud Darmflora Enzymen darmwand Peristaltiek Doorbloeding orgaan Ziekteprocessen Orgaan oppervlak Distributie Stof Lipofiel/hydrofiel PkA BINDING EIWITTEN Molecuulgewicht fysiologie Doorbloeding Ziekteprocessen Biologische barriere Metabolisme Stof Biotransformatie fysiologie Ziekte Diersoort excretie Stof Eiwitbinding Molecuulgrootte pka, ph urine fysiologie Actief/passief

10 Enterohepatische kringloop ph urine ziekteprocessen Toedieningswijzen: de toedieningswijze kan invloed hebben op al bovengenoemde processen. We onderscheiden hier een aantaal verschillende manieren. Enteraal = oraal of rectaal Parenteraal= met injectie, intraveneus, intra-musculair, subcutaan Intranasaal = per inhalatie. IV is snel en betrouwbaar (biologische beschikbaarheid is 100%), oraal is makkelijk en via darm. thema 4 naast de biologische beschikbaarheid kun je ook naar de cumulatieve uitscheiding kijken om te zien hoeveel stof in het lichaam geweest is. De absorptiesnelheid wordt weergegeven met Cmax en Tmax. Om de relatieve biologische beschikbaarheid te bepalen moet je in de gaten houden dat de dosis en de klaring van beide stoffen gelijk is. Om de gelijkwaardigheid tussen farmaca te meten, wat dus niet de biologische beschikbaarheid is, kijken we naar 4 verschillende dingen: chemische,farmaceutische, biologische en therapeutische gelijkwaardigheid. Het concentratieverloop in het lichaam van een stof is de kwnatitatieve kinetiek, en hangt af van de ADME processen. Omdat het bloed toegankelijk is worden vaak de concentratie-tijd relatie in het plasma bepaald. De concentratie in het effectororgaan kan aan de hand van deze waarde bepaald worden en is afhankelijk van de uitwisseling tussen de compartimenten. Na absorptie en verdeling geeft de C-T relatie uitsluitend nog het eliminatieproces weer. De verdeling is dynamisch en blijft dus bezig. Het fictieve Vd en de Cl zijn dus de belangrijkste parameters (primaire kerngetallen). De halfwaardetijd is de tijd die het kost om de helft van het farmacon te elimineren. De heersende concentratie in het lichaam relateert aan de hoeveelheid in het lichaam Ab. Ab is niet gelijk aan de dosis omdat tijdens de verdeling reeds eliminatieprocessen plaatsvinden. Vd = Ab / C. Voor de hoeveelheid farmacon die per tijdseenheid uit het lichaam geklaard wordt is het de plasmaconcentratie maal de klaring Cl * C = de/dt. Wanneer je dus de afname van het farmacon in het lichaam wilt weten kun je de formule herschrijven als: -dab / dt = Cl * C. dit maakt ook weer dat dc / dt = - Ab * C. Ab kun je herschrijven als Cl / Vd, wat ook weer de evenredigheidsconstante is Ke van de tijd. Dus de eliminatiesnelheid. De halfwaardetijd hangt ook weer van deze waarden af en is: t1/2: (ln2) / Ke. De halfwaardetijd is dus afhankelijk van het verdelingsvolume en de klaring. Dit alles gaat over een één compartiment model. Bij het twee compartimenten model blijkt dat de lineaire eliminatiefase voorafgegaan wordt door een snellere concentratiedaling. Er zijn dus twee fasen, alpha voor 1, bèta voor 2. De eerste fase wordt voornamelijk bepaald doordat de stof nog verdeeld moet worden en er relatief veel faramcon in het bloed is. Bij stoffen die zich nog eens verder verdelen, bijvoorbeeld ophopen in vetweefsel, zien we na de bèta fase nog een derde fase. Dit weerspiegelt de langzame afgifte van de stof aan het bloed vanuit het weefseldepot. Anaesthetica hebben deze kenmerken vaak. Een kenmerk van deze derde fase is een langzame t1/2. De patiënt blijft lang aan het farmacon