Medical Delta. Celbiologie & Anatomie voor Technische Studenten (CATS)

Medical Delta

Celbiologie & Anatomie voor Technische Studenten (CATS)

2013

1

Blokonderdeel Anatomie Leertraject Een overzicht van de menselijke lichaamsbouw wordt verkregen door in eerste instantie algemene anatomische aspecten te bestuderen waarbij het zich eigen maken van de specifieke anatomische beschrijvingswijze op de voorgrond staat. Vervolgens worden specifieke onderwerpen bestudeerd. Elke stap in het leertraject bestaat uit de volgende onderwijsvormen: (1) instructiecollege (HC) waarin een overzicht van de leerstof wordt besproken in een klinisch perspectief; (2) zelfstudie (ZSO) waarin je zelfstandig de benodigde kennis verwerft; (3) werkgroep (WG) waarin bestudeerde onderwerpen en problemen uit de ZSOs actief worden besproken, bediscussieerd en verder verdiept. Het is UITGESLOTEN dat je zonder aanzienlijke zelfstudie zou kunnen deelnemen aan de werkgroep. Neem daar dus voldoende tijd voor; De WGs zijn verplicht. (4) responsiecollege (RC) waarin je na het bestuderen van alle leerstof de opgekomen vragen kunt stellen. Tevens zullen nieuwe problemen aan je worden voorgelegd om te checken of je leerstof goed beheerst.

Achtergrond blokonderdeel anatomie Zonder anatomisch inzicht is geen geneeskunde of biomedische wetenschappen te beoefenen. Daarover is iedereen het eens. Welke onderwerpen uit de anatomie in het curriculum moeten worden aangeboden en tot welke omvang is een meer discutabele zaak. De ervaring heeft geleerd dat het vergaren van anatomische inzichten het efficiëntst verloopt als het plaatsvindt op het moment dat deze inzichten ook direct toegepast gaan worden. Dat is de reden dat de anatomie tijdens veel onderwijsmomenten aan bod zal komen. Maar tegelijkertijd is het goed om de minor te beginnen met een zekere basiskennis van de menselijke lichaamsbouw, die dan zo gestructureerd is dat op deze basis kan worden voortgebouwd.

Leerboek Gerard J. Tortora and Bryan H. Derrickson Principles of Anatomy and Physiology 13th edition. International Student Version.

2

Overzicht anatomieonderwerpen: Topografie (SBU9) Om te kunnen communiceren over functionele aspecten van het menselijk lichaam is kennis van het anatomisch taalgebruik nodig. De anatomische beschrijvingswijze is niet moeilijk, maar het arsenaal aan termen is omvangrijk, zodat voldoende tijd genomen moet worden om met de termen te oefenen. Voor een goede diagnostiek en de beoordeling van de diverse afbeeldingen zul je de kennis over richtingen en vlakken en over de ligging van de anatomische structuren goed moeten beheersen. Thorax (SBU9) De centrale onderdelen van de ademhaling en circulatie bevinden zich in de borst (thorax). Inzicht in de anatomische bouw van de longen en het hart en van de structuren die ermee verbonden zijn vormt de basis voor het begrijpen van de werking (fysiologie) van deze organen en voor het herkennen van (aangeboren) afwijkingen. Abdomen (SBU9) De tractus digestivus (het spijsverteringsstelsel) vormt de meest dominante inhoud van het abdomen (buik). Maar ook de urinewegen en een deel van het geslachtsapparaat bevinden zich hier. Naast het darmstelsel bevinden zich een aantal belangrijke ondersteunende organen in de buik, zoals de lever, de galblaas, het pancreas (alvleesklier) en de milt. Allen zijn verbonden met de circulatie en hebben een nauwe relatie met elkaar en met het buikvlies (peritoneum/mesenterium). Deze relaties worden in dit blokonderdeel bestudeerd. Demonstratie Anatomie (SBU8) In het blok wordt 2x een demonstratie (Demo) van de anatomie aan een menselijk stoffelijk overschot gegeven. De tweede keer is een verdieping van de stof die tijdens de eerste keer aan bod is geweest. Hiervoor dien je een schone witte jas mee te nemen, als je die hebt. Zo niet, dan zijn er jassen beschikbaar in de snijzaal.

3

Onderwerp: TOPOGRAFIE Achtergrond De romp vormt het centrale deel van het lichaam dat onderverdeeld kan worden in een borstregio (thorax), buikregio (abdomen) en bekkenregio (pelvis). Al deze onderdelen met hun eigen specifieke functies kunnen absoluut niet los van elkaar gezien worden. Naast kennis van de bouw en de ligging van de organen zijn de opbouw van de rompwand en de verbindende of doorlopende structuren in de romp of met het hoofd en de extremiteiten dan ook belangrijk. Doelstelling - Benoemen van richtingen en vlakken met de juiste anatomische terminologie. - Interpreteren van anatomische afbeeldingen. - Beschrijven hoe de bouw van de (verschillende elementen van) de rompwand samenhangt met de functie ervan. Inhoud  Twee hoorcolleges (Topografie 1+2) waarin de bouwprincipes van het lichaam worden besproken;  Een bijbehorende zelfstudieopdracht (ZSO). De benodigde tijd zal plm. 6 uur zijn. Literatuur Introductie anatomie: Tortora, pp. 1-12 Richtingen en vlakken: Tortora, pp. 12-21 Afbeeldingstechnieken: Tortora, pp. 21-24 Rompwand: Tortora, pp. 233-248, 387-395, 929-930, 936-940

Hoorcolleges Topografie (2 uur) Het vak anatomie kent verschillende aspecten. Allereerst is er het onderscheid tussen de microscopische anatomie en de macroscopische anatomie. In het eerste geval gaat het om de beschrijving van de microscopische bouw van de organen, in het tweede geval om de lichaamsbouw zoals die met het blote oog kan worden waargenomen. Vroeger werd veel aandacht besteed aan de systematische anatomie, waarbij groepsgewijs de bouw van verschillende systemen werd beschreven, zoals de beenderen, de spieren, de zenuwen enzovoort. Dat deze kennis noodzakelijk is valt niet te ontkennen, maar het is niet een erg praktische benadering. Een belangrijk onderdeel van de anatomie is de topografische anatomie, waarin de ruimtelijke relaties van

4

organen en orgaansystemen worden beschreven. Wat men uiteindelijk paraat zou willen hebben is de functionele anatomie, dat is de benadering waarbij de functionele aspecten van de lichaamsbouw geïntegreerd aan de orde komen. Vaak zal hierbij de grens tussen microscopie en macroscopie wegvallen. Op veel plaatsen helpt het om de embryonale ontwikkeling bij de studie te betrekken. Vanuit de ontwikkeling kan namelijk een complexe bouw vaak sneller worden begrepen. In deze twee colleges zullen we het algemene bouwplan van het menselijk lichaam doornemen. We zullen het lichaam in regio’s (hoofd, hals, romp, borst, buik, bekken en extremiteiten) verdelen en onderling gaan vergelijken. Wat zijn de specifieke kenmerken en functies? Welke overeenkomsten en verschillen zijn tussen de regio’s waar te nemen? Uiteraard gaat het hierbij allereerst over de buitenkant, maar in de ontleedkunde zijn we vooral geïnteresseerd in de binnenkant. In anatomische leerboeken is dit een gebruikelijke benadering, omdat nu eenmaal niet alles tegelijkertijd kan worden behandeld. Maar na een anatomische analyse, die als resultaat heeft dat alle onderdelen los naast elkaar liggen, is een reconstructie nodig die juist laat zien hoe de verschillende regionen van het lichaam met elkaar in verbinding staan en wat de doorlopende structuren zijn. Specifieke aandacht zal gegeven worden aan de rompwand van de thorax (borst) en het abdomen (buik). Uit welke lagen is deze opgebouwd en welke functies hebben deze. Het eerste dat opvalt aan de rompwand is zijn segmentale bouw, daarmee wordt bedoeld dat gelijksoortige bouwelementen elkaar opvolgen. Het betreft het skelet (wervels en ribben), en de spieren die tussen de skeletdelen zijn uitgespannen. Aldus zijn er 7 cervicale (hals-) segmenten, 12 thoracale (borst-), 5 lumbale (lenden-), 5 sacrale (heiligbeen-) en 2 à 3 coccygeale (stuitbeen-) segmenten. Ieder segment heeft zijn eigen karakteristieke kenmerken, maar ook sterke overeenkomsten met de andere segmenten. Deze segmentatie is niet alleen waar te nemen aan het skelet en de spieren, maar ook aan het verloop van zenuwen en bloedvaten. Een tweede aandachtspunt is de aanwezigheid van ribben in de borstwand. Hierdoor heeft de borstwand een andere opbouw en daarmee een andere functie (ademhaling en bescherming) dan de buikwand (ademhaling en beweging). De individuele rol van de huid, spieren, beenderen, gewrichten en bindweefsel op functies zoals stevigheid, bescherming, flexibiliteit en beweging zal besproken worden.

Zelfstudieopdrachten Topografie De eerste stappen op weg naar een vlot gebruik van de termen die nodig zijn om onderdelen van het menselijk lichaam te beschrijven zijn lastig, omdat gebruik wordt gemaakt van Latijn. Voor de Nederlandse student komt daar nog bij dat de meeste leerboeken in het Engels zijn geschreven, terwijl de Angelsaksische naamgeving vaak gebruik maakt van een aan de Engelse taal "aangepast" Latijn. Op onze webpagina www.anatomicalterms.info kan je altijd heel gemakkelijk de juiste Engelse of Latijnse

5

schrijfwijze en vertaling van een anatomische term opzoeken. Tevens vind je bij iedere term een of meerdere plaatjes van die structuren en mogelijke variaties. Oefenen met anatomische termen Op Blackboard is een Wiki document aangemaakt met veel gebruikte anatomische termen. Vul de betekenis van deze termen in. Alle studenten kunnen de lijst invullen, aanvullen en wijzigen. De lijst is een eerste opzet en niet volledig. Extra termen waarvan je de betekenis weet of wilt weten kan je gemakkelijk toevoegen. Zorg er gezamenlijk voor dat vòòr het einde van de eerste week de lijst volledig en geheel juist is ingevuld. De termen in de lijst dien je voor het tentamen te kennen en ook anatomisch en functioneel te kunnen plaatsen. Oefenen met topografische aspecten 1 Welke zijde van de hand is van ventraal zichtbaar in de anatomische stand? 2 Vanaf welke zijde van het hoofd is de uitwendige gehoorgang zichtbaar? 3 Hoe is de arm gelegen ten opzichte van de romp? 4 Hoe is de hand gelegen ten opzichte van de onderarm? 5 Welke richtingen zijn te onderscheiden in een transversaal vlak? 6 Welke richtingen zijn te onderscheiden in een sagittaal vlak? 7 Welke richtingen zijn te onderscheiden in een frontaal vlak? 8 Vul in: het hart ligt ... ten opzichte van de wervelkolom en ... ten opzichte van het diafragma (middenrif). Romp In de romp liggen vele vitale organen. Bestudeer de ligging van zowel de borst- als buikorganen. 1

Ga naar de CASK les “CASK Humane Biologie” op Blackboard en voer deze uit. Het deel over de specifieke ligging van de thoraxorganen en structuren hoeft nu nog niet gedaan te worden.

2

Beschrijf voor de onderstaande organen zo volledig mogelijk hun positie in het lichaam in het frontale en sagittale vlak (projectie op de rompwand). Gebruik hiervoor uiterlijk herkenbare structuren (zoals ribben, specifieke wervels, clavicula, sternum, navel, bekken). Te benoemen organen/structuren: Hart, longen, trachea, oesophagus, lever, maag, milt, duodenum, pancreas, colon ascendens, colon transversus, colon descendens, appendix vermiformis, rectum.

3

Tortora fig. 23.9 geeft een globale aanduiding van de positie van de ondergrens van de longen ten opzichte van de ribben. Is deze positie steeds dezelfde? In welke regio bevinden zich de longtoppen?

6

4

Door de huid kan je je ribben voelen (palperen). Bepaal bij jezelf of bij een proefpersoon het aantal ribben. Hoeveel tel je er? Verklaar een eventueel verschil met het aantal dat in het anatomieboek beschreven staat.

5

Bestudeer de wervellichamen en inventariseer de verschillen en overeenkomsten tussen de wervels op cervicaal, thoracaal, lumbaal, sacraal en coccygeaal niveau). Kan je uit het verschil in vorm ook een verschil in functie afleiden?

6

De stand van de gewrichtoppervlakken bepalen welke beweging(en) tussen de wervels kan plaats vinden. Welke bewegingen (rotatie, flexie, extensie en lateroflexie) kunnen er op de verschillende niveaus plaatsvinden?

7

Welke rol speelt de tussenwervelschijf in de beweging van de wervelkolom?

8

Beschrijf de bewegingen van de ribben, het sternum en het diafragma die plaatsvinden bij het inademen en het uitademen.

9

Teken 3 schematische doorsneden door de buikregio: 1 boven de navel; 2 vlak boven het schaambeen (os pubis). Teken daarin de buikspieren, de peesplaten, de fascielagen en het buikvlies (peritoneum). Waar is de buikwand het stevigst en waar kunnen zich gemakkelijk breuken ontwikkelen?

10 Welke typen ademhaling kan je onderscheiden? Benoem alle spieren die verantwoordelijk zijn voor deze typen ademhaling? 11 Welke rol spelen de buikspieren in het bewegen van de romp? 12 Zoek een aantal duidelijke plaatjes van het bloedvaatstelsel op. Welke bloedvaten zal een rode bloedcel in de aorta moeten volgen om de onderarm terecht te komen? En welke vaten om in het onderbeen te komen? Waarom verandert onderweg telkens de naam van het bloedvat?

7

Onderwerp: Thorax Achtergrond De thoraxinhoud wordt gedomineerd door hart en longen die ieder in hun eigen coeloomholten liggen. Afbeeldingen in de kliniek bestaan uit projecties of doorsneden, zodat inzicht in de 3-dimensionale verhoudingen nodig is, waarbij in- en expiratietoestand en ook afwijkingen kunnen worden herkend. Daarnaast bevinden zich in de thorax structuren die de verbinding realiseren met meer craniaal gelegen onderdelen (hoofd-hals) en meer caudaal gelegen regio’s (buik). Doelstelling - Beschrijven van overeenkomsten en verschillen tussen klinische en didactische (in bijv. een anatomieboek) afbeeldingen. - Herkennen van organen op afbeeldingen van projecties en doorsneden van de thorax. - Omschrijven van de driedimensionale verhoudingen binnen de thorax aan de hand van bovengenoemde afbeeldingen. - Onderscheiden van afwijkende anatomie aan de hand van (klinische) afbeeldingen. Inhoud  Een hoorcollege (Thorax) waarin de ligging, functie en samenhang van de thoraxorganen wordt besproken;  Een bijbehorende zelfstudieopdracht (ZSO). De benodigde tijd zal plm. 6 uur zijn;  Werkgroep (Thorax), waarin de onderdelen van de zelfstudieopdracht zullen worden besproken. Literatuur Tortora: pp. 927-936, 757-775

Hoorcollege Iedereen weet dat het hart en de longen de belangrijkste organen van de thorax zijn. Elk van deze organen is omgeven door een holte. De linker- en de rechterlong liggen beiden in een eigen zogenoemde pleuraholte. Deze holten worden rondom begrensd door de thoraxwand en caudaal door het diafragma. Craniaal is geen duidelijke afsluiting aanwezig. De pleuraholten reiken dan ook tot craniaal van de eerste ribben, dat is formeel tot in de hals. De centrale ruimte tussen de pleuraholten wordt het mediastinum genoemd. Daarin bevindt zich aan de ventrale zijde het hart in de pericardholte, terwijl

8

dorsaal de oesophagus en de grote bloedvaten gelegen zijn. Het craniale deel van het mediastinum wordt ingenomen door trachea en oesophagus. De epitheliale laag dat op het longweefsel ligt wordt het viscerale pleura genoemd, terwijl de epitheliale laag dat tegen de lichaamswand, diafragma en mediastinum gelegen is het parietale pleura is. De epitheliale lagen van de pericardholte kan men ook verdelen in een visceraal en een parietaal blad, welke respectievelijk het epicard en pericard genoemd worden. Door aanspannen van de ademhalingsspieren kan het volume van de thorax worden vergroot. De intercostaalspieren zorgen voor een omhoog- en opzijbrengen van de ribben en contractie van het koepelvormige diafragma geeft aan deze spierplaat een vlakke structuur. Het diafragma duwt daarbij de buikorganen naar caudaal. De enige open verbinding tussen de longen en de buitenlucht wordt gevormd door de bovenste luchtwegen, en de onderdruk die in de thorax ontstaat zorgt ervoor dat via de stemspleet in de larynx lucht wordt aangezogen. Bij uitademing trekken met name de buikspieren samen die daardoor de buikorganen en het diafragma omhoogstuwen. Aldus wordt de lucht in de longen via de bovenste luchtwegen naar buiten geperst. Een opening tussen de pleuraholte en de buitenwereld (rechtstreeks door de thoraxwand of via de viscerale pleura en het longweefsel) leidt tot complicaties bij inademing. De ontstane onderdruk maakt dat de pleuraholte via de abnormale opening lucht kan aanzuigen waardoor de pleuraholte steeds groter wordt en de mogelijkheid voor de long om uit te zetten verminderd. In dit college worden aan de hand van doorsneden een aantal relaties van de borstorganen, met elkaar en met de thoraxwand, toegelicht. De koepelvorm van het diafragma maakt dat de pleuraholten ver naar caudaal reiken, zodanig dat in één transversale doorsnede zowel long als lever te zien kan zijn. Het diafragma biedt weliswaar een afsluiting van borst- en buikholte, maar het moet doorgang bieden aan de oesophagus, de aorta en de v. cava inferior. Klinisch is de relatie van het hart met de voorste thoraxwand van betekenis. De wijze waarop onderdelen van het hart projecteren op sternum, ribkraakbeen en ribben wordt dagelijks gebruikt in de klinische beeldvorming. Het vertakkingspatroon van de bronchi en hun relatie met de longarteriën in de longhilus zijn asymmetrisch en vormen een criterium om onderscheid te maken tussen links en rechts. In het mediastinum ligt de oesophagus direct tegen de achterwand van het linker atrium aan.

