Examentrainer Vragen De bloed-hersenbarrière Hersenziekten zijn in het algemeen lastig te behandelen met medicijnen. Dit komt doordat het grootste deel van het bloedvatenstelsel in de hersenen heel erg gesloten is. Dit wordt de bloedhersenbarrière genoemd. Geneesmiddelen bedoeld om hersenaandoeningen te bestrijden, komen hierdoor moeilijk op de plaats waar ze nodig zijn. De uitwisseling van stoffen vanuit en naar haarvaten vindt plaats via openingen tussen de capillaire endotheelcellen of doordat deze endotheelcellen zelf stoffen doorlaten. Er is een grote variatie in de grootte van de openingen tussen endotheelcellen en daardoor in de mate waarin deze endothelen stoffen doorlaten. Zo zijn in de haarvaten van de lever de openingen tussen de endotheelcellen relatief groot, terwijl deze in de hersenen op de meeste plekken zeer klein zijn en voorzien van 'tight junctions'. Bij een tight junction zijn van twee cellen de membranen plaatselijk zodanig met elkaar verbonden dat ze een barrière vormen voor allerlei stoffen. Om deze capillaire endotheelcellen in de hersenen liggen uitlopers van speciale hersencellen, de stervormige astrocyten. Deze uitlopers vormen een extra laag om de haarvaten. In afbeelding 1 is de doorsnede van een capillair in de hersenen schematisch weergegeven. De endotheelcellen en astrocyten vormen tezamen de bloed-hersenbarrière. Afbeelding 1 In de haarvaten van de lever zijn de openingen tussen de endotheelcellen relatief groot, terwijl deze in de hersenen zeer klein zijn en voorzien van tight junctions. 4p 1 Leg aan de hand van één van de functies van de lever uit dat grote openingen in de levercapillairen functioneel zijn. Leg aan de hand van één van de functies van de hersenen uit dat het van belang is dat in de hersencapillairen de openingen zeer klein zijn. Niet alleen de uitlopers van astrocyten in de hersenen vormen een extra barrière. Aan de buitenzijde van de celmembranen van astrocyten worden verschillende ecto-enzymen aangetroffen zoals aminopeptidasen, carboxypeptidasen, endopeptidasen en cholinesterasen. De aanwezigheid van deze enzymen draagt ook bij aan de geslotenheid van het systeem. 2 Hoe zal bij het onderzoek naar een geschikte medicatie tegen bepaalde hersenaandoeningen hiermee rekening gehouden moeten worden? 1 Uitgeverij Malmberg
A Als het medicijn door de enzymen wordt aangetast, moet het in lage dosering worden toegediend. B Als het medicijn door de enzymen wordt aangetast, moet het in hoge dosering worden toegediend. C Als het medicijn de enzymen aantast, moet het in lage dosering worden toegediend. D Als het medicijn de enzymen aantast, moet het in hoge dosering worden toegediend. In een specifiek deel van de hersenen is, vanwege de functie, de bloed-hersenbarrière minder gesloten. De openingen tussen de capillaire endotheelcellen zijn er relatief groot. 3 Welk specifiek deel van de hersenen is dit? A De hersenschors. B De hersenstam. C De hypothalamus. D De kleine hersenen. E Het verlengde merg. Bron: examen vwo 2011-2. Impulsgeleiding Bij impulsgeleiding in het zenuwstelsel speelt het transport van K + - en Na + -ionen een belangrijke rol. In figuur 1 van afbeelding 2 zijn drie fasen weergegeven: de rusttoestand (fase 1), de depolarisatie (fase 2) en de repolarisatie (fase 3). Bij elke fase is in een diagram het potentiaalverschil tussen de binnen- en buitenkant van het neuronmembraan gegeven. Het diagram in figuur 2 toont het geleidend vermogen van het membraan voor Na + -ionen (gna) en K + -ionen (gk) tijdens een actiepotentiaal. 2 Uitgeverij Malmberg
Afbeelding 2 Figuur 2 4 In welke van de drie fasen staan, volgens de gegevens in afbeelding 2, kaliumkanaaltjes open? A Alleen in fase 1. B Alleen in fase 2. C Alleen in fase 3. D Alleen in fase 1 en 2. E Alleen in fase 1 en 3. F Alleen in fase 2 en 3. Een actiepotentiaal wordt gevolgd door een absoluut refractaire periode, waarin geen nieuwe actiepotentiaal mogelijk is in het desbetreffende neuron (zie figuur 2 van afbeelding 2). 3 Uitgeverij Malmberg