blootgesteld, hoewel in geringe dosis, en hier dient dus rekening mee gehouden te worden. Dit proces wordt ook wel redistributie genoemd. Bij orale toediening hebben we eveneens nog te maken met een absorptiefase waarbij het farmacon nog niet volledig in het bloed aanwezig is. In het begin is de absorptie groter dan de eliminatie, daarna gelijk en daarna kleiner. Je zult dus een bi-exponentiële functie krijgen. Bij herhaald doseren spelen de doseringinterval en de halfwaarde tijd een belangrijke rol. Hierbij kun je twee situaties tegenkomen. Namelijk de stof is al geëlimineerd voor de nieuwe dosis, of het interval is te kort en er vindt opstapeling plaats. Wel zien we hier dan een fluctuatie tussen de

11 intervallen, waarin de eliminatie, doch niet voldoende, wel doorzet. Voor de therapeutische dosis is het belangrijk binnnen de grenzen de fluctuaties minimaal te houden. De primaire kengetallen zijn het verdelingsvolume en de klaring. De secundaire kengetallen kunnen allemaal met behulp van de primaire kengetallen en zijn de eliminatieconstante, de halfwaardetijd en de biologische beschikbaarheid. Hoe groter het verdelingsvolume, hoe groter de halfwaardetijd. Hoe groter de eiwitbinding, des te kleiner de Vd. De halfwaardetijd en de Ke hangen van de klaring af, biologische beschikbaarheid niet! Verder zijn binnen de ADME de volgende kengetallen van belang: Absorptie: biologische beschikbaarheid, F. Distributie: verdelingsvolume, Vd, liters/kg. Metabolisme: biotransformatie, maar dit is geen kengetal. En de functie van de lever, doorbloeding (Q) * enzymfunctie (E). Eliminatie: klaring, Cl, liter/min/kg. Bij een twee compartimenten model moet je de halfwaardetijd altijd van fase bèta nemen, hier spreken we namelijk over echte eliminatie nadat alles volledig is opgenomen. Denk eraan dat wanneer je de dosis verdubbelt, je slechts voor +1 maal de halfwaarde tijd de dosis hebt. Bovendien heb je dan ook kans op een toxische grens. Thema 6: Farmacotherapie en evidence-based medicine Farmacotherapie Farmacotherapie is een combinatie van farmacologische kennis (Symptomen van de patiënt wat moet je bereiken?) en patiënt-gebonden onderzoek (Diagnose patiënt wat wil je bereiken?) Hierbij moet je bedenken wat voor patiënt je hebt Is de patiënt oud/jong, ondergewicht/overgwicht, gezond/lijdt aan hart/nier/lever problemen etc. Evidence Based Medicine De vijfstappenmethode 1. probleem vertalen in een beantwoordbare vraag (PICO vraag) 2. efficiënt zoeken naar het beste bewijsmateriaal 3. kritische beoordeling kwaliteit (controle groep, randomiseren, follow-up) 4. interpretatie effect (is het relevant?) 5. vertaling naar de praktijk Alternatieve therapievormen Allopathie Geneesmiddelen zullen ontregelde orgaanfuncties corrigeren en zodoende de patiënt beter maken. Homeopathie De patiënt herstellen door het toedienen van lage dosering van geneesmiddelen die in hogere concentraties de kwaal zelf veroorzaken. Homeopathische middelen hebben dus geen specifieke eigenschap, maar stimuleren de organen om fysiologisch goed to functioneren. Thema 7: het endocriene systeem is het deel dat verantwoordelijk is voor hormonen afgifte. Ze worden afgegeven in de intracellulaire ruimte vanuit waar ze uiteindelijk in de bloedbaan terecht kunnen komen. De hypothalamus en de hypofyse zijn zeer belangrijke endocriene organen en spelen dus een grote rol in handhaving van de homeostase. De hypothalamus speelt een rol bij handhaving van vitale lichaamsfuncties zoals bloed osmose, temperatuur, bloedvolume etc.