9

Zelfstudieopdrachten Thorax Product Uitwerking van de ZSO op schrift. 1

Hoe zijn de delen van het hart gelegen ten opzichte van sternum en ribben, en hoe ten opzichte van het diafragma?

2

Welke buisvormige structuur in het mediastinum posterius heeft een nauwe topografische relatie met het hart? Om welk deel van het hart gaat het? Bedenk één of twee toepassingen van dit gegeven die voor bepaalde (min of meer geavanceerde) vormen van diagnostiek bruikbaar zijn.

3

Op welke plaats in het lichaam is de gezamenlijke oorsprong van darm en luchtwegen uit de embryonale voordarm waar te nemen?

4

Omdat de longen bekleed zijn met viscerale pleura, kan niet worden gezegd dat zij in de pleuraholte zijn gelegen. a. Wat bevindt zich dan wel in de pleuraholte? b. Zou er ook lucht in de pleuraholte kunnen zitten, of bloed of andere vloeistoffen? c. Onder welke omstandigheden zou dit het geval kunnen zijn? Wat betekent zo’n situatie voor de ademhaling?

5

Ook het hart wordt omgeven door zijn eigen coeloomholte. a. Wat bevindt zich normaal in deze holte? b. Welke (andere) vloeistoffen kunnen zich onder afwijkende omstandigheden in deze pericardholte bevinden, en wat is de consequentie ervan voor de hartfunctie? c. Hoe projecteren zich de verschillende delen van het hart op de voorste thoraxwand en hoe ziet de radioloog deze delen liggen ten opzichte van het sternum? d. Welk(e) onderde(e)l(en) van het hart ligt/liggen op het diafragma?

6

Maak een blokschema van de verschillende ruimten in het hart, met de grote vaten die in het hart inmonden en die het hart verlaten, en geef aan hoe deze vaten en ruimten zijn ingeschakeld in de grote en de kleine circulatie.

7

Op veel plaatsen in het lichaam kunnen bloedstolsels ontstaan. a. Waar zou een longembolie (= het perifeer vastlopen van een elders ontstaan stolsel) vandaan kunnen komen? b. En een hersenembolie?

10

8. In principe mag ervan worden uitgegaan dat de terugvloed van bloed naar het hart verloopt via venen die de eerder bestudeerde arteriën begeleiden. Er is echter één bijzonderheid, die de afvloed van de tractus digestivus betreft. Welke organen voeren hun bloed af via de vena portae? 9. In het hart bevinden zich 4 verschillend gebouwde kleppen. Geef aan in welke fasen van de hartcyclus de kleppen open of gesloten zijn. 10. Bloedvaten in de thorax worden tijdens de embryonale ontwikkeling weleens verkeerd aangelegd. a. Soms monden één of meerdere longvenen uit in het rechter atrium, in plaats van in het linker atrium. Wat zijn de functionele consequenties van zo’n situatie? b. Soms mondt de sinus coronarius uit in het linker atrium in plaats van in het rechter atrium. Wat zijn de functionele consequenties van zo’n situatie? c. Soms ontspringt een coronair arterie uit de truncus pulmonalis in plaats van uit de aorta. Wat zijn de functionele consequenties van zo’n situatie? 11. Ga naar de CASK les “CASK Humane Biologie” op Blackboard en voer het deel over de specifieke ligging van de thoraxorganen en structuren uit.

Werkgroep Thorax Tijdens de werkgroep worden de onderwerpen van de ZSO Thorax besproken.

11

Onderwerp: Abdomen Achtergrond In de kliniek worden afbeeldingen gemaakt van de buikorganen, in de vorm van projecties of doorsneden. Interpretaties van deze afbeeldingen zijn gebaseerd op een inzicht in de 3-dimensionale verhoudingen. Bij chirurgische benaderingen wordt rekening gehouden met vaatpatronen en met een vrije (intraperitoneale) ligging of een verkleefd zijn met de wand (retroperitoneale ligging). Daarom is inzicht nodig in de mesenteriale verhoudingen. Doelstelling - Herkennen van organen op afbeeldingen van projecties en doorsneden van het abdomen. - Omschrijven van de driedimensionale verhoudingen binnen het abdomen aan de hand van bovengenoemde afbeeldingen. - Gebruiken van de anatomische viewer om verhoudingen, doorsneden en projecties in/van het lichaam te achterhalen. - Onderscheiden van afwijkende anatomie aan de hand van (klinische) afbeeldingen. Inhoud  Een hoorcollege (Abdomen) waarin de ligging, functie en samenhang van de buikorganen wordt besproken;  Een bijbehorende zelfstudieopdracht (ZSO). De benodigde tijd zal plm. 6 uur zijn;  Werkgroep (Abdomen), waarin een aantal onderdelen van de zelfstudieopdracht zullen worden besproken (zie blackboard) en een aantal nieuwe opdrachten zullen worden uitgevoerd m.b.v. anatomische afbeeldingen. Deze zijn beschikbaar via blackboard. Je hebt bij deze werkgroep je laptop nodig! Literatuur Tortora: pp. 967-969, 972-974 en macroscopische anatomieonderwerpen uit 982-1013.

Hoorcollege In dit HC wordt de globale topografie van de buikorganen besproken. De draaiingen van darm en maag tijdens de ontwikkeling hebben geleid tot de uiteindelijke positie van maag, duodenum, dunne darm, dikke darm en rectum. In de bovenbuik ligt de maag in een kromming naar links, met aan het dorsale mesogastrium de milt bevestigd. Het dorsale mesogastrium is tot een zeer groot vlies uitgegroeid dat zich geheel over het darmpakket heenlegt. Dit is het omentum majus. Rechts bevindt zich de lever. De verbinding tussen lever en duodenum bevat de ductus choledochus die gal in het

12

duodenum afvoert, de a. hepatica en tenslotte de v. portae die vanuit de gehele darm (met uitzondering van het meest caudale deel van het rectum) het veneuze bloed afvoert naar de lever. Het pancreas ligt retroperitoneaal en strekt zich uit van de bocht van het duodenum tot aan de linker nierhilus. De genoemde bovenbuikorganen ontvangen hun arteriële bloed uit de truncus coeliacus, de oorspronkelijke arterie van de voordarm. De retroperitoneaal gelegen nieren hebben ieder hun eigen arterie. Het retroperitoneaal gelegen duodenum zet zich voort in de dunne darm, die geheel intraperitoneaal ligt. Hij is door middel van een mesenterium verbonden met de dorsale buikwand. Rechtsonder zet het ileum zich voort in het colon ascendens dat rechtsboven, in de nabijheid van de galblaas en de rechternier, ombuigt naar het horizontaal verlopende colon transversum. Aldus is een min of meer cirkelvormige ligging vast te stellen van de gehele oorspronkelijke middendarm, namelijk vanaf het tweede gedeelte van het duodenum tot bijna aan de linker colonflexuur. Het bloedvat voor dit gedeelte van de darm is de a. mesenterica superior. In de linker bovenbuik, in de nabijheid van de milt en de linkernier, zet de dikke darm zich voort als colon descendens. Meer naar caudaal is nog een deel van de dikke darm vrij intraperitoneaal gelegen, het colon sigmoideum. Het sigmoid zet zich voort in het rectum en uiteindelijk het anale kanaal. Deze laatst besproken darmdelen, met uitzondering van het distale rectum en het anale kanaal, behoren tot de embryonale einddarm, die zijn bloed uit de a. mesenterica inferior verkrijgt. Geheel buiten de peritoneale holte zijn de nieren en hun ureteren gelegen, en dit geldt ook voor de urineblaas. Deze laatste ligt in het kleine bekken, waar een plooi in het bekledende peritoneum ruimte aan de blaas biedt om bij sterke vulling in de richting van de peritoneale holte uit te bollen. Bij de vrouw ligt tussen de blaas en het rectum de uterus, die deels tot intraperitoneaal reikt samen met de ovaria.

Zelfstudieopdrachten Abdomen Product Uitwerking van de ZSO op schrift.

1. Net als de coeloomholten in de thorax is de peritoneaal holte een vrijwel virtuele ruimte. In de holte kan spoelvloeistof worden ingebracht ten behoeve van een peritoneale dialyse. Daartoe is een punctie nodig omdat een rechtstreekse toegang niet bestaat. Hoe gaat dat in zijn werk? Niettemin is er bij de vrouw één route die de peritoneaalholte van buiten af toegankelijk maakt. Welke route is dat? 2. Alle buikorganen zijn met de achterste buikwand verbonden, ofwel door rechtstreekse verkleving ofwel door middel van een mesenterium met een zekere lengte. a. Waarom zijn deze verbindingen noodzakelijk?

13

b. De bovenbuikorganen (welke zijn dat?) bezitten bovendien een verbinding met de voorste buikwand. Is deze verbinding noodzakelijk? c. Wat is de embryonale achtergrond hiervan? 3. De buikorganen kennen een bijzonder soort circulatie. Algemeen patroon is de volgorde arteriën, capillairen, venen. In een portaal systeem volgt hierna echter opnieuw een capillair systeem en opnieuw venen. a. Wat is de functionele betekenis hiervan in de buik? b. Wat betekent dit voor de toediening van geneesmiddelen die men onveranderd in de bloedbaan terecht wil laten komen? 4. Het embryologisch onderscheid tussen voor-, midden- en einddarm is ook in de volwassen situatie nog te maken, met name op grond van de arteriële bloedvoorziening. Maak een schematisch overzicht van de drie grote arteriën en de hierdoor gevasculariseerde darmdelen. Bij het onderwerp “Ontwikkelingsbiologie” zal hierop worden teruggekomen.

5. Download de browser “Female visible human browser” vanaf Blackboard onder “Course documents” a. Het diafragma is koepelvormig. Is het symmetrisch in het frontale (coronale) vlak? b. Zoek een transversale coupe waaruit de (a)symmetrie van het diafragma blijkt. c. Op welke wervelhoogte ligt het diafragma in het midsagittale vlak? d. Bestudeer transversale coupe 1770 en benoem de structuren hierin. e. Geef aan hoe het pancreas in het duodenum uitmondt. f. Ligt de milt ten op zichte van deze coupe (1770) craniaal of caudaal? g. Op welk niveau ligt coupe 1770? h. Zoek de maximale lengte van elke nier in sagittale doorsneden op. i. Verschillen de nieren in het algemeen in hoogte van elkaar? j. Is dat ook bij deze persoon het geval? Gebruik voor de beantwoording een transversale coupe. k. Kijk naar het abdominale traject van de aorta. Zoek tenminste twee opeenvolgende sagittale coupes op, waaruit blijkt dat de aorta zich in de onderbuik splitst in de linker en rechter arteria iliaca communis. Op welke hoogte ligt deze bifurcatie? l. Hoe ligt de vena cava inferior t.o.v. de aorta descendens? m. In welke coupe kunt u de vena portae aantonen? l. Neem een willekeurige coupe en benoem zoveel mogelijk structuren. Maak gebruik van de andere vlakken om de structuren te herkennen. Werkgroep Tijdens de werkgroep worden de onderwerpen van de ZSO besproken.

14

Onderwerp: Demonstratie Anatomie Achtergrond Een zeer krachtig hulpmiddel bij de bestudering van de anatomie van de mens is natuurlijk het menselijk lichaam zelf. Tijdens dit demonstratiepracticum krijg je de unieke kans om dit te bestuderen aan de hand van een uitgeprepareerd en gefixeerd stoffelijk overschot en een aantal geplastineerde organen. Je zult merken dat een groot aantal onderdelen van de stof hierbij op zijn plaats vallen en duidelijk worden. Zorg ervoor dat je vooraf bovenstaande onderwerpen van het thema Anatomie zorgvuldig bestudeerd hebt. Doelstelling - Herkennen van organen en structuren in het menselijk lichaam. - Vaststellen van de relatie tussen klinische/anatomische afbeeldingen en de driedimensionale structuur van het menselijk lichaam. - Beschrijven van de anatomische structuren en verhoudingen van het menselijk lichaam. - Evalueren van de opgedane anatomische kennis. Inhoud  Zelfstudieopdracht  Twee demonstratiepractica op het skillslab Anatomie (gebouw 2, T90-31g). De regels en gang van zaken rondom dit practicum zijn iets anders dan je wellicht gewend bent. Deze staan vermeld op Blackboard en worden strikt nagevolgd! Lees deze dus zorgvuldig. Neem een schone witte jas mee als je die hebt. Product De student heeft een goed en geïntegreerd inzicht in de anatomie van het menselijk lichaam, met name in die van het rompgebied (thorax/abdomen). Hij/zij kan de structuren ervan, hun plaats in het lichaam en hun samenhang (anatomisch en functioneel) op een juiste wijze benoemen en beschrijven.

Zelfstudieopdracht Formuleer voorafgaande aan de demonstratie een aantal vragen waarop je, naar aanleiding van de stof in dit blokonderdeel, een antwoord wilt hebben. Doe actief mee tijdens de demonstratie en zorg ervoor dat deze vragen worden beantwoord. Ze kunnen je helpen bij de bestudering van de stof voor het tentamen! Er zal specifiek naar je vragen gevraagd worden. Zonder vragen zal je kennis nauwelijks toenemen. Tijdens de eerste demonstratie zal de globale anatomie behandeld worden, tijdens de tweede sessie de orgaan specifieke anatomie.

15

2. Blokonderdeel: Ontwikkelingsbiologie Leertraject: Dit blokonderdeel bestaat uit verschillende onderwerpen (zie onder) die inzicht geven in de ontwikkeling van het (menselijk) lichaam. Dit helpt om de anatomie en werking (fysiologie) van het lichaam beter te begrijpen en daardoor beter te onthouden. Verder geeft het inzicht in de processen die kunnen leiden tot (aangeboren) afwijkingen. De leergang is grofweg gestructureerd rondom de 3 kiembladen van het embryo: Ectoderm, Mesoderm en Endoderm. Achtergrond blokonderdeel ontwikkelingsbiologie De Ontwikkelingsbiologie bestudeert de ontwikkeling vanaf de bevruchting tot aan de geboorte. Kennis van andere vakgebieden is onontbeerlijk. Kennis van de embryonale ontwikkeling vindt toepassing in o.a. de tumorgeneeskunde (groei vs. ontaarde groei), toxicologie en verloskunde ("gebruik" van geneesmiddelen en teratogenen tijdens de zwangerschap) en virologie (intra-uteriene infecties). Zie Bijlage Ontwikkelingsbiologie. Het leerboek van Schoenwolf en collega’s is het standaardwerk voor embryologie en geeft een goede samenvatting aan het begin van elk hoofdstuk. Verder is een uitstekende website beschikbaar (www.embryology.ch) waar de stof op goede wijze wordt beschreven. Bij ieder blokonderdeel staat de verwijzing naar de stof in Schoenwolf voor diegenen die ervoor kiezen om uit dit boek te werken (niet verplicht!), maar ook naar de relevante hoofdstukken op de website. De tentamenstof beslaat de stof die staat in deze syllabus, die behandeld is in de colleges en werkgroepen en de stof van bovenstaande website. Bestudeer VOORAL de afbeeldingen, daar deze je driedimensionale inzicht vergroten. Tevens zul je hierdoor een beter begrip krijgen van de veranderingen in de tijd, die we weleens de vierde dimensie noemen. Een volwassen individu is ingewikkeld van bouw. Het is vaak lastig enige logica vast te stellen in de onderlinge samenhang van organen en systemen. Vaak wordt de samenhang verduidelijkt indien men vergelijkingen maakt met andere diersoorten, met de functie, of met de ontwikkeling van het systeem. Bij dit laatste bouwt men het lichaam op van relatief eenvoudig (de bevruchte eicel of zygoot) naar zeer gecompliceerde ruimtelijke structuren (bijvoorbeeld het spijsverteringsstelsel). Aan het embryo wordt tijdens zijn ontwikkeling een aantal specifieke eisen gesteld.  De vorm-functie verhoudingen zullen tijdens de embryonale fase anders zijn dan in de postnatale of volwassen fase. Denk bijvoorbeeld aan voeding. Het embryo schakelt over van: 1) mogelijk aanwezige reservestoffen (dooier) via 2) diffusie naar 3) transport van voeding door de placentale circulatie; het moet zich bovendien voorbereiden op 4) de postnatale zelfstandige orale voeding.