5 Wat is één van de oorzaken voor dit oponthoud? A Het duurt enige tijd voordat de energie voor een actiepotentiaal geleverd kan worden. B Het duurt enige tijd voordat de natrium/kaliumpomp kan gaan werken. C Het duurt enige tijd voordat de ionenverdeling voldoende is hersteld. De rustpotentiaal van een neuron is het gevolg van een ongelijke verdeling van ionen zoals die is weergegeven in tabel. 1 Een actiepotentiaal is een gevolg van een verstoring van deze ionenverdeling. Tabel 1 Ionen Extracellulair (mmol per liter) Intracellulair (mmol per liter) K + 5 140 Na + 142 10 Cl 103 4 Andere anionen (o.a. eiwitmoleculen) 5 150 Voor het herstel en de instandhouding van de rustpotentiaal vindt actief transport van bepaalde ionen plaats. 6 Welke van de ionen, K +, Na + en negatief geladen eiwitmoleculen, worden hiervoor actief door het celmembraan getransporteerd? A Alleen K + -ionen. B Alleen Na + -ionen. C Alleen negatief geladen eiwitmoleculen. D Alleen K + - en Na + -ionen. E K + - en Na + -ionen en negatief geladen eiwitmoleculen. Bron: examen vwo 2007-1. Hormonen Tijdens een zwangerschap circuleren onder andere de hormonen oestradiol en progesteron in het bloed van de vrouw. De manier waarop deze hormonen processen in hun doelwitcellen beïnvloeden, hangt samen met de molecuulstructuur van de hormonen. Er zijn twee typen te onderscheiden: Hormoontype 1 diffundeert de cel in. In de cel wordt een hormoon-receptorcomplex gevormd dat een aantal processen in gang zet (zie tekening 1 van afbeelding 3). Hormoontype 2 vormt een hormoon-receptorcomplex in het membraan, waarna door activatie van een plasma-eiwit een bepaalde keten van processen in de cel plaatsvindt (zie tekening 2 van afbeelding 3). 4 Uitgeverij Malmberg
Afbeelding 3 tekening 1 tekening 2 Bewerkt naar: D. Snustad, Principles of Genetics, New York, 2000, blz. 651. De molecuulstructuur van een hormoon bewerkstelligt de wijze waarop de doelwitcel wordt geactiveerd, zoals weergegeven in tekening 1 en tekening 2 van afbeelding 3. 7 Hoe wordt de doelwitcel geactiveerd door oestradiol en door progesteron? A Door oestradiol en progesteron als in tekening 2. B Door progesteron als in tekening 1, door oestradiol als in tekening 2. C Door oestradiol als in tekening 1, progesteron als in tekening 2. D Door oestradiol en progesteron als in tekening 1. De concentratie van een hormoon in het bloed wordt niet alleen bepaald door bijvoorbeeld productie, afbraak en uitscheiding, maar ook door receptorbinding. 1p 8 Leg uit dat de concentratie in het bloed van een type 1 hormoon, voor een voldoende werking vaak hoger dient te zijn dan wanneer het een type 2 hormoon betreft. Naar: examen vwo 2006-2. Impulsoverdracht In een experiment wordt de overdracht van impulsen tussen bepaalde neuronen in het ruggenmerg onderzocht. In afbeelding 4 is de schakeling tussen een motorisch neuron en een aantal sensorische neuronen in een zenuw weergegeven. Met een elektrode kunnen axonen van de sensorische neuronen geprikkeld worden. 5 Uitgeverij Malmberg
Afbeelding 4 Bewerkt naar: J.A. Bernards en L.N. Bouman, Fysiologie van de mens, Houten/Zeventem, 1994, blz. 111. Tijdens het experiment worden de axonen van de sensorische neuronen met een elektrode geprikkeld, waardoor de membraanpotentiaal van het motorische neuron verandert. Deze verandering van de membraanpotentiaal wordt geregistreerd met behulp van een potentiaalmeter. Vijf registraties (I, II, III, IV en V) tijdens het experiment zijn in afbeelding 5 weergegeven. De pijlen onder het diagram geven het moment van prikkeling aan. De lengte van de pijlen is een maat voor de prikkelsterkte. Afbeelding 5 Bron: J.A. Bernards en L.N. Bouman, Fysiologie van de mens, Houten/Diegem, 1994, blz. 111. Op grond van de registraties bij meting I, II en III worden de volgende beweringen gedaan: 1 De drempelwaarde van het motorische neuron is hoger dan die van de sensorische neuronen. 