12 afferente input in de hypothalamus komen van veel hersengebieden alsmede het ruggenmerg. De hypothalamus krijgt informatie binnen over de staat van het lichaam en reageert met signalen naar het endocriene systeem en autonome zenuwstelsel. In het circumventriculaire systeem is de bloed hersen barrière afwezig en hier kunnen de neuronen van de hypothalamus makkelijk gegevens opdoen van de bloedwaarden. Het hormonale feedback systeem ofwel de neuroendocriene integratie bestaat dus uit de informatie vanuit het vaculaire systeem alsmede het neurologische systeem. De hypothalamus communiceert met de hypofyse (hypothalamus-hypofyse as) via twee paden. Via axonen met de neurohypofyse en via secretie van hormonen met de adenohypofyse. Hypothalamus remming Hypofyse remming Maakt Bloed Nierr Bijnier De adenohypofyse Ontstaan uit het zakje van Rathke (ventraal), bestaat uit 3 delen, de pard distalis, pars intermedia en de pars tuberalis. Klierweefsel. De pars distalis speelt de belangrijkste rol in dit onderwerp en bevat cellen die geklassificeerd kunnen worden als acidofiel, basofiel of chromofoob. Deze cellen zijn in staat om verschillende soorten hormonen uit te scheiden. Deze hormonen moet je kennen dus bij deze het schema uit het college en de aanduiding tot welke groep cellen de producerende cellen behoren. Neuronen in de hypothalamus geven hormonen af aan het bloed. Via een poort ader komen die hormonen in de adenohypofyse. Hier worden er andere hormonen/stofjes aangemaakt. Hypothalamus Adenohypofyse Perifeerorgaan hormoon CRH ACTH (basofiel) Bijnierschors cortisol TRH TSH (basofiel) Schildklier T4/T3 GnRH LH/FSH (basofiel) Testes/ovaria Oestrogeen/testosteron GHRH GH (acidofiel) Lever IGF-1 PRH Prolactine (acidofiel) melkklier Het pars intermedia produceert verder nog het melanocyt stimulerend hormoon. 1. RH en IH in hypothalamus 2. via bloed (poortader) adeno-hypofyse 3. Adenohypofyse-hormoon perifeer orgaan De neurohypofyse ontvangt informatie uit de hypothalamus via neuronen, maar bevat zelf geen neuron cellichamen. Neuraal weefsel. Onstaan door uitgroeiing hypothalamus, diencephalon (3 e ventrikel, neuro-ectoderm).de neuronen van de hypothalamus geven oxytocine en ADH (vasopressine) aan de neurohypofyse af, welke op hun beurt weer invloed hebben op andere organen. ADH heeft invloed op de nieren (opname water) en bloedvaten, oxytocine juist op de baarmoeder en melkklier. 1. ADH en OCT in hypothalamus 2. via axonen neurohypofyse perifeer orgaan

13 Het contrast tussen het endocriene en het zenuwstelsel is op 4 punten te zien: 1. Zenuwstelsel voor spierbeweging, exocriene klieren en intellect. Het endocriene systeem voor regulatie van metabole reacties 2. Zenuwstelsel kan heel snel, endocriene systeem is relatief langzaam. 3. Het zenuwstelsel heeft kabeltjes lopen voor communicatie, endocrien laat stoffen los. Hierdoor is de communicatie dus niet volledig cel specifiek. 4. Het zenuwstelsel heeft elektrsiche communicatie, het endocriene systeem chemisch. Secretoire Patronen De afgifte van hormonen fluctueert wat de frequentie en hoeveeleheid betreft. Circadiale afgifte: dag/nacht ritme. o Voorbeeld: GH, cortisol Circalunaire afgifte: maandelijks ritme Pulsatiele secretie o Binnen een kleine tijd (b.v. een uur) veranderd de secretie van hormonen. Structuurkenmkerken van hormonen Polypeptiden PTH, GH, insuline, glucagons, ADH, oxytocine, (nor)adrenaline, releasing factors Na orale toediening in het MDK geinactiveerd Na parenterale toediening snel en nagenoeg volledig geresorbeerd en verdeeld. BHB nauwelijks passeren Snel gemataboliseerd Korte t½ maar lang aanhoudend biologisch respons Glycoproteinen LH, FSH, TSH Na orale toediening in MDK geinactiveerd Goed geresorbeerd vanuit de injectieplaats Trage biotransformatie Steroiden