16

 Het embryo ontwikkelt zich van een eencellig tot een multicellulair organisme, met een toenemende taakverdeling tussen de verschillende cellen en weefsels (differentiatie).  Het embryo groeit, maar niet in alle fasen even sterk. Bovendien groeien de onderdelen verschillend hard. Indien dit niet gebeurde, dan zou de uiteindelijke vorm gelijk zijn aan de uitgangsvorm.  Tijdens deze continue veranderingen moet iedere nieuwe situatie levensvatbaar blijven. Bij zoogdieren worden een aantal eisen opgelegd door de moeder-embryo relatie. Hiertoe behoren onder meer de bouw van de inwendige geslachtsorganen bij de vrouw, de placenta met daaraan gerelateerde structuren, immuunbarrière (moeder en vrucht hebben immers een verschillend genotype).

Onderwerpen B1 Ontwikkeling bouwplan en organen (SBU7) We beginnen op het moment dat de eicel door de zaadcel wordt bevrucht en zich een embryo vormt. Dit embryo verplaatst zich door de eileider naar de baarmoeder en ondergaat tijdens deze reis als een aantal veranderingen (differentiatie). Aangekomen in de baarmoeder zal het embryo zich innestelen in het slijmvlies van de wand. Dit is ook het stadium waarin zich 3 groepen cellen (kiembladen) gaan onderscheiden, te weten ectoderm, mesoderm en endoderm, waaruit het hele embryo zal gaan worden opgebouwd. Het embryo ontwikkelt zich van een platte plaat cellen in een 3 dimensionaal lichaam met een voor- en achterkant en met een binnen- en buitenkant. B2 Ectoderm en neurulatie (SBU7) Het ectoderm gaat zich grofweg ontwikkelen tot de buitenkant van het embryo (opperhuid) en tot het zenuwstelsel. Door de snelle groei van de hersenen en het ruggenmerg verandert de vorm van het embryo van een platte plaat in een gekromde buis. Opmerkelijk is dat het embryo zich ontwikkeld van voor naar achter (anterior naar posterior) wat dus betekent dat je hoofd ouder is dan je billen. B3 Mesoderm (SBU7) Het mesoderm is de tussenlaag tussen het ectoderm en het endoderm. Dit weefsel vormt de basis voor het grootste deel van het lichaam. In een embryo zijn 4 mesoderm compartimenten te onderscheiden die bijdragen aan de vorming van onder andere de botten, spieren waaronder ook het hart, bloed(vaten) en de urinewegen en geslachtsklieren. Een ingewikkeld proces waarbij gedacht moet worden in 4 dimensies (3 dimensies in de ruimte en 1 in de tijd). B4 Hart en Vaatontwikkeling (SBU8) Het hart neemt een bijzondere plaats in tussen alle andere mesodermale organen. Samen met de bloedvaten is het het eerste orgaansysteem dat functioneel is in het

17

embryo. Het hart klopt al en pompt al bloed door de bloedvaten vanaf de derde week van de ontwikkeling. Het is dan echter nog een simpel buisje. Onderverdeling van het hart in 2 atria en 2 ventrikels moet later plaatsvinden zonder dat de circulatie op enig moment wordt onderbroken. Hogere ontwikkelingsbiologie van de eerste orde! B5 Endoderm en darmontwikkeling (SBU8) Het endoderm is het kiemblad dat is verbonden met de dooierzak. Aangezien zoogdieren een placenta hebben voor de voedings- en afvalstoffen neemt de dooierzak een minder belangrijke plaats in dan bij bijvoorbeeld vogels. Toch is de dooierzak onmisbaar bij de ontwikkeling van de darmen en luchtwegen. De draaiing van de zich ontwikkelende darmen zorgt er uiteindelijk voor dat ze passen in het abdomen. B6 Mechanismen in de embryonale ontwikkeling (SBU15) De titel van dit onderwerp omvat vele malen meer dan we in 4 weken kunnen bestuderen. We nemen dus een aantal processen bij de kop. Plaatselijke groei (proliferatie/mitose), verplaatsing van cellen (migratie) en celdood (apoptose) geven ons onze uiteindelijke vorm. Dit wordt bestudeerd in een tweetal practica in dit blok.

Trefwoorden: Voor het onderscheiden van de verschillende onderdelen van een embryo, die bovendien tijdens de ontwikkeling van plaats en van belang veranderen is het handig te beschikken over een begrippenlijst. Je kunt daarbij geholpen worden door: 1 de "Glossary" (te vinden op (1) www.studentconsult.com met de pincode in het boek en (2) op blackboard bij Course Documents) 2 de termenlijst/vertaallijst die door de studenten gezamenlijk tijdens zal worden ingevuld. Details hierover krijg je tijdens het inleidend college en op blackboard.

18

Onderwerp B1: Ontwikkeling Bouwplan en Organen Inhoud  Hoorcollege (Ontwikkeling Bouwplan en Organen) waarin de ontwikkeling van bevruchte eicel tot foetus in grote stappen wordt doorgenomen. De focus zal hierbij liggen om de 3 dimensionale omvormingen in de tijd;  Een bijbehorende zelfstudieopdracht (ZSO);  Computeranimaties in Simbryo (zie blackboard) kunnen helpen bij het begrijpen van de stof;  Werkgroep (Ontwikkeling), waarin onduidelijkheden besproken kunnen worden. Achtergrond In de ontwikkelingsbiologie wordt een embryo/foetus soms beschouwd als een “buis in een buis”. Toch is het embryo tot het moment van implantatie (~14 dagen na de bevruchting) niet meer dan een platte plaat met cellen met holtes aan weerzijden. Hierna gaat het embryo krommen in zijwaartse en in voor-achterwaartse richting. Dit heeft consequenties voor de vorm van het embryo, maar ook voor de plaats van de weefsels en organen en van de holtes. Uit de drie kiembladen ontstaan alle organen van het lichaam. Hierbij is het belangrijk je te realiseren dat een groot aantal organen ontstaat uit de samenwerking tussen 2 of zelfs alle 3 de kiembladen. Het is praktisch om deze complexe ontwikkeling als ectodermale, mesodermale en endodermale organen te bestuderen. Telkens moet de interactie met cellen afkomstig van de andere kiembladen in gedachten worden gehouden. Doelstelling  Je kunt de processen beschrijven die plaatsvinden tijdens de bevruchting van de oocyt.  Je kunt de ontwikkeling van de kiemlagen uit de zygote beschrijven.  Je kent de specifieke bijdrage van de kiemlagen aan de orgaansystemen van het embryo.  Je bent in staat om een beschrijving te geven van de driedimensionale omvormingen van de kiemlagen.  Je kunt deze processen in verband brengen met de duur van de ontwikkeling.  Je kunt Interpreteren wat de consequenties hiervan zijn op de (om)vorming van intraen extraembryonale holten. Hoorcolleges De navolgende inhoud is nadrukkelijk bedoeld als een kapstok, om het grote aantal begrippen in een ontwikkelingscontext te plaatsen. Een samenvattende tekst als de

19

onderstaande is niet beschikbaar voor ieder college in het blok. Advies is om in dat geval zelf een vergelijkbare tekst te maken.

De zygoot. Na de ovulatie wordt de nog onbevruchte eicel omgeven door de zona pellucida en de corona radiata. De onbevruchte eicel wordt opgenomen door de tuba uterina (eileider). De eicel heeft een haploïd aantal chromosomen. De spermatozoïden zijn niet beweeglijk in de testis, maturatie vindt plaats in het ductus deferens (zaadleider). Activering van de motiliteit vindt plaats na passage van de accessoire geslachtsklieren. In de kop van de zaadcel bevinden zich enzymen die belangrijk zijn voor de penetratie van de zona pellucida (acrosomale enzymen). Na versmelting van een zaadcel met de eicel wordt het celmembraan van de zygoot ondoordringbaar voor andere zaadcellen (corticale reactie). Het DNA van beide gameten (geslachtscellen) versmelt tot een kern met het diploïde aantal chromosomen. Klieving De klievingsdelingen zijn opeenvolgende mitoses, waarbij de dochtercellen half zo groot worden als de oorspronkelijke cel. De aldus ontstane blastomeren zijn alle aan elkaar gelijk. De gevolgen van klieving zijn: 1 separatie van het zygoot cytoplasma over meerdere compartimenten, 2 verkleining van de cel tot een adult volume. Vele typen klievingen zijn bekend, afhankelijk van de hoeveelheid dooier die de eicel bezat. Bij dooierloze of -arme eieren (zoogdieren) is de klieving totaal en equaal (holoblastisch). De Morula De klievingsdelingen resulteren bij zoogdieren in een bolvormig klompje cellen, de morula. Op de overgang van het 8- naar het 16-cellig stadium (compactie) differentiëren 2 celgroepen: de trofoblast die de embryoblast omgeeft. In een embryo van ongeveer 64 cellen ontstaan holten die met elkaar gaan versmelten tot het blastocoel. De Blastocyst Het blastocoel ligt binnen de embryoblast, die inmiddels uit twee celpopulaties bestaat, de epiblast en de hypoblast. In dit stadium verlaat het embryo de zona pellucida. De trofoblast hecht aan het uterus epitheel en nestelt zich in de baarmoederwand d.m.v. fagocytose: implantatie. Het embryo bestaat nu uit ongeveer 1000 cellen. De hypoblast omgeeft het blastocoel. De epiblast vormt de drie kiembladen, het ectoderm, mesoderm en het endoderm.

20

Het kiembladstadium De epiblast kan het eenvoudigst voorgesteld worden als een vlakke schijf, gelegen tussen twee ruimten: de dooierzakholte en de amnionholte (zie later). In deze schijf ontstaan drie belangrijke primordia, de prochordale plaat, de primitief streep en de cloacale membraan. De primitief streep is het organisatie centrum waar de kiembladen gevormd worden. In de beide andere structuren blijven epiblast en hypoblast aan elkaar bevestigd. Het epitheel van de epiblast wordt in de primitief streep verbroken, zodat cellen het epitheel verlaten en eronder terecht komen (ingressie). Deze cellen vormen in de laag direct onder de epiblast het mesoderm. Een aantal cellen komen in de hypoblast laag terecht en zullen daar het endoderm gaan vormen. De oppervlakkige epiblast laag, die craniaal van de primitief streep ligt, wordt ectoderm genoemd. Door groei en celverplaatsing verlengt het embryo zich in cranio-caudale richting, de afstand tussen prochordale plaat en primitief streep wordt steeds groter. EXTRAEMBRYONALE STRUCTUREN Het embryo wordt omgeven door een aantal structuren die uitsluitend prenataal functioneren. Bij de geboorte, of reeds eerder worden ze afgestoten. Het zijn structuren die een aanpassing zijn aan het landleven. De ontwikkeling in het ei (reptielen en vogels) is gepaard gegaan met het ontstaan van het amnion. Tijdens de evolutie naar de ontwikkeling binnen in het moederdier (zoogdieren)is het amnion behouden gebleven. Deze diergroepen worden samen de Amniota genoemd. Bij zoogdieren is bovendien de placenta ontstaan als een intermediair tussen het moederlichaam en de zich ontwikkelende vrucht. De Placenta Al voor de implantatie in de uterus heeft zich de trofoblast gevormd uit de embryoblast. De trofoblast zal door de fagocyterende eigenschappen in staat zijn zich in het uterus slijmvlies (endometrium) te nestelen. Het endometrium reageert met de vorming van de decidua. De trofoblast differentiëert in twee lagen, de buitenste syncytiotrofoblast en de naar het embryo toegekeerde cytotrofoblast. Uit de cytotrofoblast ontstaan extraembryonale mesodermcellen, die de embryonale zijde van de placenta in wording bekleden. In de syncytiotrofoblast ontstaan lacunae, waarin bloedvaten van de uterus groeien, en van de embryonale zijde cytotrophoblast uitsteeksels, de primaire chorionvilli. In het extra-embryonale coeloom groeien embryonale bloedvaten via de hechtsteel. Het chorion bestaat dan uit drie lagen: mesoderm met embryonale vaten en syncytiotrofoblast met uteriene vaten, waartussen als barrière de cytotrofoblast ligt. Door locale uitgroei van een deel van de decidua, de decidua basalis, en de chorionvilli ontstaat de placenta. De andere extra-embryonale structuren (amnion, allantoïs en dooierzak) zullen geheel of gedeeltelijk in de placenta opgaan.

21

Amnion Het amnion is een dubbelblad dat ontstaat uit het embryonale ectoderm en het extraembryonale mesoderm. Tussen amnion en embryo ligt een holte, de amnionholte die gevuld is met amnionvocht. Het amnion vergroeit later met de placenta. Dooierzak De dooierzakholte is de eerste holte in het embryo, de blastocystholte. Deze wordt omgeven door hypoblastcellen, ook wel primair endoderm genoemd. Door proliferatie van de cytotrofoblast wordt ook de hypoblast omgeven door extra-embryonaal mesoderm. Deze dubbellaag is de dooierzak. Bij uitgroei van de holten in dit mesoderm komt de primaire dooierzak los te liggen van de cytotrofoblast en ontstaat de secundaire dooierzak. In de embryonale bekleding van de dooierzakholte zijn inmiddels endodermcellen uit de primitief streep terecht gekomen, die een deel van de darm zullen gaan vormen. In het mesoderm van het pariëtale deel van de dooierzak ontstaan bloedeilandjes, die de oorsprong vormen van het bloedvaatstelsel. Allantoïs In het mesoderm van de hechtsteel groeit een holte, die zijn oorsprong heeft in de dooierzakwand. Deze allantois is verbonden met de placenta. In de wand ontstaan de navelstrengvaten, terwijl uit de allantois de urineblaas ontstaat. HOLTEN In het embryo ontstaan drie holten elk omgeven door een eigen kiemblad: amnionholteectoderm, dooierzakholte-endoderm en coeloomholte-mesoderm. Een afsnoering van de amnionholte blijft in het volgroeide individu over als het ventrikelsysteem van het centrale zenuwstelsel. Een overblijfsel van de dooierzakholte vormt het darmlumen. Het coeloom wordt in drieën verdeeld: de pericard-, de pleura-, en de peritoneaalholte. Het Coeloom In een embryo dat slechts enkele somieten bevat, ligt van links naar rechts, rostraal van het neurectoderm en het oropharyngeale membraan, een hoefijzervormige strook cardiogeen mesoderm, waarin met elkaar samenvloeiende holten ontstaan. Deze pericardholte sluit beiderzijds aan op het extraembryonale coeloom, dat caudaal ligt. Tijdens de groei van het zijplaatmesoderm ontstaan langgerekte nissen embryonaal coeloom, die steeds meer van het extraembryonale worden afgezonderd. Dit proces verloopt van craniaal naar caudaal. Het craniale deel bestaat uit 2 kanalen, de pericardio-peritoneale kanalen, die enerzijds aan het pericard aansluiten, anderzijds aan de nog wijd open peritoneale holte. Door de sterke groei van de kop kromt het craniale deel van het embryo naar ventraal waardoor het pericard (waarbinnen inmiddels de hartbuis al klopt) 180 graden van positie is veranderd. De per-per kanalen zijn daardoor niet recht, maar ventraalwaarts gebogen. Door de positie verandering is het aanvankelijk craniaal van het oropharyngeale membraan gelegen mesoderm ventraal in het embryo gesitueerd. Uit dit mesoderm ontstaat het septum transversum, waarin de

22

lever zich zal ontwikkelen en waaruit het middenrif zal ontstaan. Een tweede aspect van de kromming is de vorming van de voordarm als een uitstulping van de dooierzakholte. Uit de voordarm ontstaan twee longknoppen, die uitgroeien in de per-per kanalen. Uit de pericardio-peritoneale kanalen ontwikkelen zich de pleuraholten, na gescheiden te zijn van de pericardholte. Het septum transversum zal de kanalen scheiden van de peritoneale holte. In de peritoneale holte ligt de aanvankelijk rechte darmbuis. De darmbuis is in de bovenbuik met een ventraal en een dorsaal dubbelblad van het zijplaatmesoderm, het mesenterium, met de lichaamswand verbonden. In de onderbuik is slechts een dorsaal mesenterium aanwezig. De Amnionholte De amnionholte is omgeven door ectoderm: neurectoderm en huidectoderm sluiten aan op het ectodermale deel van het amnionvlies. De tweede laag van het amnion is mesoderm, dat grenst aan het extraembryonale coeloom. Tijdens de neurulatie wordt een deel van de amnionholte afgesnoerd en opgenomen in het embryo als neurale kanaal. Aanvankelijk zij er nog twee communicaties met de amnionholte via de neuroporus anterior en posterior. De n. anterior sluit wat eerder dan de n. posterior, waarna het neurale kanaal geheel ingesloten ligt in het neurepitheel. Het craniale deel van het neurale kanaal zal sterk verwijden tot het neurale ventrikelsysteem. De Dooierzakholte Het darmlumen wordt afgesnoerd van de dooierzakholte. De middendarm blijft nog lang een wijde communicatie behouden met deze holte. Tenslotte oblitereert de verbinding en is de middendarm een gesloten buis, die natuurlijk naar craniaal aan de voordarm en naar caudaal aan de achterdarm aansluit. Uit de voordarm groeien de beide longknoppen uit die ieder afzonderlijk door de coeloomholte worden omgeven. Deze delen van de coeloomholte heten dan de linkeren rechter pleuraholte, die aanvankelijk in open verbinding staan met de peritoneale holte. Het coeloomepitheel wordt tot viscerale pleura (het blad dat zich tegen de long aanlegt) en parietale pleura (het blad dat zich tegen de thoraxwand legt). De verbindingen met de peritoneale holte worden afgesloten wanneer het diafragma (middenrif) tot ontwikkeling komt. Een centrale afgrenzing tussen de borst- en buikregio komt tot stand door de lengtekromming van het embryo, welk proces er de oorzaak van is dat de geheel craniaal liggende hartaanleg naar ventraal en caudaal wordt verplaatst. Daarbij wordt ook een craniaal mesodermgebied meegenomen en dit legt zich caudaal van de hartaanleg tegen de voordarm aan. Dit mesodermgebied is het septum transversum dat in continuiteit wordt gebracht met het ventrale mesenterium en in dit embryonale bindweefselgebied vindt de uitgroei van de lever plaats. Het septum transversum bevindt zich dan tussen hartaanleg en leveraanleg en het zal de basis vormen voor het centrum tendineum, het centrale pezige gedeelte van het diafragma. Het weefsel dat het spiergedeelte van het diaphragma vormt wordt betrokken uit de rompwand.