2 De afgegeven hoeveelheid neurotransmitter is bij meting I de beperkende factor voor het ontstaan van een actiepotentiaal. 3 De snelheid waarmee de impulsen bij meting I de synaps bereiken, is lager dan die bij meting III. 9 Welke van deze beweringen is of welke zijn juist op grond van de registraties I, II en III? A Alleen bewering 1. B Alleen bewering 2. C Alleen bewering 3. D Alleen bewering 1 en 2. E Alleen bewering 1 en 3. F Alleen bewering 2 en 3. 6 Uitgeverij Malmberg
10 Leg uit waardoor bij meting V vier prikkels géén actiepotentiaal veroorzaken in het motorische neuron. Leg uit waardoor bij meting IV na drie prikkels er wél een actiepotentiaal ontstaat. Bron: examen vwo 2005-2. Neuronenschakelingen Een neuron komt meestal niet tot ontlading als bij slechts één synaps een verandering optreedt. Vaak is hierbij een groot aantal synapsen betrokken. Vrijwel alle schakelingen zijn terug te voeren tot twee basisprincipes: 1 Divergentie: het axon van één neuron vertakt zich en synapteert met verschillende andere neuronen. 2 Convergentie: axonen van twee of meer neuronen synapteren met één volgend neuron. In afbeelding 6 is een schematisch model van neuronenschakelingen weergegeven. De acht hierbij betrokken neuronen zijn genummerd door een getal bij het axon of bij een van de axonen. Afbeelding 6 Bewerkt naar: A.C. Guyton, Textbook of Medical Physiology, Philadelphia, 1996, blz. 592. Bij divergentie is het mogelijk dat al via één ander neuron impulsen kunnen leiden tot stimulering of remming van het oorspronkelijke neuron. 1p 11 Op welk neuron of welke neuronen uit afbeelding 6 is deze beschrijving van toepassing? 12 Welk neuron in afbeelding 6 wordt via convergentie door het grootste aantal neuronen beïnvloed? 7 Uitgeverij Malmberg
Neuron 3 in afbeelding 6 wordt op plaats P kunstmatig geprikkeld, waardoor impulsen ontstaan. 13 In welk of in welke van de genummerde neuronen zal vervolgens de door dit neuron afgegeven neurotransmitter in het post-synaptische membraan gebonden kunnen worden? A Alleen in neuron 1. B Alleen in neuron 5. C Alleen in de neuronen 1 en 5. D Alleen in de neuronen 1, 2 en 4. E Alleen in de neuronen 2, 5 en 8. F Alleen in de neuronen 1, 2, 4, 5 en 8. Een afgegeven neurotransmitter kan inhiberend of exciterend zijn. Door neuron 2 in afbeelding 6 wordt een exciterende neurotransmitter afgegeven. 14 Wat voor type neurotransmitter wordt door neuron 7 in dat geval afgegeven? A Een inhiberende neurotransmitter. B Een exciterende neurotransmitter. C Dat is uit de gegevens niet op te maken. Bron: examen vwo 2004-2. Kunstlenzen Staar is een oogafwijking die bij de mens veroorzaakt kan worden door troebeling van de ooglens. Deze afwijking kan men verhelpen door de troebele lens te verwijderen en deze te vervangen door een kunstlens. Daarvoor wordt vaak een zogeheten bifocale kunstlens gebruikt: een lens die in het midden een sterkere bolling heeft dan aan de randen. Iemand heeft in beide ogen een bifocale kunstlens. Hij staat op een zonnige dag in zijn tuin en kijkt naar een boom op tien meter afstand. 15 Ziet hij op dat moment de boom minder scherp, even scherp of scherper dan iemand met normale lenzen? A Minder scherp. B Even scherp. C Scherper. Bron: examen vwo 2003-1. 8 Uitgeverij Malmberg