14 Androgenen, oestrogenen, glucocorticosteroiden Na orale toediening goed geabsorbeerd in MDK Snel in de lever gemetaboliseerd (first pass) --> Dit is niet effectief In circulatie binden ze snel aan plasma eiwit --> lange t½ Feedbackhormonen zijn altijd steroïden en kunnen door de BHB heen Eiwithormonen (afgeleid van aminozuren) Thyroxine (T4), trijoodthyronine (T3) Geode orale biologische beschikbaarheid In het bloed aan plasma-eiwitten gebonden T4 heeft langere t½ dan T3 (vanwege eiwitbinding) Om uit te scheiden eerst gebiontransformeerd worden. De hypothalamus hormonen zijn releasing factoren of inhibitiehormonen. Er zijn in deadenohypofyse 6 typen cellen, voor elk hormoon een eigen cel. Stimuli op hormonen uit de adenohypofyse duren langer omdat het door het poortader systeem moet. De neuronale overdracht gaat sneller, neurohypofyse hypothalamus I - I CRH hypofyse I - I ACTH Cortisol < bijnierschors Dit is een negatief feedbacksysteem. Thema 8 Ionkanalen zijn niet constant open, selectief doorlaatbaar en kunnen geen gebruik maken van actief transport. Wel staan ze als gevolg van thermale bewegingen soms spontaan open. Dit willekeurig gedrag van een ionkanaal vernaderd bij een potentiaal verandering in KANS dat een kanaal open is. Of de kans toeneemt van een ionkanaal om te openen hangt af van de manier waarop het gereguleerd wordt, dit kan chemisch of elektrisch zijn. Spanningsgerelateerd speelt een rol bij de generatie van een actiepotentiaal. Het veranderd niet de mate van opening maar de kans om een kanaal in open comformatie terug te vinden. Anionen zijn negatief geladen, cationen positief. Membraanpotentiaal & Evenwichtspotentiaal Binnen in een gewone cel: het meeste K+, maar ook Na+ en Cl-. Buiten de gewone cel: meest Na+, Ca2+ en Cl-, maar ook K+. Een Na+/K+ pomp zorgt voor een ongelijke verdeling van ionen o Per 3 Na+ die naar buiten worden gepompt, komen er 2 K+ naar binnen, en het kost een ATP. Kalium Als K+ naar buiten gaat (dat wil K+) dan is het binnen relatief negatief. Op een gegeven moment houdt dit op, K+ wordt terug getrokken tot een bepaald moment. K+ heeft dus een negatief evenwichts potential door deze zelf te creeren (-90) Natrium Na+ wil via diffusie de cel IN. De membraan potentiaal is dus positief. Het evenwichts potentiaal van Na+ is positief (+70) Chloor Cl- heeft een negatieve evenwichts potentiaal (-85). Calcium is +90. Nernst Vergelijking Evenwichtspotentiaal voor één ion met de Nernst formule. Eion is kan je uitrekenen afhankelijk van de

15 diffuse gradient. Bij 37ºC is RT/zF gelijk aan 61. Goldman Vergelijking Maar hoe bepaal je de membraan potentiaal? In de cel heb je tenslotte een combinatie van Na+, Ca2+, K+ en Cl- ionen. De relatieve permeabiliteit van het membraan voor een ion geeft het membraan potentiaal in de richting van de best doorstromend ion. In rusttoestand heeft het membraan de hoogste permeabiliteit voor Kalium en ligt dus ook met het rustpotentiaal in de buurt van Ekalium = -90. Omdat nog een deel van de andere ionen ook doorstromen klopt dit niet volledig. Het verschil tussen het rustpotentiaal en de Eion geeft de drijvingskracht van het ion. De in- en uitstroom van ionen tijdens een actiepotentiaal heeft nauwelijks een effect op de concentratiegradiënt. Dit wordt o.a. voorkomen door actieve Na/K pompen. Als je met deze formule werkt krijg je Em (of Vm) = -83 mv. Chloor in evenwicht Natrium ver uit evenwicht (gaat