23

Ook de hartaanleg wordt omgeven door een eigen coeloomholte, de pericardholte, die aanvankelijk in open verbinding staat met de beide pleuraholten.

Verdiepingsstof De navolgende stof is geen tentamenstof maar dient tot beter begrip van de wijzen waarop "leeftijd" in een embryo kan worden vastgesteld en hoe het ontstaan van aangeboren afwijkingen aan bepaalde fasen (leeftijd) is gebonden. LEEFTIJD De groei van het embryo wordt veroorzaakt door toename van het aantal cellen, toename van de grootte van cellen en door toename van de hoeveelheid extracellulaire substantie. Het embryo neemt in lengte toe van 0,15 mm (zygoot) tot 500 mm (geboorte), in gewicht van 0,3 mg tot 3 kg, in een periode van 9 mnd. Dit voorbeeld geeft aan dat er vele manieren zijn om de ontwikkelingsfase van een embryo aan te geven. De meest gebruikte zijn: 1

lengtemaat: totaal, kop-stuitlengte, voetlengte.

2

gewicht.

3

tijd verlopen na een gefixeerd moment: ovulatie, coitus, implantatie, laatste menstruatie etc.

4

fase van ontwikkeling: aantal somieten, Horizons.

Variaties worden veroorzaakt door o.a. genetische factoren, toestand moeder, voeding. Als vuistregel kan het volgende gelden. Een humaan embryo van 32 dagen is 5 mm lang, tot aan de 55e dag is de lengte toename 1 mm/dag, daarna 1,5 mm/dag. Het gewicht is natuurlijk een derde machtsfunctie van de lengte. Een aantal verschillende ontwikkelingsschalen kunnen met elkaar worden vergeleken, zoals postmenstruele leeftijd, lengte, gewicht en somietaantal. 20 dgn

- 1 somiet;

28 dgn

- 4 mm

- 0,3 gram - 28 somieten;

60 dgn

- 30 mm

- 3 gram;

140 dgn

- 150 mm

- 350 gram;

266 dgn

- 350 mm

- 3400 gram.

CONGENITALE AFWIJKINGEN Congenitale afwijkingen zijn structurele defecten aanwezig bij de geboorte. Zij kunnen macroscopisch of microscopisch, oppervlakkig of diep in het lichaam, familiair of sporadisch, erfelijk of niet erfelijk, enkelvoudig of multiple voorkomen. Van vele congenitale afwijkingen is de oorzaak (nog) niet bekend. De oorzakelijke (etiologische) factoren kunnen verdeeld worden in inwendige (genetisch en chromosomaal) en uitwendige factoren. Wat de laatste categorie betreft zijn als oorzaken o.a. bekend: infecties (virussen, bacteriën en toxoplasmose), straling, geneesmiddelen, alcohol en ziekten van de moeder (o.a. suikerziekte en ziekten van de schildklier).

24

Grofweg kan er gesteld worden dat tijdens de embryonale en foetale ontwikkeling bepaalde weefsels wel of niet gevoelig zijn voor een etiologische factor. Dat is mede afhankelijk van het ontwikkelingsstadium waarin een bepaald orgaan, orgaansysteem of weefsel zich bevindt. In het algemeen kan gezegd worden, dat hoe vroeger de etiologische factor aangrijpt in de ontwikkeling, hoe grover de afwijkingen die optreden. De vroeg embryonale periode tot " 17 mm kop-stuitlengte wordt gekarakteriseerd door vormveranderingen o.a. tijdens de ontwikkeling van de neuraalbuis, het aangezicht, kieuwboogsysteem en de extremiteiten. Vele van deze vormveranderingen gaan gepaard met fusieprocessen (bijv.neuraalbuis-, neusontwikkeling en genitaal apparaat). Gaat er iets fout in dit proces betreffende de neuraalbuis, dan ontstaat er anencephalie of spina bifida aperta. Bij de aangezichtsontwikkeling is er dan sprake van bijv. een hazenlip, bij het uitwendig genitaal van hypospadie en bij het inwendig genitaal van bijv. uterus bicornis. In de latere embryonale periode (na " 17 mm kop-stuitlengte) treedt met name de differentiatie op de voorgrond, bijv. bot- en spierontwikkeling. Storingen in dit proces veroorzaken de zgn. differentiatie defecten, zoals het geheel of gedeeltelijk ontbreken van een schedelbeen of het onvoldoende uitgroeien van twee beenderen, zodat er een spleet tussen beide aanwezig blijft, o.a. laterale aangezichtsspleet, spina bifida occulta. Zeer veel uiteenlopende combinaties van afwijkingen komen voor. Hoe deze ontstaan en waarom juist in een bepaalde combinatie is niet bekend. Deze worden dan ook gerangschikt onder de term "syndroom".

Zelfstudieopdracht Achtergrond: De grote orgaansystemen ontstaan uit 3 kiembladen. De embryonale vormveranderingen in deze fase gebruik je als basis om de ruimtelijke bouw van het volwassen lichaam te begrijpen. Trefwoorden: mesoderm, ectoderm, endoderm. Literatuur: Schoefwolf et al.: Introduction: Summary + tekst vanaf “Periods of human embryology” (p. 4); Hoofdstuk 1: Summary + tekst vanaf “Fertilization” (p. 39) + blok “In the clinic” (pp. 32-35); Hoofdstuk 2; Hoofdstuk 3; Hoofdstuk 6: Summary + tekst “Development of placenta” (pp. 170-171). Blokboek: tekst hoorcollege; Computerprogramma SIMBRYO. www.embryology.ch: Hoofdstuk 4.4-4.6, 5.1, 6.2, 7.1-7.2, 8.2-8.3, 13 Opdracht: Onderstaande vragen kunnen je helpen om de stof beter te begrijpen en te bestuderen.

25

1

Bestudeer de opbouw van de zygoot met de omringende lagen. De versmelting van de gameten heeft gevolg voor de hoeveelheid chromosomen in de zygoot. a. Welke veranderingen treden op tijdens de fertilisatie? b. Wat is het verschil tussen diploïdie en trisomie?

2

Bestudeer de ontwikkeling van de primitief streep. Deze heeft een functie in zowel differentiatie als migratie. a. Wat is de functie is van de primitief streep? b. Wat is het verschil met de chorda (notochord)? c. Welke rol speelt de chorda bij de vorming van de neurale plaat? d. Wat vindt u bij een volwassen individu nog terug van de chorda?

3

Bestudeer de differentiatie tot de epiblast, hypoblast en trophoblast. Stel vast tot welke kiembladen van het embryo deze lagen zich vervolgens zullen ontwikkelen. a. Welke relatie heeft de wand van de dooierzakholte met de kiembladen? b. Binnen het embryo kennen we drie holten en buiten het embryo kennen we er twee (chorionholte en uterusholte). Deze zijn allemaal aan de binnenkant bekleedt met een epitheliale cellaag. Van welk kiemblad is dit epitheel in elk van deze holten afkomstig?

4

Bestudeer de ontwikkeling van de prechordale plaat. Hierin bevindt zich o.a. het oropharyngeale membraan. a. Beschrijf in 1 zin wat de prechordale plaat is. b. Welk belangrijk orgaan ontwikkelt zich in het mesoderm van de prechordale plaat? c. Welke consequenties heeft de kromming van het embryo voor de positie van het weefsel van de prechordale plaat?

5

De intraembryonale coeloomholte gaat een aantal holtes vormen in ons lichaam. a. Formuleer een omschrijving van het begrip “intraembryonale coeloomholte”. b. Welke 4 holtes in ons lichaam zijn ontstaan uit deze coeloomholte? c. Wat is de rol van het septum transversum in de afscheiding van de holtes?

Product Je hebt de antwoorden op de gestelde vragen opgeschreven of schetsmatig getekend. Werkgroep Blokonderdelen B1-B6 worden besproken in de werkgroep “Ontwikkeling”. Dit zal gebeuren door middel van de bespreking van belangrijke geselecteerde vragen/opdrachten van de verschillende ZSO’s. Ook kun je hier specifieke vragen aan de orde stellen. Neem de uitwerkingen van de ZSO’s dus mee!

26

Onderwerp B2: Ectoderm en Neurulatie Inhoud  Hoorcollege Ectoderm en Neurulatie waarin de ontwikkeling van het ectoderm en de ectodermale organen wordt doorgenomen;  Een bijbehorende zelfstudieopdracht (ZSO). De vragen en opdrachten behorende bij deze ZSO leiden je op een gestructureerde wijze door de stof. Belangrijke vragen zullen worden besproken tijdens de werkgroep “Ontwikkeling”. Hier kun je ook andere problemen aan de orde stellen;  Computeranimaties in Simbryo (zie blackboard) kunnen helpen bij het begrijpen van de stof;  Werkgroep waarin de opdrachten worden besproken. Achtergrond Het ectoderm ondergaat grote veranderingen in vorm: het plooit waardoor de neurale groeve ontstaat en vervolgens de neurale buis, dit proces heet neurulatie. Uit het ectoderm ontstaan o.a. het centrale en perifere zenuwstelsel, delen van neus, oog en oor, en de epidermis van de huid. Via de neurale lijst ontstaan er verder delen van het aangezicht en de hals uit. N.B. Mesodermale componenten spelen een belangrijke rol bij de vorming van een groot aantal structuren, zoals bloedvaten, bindweefsel etc., die een integraal onderdeel uitmaken van deze ectodermale organen. Literatuur: Schoenwolf et al: Hoofdstuk 4: Summary + tekst van “Neurulation:…” (p. 107) tot “Somite differentiation:…” (p. 128) + blok “In the clinic” (pp. 113-117); Hoofdstuk 7: Summary; Hoofdstuk 9: Summary + tekst van “Structural divisions” (p. 251) tot “Formation of brain flexures” (p. 255); Hoofdstuk 10: Summary; Hoofdstuk 16: Summary + tekst van “Development of pharyngeal arches” (p. 551) tot “Development of …” (p. 554) + tekst van “Fate of pharyngeal clefts” (p. 572) tot “Development of salivary glands” (p. 578); Hoofdstuk 17: Summary + tekst vanaf “Eye development” (p. 602). Blokboek: tekst bij hoorcollege. Computerprogramma SIMBRYO. www.embryology.ch: Hoofdstuk 22 (in het Frans). Mogelijke alternatieven: http://www.bartleby.com/107/184.html, http://embryology.med.unsw.edu.au/Notes/neuron.htm, http://www.brynmawr.edu/biology/271/LecSlides/Lec15.pdf, zie ook pdf op blackboard (aangepast van deze website).

27

Doelstelling - Je kunt het kiemblad concept toepassen op de ontwikkeling van het ectoderm. - Je kunt de ontwikkeling van het centrale- en perifere zenuwstelsel beschrijven. - Je kunt de de ontwikkeling van huid en placoden beschrijven. - Je kunt de begrippen “Neurale lijst” en “Kieuwbogen” definiëren. - Je kunt de ontwikkeling hiervan beschrijven en van de relatie met het mesoderm. Hoorcollege De navolgende tekst is nadrukkelijk bedoeld als kapstok om de vele begrippen in een ontwikkelingsreeks te plaatsen. Het Ectoderm De neurale plaat, geïnduceerd door het chorda primordium, gaat in cranio-caudale richting plooien. In de as ontstaat de neurale groeve, geflankeerd door twee neurale wallen. Doordat de neurale wallen steeds hoger worden (paraxiale mesoderm) en de bodem van de groeve verbonden blijft met de chorda, komen de toppen van de wallen tegen over elkaar te liggen. Deze toppen fuseren waardoor de groeve wordt gesloten tot neurale buis. De fusie geschiedt het eerst op somietniveau, zodat het craniale deel open blijft (neuroporus anterior), evenals het caudale deel (neuroporus posterior) dat aansluit aan de primitief streep. Het craniale deel van de neurale plaat verbreedt zich aanzienlijk en zal na een reeks vormveranderingen en na sluiting ogen en hersenen vormen. Langs de rand van de neurale plaat, ongeveer overeenkomend met de toekomstige sluitzone van de neurale buis, ligt het primordium van de neurale lijst. Gedurende de vorming van de neurale buis verlaten cellen het ectoderm en mengen zich met de mesoderm cellen die uit de primitief streep afkomstig zijn. Deze mesectoderm cellen gaan een groot deel van het aangezicht vormen, delen van het perifere zenuwstelsel, van vaatwanden, etc. Het perifere deel van het ectoderm zal het epitheel van de huid vormen (epidermis). Een aantal placoden (hoog epitheel als eilandjes in het ectoderm) vormen het reukepitheel, de ooglens en delen van grote ganglionen in de kop. De meest laterale delen van het ectoderm gaan naadloos over in het amnion (zie later). Ectodermale organen Uit het ectoderm ontstaan o.m. het centrale en perifere zenuwstelsel, delen van neus, oog en oor, en de epidermis van de huid, en via de neurale lijst delen van aangezicht en hals. N.B. Mesodermale componenten spelen een belangrijke rol bij de vorming van een groot aantal structuren, zoals bloedvaten, bindweefsel etc., die een integraal onderdeel uitmaken van deze ectodermale organen.

28

Het Zenuwstelsel Het craniale deel van de neurale buis verwijdt zich tot hersenblaasjes, het prosencephalon, mesencephalon en rhombencephalon. Uit het eerste ontstaan het telencephalon (cerebrum), de oogblaasjes en het diencephalon (thalamus). Uit het tweede ontstaan de middenhersenen. Uit het laatste ontwikkelen metencephalon (cerebellum, pons) en myelencephalon (medulla oblongata = verlengde merg). Door de kromming van de kop ontstaan ook hier ventrale knikken in de aanvankelijk rechte buis ter hoogte van het mesencephalon en van de pons Varoli. Door relatief sterke uitgroei van cerebrum en cerebellum wordt het uitwendige aspect van de hersenen voornamelijk hierdoor bepaald. De oogblaasjes groeien lateraal uit het craniale deel van de neurale buis. Door interactie met het huid ectoderm groeit de periferie van het blaasje sterker uit dan het centrale deel, waardoor een oogbeker ontstaat, die een binnen- en een buitenblad heeft. Het binnenblad zal de zintuiglaag van de retina vormen, het buitenblad de pigmentlaag. Het huid ectoderm wordt geïnduceerd tot ooglens en cornea, waarna later huidplooien tot oogleden worden gevormd. De andere structuren van het oog (dura, sklera, oogspieren) zijn mesodermaal van oorsprong. De oogsteel dient als geleider voor axonen, die in het zintuigblad ontspringen, vervolgens richting thalamus groeien en tenslotte deel uitmaken van de nervus opticus. De thalamus, die vlak voor de rostrale punt van de chorda ligt, is direct tegen het monddak gesitueerd. Door een interactie ontstaat uit de bodem van de thalamus de neurohypofyse en uit het dak van de mondholte het zakje van Rathke. Uit deze uitstulping ontstaat de adenohypofyse. Direkt craniaal van het zakje van Rathke ligt de scherpe overgang van endoderm naar ectoderm, m.a.w. hier lag in een vroeger stadium de oropharyngeale (buccopharyngeale) membraan. Het ruggenmerg ontwikkelt zich uit het niet verwijde deel van de neurale buis, dat caudaal ligt van ongeveer de vierde somiet. Het neurale kanaal is hier zeer nauw, terwijl het naar craniaal verwijdt tot de vierde ventrikel, die aansluit op de rest van het ventrikel systeem. Het perifere zenuwstelsel ontstaat uit meerdere bronnen. Een deel (o.a. het motorische) groeit uit het ventrale deel van het CZS; een ander deel (o.a. het sensibele) ontstaat uit de neurale lijst en krijgt verbinding met het dorsale deel van het CZS. Een aantal ganglionen (zenuwcentra) in de kop ontstaat zowel uit de neurale lijst als uit ectodermplacoden die de kieuwbogen bekleden Neus en Oor Het zintuigepitheel van neus en oor vindt zijn oorsprong in het ectoderm dat resp. craniaal en lateraal van het neurectoderm ligt. Door uitgroei van de omringende gebieden komen de neusplacode en de oorplacode verzonken te liggen. De neusplacode wordt omgeven door een aantal welvingen die een belangrijke rol spelen bij de vorming van het aangezicht.