Antwoorden en uitleg De bloed-hersenbarrière 1 De lever speelt een grote rol bij ontgiftiging/afvalverwerking/glucosestofwisseling/eiwitstofwisseling/ vetstofwisseling (1 punt). Door de grote openingen tussen de endotheelcellen zijn de betrokken stoffen (ook hydrofiele) gemakkelijk af te geven/op te nemen door de levercellen (1 punt). De hersenen hebben een regulerende functie bij bijvoorbeeld de ademhaling/bloedsomloop/homeostase (en zijn dus van levensbelang) (1 punt). Door de kleine openingen zijn ze zeer goed beschermd tegen gifstoffen/ziekteverwekkers/schadelijke stoffen (die de hersencellen kunnen aantasten) (1 punt). THEMA 5 BASISSTOF 3 2 Als de enzymen de medicijnmoleculen afbreken, zal de dosis moeten worden verhoogd om de kans op een nog intact medicijnmolecuul te vergroten. Het juiste antwoord is dus: B (2 punten). THEMA 1 BASISSTOF 3 3 Het gaat om de hypothalamus die ook hormonen aan het bloed moet kunnen afgeven. Alle andere genoemde delen geven geen stoffen af aan het bloed. Het juiste antwoord is dus: C (2 punten). THEMA 5 BASISSTOF 2 Impulsgeleiding 4 In de rusttoestand is het geleidend vermogen voor kaliumionen nul. Tijdens de depolarisatie (fase 2) en de repolarisatie (fase 3) is sprake van geleidend vermogen voor kalium. De grafiek gk begint immers tijdens fase 2 en gaat door in fase 3. Het juiste antwoord is dus: F (2 punten). 5 Een nieuwe depolarisatie kan pas plaatsvinden als de rustpotentiaal hersteld is. De natrium/kaliumpomp zorgt voor het herstel van de juiste ionenverdeling. Het juiste antwoord is dus: C (2 punten). 6 Het gaat alleen om de K + - en Na + -ionen. Negatief geladen eiwitmoleculen spelen hier geen rol. Het juiste antwoord is dus: D (2 punten). 9 Uitgeverij Malmberg
Hormonen 7 Oestradiol en progesteron zijn steroïdhormonen die zijn afgeleid van cholesterol. Deze hormonen kunnen daarom de celmembraan passeren. Zij werken volgens tekening 1. Het juiste antwoord is dus: D (2 punten). THEMA 5 BASISSTOF 2 8 Het antwoord bevat de notie dat van hormoontype 1 een hogere concentratie in het bloed nodig is, omdat het in alle cellen (dus ook in cellen waar het geen functie heeft) terechtkomt (terwijl hormoontype 2 alleen aan doelwitcellen bindt) (1 punt). THEMA 5 BASISSTOF 2 Impulsoverdracht 9 Uit de resultaten van het experiment blijkt niets over de hoogte van de prikkeldrempel van de sensorische neuronen ten opzichte van de hoogte van de prikkeldrempel van het motorisch neuron. Uit het experiment blijkt alleen dat de prikkelsterkte van I naar III groter wordt. Bewering 1 is dus onjuist. Bewering 2 is juist, want bij een sterkere prikkel (bij III) is de impulsfrequentie in de sensorische neuronen hoger en wordt er meer neurotransmitter vrijgemaakt. Zo ontstaat er wel een actiepotentiaal. Bewering 3 is niet juist, want de snelheid van de impulsen is altijd gelijk. Het juiste antwoord is dus: B (2 punten). 10 Het antwoord bevat de notie dat: bij V de prikkels elkaar niet snel genoeg opvolgen, waardoor (na de geringe depolarisatie repolarisatie op kan treden en) de drempelwaarde niet overschreden wordt (1 punt); door de snelle opeenvolging van prikkels bij IV summatie ontstaat, waardoor de drempelwaarde wel overschreden wordt (en een actiepotentiaal ontstaat) (1 punt). Neuronenschakelingen 11 De beschrijving is van toepassing op 5 (via 3 of 8) (1 punt) en op 8 (via 5) (1 punt). Opmerking: als neuron 3 (via 5) in het antwoord is vermeld, hiervoor geen punt in mindering brengen. 10 Uitgeverij Malmberg
12 Nummer 3 (1 punt). 13 Neuron 3 geeft alleen impulsen af aan 5. Het juiste antwoord is dus: B (2 punten). 14 Door neuron 2 wordt een exciterende neurotransmitter afgegeven aan 3, 5 en 8. Deze drie neuronen kunnen exciterende en inhiberende neurotransmitters afgeven. Neuron 7 kan ook beide typen neurotransmitters afgeven. Dit is uit de tekening niet op te maken. Het juiste antwoord is dus: C (2 punten). Kunstlenzen 15 De persoon kijkt door bollere gedeelte van de lens naar de boom. De bollere lens breekt de lichtstralen sterker dan het platte gedeelte. Op tien meter afstand ziet hij de boom niet scherp, want het bollere deel is beter geschikt voor het kijken van een voorwerp dichtbij. Deze lens is dus ook geschikt voor het lezen van de krant. Het juiste antwoord is dus: A (2 punten). THEMA 5 BASISSTOF 6 11 Uitgeverij Malmberg