naar binnen) Kalium heeft een hele kleine uitstroom in rust. Als je K+ buiten de cel kleiner maakt heb je een kleinere diffusie gradient. Eion wordt dan kleiner, minder negatief. Dit is depolarisatie. Een membraanpotentiaal (Vm) ontstaat dus door een ongelijke verdeling van de ionen in de extra- en intracelluaire ruimte. De ongelijke verdeling van ionen komt tot stand door ionenpompen en ionkanlen. Een essentieel onderdeel van een cel om een actiepotentiaal te kunnen opwekken zijn de spanningsgevoelige ionkanalen. Spanningsgevoelige Ionkanalen (Voltage Operated Channels) De permeabiliteit van het kanaal is niet constant, maar hangt af van de membraan potentiaal Bij minder negatieve membraan potentiaal is de permeabiliteit groter het neemt dus toe tijdens depolarisatie. Actiepotentiaal In rust: Na+ kanalen zijn dicht, Vm = -83 mv Een prikkel komt aan o Binnen kant wordt iets minder negatief doordat Na+ kanaal heel klein beetje open is. o Dit is een kleine depolarisatie. Vm = -50 mv. Als het kanaal helemaal open gaat dan stroomt er meer Na+ naar binnen. o Vm = +30 mv o Dan gaat het Na+ kanaal helemaal dicht. (Twee deurtjes). Het kanaal gaat dus van gesloten-open-inactief-gesloten. De K+ kanalen gaan dan open, K+ stroomt de cel uit langs de elektrochemische gradient. o Dit is repolarisatie en hyperpolarisatie. Bij hyperpolarisatie kan er zelfs meer kalium naar binnen dan tijdens de rust.

16 als gevolg van depolarisatie gaan zowel de kalium als de natrium kanalen open, echter reageren de natrium kanalen sneller. Zodra de natrium kanalen plotseling inactief worden en dus geen natrium meer doorlaten krijgen de kalium pompen weer de overhand en vind repolarisatie plaats. Refractaire Periode Absolute refractaire periode o Dit is de periode waarin er geen nieuwe actiepotentiaal opgewekt kan worden. o De Na+ kanalen zijn geinactiveerd. o De K+ permeabiliteit is extra hoog. Relatief refractaire periode o Dit is de periode met een verhoogde drempelwaarde, oftewel een verlaagde prikkelbaarheid. o De gevoeligheid voor een actiepotentiaal is nog laag. o De inactivatie van Na+ kanalen wordt geleidelijk opgeheven. o De K+ permeabiliteit keert geleidelijk aan weer terug naar uitgangswaarde. Voortgeleiding van een actiepotentiaal Als ere en actiepotentiaal in een axon ontstaat gaan de Na+ kanalen open, en Na+ stroomt nar binnen. Na+ stroomt richting de axon. Verder naar voren in het axon wordt het minder negatief door een geringe toestroom van de positieve Na+. Als de drempel waarde bereikt is, ontstaat daar ook een actiepotentiaal. Eerst openen een klein aantal kanalen waarvan het gevolg genoeg is om nog meer kanalen te openen. Er ontstaan een soort kringstroompjes de actiepotentiaal stroomt niet de foute kant op. Dit komt door de refractaire periode die optreedt in het vorige stuk van de neuron dus de Na+ kanalen zijn inactief en de K+ kanalen zijn open om te repolariseren. Eveneens is er verder terug sprake van hyperpolarisatie. Dit alles samen heet het elektrotonisch current spread. Lengte Constante R = weerstand van m: membraan i: inwendig, cytosol u: uitwendig Als je de lengte constant vergroot, dan versnel je de voortgeleiding van de actiepotentiaal. Hoe kan je de lengte constante vergroten? 1. Rm verhogen door isolatie axonsegmenten met een myeline schede. 2. Ri verlagen door dikke axonen te hebben, vergote diameter. Synaptische Transmissie Elektrische Synaps o Via gap junctions Chemische Synaps o Van presynaptisch membraan naar de synaptische spleet naar postsynaptische membraan. Op de postsynaptische membraan heb je o Ionotrope receptoren werken met ionkanalen, snelle en direct effect op permeabiliteit voor postsynaptische ionen. Effect na binding van een ligand, bijvoorbeeld een neurotransmitter. Een prototype voorbeeld hiervan is de nicotine acetylcholine receptor. De effector en de receptor zijn onderdeel van het zelfde membraan gebonden molecuul. o Metabotrope receptoren werken met een 2 nd messenger systeem. Langzamer. Chemische Synaps