29

De oorplacode wordt tenslotte in een oorblaasje afgesnoerd; hieruit ontstaat het binnenoor. Uit de voordarm groeit links en rechts het middenoor (trommelholte en buis van Eustachius), terwijl het ectoderm de uitwendige gehoorgang bekleedt.

Zelfstudieopdracht 1

Bestudeer in het ectoderm de sluiting van de neurale buis en let op de overgangszone met het oppervlakte-ectoderm, de neurale lijst en de nakomelingen (derivaten) van deze stamcellen. a. Formuleer (of teken schetsmatig) de ontwikkeling van de hersenblaasjes; b. Welke volwassen hersenonderdelen onstaan uit elk van de vijf hersenblaasjes? c. Beschrijf de bijzondere ontstaanswijze van het oog, met name de retina. d. Waaruit ontstaat het ruggenmerg? e. Welke onderdelen van de grote zintuigen (oog, oor/evenwicht, reuk, smaak) ontstaan uit het oppervlakte ectoderm?

2

Bestudeer de ontwikkeling van de neurale lijst als onderdeel van het ectoderm. a. Wanneer is deze voor het eerst te onderscheiden, en wanneer is de neurale lijst “verdwenen”? b. Welke type cellen differentiëren uit de neurale lijst? c. Waar migreren deze naar toe? d. Geef de overeenkomsten en verschillen aan tussen de neurale lijst van kop/kieuwbogen (cranial neural crest) enerzijds en van de romp (trunk neural crest) anderzijds. e. Welke specifieke bijdrage levert de neurale lijst aan thorax- en buikorganen zoals thymus, bijschildklieren, hart, aorta en bijnier? Wat zou het gevolg zijn van een defecte neurale lijst voor de functie van deze organen?

3

Bestudeer de relatie van de neurale lijst met de kieuwbogen. a. Formuleer in eigen woorden een antwoord op de vraag: wat is een kieuwboog? b. Waaruit bestaat een kieuwboog? c. Welke kieuwbogen ontstaan er achtereenvolgens en wat is er aan de hand met de 5de kieuwboog? d. Wat ontstaat er uit de verschillende kieuwbogen?

Product Je hebt de antwoorden op de gestelde vragen opgeschreven of schetsmatig getekend en gecontroleerd via je medestudenten en werkgroepdocent.

30

Werkgroep Blokonderdelen B1-B6 worden besproken in de werkgroep “Ontwikkeling”. Dit zal gebeuren door middel van de bespreking van belangrijke geselecteerde vragen/opdrachten van de verschillende ZSO’s. Ook kun je hier specifieke vragen aan de orde stellen. Neem de uitwerkingen van de ZSO’s dus mee!

31

Onderwerp B3: Mesoderm Inhoud  Hoorcollege Mesoderm waarin de ontwikkeling van het mesoderm en de mesodermale organen wordt doorgenomen;  Een bijbehorende zelfstudieopdracht (ZSO). De vragen en opdrachten behorende bij deze ZSO leiden je op een gestructureerde wijze door de stof. Belangrijke vragen zullen worden besproken tijdens de werkgroep “Ontwikkeling”. Hier kun je ook andere problemen aan de orde stellen;  Computeranimaties in Simbryo (zie blackboard) kunnen helpen bij het begrijpen van de stof;  Werkgroep waarin de opdrachten worden besproken. Achtergrond Het mesoderm draagt bij aan de vorming van de meeste structuren en organen in het lichaam, vaak in nauwe samenwerking met weefsels van de andere kiembladen. Het hart, het bloed en de bloedvaten zijn van mesodermale oorsprong, maar worden apart besproken. In dit onderdeel ligt de focus op de bijdrage van het mesoderm aan de andere structuren en organen. Literatuur: Schoenwolf et al.: Hoofdstuk 1: tekst van “Primordial germ cells” (p. 17) tot “Gametogenesis” (p. 20); Hoofdstuk 4: tekst van “Tube-within-a-tube” (p. 103) tot “Neurulation:…” (p. 107) + vanaf “Somite differentiation:…” (p. 128) + blok “In the research lab” (pp. 128-129); Hoofdstuk 14; Hoofdstuk 15: tekst tot “Development of external genitalia” (p. 521) Hoofdstuk 18: Summary Blokboek: tekst bij hoorcollege; Computerprogramma SIMBRYO. www.embryology.ch: Hoofdstuk 14, 20, 21

Doelstelling - Je kunt het kiemblad concept toepassen op de ontwikkeling van het mesoderm. - Je kunt de 4 mesoderm compartimenten reproduceren. - Je kunt hun specifieke bijdrage aan de huid, de spieren en het skelet beschrijven. - Je kunt de oorsprong en ontwikkeling van het urogenitaalstelsel beschrijven.

32

Hoorcollege Het mesoderm ontwikkelt tot vier belangrijke compartimenten: het axiale, het paraxiale, het zijplaatmesoderm, en het caudale mesoderm. De eerste drie behoren tot het embryo zelf, terwijl de laatste extra-embryonale structuren gaat vormen (zie later). Het axiale mesoderm vormt de chorda, waaraan een grote diergroep (de Chordata) zijn naam ontleent. Het is de eerste aanleg van het asskelet. In deze vroege fase is het van belang omdat het de vorming van de neurale plaat uit het ectoderm induceert. Het paraxiale mesoderm is aanvankelijk ongesegmenteerd, maar gaat al snel somieten vormen. De somieten zijn gelegen in twee rijen langs de as van het embryo. Bij de mens ontstaan 42-44 paren somieten. De somieten blijven slechts een paar dagen als zodanig herkenbaar en vallen dan uiteen in twee, later drie onderdelen. Het mesenchymateuze sklerotoom en het dermamyotoom, dat iets later uiteenvalt in het myotoom en het mesenchymateuze dermatoom. Het sklerotoom zal samen met de chorda het asskelet (resp. de wervels en de tussenwervelschijven) gaan vormen. De myotomen zullen deels met elkaar versmelten en de dwars gestreepte skeletmuskulatuur van het lichaam vormen. De dermatomen vormen het onderhuids bindweefsel (dermis). Vanwege de somieten heeft het lichaam tijdelijk een segmentsgewijze opbouw, die tijdens de verdere ontwikkeling niet geheel verdwijnt. Het zijplaat mesoderm, dat lateraal van het axiale ligt blijft ongesegmenteerd. Het splitst in twee lagen. Het somatisch mesoderm ligt tegen het ectoderm aan en vormt een deel van de lichaamswand, terwijl het splanchnisch mesoderm tegen het endoderm aan ligt en de viscerale bekleding van de lichaamsholte (coeloom) vormt. Aan de voorzijde sluit het laterale mesoderm van links en rechts aaneen en vormt craniaal van de prechordale plaat het cardiogene mesoderm, waaruit het hart ontstaat. Tussen zijplaat en axiaal mesoderm ontstaat een smalle strook, het intermediair mesoderm. Uit dit mesoderm ontstaan pronefros en mesonefros, het eerste begin van het urogenitaal stelsel. Het caudale mesoderm strekt zich caudaal van de primitief streep uit en vormt een deel van de allantoïs (zie later). Mesodermale organen Het embryonale mesoderm dat uit de primitief streep ontstaat wordt onderverdeeld in axiaal, paraxiaal, intermediair en zijplaatmesoderm. Een aantal grote systemen in het lichaam vindt zijn belangrijkste oorsprong in het mesoderm. Hiertoe worden gerekend het cardiovasculaire stelsel (hart, vaten, bloedcellen), het bewegingsapparaat (skelet, spieren, banden en pezen), het urogenitale stelsel (urinewegen en geslachtsorganen). N.B. Grote delen van de tractus digestivus en respiratorius (uitgezonderd de epitheliale delen) zijn echter ook mesodermaal van oorsprong.

33

Skelet en spieren. Het skelet en de dwars gestreepte spieren van lichaamswand en extremiteit ontstaan uit de somieten en uit de somatopleura. Skelet en spieren van hoofd en hals zijn vooral afkomstig van de neurale lijst. De meest craniale somieten echter worden opgenomen in het occipitale deel van de schedel. Het axiale stelsel van spieren en skelet ontstaat uit de somieten. Deze worden onderverdeeld in sklerotoom, dat skelet gaat vormen; myotoom dat spieren gaat vormen; het dermatoom tenslotte vormt de dermis. Het losmazige mesenchym van het sklerotoom gaat zich centreren rond de chorda. Uit het eerste ontstaan de wervels (waarvan het aantal voor iedere diersoort constant is), uit het laatste de nucleus pulposus van de discus intervertebralis (tussenwervelschijf). Ieder myotoom wordt onderverdeeld in een kleiner dorsaal epaxiaal en een groter ventraal hypaxiaal deel met een eigen innervatie. De myotomen van verschillende segmenten versmelten met elkaar, waardoor grote, langere spieren kunnen ontstaan met een multipele innervatie. Op geleide van de segmentale bouw, opgelegd door de somieten, vertoont ook de rompwand metamerie, die niet overal behouden blijft. Het skelet (de ribben) en spieren zijn afkomstig van het mesoderm. De extremiteiten ontstaan ter hoogte van de laatste cervicale resp. de lumbo-sacrale somieten en worden ook vanuit deze ruggenmergsniveaus geïnnerveerd. De uitgroei van het mesoderm van arm en been (uit de somatopleura) wordt gestuurd door de apicale ectoderm rand. De peddel-vormige extremiteiten worden onderverdeeld in vinger- en teenstralen, waarmee hand en voet worden gevormd. De metamere opbouw volgens myotoom en dermatoom ondergaat drastische veranderingen. Grofweg ontstaan een preaxiale (craniale) en een postaxiale (caudale) spiergroep, die elk een set flexoren en extensoren vormen, voorzien van een eigen zenuw. Tijdens de ontwikkeling vervlechten de zenuwen tot een plexus. De ontwikkeling van hoofd en hals steunt voor een belangrijk deel op de neurale lijst, de overgangszone van neurale plaat en huidectoderm. Uit de neurale lijst ontstaan o.m. de kieuwbogen, waarbinnen de gelijknamige arteriën liggen. Ook de kieuwbogen ondergaan uitgebreide transformaties. Bij lagere vertebraten dragen zij de kieuwen, terwijl de ruimten tussen de kieuwen (kieuwspleten) in open verbinding staan met de pharynx. Bij de Amniota (dit zijn diergroepen die een amnion hebben tijdens de embryonale ontwikkeling: vogels en zoogdieren) blijven de kieuwspleten gesloten. De kieuwbogen bevatten een arterie, een skelet element, dwars gestreepte musculatuur en een eigen zenuw. De repeterende opbouw wordt branchiomerie genoemd. Rond de zintuigplacodes ontstaan welvingen, waardoor tenslotte het (zintuig) epitheel van neus, evenwicht en gehoor en van de ooglens beschermd liggen in aangezicht en schedel.

34

Urogenitaal stelsel Het intermediair mesoderm vormt achtereenvolgens de pronefros, mesonefros en is betrokken bij de vorming van de metanefros. De pronefros is bij zoogdieren hoogstwaarschijnlijk niet functioneel als uitscheidingsorgaan, de mesonefros wel. De pronefros ontstaat cervicaal en wordt verder naar caudaal gevolgd door de mesonefros. Deze bestaat uit blaasjes, die uitmonden op een gemeenschappelijke afvoergang, de ductus mesonephricus. Deze buis komt caudaal uit in een deel van de einddarm, waar eveneens de allantoïs op uitmondt: de cloaca. De langgerekte mesonefros ligt in de achterwand van de coeloomholte. De peritoneale coeloomholte vertoont ter plaatse een cranio-caudale plooi die zich afsnoert tot een tweede buis, de ductus paramesonephricus (wordt eileider en fuseert tot uterus). Deze behoudt craniaal een open verbinding met de coeloomholte. Twee processen gaan zich afspelen: de vorming van de gonade langs de mesonefros en de vorming van de metanefros (definitieve nier) caudaal van de mesonefros. Primordiale geslachtscellen of kiemcellen, die in de wand van de allantoïs hun oorsprong hebben, migreren langs de coeloomwand naar de mesonefros. Bij een vrouwelijk individu vormt zich een ovarium en blijft de ductus paramesonefricus (eileider, uterus) bestaan. Bij een mannelijk individu ontwikkelt zich een testis, terwijl de ductus mesonefricus (zaadleider) overblijft. De metanefros ontstaat in een interactie tussen de ductus mesonefricus en het caudaal van de mesonefros gelegen metanefrogene blasteem. De ductus vormt de ureter en het blasteem de nefronen van de nier. Het bloedvaatstelsel speelt hier een belangrijke rol door de vorming van arteriële vaatkluwens, de glomeruli. De afvoerbuizen (ureters, dd. mesonefricus en paramesonefricus) komen alle 6 uit in de cloaca, of liever in dat deel dat zich los maakt van de einddarm, de urogenitale sinus. De urogenitale sinus wordt omgebouwd tot urineblaas en urethra, en prostaat resp. vagina. De gonaden (ovaria en testes) maken een relatieve verplaatsing door in caudale richting. Rond de 7de maand liggen de testes zelfs tegen de buikwand aan. Het gubernaculum verzorgt de descensus (afdaling) van de testes, die uiteindelijk in een huidplooi (scrotum) buiten de buikholte komen te liggen. Een deel van de coeloombekleding met bijbehorende holte blijft de testis echter omgeven. De ovaria blijven in de buikholte achter. Hoewel de uiteindelijke ontwikkeling van de externe geslachtsorganen bij man en vrouw verschillend is, zijn homologieën aan te wijzen: labia majora met scrotum, ligamentum teres met gubernaculum, en clitoris met penis.

35

Zelfstudieopdracht 1. In een transversale doorsnede door het embryo kun je tussen het ectoderm en endoderm 4 mesodermcompartimenten onderscheiden. a. Welke zijn dit? b. Welke groeifactoren zijn worden geproduceerd door de chorda en wat is hun functie? c. Wat is de splanchnopleura? En wat de somatopleura? d. Uit welk mesodermcompartiment onstaat het onderhuids bindweefsel? En de rib? e. Uit welk mesodermcompartiment onstaat de tibia? En de m. gastrocnemius? 2. De ontwikkeling van de nieren en hun afvoergangen vindt plaats in meerdere stappen en hangt sterk samen met de ontwikkeling van de darm. a. Hoe worden de drie opeenvolgende ontwikkelingsfasen van de nier genoemd? b. Beschrijf voor ieder van deze fasen de (ontwikkeling van) de afvoergangen. c. Geef van de volgende structuren aan of zij van ecto-, meso-, of endodermale oorsprong zijn (of gemengd?): definitieve nier, ureter, blaas, urethra. d. Wat is een cloaca? 3. De ontwikkeling van het geslachtsapparaat hangt nauw samen met die van het urogene apparaat. a. Beschrijf de ontwikkeling van testis en ovaria, en hun afvoergangen, en gebruik in deze beschrijving de volgende termen: mesoderm, endoderm, gonadale richel, ductus mesonephricus, ductus paramesonephricus, buis van Wolff, buis van Müller, zaadleider, eileider, primordiale kiemcellen. b. Hoe wordt bepaald of een gonade zich ontwikkelt tot een testis of een ovarium? c. Hoe kan het dat de gonaden zich intraperitoneaal en de nieren zich retroperitoneaal bevinden? d. Wat is de embryonale overeenkomst tussen gubernaculum (man) en ligamentum teres uteri (vrouw)? Product Je hebt de antwoorden op de gestelde vragen opgeschreven of schetsmatig getekend en gecontroleerd via je medestudenten en werkgroepdocent. Werkgroep Blokonderdelen B1-B6 worden besproken in de werkgroep “Ontwikkeling”. Dit zal gebeuren door middel van de bespreking van belangrijke geselecteerde vragen/opdrachten van de verschillende ZSO’s. Ook kun je hier specifieke vragen aan de orde stellen. Neem de uitwerkingen van de ZSO’s dus mee!