17 In de presynaptische membraan zitten Ca2+ gated channels. Als een AP aankomt gaan deze open. Ca2+ stroomt naar binnen. De hoeveelheid instroom van Ca2+ is direct gerelateerd aan de hoeveelheid uitgescheden neurotransmissie en des te groter het postsynaptische signaal. De hoeveelheid uitgescheden Ca2+ wordt bepaald door de frequentie potentialen. De instroom van calcium heeft gezien de geringe hoeveelheid geen invloed op de membraanpotentiaal, reageert alleen op een depolarisatie. Dit zorgt voor secretie van neurotransmitter uit de presynaptsiche membraan; de neurotransmitter gaat de synaptische spleet in. De neurotransmitter bindt aan een van de twee soorten receptoren op de postsynaptische membraan. De bidning aan een verschillende receptor geeft een compleet andere respons. De receptoren kunnen naast op dendrieten en cellichamen ook op de axon terminal zitten om feedback te reguleren (autoreceptoren). Neuromusculaire synapse: Skeletspieren. De synaps is het deel tussen de motorneuron en de spiervezel. Het deel van de spiervezel waarop het axon signaleert heet ook wel de eindplaat. Neutrotransmitter = Acetylcholine Ach bindt aan ionotrope receptor: nicotinic acetylcholine receptor. hierdoor stroomt Na+ naar binnen, waardoor depolarisatie optreedt. De actiepotentiaal in de spiercel laat Ca2+ vrij uit het sarcoplasmatisch reticulum. Ca2+ is nodig om actine en myosine te binden, dus krijg je spier contractie Neurotransmitters kunnen inhiberend of exciterend zijn op het POSTSYNAPTISCH SIGNAAL. Deze postsynaptische signalen zijn vaak op de dendrieten of het cellichaam en worden door chemisch gegenereerde ionkanalen bereikt (anders dan de spanningsafhankelijke bij een actiepotentiaal). Bekende exciterende zijn ACTH en glutamaat, inhiberend GABA en glycine. Exciterende neurotransmitters zorgen voor de passage van Ca2+ en Na+ waardoor het potentaal positiever wordt. Inhiberende laten meestal Cl- binnen, dus de generatie van een actiepotentiaal wordt bemoeilijkt. Cl- doet eigenlijk het effect van instromend Na+ teniet. Het zou makkelijker lijken om direct zonder een synaps een signaal over te dragen. Het voordeel is echter dat op deze manier de neuron een integratie kan maken van verschillende signalen. de neurotransmitter in de synaps wordt weer opgeruimd door hydrolyse, heropname en diffusie. Een combinatie van deze is ook mogelijk: acetylcholine wordt via hydrolyse choline en acetaat wat wordt opgenomen door het axon. Spierverslappers Acetylcholine wordt afgebroken door achetylcholinesterase (AChE), de ACh wordt gerecylcleerd. Er zijn twee mechanismes voor spierverslapping: depolariserende en niet-depolariserende. Depolariserende spierverslappers: o Nicotinic receptor agonisten o Remmen Acetylcholinesterase o De concentratie van ACh neemt toe, en er is meer actipotentiaal. o Er ontstaat contractie tot een algemene depolarisatie waarna de receptor gedesensitiseerd is en geen actiepotentiaal meer kan opwekken dus ook geen spiercontractie meer kan veroorzaken. Niet depolariserende spierverslappers o Gaan op de receptor voor acetylcholine zitten, dus deze wordt geblokkeerd. o Er kan dus geen actiepotentiaal meer plaats vinden, en dus contraheren de spieren niet meer.