36

Onderwerp B4: Hart en Vaatontwikkeling Inhoud  Twee hoorcolleges Hart en Vaatontwikkeling die zich specifiek richten op de vorming van het cardiovasculaire systeem;  Een bijbehorende zelfstudieopdracht (ZSO). De vragen en opdrachten behorende bij deze ZSO leiden je op een gestructureerde wijze door de stof. Belangrijke vragen zullen worden besproken tijdens de werkgroep “Ontwikkeling”. Hier kun je ook andere problemen aan de orde stellen;  Computeranimaties in Simbryo (zie blackboard) kunnen helpen bij het begrijpen van de stof; Achtergrond Het hart ontstaat als een simpel kloppend buisje van myocard (hartspier) en endocard (binnenbekleding). Tijdens de derde week van de ontwikkeling begint het hart met kloppen en verzorgt daarmee al een bloedstroom door de vaten van het embryo. De bloedvaten zijn in dit stadium nog symmetrisch aangelegd, maar zullen tijdens de ontwikkeling omvormen tot een asymmetrisch systeem met arteriën en venen. Het hart zal zich krommen en opdelen in 4 compartimenten, 2 atria en 2 ventrikels, zonder dat daarbij de bloedstroom op enig moment wordt onderbroken. Een intrigerende opeenvolging van processen waar we lang nog niet alles van weten. Literatuur: Schoenwolf et al.: Hoofdstuk 12; Hoofdstuk 13: geheel, incl. blok “In the clinic” (pp. 413416); Blokboek: tekst bij hoorcollege; Computerprogramma SIMBRYO. www.embryology.ch: Hoofstuk 16 Doelstelling  Je kunt de mesodermale bijdrage weergeven van het hart en het vaatstelsel.  Je kunt de driedimensionale omvormingen van de hartbuis beschrijven.  Je kunt de (relatieve) verplaatsing van het hart binnen het embryo verklaren.  Je kunt beschrijven wat de consequenties hiervan zijn op het verloop van de bloedvaten.  Je kunt de processen beschrijven die leiden tot de segmentatie van het hart.  Je kunt de driedimensionale omvormingen van het arteriële vaatsysteem beschrijven.  Je kunt een beschrijving geven van de foetale circulatie en van de veranderingen die deze ondergaat tijdens/na de geboorte.

37

Hoorcolleges Het eerste begin van de cardiovasculaire ontwikkeling wordt gevormd door de ontwikkeling van de bloedeilandjes. Binnen deze eilandjes vormen zich zowel endotheel als bloedcellen. Het endotheel vertakt en fuseert met endotheelbuizen uit de buurt tot een netwerk. In het embryo begint de bloedcelvorming pas in de 5de week, hoofdzakelijk in de lever, later in de milt, het beenmerg en de lymfoïde organen (zie hiervoor het college microscopische anatomie). Het hart ontstaat op een soortgelijke wijze uit het mesenchym van de cardiogene plaat, als een hoefijzervormige endocardbuis. Dit endocard krijgt aansluiting aan de reeds gevormde endotheel buizen, zodat aan het eind van de 3de week een functioneel stelsel aanwezig is: het hart klopt. De aanvankelijk rechte hartbuis ondergaat een aantal veranderingen, waarvan de belangrijkste zijn de looping, waardoor het S-vormig wordt, en de septatie, zodat het in 4 compartimenten (de atria en ventrikels) wordt onderverdeeld. Rond het endocard ontstaat uit het omringende mesenchym de myocardiale mantel en het epicard. Dit laatste vormt samen met het pericard de bekleding van het coeloom (de pericardholte). Aan de instroomkant of veneuze zijde ligt de sinus venosus, waar de venen van het embryo (de vv. cardinales anterior en posterior), van de dooierzak (de v. vitellina) en van de placenta (de v. umbilicalis) samenkomen. De laatste vervoert relatief zuurstofrijk bloed uit de placenta, via de navelstreng en de ductus venosus naar het hart van het embryo. De ductus venosus oblitereert bij de geboorte. Door het verdwijnen van de dooierzak, verliest ook de bijbehorende circulatie aan belang en verdwijnt al snel. In de lever blijven resten van de rechter vitelline vene bestaan. De vv. cardinales worden, behalve in de kop en het bekken, vervangen door de vv. subcardinales en supracardinales. Uit deze beide systemen blijft in het adult de ongepaarde vena cava inferior over. Aan de uitstroomkant of arteriële zijde ligt de truncus arteriosus. Hieruit ontspringen 4 paar kieuwboogarteriën, het 5e paar is bij de mens waarschijnlijk niet aanwezig, en het 6de paar neemt een aparte plaats in. Meer dan 3 paar kieuwboogarteriën zijn niet tegelijk aanwezig. Slechts een deel van de kieuwboogarteriën is in de volwassene nog aanwezig. De kieuwboogarteriën vloeien samen tot een rechter en een linker aorta dorsalis. Dit gepaarde vat fuseert op somiet niveau, waarna de verbinding aan de rechter zijde oblitereert. Het resultaat is een linker arcus aortae waaruit (resten van) kieuwboogarteriën ontspringen. De foetale circulatie heeft drie verschillen met de volwassen circulatie: de ductus venosus, de ductus arteriosus en het foramen ovale. De ductus venosus is de schakel tussen placenta en vena cava inferior, waardoor via de v. umbilicalis het placentale bloed het embryo binnenkomt.

38

De ductus arteriosus is de verbinding tussen aorta en truncus pulmonalis waardoor bloed uit de kleine circulatie naar de grote circulatie wordt gesluisd. Hetzelfde vindt plaats op atrium niveau, zodat via het foramen ovale bloed van de rechter naar de linker harthelft gaat. Direct na de geboorte oblitereren genoemde vaten en sluit het foramen ovale, waardoor de placentale bloedsomloop wordt afgeschakeld, maar de longen volledig in de circulatie worden opgenomen.

Zelfstudieopdracht 1. Bloedvatvorming omvat processen op vele niveaus, waar onder het ontstaan van (nieuwe) vaten uit stamcellen of andere bloedvaten en het reorganiseren van bestaande vaten tot definitieve vaten. a. Omschrijf de processen “Vasculogenese” en “Angiogenese”. b. Hoe heet het proces waarbij bloedeilandjes ontstaan op de wand van de dooierzak? Wat is hierin de rol van het endoderm? c. Zoek na welke kieuwboogarteriën of onderdelen daarvan bij de volwassene nog aanwezig zijn; let op de speciale positie van de 3e, 4e en 6e boogarterie. 2. De navelstreng vormt de verbinding van het embryo/de foetus met de placenta. a. Uit welke lagen is de navelstreng opgebouwd? b. Welke bloedvaten gaan door de navelstreng gaan en in welke richting verloopt de bloedstroom? c. Op welke embryonale vaten sluiten de navelstrengvaten aan? 3.

Het hart ontstaat in het embryo als een ongesepteerde primaire hartbuis van mesodermale oorsprong. Zowel het primaire atrium als het primaire ventrikel septeren vervolgens in een linker en rechter deel a. Beschrijf de atrium septatie en geef daarbij aan wanneer de beschreven processen plaatsvinden b. Beschrijf de ventrikel septatie en geef daarbij aan wanneer de beschreven processen plaatsvinden c. Het atrium septum is één van de drie kortsluitingen in het embryonale vaatsysteem. Hoe heten de andere twee en wat is hun precieze locatie?

Product Je hebt de antwoorden op de gestelde vragen opgeschreven of schetsmatig getekend en gecontroleerd via je medestudenten en werkgroepdocent. Werkgroep Blokonderdelen B1-B6 worden besproken in de werkgroep “Ontwikkeling”. Dit zal gebeuren door middel van de bespreking van belangrijke geselecteerde vragen/opdrachten van de verschillende ZSO’s. Ook kun je hier specifieke vragen aan de orde stellen. Neem de uitwerkingen van de ZSO’s dus mee!

39

Onderwerp B5: Endoderm en Darmontwikkeling Inhoud  Twee hoorcolleges Endoderm en Darmontwikkeling waarin de ontwikkeling van dit kiembladsegment wordt besproken;  Een bijbehorende zelfstudieopdracht (ZSO). De vragen en opdrachten behorende bij deze ZSO leiden je op een gestructureerde wijze door de stof. Belangrijke vragen zullen worden besproken tijdens de werkgroep “Ontwikkeling”. Hier kun je ook andere problemen aan de orde stellen;  Computeranimaties in Simbryo (zie blackboard) kunnen helpen bij het begrijpen van de stof; Achtergrond Het endoderm vormt met name de binnenbekleding van het lichaam. Bedenk wel dat het hier orgaanstelsels betreft waarvan het epitheel ontstaan is uit het endoderm. Andere weefsels, zoals bindweefsel, gladde musculatuur, en kraakbeen zijn afkomstig uit het mesoderm, terwijl ganglionen en zenuwcellen afkomstig zullen zijn van het ectoderm. Tot deze weefsels worden gerekend het spijsverteringsstelsel en de ademhalingsorganen. Literatuur: Schoenwolf et al.: Hoofdstuk 11; Hoofdstuk 14; Blokboek: tekst bij hoorcollege; Computerprogramma SIMBRYO. www.embryology.ch: Hoofdstuk 18,19 Doelstelling  Je kunt de endodermale bijdrage aan de ontwikkeling van het maagdarmstelsel weergeven.  Je kunt de 3 segmenten van de oerdarm, hun vascularisatie en hun specifieke bijdrage aan het volwassen maagdarmstelsel beschrijven.  Je begrijpt de driedimensionale omvormingen in het oropharyngeale en cloacale gebied en de consequenties die dit heeft voor de functie van het voorste en achterste deel van het darmstelsel.  Je kunt de rotatie van de embryonale darm beschrijven en van de consequenties die dit heeft voor de volwassen anatomie en functie.  Je kunt de ontwikkeling van het middenrif en het ademhalingsstelsel beschrijven Hoorcolleges Deze tekst is bedoeld om een overzicht te geven van de belangrijkste componenten van de endodermale organen. Voor afbeeldingen wordt nadrukkelijk naar Schoenwolf verwezen.

40

Het Endoderm Door lengte groei van het embryo gaat de embryonale schijf krommen. Het craniale en caudale deel overgroeien, waardoor de voordarm en de achterdarm ontstaan. De middendarm is in dit stadium identiek aan de dooierzakholte. De voordarm wordt aan de craniale kant afgesloten door het oropharyngeale (of buccopharyngeale) membraan. In een embryo dat ca. 15-20 somieten heeft breekt het membraan door en ontstaat een verbinding tussen de amnionholte en de dooierzakholte. De mondholte (ontstaan uit de amnionholte) en de pharynx (ontstaan uit de dooierzakholte) krijgen zodoende contact met elkaar. De achterdarm groeit op soortgelijke wijze en wordt afgesloten door het cloacale membraan, ook deze breekt door, overigens pas veel later, zodat een tweede verbinding ontstaat tussen dooierzak- en amnionholte. De dooierzakholte zal een steeds nauwere verbinding met de middendarm krijgen, die in een laat stadium verdwijnt. Pas dan is een geheel gesloten darmbuis aanwezig die alleen aan de craniale en de caudale uiteinden naar de amnionholte open is. Uit het endoderm ontstaat het epitheel van de darm en bijbehorende klieren zoals lever met galblaas en pancreas, maar ook het epitheel van de luchtwegen, het thyroïd en het middenoor. Endodermale organen Hieronder vallen orgaanstelsels waarvan het epitheel ontstaan is uit het endoderm. Andere weefsels, zoals bindweefsel, gladde musculatuur, en kraakbeen zijn afkomstig uit het mesoderm, terwijl ganglionen en zenuwcellen afkomstig zullen zijn van het ectoderm. Tot deze weefsels worden gerekend het spijsverteringsstelsel en de ademhalingsorganen. Tractus digestivus De darmbuis wordt uit 3 onderdelen opgebouwd, de voor- of kieuwdarm, de middendarm en de einddarm. Uit de kieuwdarm ontstaat het craniale deel van de darmbuis (pharynx tot en met leveraanleg) en de luchtwegen. Uit de middendarm groeit de dunne darm en het proximale deel van het colon. Uit de einddarm ontwikkelt zich het distale deel van het colon tot aan de anus. De kieuwdarm is aan het craniale einde afgesloten door het oropharyngeale membraan, die in het 20-somieten stadium doorbreekt. De plaats van het membraan geeft aan de overgang van mond- naar keelholte. De kieuwdarm vertoont een serie laterale, gepaarde uitstulpingen, de kieuwzakjes. Deze alterneren met de eerder besproken kieuwbogen. Het distale deel van de kieuwdarm groeit uit tot oesofagus, maag en het eerste deel van de dunne darm. Het epitheel van dit deel van de darm stulpt uit in het septum transversum en vormt het epitheel van lever en pancreas. De darmbuis in de peritoneale holte wordt omgeven door zijplaatmesoderm (splanchnopleura). In de bovenbuik zijn maag en lever zowel naar ventraal als naar dorsaal in zo'n mesenterium opgehangen aan de lichaamswand. Doordat de maag t.o.v. de lichaamsas naar links en de lever naar rechts verplaatst, vervormt het mesenterium tot een complexe S-vormige plaat.

41

De middendarm staat het langst in verbinding met de dooierzakholte. Deze verbinding ligt ongeveer ter hoogte van de latere blinde darm. Door een sterke lengtegroei van de middendarm vergeleken met het dorsale mesenterium ligt in een fase van de ontwikkeling een deel van dit darmpakket buiten de eigenlijke lichaamsholte in de fysiologische navelbreuk. Tegen het eind van de zwangerschap wordt de darm weer in de peritoneale holte opgenomen en sluit de buikwand zich. Bovendien maakt de middendarm een rotatie door met de arteria mesenterica superior als spil. Het gevolg is dat het colon de dunne darm overkruist. De einddarm ontstaat uit de cloaca door het septum urorectale. De afsluiting naar de amnionholte, het cloacale membraan, breekt door zodat ook hier een open verbinding met de buitenwereld aanwezig is. Hier omheen ontstaat het anale kanaal. Tractus respiratorius De ademhalingswegen vinden hun oorsprong in de kieuwdarm. In de ventrale bodem ervan ontwikkelt zich een uitstulping, de laryngo-tracheale groeve. Deze wordt buisvormig en splitst in tweeën, de beide longknoppen. De longknoppen groeien naar lateraal uit in de pericardio-peritoneale kanalen. Door dichotome vertakkingen neemt het aantal knopjes in aantal toe. Dit geschiedt in een aantal fasen, de glandulaire fase (tot de 4e maand: vorming bronchusboom), de canaliculaire fase (tot 6e maand: vascularisatie en vorming respiratoire deel), terminal sac fase (tot 9e maand: vorming primitieve alveoli) en de alveolaire fase (laat foetaal tot postnataal). Het definitieve aantal longblaasjes wordt pas omstreeks het achtste levensjaar bereikt.

Zelfstudieopdracht 1 Het lumen van de tractus digestivus vormt in feite de buitenwereld en het epitheel van de tractus heeft dan ook een duidelijke barrière functie. a. Stel vast dat het epitheel van de mondholte en van het overige deel van de tractus digestivus uit 2 aansluitende kiembladen is ontstaan. Welke zijn dit? b. Waar ligt de overgang tussen deze kiembladen in een embryo en waar bij een volwassene? c. Welke twee holtes spelen in het embryo een rol op deze overgang en in welke fase van de ontwikkeling kan het embryo vloeistof slikken? d. Welke functie heeft de dooierzak in een embryo? e. Het meest craniale deel van de voordarm wordt ook wel de kieuwdarm genoemd en is opgebouwd uit kieuwbogen, kieuwspleten en kieuwzakjes. Welke organen ontstaan uit de verschillende kieuwzakjes? 2

De 3 darm onderdelen ontwikkelen zich tot te onderscheiden delen van het maagdarm kanaal en ontlenen hun onderlinge ligging aan de darmdraaiing en de secundaire fixatie aan de achterste lichaamswand. Het mesenterium speelt hierin ook een belangrijke rol.