18 T-tubuli T-tubuli zijn verlengingen van de plasmamembraan die om de myofibrilen heen zitten. Als de plasmamembraan geexciteerd wordt door een actiepotentiaal worden de T-tubuli ook geexciteerd. Deze geven een signaal aan het SR om Ca2+ in het cyctosol vrij te geven, zodat contractie kan plaats vinden. Hyperkalemie Er zijn verhoogde concentraties van extracellulaire K+. Dit veroorzaakt depolarisatie. Depolarisatie opent sommige spanningsgevoelige Na+ kanalen, maar niet genoeg om een actiepotentiaal op te wekken. Na een tijdje worden de Na+ kanalen geinactiveerd en gaat de drempel waarde voor een actiepotentiaal omhoog. Hierdoor ontstaat er spierzwakte. Hypokalemie K+ is nodig om de cel te repolariseren nadat er een actiepotentiaal is geweest. Als er verlaagde K+ concentratie is in de extracellulaire ruimte wordt het rustpotentiaal gehyperpolariseerd. Dit kan je zien door de Goldman vergelijking te gebruiken. Als gevolg van hypokalemie heb je een grotere prikkel nodig om in de membraan een actiepotentiaal op te wekken. De moeilijk exciteerbare cellen hebben dus spierzwakte als gevolg. Channelopathies: HYPP, HOPP, Congenitale Myotonie Heeft te maken met een mutatie in het Na+ kanaal. Hogere permeabiliteit --> membraan potentiaal van de spiervezels is minder negatief Rustpotentiaal van Na+ is hoger Na+ kan langer naar binnen stromen Gevolg van deze veranering: hyperkalemie Buiten is [K+] hoger dus Vm wordt minder negatief. De rust potentiaal ligt dichter bij de drempel dus de spier is makkelijker te exciteren, wat een spierkramp kan laten optreden. Er blijft Na+ naar binnen stromen omdat de inactivation gates open blijven. De repolarisatie duurt veel langer. Hierdoor kun je geen nieuwe actiepotentiaal meer opwekken. Dit veroorzaakt verlamming. Definities Saltatoire voortgeleiding o sprongetjes die de actiepotentiaal maakt van insnoering van Ranvier naar de volgende insnoering van Ranvier. Temporele Sommatie o een serie prikkels kort op elkaar vanuit dezelfde zenuwcel versterken elkaar. o Als een zenuw een prikkel heeft doorgegeven is de zenuw heel even extra gevoelig voor prikkels de drempelwaarde is verlaagd. o Een toenemende hoeveelheid neurotransmitter wordt vanuit de presynaptische cel afgegeven. Spatiele Sommatie o de prikkel van twee of meer verschillende zenuwcellen komt door op een volgende zenuwcel. o Er komt dus van meerdere zenuwen een zwakke prikkel, die met z n alle sterk genoeg zijn om doorgegeven te worden. o Er zijn dus meerdere presynaptische zenuwen die prikkels doorgeven aan één postsynoptische zenuw

19 Witte en grijze stof: verschil in distributie van myeline Witte stof bevat voornamelijk gemyeliniseerde axonen en gliacellen (steuncellen), Grijze stof bevat cellichamen (perikarya) van neuronen, gemyeliniseerdeen ongemyeliniseerdeaxonen en dendrieten en gliacellen, weinig neuronen veel glia. myelineschedes worden gemaakt door: oligodendrocyten (centraal), meerdere axonen per cel cellen van Schwann(perifeer), één axon per cel. verschillende typen secretoireblaasjes: laag-moleculaire neurotransmitters: amines en aminozuren (GABA, glutamaat, glycine, dopamine, (nor)adrenaline, serotonine); synthese en opslag in de synaptische bouton: clearvesicles hoog-moleculaire neurotransmitters: (neuro)peptiden (somatostatine, VIP etc.); synthese in perikaryonen anterograad transport van vesicles langs Thema 9: Embryologie In het embryo statdium ontstaat er uit het ectoderm een neurale groeve in de neurale plaat. Deze groeve verdiept zich in de richting van het notochord (wat later de wervel kolom wordt). De groeve stulpt verder in en de groeve sluit, waardoor de neurale buis ontstaat. De primaire hersenblaasjes zijn (van voor naar achter) Prosencephalon Mesencephalon Rhombencephalon De kromming in embryologisch stadium is bij het mesencephalon. Uit de drie primaire hersenblaasjes worden er vijf secundaire hersenblaasjes gevormd. Dit zijn: Telencephalon - Prosencephalon Diencephalon - Prosencephalon Mesencephalon Metencephalon - Rhombencephalon Myelencephalon - Rhombencephalon Bouw en Functie van het CZS Het centrale zenuw stelsel (CZS) bestaat uit de hersenen (cerebrum, cerebellum en hersen stam) en het ruggenmerg. Deze zijn verpakt in de schedel en de ruggenwervels. De hersenstam bestaat uit het myelencephalon (medulla oblongata), het metencephalon (pons) en mesencephalon. In het ontwikkelende telencephalon zijn er twee grote uitstulpingen van het lumen die de laterale ventrikels vormen. Ruggenmerg De ruggenmerg (medulla spinalis) bestaat uit grijze en witte stof. o Grijze stof = zenuwcellen o Witte stof = gemyeliniseerde zenuwvezels o In grijs én witte stof heb je dorsaal de sensibele delen, en centraal de motorische delen. Formatio reticulare Netwerk van onderlinge verbindingen tussen periferie en hersenen Centrum voor neuro-vegatatieve functies o Bloeddruk, respiratie, ph, (sympatisch)

20 Aandacht en concentratie, attentie Slaap en waak ritme Kop zenuwen I olfactorius tel s reuk II opticus di s zicht III occulomotorius mes m oogbeweging/pupil IV trochlearis mes m oogbeweging V trigeminus met b sensorisch gezicht en hoofd VI abducens mey m oogbeweging VII facialis mey b motorisch gezicht en klieren, smaak VIII versitbulochochlearis mey s gehoor en smaak IX glossopharyngeus mey b viscera motorisch pharynchale controle X vagus mey b larynx/pharynx XI accessorius mey m nekspieren XII hypoglossus mey m tong Op ons oude tuin terras aaide Frida voor glas vele aardige heren Some sluts make money but my brother says big boobs make more (s= sensorisch, m= motorisch, b = beiden) Kernen en banen van de Hersenstam Tectum (dorsaal) o Colliculi caudalis (gehoor reflexen) o Colliculi rostralis (oog reflexen) Tegmentum (ventraal) o Nucleus ruber (beweging) o Substantia nigra (beloning, beweging) o Ventral tegmentum (verzadiging, beloning) Formatio reticulare (pons, schakelstation, gedrag) Pedunculi cerebri (naar cortex) Aquaducturs mesencephalicus Cerebellum Kleine hersenen Grijze stof aan de buitenkant Witte stof aan de binnenkant Functies o Feedback en feed-forward o Controle voor beweging evenwicht, proprio, plan Diencephalon In het diencephalon ontwikkelen zich de epithalamus, de thalamus en de hypothalamus. Het lumen vormt dan de derde ventrikel, die causaal continu is met het mesencephalische aquaduct. Telencephalon Functies coordinatie en communicatie tussen sensorisch deel en motorisch + cognitive deel gedrag denken, ideeen bewustzijn Opbouw Extern o 2 hemisferen