42

a. Beschrijf de volwassen gedeelten die ontstaan zijn uit de voor- midden- en einddarm. Welke arteriën horen daar bij? b. Hoe verklaar je dat het colon transversus OVER de dunne darm kruist? c. Wat zijn de functies van een mesenterium? d. Maak een schema uit welke lagen het mesenterium bestaat. e. Welk embryonaal bloedvat maakt gebruik van het ligamentum falciforme? f. Hoe verloopt de veneuze afvoer van de darm bij een volwassene en welke rol speelt de lever hierbij (zoek op in Tortora)? Hoe is dat in een embryo? g. Wat ligt er in het omentum minus en wat in het omentum majus (zoek op in Tortora)? 3

Richt je aandacht op de ontwikkeling van de longen. Let daarbij op de wijze waarop de longen asymmetrisch worden aangelegd. De longknoppen vertakken zich steeds verder totdat zij zich differentiëren tot alveoli. a. Uit welk deel van de darm ontstaat het ademhalingsapparaat? b. In welk deel van het mesoderm groeien de longknoppen uit? c. Hoe kun je de linker van de rechter long onderscheiden? d. Welk bekledend vlies omgeeft de longen en wat is de embryonale oorsprong hiervan? e. In welke fase van de longontwikkeling zijn premature kinderen in principe levensvatbaar? f. Welke rol speelt surfactans hierbij?

Product Je hebt de antwoorden op de gestelde vragen opgeschreven of schetsmatig getekend en gecontroleerd via je medestudenten en werkgroepdocent. Werkgroep Blokonderdelen B1-B6 worden besproken in de werkgroep “Ontwikkeling”. Dit zal gebeuren door middel van de bespreking van belangrijke geselecteerde vragen/opdrachten van de verschillende ZSO’s. Ook kun je hier specifieke vragen aan de orde stellen. Neem de uitwerkingen van de ZSO’s dus mee!

43

Onderwerp B6: Mechanismen in Embryonale Ontwikkeling Inhoud  Hoorcollege Mechanismen/Apoptose dat zich richt op de processen die de vorm van het embryo bepalen;  Tijdens de werkgroep “Ontwikkeling” kun je evt. problemen aan de orde stellen. Achtergrond Vormbepalingen en –veranderingen ontstaan niet zomaar. Als alle cellen van het embryo vanaf het zygoot-stadium even hard zouden groeien zouden we geboren worden als een bol. Processen die belangrijk zijn bij de vormbepaling zijn groei (mitose/proliferatie), specialisatie (differentiatie), verplaatsing (migratie), en celdood (apoptose). Dat laatste klinkt misschien vreemd maar is een belangrijk proces tijdens de embryonale ontwikkeling. Tijdens dit onderdeel gaat we dit proces in meer detail bestuderen. Achter het microscoop wordt er geoefend in het genereren van een 3D beeld vanuit 2D afbeeldingen en wordt tegelijk de anatomische opbouw van het embryo bestudeerd. Literatuur Schoenwolf et al.:

Hoofdstuk 4 Hoofdstuk 18

Doelstelling  Je kunt de mechanismen beschrijven die belangrijk zijn bij de ontwikkeling van het embryo, zoals klieving, differentiatie, migratie, proliferatie en apoptose.

Hoorcollege In dit college wordt uit de doeken gedaan welke rol gespeeld wordt door mechanismen als celdeling (proliferatie), groei, celmigratie, celdifferentiatie en apoptose. Celdeling in een bevruchte eicel geschiedt aanvankelijk door klieving (zie B1), en later door "gewone" celdeling. Dit is zelden een homogeen proces, maar geschiedt in bepaalde delen van het embryo sneller, of er zijn meer cellen bij betrokken. Groei omvat ook toename van de extracellulaire substantie waardoor het volume van bepaalde delen van het embryo toeneemt. Celmigratie is een lastig fenomeen, omdat tijdens elke celdeling de dochtercellen van positie in het omringende weefselverband veranderen. Dit wordt niet onder migratie begrepen. Migratie wordt gedefinieerd als een actieve gerichte beweging over een langere afstand, met een doelorgaan als definitieve plaats. Voorbeelden hiervan zijn de primordiale kiemcellen en de neurale lijstcellen.

44

Apoptose wordt gedefinieerd als geprogrammeerde celdood, waardoor cellen te gronde gaan en (meestal) worden gefagocyteerd door (niet-gespecialiseerde) buurcellen. Dit verschilt sterk van necrose waarbij cellen via een ander proces doodgaan, lyseren en via een ontstekingsreactie worden opgeruimd door "professionele" macrofagen.

Werkgroep Blokonderdelen B1-B6 worden besproken in de werkgroep “Ontwikkeling”. Dit zal gebeuren door middel van de bespreking van belangrijke geselecteerde vragen/opdrachten van de verschillende ZSO’s. Ook kun je hier specifieke vragen aan de orde stellen. Neem de uitwerkingen van de ZSO’s dus mee!

45

3. Blokonderdeel CELBIOLOGIE Deze bestaat uit de onderwerpen: - Microscopie en Microscopische Technieken - Opbouw van de cel - Epitheelweefsel - Elektronenmicroscopie

46

Onderwerp: Microscopie en Microscopische Technieken Inhoud - College microscopie. Hierin worden vormen van microscopie en beeldvorming besproken. - Zelfstudieopdracht microscopische technieken - Werkgroep microscopische technieken - Practicum microscopische technieken

Achtergrond Voor de bestudering van macromoleculen in de cel staan ons een aantal analysetechnieken ter beschikking. De basis van een biochemische analysetechniek is, dat de cel stuk gemaakt wordt, waarna het te bestuderen component wordt geïsoleerd en opgezuiverd. Voor de bestudering van macromoleculen of celcomponenten in een "intacte" al dan niet levende cel moet men gebruik maken van een microscopische techniek. Voordat je de cel componenten met een doorvallend lichtmicroscoop of met een elektronenmicroscoop kunt bestuderen, moeten deze “gekleurd” worden. In de meeste cellen of weefsels zijn er namelijk niet voldoende licht of elektronen absorberende bestanddelen aanwezig om voldoende contrast te geven. Voor veel kleuringtechnieken is het nodig dat eerst de structuur van een cel of weefsel geconserveerd wordt met behulp van een fixatie. Sinds de introductie van de microscoop in het celbiologische en pathologische onderzoek zijn er vele fixatiemethoden ontwikkeld. Afhankelijk van de te conserveren structuren/celcomponenten zal voor één van deze methoden gekozen moeten worden. Recentelijk zijn er ook methoden ontwikkeld om macromoleculen in levende cellen te analyseren. Deze methoden worden nu veelvuldig toegepast in het moderne celbiologisch onderzoek. Bij dit studieonderdeel zal je kennis en vaardigheden opdoen, die je in staat stellen de meest voor de hand liggende microscopische onderzoeksmethode te kiezen voor het oplossen van een gegeven celbiologisch probleem. De verschillende vormen van microscopie die voor celbiologisch onderzoek gebruikt worden komen hierbij ook aan de orde. Doelstelling - Je kunt beredeneren, welke microscopische onderzoek- of kleuringmethode(n) gebruikt moet(en) worden om een bepaalde celbiologische of klinische vraagstelling op te lossen. - Je kunt beredeneren, welk type microscoop benodigd is om bepaalde weefsel- of celcomponenten te bestuderen. - Je kunt de principes en toepassingen van de verschillende vormen van microscopie beschrijven. - Je kunt de principes en toepassingen van de verschillende kleuringsmethoden beschrijven. 47

Zelfstudieopdracht Bestudeer bijlage 1 uit Ross blz. 1 t/m 19 (tot Electron microscopy). Bestudeer bijlage 2 Alberts blz. 592 (fluorescent proteins) t/m 595. Bestudeer bijlage 3 Inleiding microscopie Op de site http://www.sumanasinc.com/webcontent/anisamples/molecularbiology/monoclonalantibo dies.html staat uitgelegd hoe monoklonale antilichamen worden gemaakt. Vragen voor de werkgroep microscopische technieken Deze vragen moeten tijdens de zelfstudie beantwoord worden en zullen in de werkgroep besproken worden. 1

Wanneer een cel of weefsel wordt gefixeerd met formaline en na kleuring wordt bestudeerd onder de licht- of elektronenmicroscoop, ziet dat er anders uit dan wanneer het nog "leeft". Geef hier een verklaring voor en beschrijf waarom, microscopisch onderzoek toch een belangrijke plaats inneemt in het huidige celbiologisch onderzoek.

2

De fluorescerende kleurstof DAPI wordt vaak gebruikt om DNA aan te kleuren in cellen met behulp van met fluorescentiemicroscopie. Voorbeelden van een DAPI kleuring staat in Ross, figuren 1.8. Wat maakt DAPI zo geschikt voor deze toepassing? Welke fluorescerende kleurstof zou als alternatief voor DAPI gebruikt kunnen worden.? Het antwoord staat niet in het blokboek, maar kan opgezocht worden op het internet (zie bijvoorbeeld Wikipedia).

3

De ontwikkeling en toepassing van immunocytochemische kleuringtechnieken heeft in belangrijke mate bijgedragen aan onze huidige kennis van de celbiologie en aan de ontwikkeling van diagnostische tests. Bij immunocytochemische methoden wordt gebruik gemaakt van antilichamen. Beschrijf kort wat een antilichaam is en beschrijf de verschillen tussen een monoklonaal en een polyklonaal antilichaam.

4

Waarom is een cellulair eiwit dat met een fluorochroom gelabeld antilichaam gemarkeerd is, niet zichtbaar met een doorvallend lichtmicroscoop of met een elektronenmicroscoop?

5

Je wilt zichtbaar maken waar, in de cel, een bepaald enzym aanwezig (gelokaliseerd) is. Kies je hier voor een enzymhistochemische of een immunocytochemische methode? Licht toe.

6

Een onderzoeker komt bij je met de vraag, hoe hij het beste kan nagaan of twee eiwitten op dezelfde plaats in de cel gelegen zijn, of te wel co-localiseren. Schrijf een advies, waarin je aangeeft met welke histochemische/cytochemische techniek en met 48

welk type microscoop deze vraag het beste bestudeerd kan worden. Beargumenteer je proefopzet. 7

Je wilt onderzoeken in welk celtype glycogeen aanwezig is. Welke methode gebruik je daarvoor? In welke celtypen verwacht je veel glycogeen aan te treffen en waarom?

8

In de moderne celbiologie worden processen niet alleen in gefixeerde maar ook in levende cellen bestudeerd. Welk van de volgende methoden vinden toepassing op levende cellen? Leg uit! Autoradiografie, enzymhistochemie, PAS kleuring, GFP labeling, HE kleuring, antilichaamkleuring.

Wat moet je nu kunnen Je kunt een beschrijving geven van de volgende technieken: histochemische kleuring (HE), PAS kleuring, Feulgen kleuring, immunocytochemie, enzymhistochemie, autoradiografie, GFP en kunt aan de hand van een probleemstelling uit de onderzoekpraktijk beredeneren welke techniek toegepast dient te worden en wat het verwachte resultaat is. Je kent de principes van lichtmicroscopie, doorvallend lichtmicroscopie, fluorescentie microscopie en elektronen microscopie en weet aan de hand van een probleemstelling aan te geven welk type microscopie het beste gebruikt dient te worden. Je kunt beschrijven hoe een histologisch preparaat (coupe) tot stand komt en kunt de positieve en negatieve gevolgen van een fixatie beredeneren. Je hebt praktische vaardigheid in het bedienen en instellen van een microscoop en in microscopische waarnemingen met verschillende contrasttechnieken.

49

Practicum: lichtmicroscopie Theoretische aspecten van microscopie die bij het inleidend college besproken zijn zullen in de praktijk onderzocht worden. Voordat je aan het practicum begint is het belangrijk dat je het stuk lichtmicroscopie in bijlage 3 bestudeerd hebt.

Practicumopdrachten lichtmicroscopie: Het is de bedoeling dat vanuit dit blokboek wordt gewerkt. Tijdens het practicum wordt een apart antwoordenformulier verstrekt. 1) Het in gebruik nemen van de microscoop. Microscoop en preparaten zijn kostbaar of lastig om te maken en dienen dus met zorg behandeld te worden. Correcte behandeling, juiste instelling, schone optiek en preparaten zijn van groot belang voor de kwaliteit van je waarneming. 1a. De verschillende onderdelen van een microscoop. Statief: Om het microscoopbeeld scherp te stellen zijn er aparte macro- en microknoppen aanwezig. Meestal zijn beide knoppen verenigd op één as (coaxiaal). Meestal staat er een schaalverdeling op de microknop voor scherpstellen. Bij de meeste microscopen is een schaaldeel 1 micrometer. Een microscoop heeft een optische tubuslengte, meestal 16 cm. of oneindig. Controleer of de tubuslengte vermeld op de objectieven overeenkomt met de tubuslengte van de microscoop. De tubuslengte van de microscoop staat vermeld in de fabriekshandleiding, op het statief of op de binoculaire tubus. Wanneer tubuslengte van microscoop en objectief niet met elkaar overeenkomen treden beeldfouten op. Correcties van sferische aberratie zijn berekend bij gebruik van de opgegeven tubuslengte. Objecttafel: Voor biologische preparaten is het wenselijk dat de objecttafel is uitgerust met een kruistafel. Meestal voorzien van een schaalverdeling met nonius. Sommige objecttafels zijn draaibaar (dit is alleen belangrijk bij polarisatie microscopie bij het bestuderen van kristallen, mineralen en metaallegeringen). Bij vele microscopen blokkeert de objecttafel bij een bepaalde hoogte ter beveiliging van objectief- en preparaatbeschadiging. Bij andere microscopen kan de hoogte blokkering van de objecttafel door de gebruiker worden ingesteld. Condensor: De condensor concentreert het licht van de lamp op het microscopische preparaat en is altijd uitgerust met een apertuurdiafragma. De condensor is in hoogte verstelbaar en centreerbaar. De numerieke apertuur staat vermeld op de condensor. Vaak is een houder aanwezig om een kleurfilter aan te brengen. Achter de condensor zit een stelschroef die de maximale hoogte van de condensor instelt. Dit voorkomt dat de condensor tegen het microscoopglaasje stoot bij verkeerd instellen.

50

Verlichting: Een microscoop heeft meestal een ingebouwde verlichting bestaande uit een lamp en collectorlens. De lichtintensiteit is regelbaar met een draaiknop. In de voet van het microscoopstatief is een (lichtveld)diafragma geplaatst (niet te verwarren met het apertuurdiafragma in de condensor). Objectieven: Op een objectief staat vermeld: 1. De vergrotingsfactor 2. De numerieke apertuur (N.A.) 3. De tubuslengte. (de microscopen voor dit practicum hebben oneindige optiek, dus hiervoor moet je geen objectieven gebruiken met 16 cm tubuslengte). 4. Dekglas met dekglasdikte (meestal 0,17 mm) Staat er niets vermeld dan is het een objectief voor preparaten zonder dekglas. 5. Soort objectief (de mate van correctie van afbeeldingfouten). Bijv. een optimale correctie voor beeldvlakverkromming met de aanduiding PLAN, PL, of SP (=semiplan). Een zeer goede correctie voor chromatische aberratie met de aanduiding APOCHROMAT of APO. De aanduiding PLANAPO betekent een optimale correctie voor beeldvlakverkromming en chromatische aberratie in één objectief. Als er geen kwaliteitsaanduiding vermeldt staat op een objectief dan betreft het een achromaat. 6. Gebruik immersieolie (aanduiding ‘oil’) Voor speciale toepassingen bestaan ook water of glycerol immersie objectieven. Staat er niets dan is het een droog objectief. Let op ! Immersieolie aan een droog objectief geeft een zeer slecht beeld of zonder immersieolie kijken met een immersie objectief geeft ook een zeer slecht of geen beeld. Bij objectieven voor een hoge vergroting zijn de lenzen verend opgehangen in het objectief. Deze verende lensvatting voorkomt het stukstoten van het preparaat door het objectief. Controleer of de objectieven in volgorde van oplopende vergroting bevestigd zijn in de objectiefhouder. Een set objectieven van hetzelfde merk en type zijn vaak parfocaal. Dit betekend dat bij het verwisselen van het objectief het object min of meer in focus blijft. Oculairen: Op een oculair staat altijd de vergroting vermeld. Vaak ook een combinatie van letters en cijfers. De nummers kunnen betekenen de grootte van het beeldveld. Soms een symbool dat een bril voorstelt. Dit is een oculair met een hoge uittrede pupil (grote oogafstand) wat belangrijk is voor brildragers. Eén van de twee oculairen heeft een aparte ooglens, die door elke gebruiker ingesteld kan worden

1b. Schoonmaken van optiek en preparaat. Schone en stofvrije optiek en preparaat zijn belangrijk voor de kwaliteit van het microscoopbeeld. Schoonmaken kan met lenspapier of speciaal daarvoor geschikte tissues. Een tissue kan bevochtigd worden met lenscleaner.

51

2) Het optimaal instellen van de microscoop volgens Köhler. Gebruik preparaat nummer 1 of 2 (kattendarm resp. wormeieren). Bijna alle microscopen zijn geschikt voor Köhlerse belichting. Belichting volgens Kőhler geeft een optimaal contrast, scheidend vermogen, met gelijkmatige verlichting van het preparaat. Deze methode maakt gebruik van een lichtveld diafragma in het microscoopstatief. (niet te verwarren met het apertuurdiafragma in de condensor ). Belichting volgens Köhler: 1. 2. 3. 4.

Zet de condensor in de hoogste stand met geopend apertuurdiafragma. Open het lichtvelddiafragma (in het microscoopstatief). Schakel de verlichting in en draai de regelknop op stand 2. Preparaat aanbrengen met het dekglas naar boven! Stel een preparaat scherp met een 10X objectief. 5. Stel de oculairen goed af, dit voorkomt vermoeidheid of hoofdpijn! De oogafstand tussen beide ogen is instelbaar en afleesbaar op een schaal. De gemiddelde oogafstand is 65 mm. De beelden van beide oculairen moeten over elkaar heen vallen. Als de ogen van de waarnemer verschillend zijn, is het toch mogelijk om de microscoop zo in te stellen dat met beide ogen scherp gezien kan worden. De microscoop is daarom uitgerust met één vast oculair en een oculair met een instelbare ooglens. De standaard instelling van het instelbare oculair dat de “0” op de schaalverdeling op de witte stip staat. Student A stelt scherp op het vaste oculair. Niet meer aan de macro of microschroef draaien. Eventuele verschillen tussen rechter en linker oog compenseren met het instelbare oculair. Student B stelt nu scherp door beide oculairen enigszins te verdraaien. Let op! Het hele oculair verdraaien is zinloos. Alleen de ooglens verdraaien. 6. Sluit het lichtvelddiafragma (in het microscoopstatief) tot er een lichte vlek zichtbaar is. (ongeveer 40% geopend). 7. Stel het lichtvelddiafragma scherp door de condensor in de hoogte te verstellen. 8. Centreer het lichtveld door de condensor te centreren met behulp van de stelschroeven. 9. Open het lichtvelddiafragma tot net buiten het gezichtsveld. 10. Haal het oculair uit de microscoop en kijk naar de uittredepupil van het objectief. Het apertuurdiafragma is dan zichtbaar. Het apertuurdiafragma zit in de condensor. Stel het apertuurdiafragma zodanig in dat de uittredepupil van het objectief voor ca. 75% verlicht is. Een eenvoudiger methode voor punten 10 en 11 is het apertuurdiafragma zover dichtdraaien dat net een vermindering van de lichthoeveelheid en een toename van het contrast wordt waargenomen.

52

De microscoop is nu optimaal ingesteld voor waarneming met objectief 10 X. Wordt er een ander objectief voor gedraaid dan dienen velddiafragma en apertuurdiafragma bijgesteld te worden. 3) Bepaling van het scheidend vermogen De wet van Abbe zegt dat het scheidend vermogen bepaald wordt door de numerieke apertuur en door de golflengte van het licht (NIET door de vergroting!). Bij een hoge NA en een lage golflengte (dus liever blauw licht -450 nm- dan rood licht -600 nm-) neem je de meeste details waar. De terminologie is verwarrend “scheidend vermogen, spatiële resolutie, oplossend vermogen”, het is fysisch niet hetzelfde, maar men bedoelt wel hetzelfde: “het optimaal kunnen zien van details in het beeld”. Een epitheelcel van 30-40 μm is dus goed te zien, met daarin de celkern van ca. 10 μm. Celorganellen als lysosomen, ca 1 μm, zijn ook te zien, maar virussen zijn te klein. (mm =10-3, μm=10-6, nm=10-9; Ǻngstrom =10-10 m). Een bacterie is ongeveer 1 μm, een virus is 100 nm, een antilichaam (vrij groot eiwitmolecuul, is ongeveer 10 nm), een glucose molecuul ca. 1 nm, en een watermolecuul (H20) is 0,1 nm (dus 1 Ǻngstrom). Om deze kleinere structuren waar te kunnen nemen, is dus een andere vorm van microscopie nodig. Meestal wordt electronenmicroscopie (EM) gebruikt. Preparatie en kleuring van objecten voor EM is anders dan voor LM. Vaak worden hele dunne coupes gesneden die speciale fixaties en kleuringen ondergaan. Een electronenbundel wordt op het preparaat gefocusseerd en een digitale camera registreert hoe de electronenbundel door het preparaat verandert. EM kan details zichtbaar maken van 1 nm (de allerbeste zelfs nog 10X kleiner!). Benodigdheden: Een preparaat met diatomee Pleurosigma angulatum en Surirella gemma. De afstand tussen de puntjes op de schaal van de diatomee is 0,5 resp. 0,2 μm (micrometer). Let op. De microscoop moet ingesteld staan volgens Köhler. Dus de condensor moet in de (bijna) hoogste stand staan. Stel met verschillende objectieven scherp op de schaal van de diatomee. Bestudeer het effect van de numerieke apertuur op de weergave van de kleinste details (puntjes op de schaal van de diatomee goed gescheiden te zien). Bepaal ook de invloed van de condensorapertuur op het beeld.

4) Bepaling van de scherptediepte van verschillende objectieven. De scherptediepte is het traject (in de z richting) waarover het beeld scherp (in focus) is. Benodigdheden: Een microscoop met verschillende objectieven. 53

Een preparaat van een mesenterium van een kat, gemerkt met nr. 4. De scherptediepte, ( ΔZ ), wordt weergegeven met de formule: Z 

1,4..n NA^ 2

n

= brekingsindex van het preparaat. Stel dit op 1,5.

NA = numerieke apertuur Hieruit volgt dat hoe hoger de NA, hoe kleiner de scherptediepte. Het accommodatievermogen van het oog heeft invloed op de scherptediepte. De invloed van het accommodatievermogen van het oog op de scherptediepte wordt bij benadering weergegeven met de formule:

250n V2

(dit is een relatieve factor, geen absolute maat). V is de totale vergroting van de microscoop.

Hieruit volgt dat hoe hoger de totale eindvergroting van de microscoop, des te kleiner de invloed van het accommodatievermogen van het oog. Om de dikte van een microscopisch preparaat te bepalen is het dus belangrijk: 1. kleine scherptediepte van het objectief, 2. zo klein mogelijke invloed van het accommodatievermogen van het oog. Het mesenterium van een kat bestaat uit 2 cellagen. Stel scherp op de bovenkant van een preparaat en bepaal met behulp van de schaalverdeling op de microknop, de dikte van het preparaat. Doe dit met alle objectieven. Met welk objectief kan de dikte van het preparaat zo nauwkeurig mogelijk bepaald worden en waarom?

5) Het gebruik van kontrast verhogende filters. De meeste cellen absorberen geen zichtbaar licht waardoor ze ongekleurd weinig contrast geven in een helderveldmicroscoop. Zoals boven uitgelegd past men daarom kleuringen toe. Als deze kleuringen tot veel kleurproduct leiden, zijn de celonderdelen met wit licht goed te zien. Als ze echter zwak zijn, kan het contrast verbeterd worden door filters te gebruiken om licht van een bepaalde kleur te genereren. Benodigdheden: Een microscoop. Een preparaat voor DNA gekleurd met acriflavine (preparaat nr. 5) Een preparaat voor DNA gekleurd met pararosaniline. (preparaat nr. 6). Een blauw, groen en rood filter.

54

Begin met een lage vergroting. Als het moeilijk is de cellen te vinden stel dan eerst scherp op de rand van het dekglas of op het papier van het etiket. Het kontrast wordt iets beter met klein apertuurdiafragma. Stel het preparaat scherp en beantwoord de volgende vragen: Welke kleur licht geeft het beste kontrast voor het preparaat met acriflavine gekleurd, (wit, blauw, groen of rood)? Welke kleur licht geeft het beste kontrast voor het pararosaniline gekleurde preparaat? Waarom?

6) Lengtemetingen met de microscoop. Benodigdheden: Een objectmicrometer met een schaalverdeling van 10 micrometer (preparaat nr 8). Een oculair met een schaalverdeling Een preparaat met Pleurosigma angulatum. Een bloeduitstrijkje (preparaat nr. 7) Vervang een gewoon oculair door een meetoculair met een schaalverdeling. Bij deze meting even met één oog kijken door het meetoculair. Stel de schaalverdeling scherp door de frontlens van het meetoculair te draaien. Kies een geschikte objectiefvergroting voor het te meten object. Een lymfocyt waargenomen met een objectief 5 X is een stipje waarbij het niet mogelijk is nauwkeurig de schaal af te lezen. Meet de diameter van een granulocyt in het bloeduitstrijk preparaat in oculair schaaldelen. Meet de lengte van een Pleurosigma angulatum in oculair schaaldelen. Stel scherp op de objectmicrometer (met hetzelfde objectief waarmee de lymfocyt resp. P. angulatum gemeten is) en ijk de schaal in het oculair. Bereken de diameter van de lymfocyt resp. de lengte van de P. Angulatum in micrometers.

7) Fasecontrast-microscopie. Fasecontrast microscopie is een techniek waarmee een brekingsindex verschil op een slimme manier zichtbaar gemaakt wordt als een lichtintensiteitsverschil (donker of licht). De methode is bedacht door de Nederlandse Nobelprijswinnar Fritz Zernike (Groningen). Fasecontrast microscopie is zeer geschikt om (levende) ongekleurde beelden van cellen te maken. Benodigdheden: Een microscoop uitgerust met fasecontrast objectieven en een fasecondensor. Een fasekijker (vaak gemerkt met Ph. of Phaco). Wangslijmvlies preparaten. Glycerol.

55

1. Maak twee uitstrijkpreparaten van het wangslijmvlies met behulp van een plastic theelepeltje. Voeg bij een preparaat een druppeltje water en bij het andere een druppeltje glycerol toe. Leg hierop een dekglas. 2. Stel de microscoop in voor Köhlerse verlichting. 3. Controleer of het een fasecontrast objectief betreft (gemerkt met Ph. of Phaco gevolgd door een nummer). Dit nummer moet overeen komen met een op de draaischijf in de condensor. 4. Haal het oculair uit de microscoop en kijk naar de uittredepupil van het objectief. Met een fasekijker in plaats van een oculair is de uittredepupil beter zichtbaar. Door de fasekijker is de verlichte ring van de condensor zichtbaar. Deze verlichte ring is met instelschroeven te centreren en valt dan precies over een donkere ring in het objectief. 5. Vergelijk fasecontrast beelden met helderveld microscoopbeelden. 6. Wat geeft het beste contrast, cellen in water, cellen in glycerol of geen verschil?

8) herkennen van cellen in een weefselcoupe en onderscheiden van preparatie- en kleuringartefacten. 1. Bestudeer met het microscoop preparaat no.1 van de lever (varken). Deze weefselcoupe is met HE gekleurd. Bij een zwakke vergroting kan je zien dat de lever is opgebouwd uit lobuli (lobjes). Als de doorsnede goed is zien we in het centrum daarvan de dwarsdoorsnede van een ader, de vena centralis. De levercellen (hepatocyten) vormen “vertakte” platen van aaneengesloten cellen. Deze platen liggen radiair rondom de venae centralis gerangschikt. Langs de platen cellen lopen bloedcapillairen en de cellen grenzen ook aan galkanaaltjes.

a. Maak een detail tekening van een groepje cellen en geef daarin aan de kern, kernmembraan, chromatinestructuur, nucleolus, cytoplasma en celbegrenzing. Sommige 56

levercelen kunnen 2 kernen bevatten. Teken niet te klein en teken wat je door het microscoop ziet! Let bij het tekenen ook op de grootteverhouding tussen kern en cytoplasma. Gebruik voor het tekenen de 40x objectief vergroting. b. Geef aan hoe groot een levercel en de daarin gelegen celkern is (in μm). c. Beschrijf welke celcomponenten blauw en welke roze gekleurd zijn en geef hiervoor een verklaring waarbij je in moet gaan op het kleuringmechanisme. Ga hierbij ook na of in het cytoplasma van de cel blauwkleuring aanwezig is. Wat kan dat betekenen? 2. Bestudeer met het microscoop preparaat 6 uit de preparaatdoos. Het is een coupe van de lever waarbij glycogeeninsluitsels zijn aangekleurd met de PAS-reactie. Daarnaast is de coupe gekleurd met hematoxyline. Geef een verklaring voor het lokalisatiepatroon van glycogeen dat je waarneemt. Om een verklaring te vinden moet je het gehele preparaat bestuderen en niet slechts enkele cellen. Als je goed kijkt zie je dat naast de kern ook componenten in het cytoplasma met hematoxyline blauw aankleuren. Welk bestanddeel zal hier aankeuren?

Onderwerp: De Cel Inhoud - college over de celkern waarin de samenstelling en functie van de celkern besproken wordt. - zelfstudieopdracht - werkgroep

Achtergrond Binnen de eukaryote cel kunnen twee grote compartimenten onderscheiden worden: de kern en het cytoplasma. Hoewel beide compartimenten verschillende functies in de cel vervullen, vormen zij toch een eenheid als het gaat om het functioneren van de cel als geheel. In het cytoplasma bevinden zich organellen, die ieder een specifieke functie in de cel vervullen. Behalve met de morfologie van de cel hangt het aantal en de verdeling van celorganellen samen met de functie van een cel. Afwijkingen hierin duiden vaak op het niet goed functioneren van een cel en liggen veelal ten grondslag aan een ziekte. Ten einde afwijkingen in cellen te kunnen herkennen en te kunnen beredeneren wat voor gevolgen deze afwijkingen hebben voor het functioneren van de cel, is het van belang de normale celmorfologie en de processen die zich in de verschillende celorganellen afspelen te kunnen onderscheiden. Membraan-omgeven organellen vormen compartimenten in het cytoplasma met een specifieke samenstelling en functie. De membranen vormen vaak ook de matrix waarop belangrijke biochemische processen plaatsvinden. Niet door een membraan omgeven celorganellen zijn microtubuli, filamenten, centrioli en 57

ribosomen. In dit blok zal duidelijk worden dat zij, evenals de door een membraan omgeven organellen, een essentiële rol spelen in het functioneren van de cel en een integraal geheel vormen met de door een membraan omgeven organellen. Alle celbestanddelen, die herkenbaar zijn op een EM foto maar niet onder de organellen vallen, worden celinsluitsels genoemd. Een aantal van deze insluitsels, zoals transportgranula, zijn door een membraan omgeven terwijl andere, zoals lipide druppels, dat niet zijn. De aanwezigheid van insluitsels varieert per celtype en zegt vaak iets over de functie van een celtype, terwijl afwijkende aantallen of afmetingen van celinsluitsels kunnen wijzen op een ziekteproces. Zo is de aanwezigheid van meerdere en grotere lipide-druppels in levercellen vaak een aanwijzing voor beginnende leverdegeneratie bij b.v. een zware drinker. Het erfelijke materiaal, het chromatine, is samengebracht in de celkern, die in feite een groot intracellulair compartiment vormt. Voor het goed functioneren van de verschillende processen, die zich in de kern afspelen, is een goede ordening van het erfelijke materiaal en de verschillende eiwitfactoren in de celkern van belang. Voor een overzicht van in de celkern aanwezige structuren zie onderstaande figuur.

Figuur. Organisatie van de celkern

58

Doelstelling - Je kunt de functies van organellen, kern en insluitsels beredeneren en de onderlinge samenhang van de diverse celonderdelen beschrijven. - Je kunt aan de hand van de samenstellende delen van een cel beredeneren wat de functie van een cel zou kunnen zijn, en afleiden wat de gevolgen zijn voor cel en organisme wanneer een van deze componenten niet goed functioneert. - Je kunt de processen die plaatsvinden in de celkern beschrijven evenals de rol van de diverse kern bodies bij sommige van deze processen. Zelfstudieopdracht Bestudeer in Tortora en Derrickson blz 63 t/m 67 (tot membrane permeability) en blz. 78 (vanaf Cytoplasm) t/m 91.. Volg het college “de celkern”. Werkgroep De Cel Tijdens deze werkgroep zal aan de hand van opdrachten kennis en inzicht over de opbouw en samenstelling van de cel verworven worden.

Onderwerp: Weefsels Inhoud - zelfstudieopdracht - werkgroep epitheelweefsel - practicum microscopie epitheel Achtergrond Ons lichaam bevat een aantal verschillende weefsels: spierweefsel, bind-steunweefsel, zenuwweefsel en epitheelweefsel. Epitheel is een weefsel dat ons lichaam, lichaamsholten en aan en afvoerwegen bekleedt. Door de hechte verbondenheid van de cellen vormt het epitheel een barrière voor de passage van stoffen en micro-organismen. Voor een goede hechting en communicatie tussen epitheelcellen komen verschillende soorten verbindingsstructuren tussen de cellen voor. Doelstelling - Je kunt de morfologische kenmerken van een epitheel correleren aan de functie van dit epitheel. - Je kunt beredeneren welke rol de verschillende hechtingstructuren tussen cellen spelen bij het in stand houden van de verschillende typen epitheel. - Je kunt de verschillende functies die de basale membraan (lamina basalis) vervult, beredeneren. - Je kunt beredeneren, hoe de verschillende typen epitheel vernieuwd worden.

59

Zelfstudieopdracht Bestudeer in Tortora en Derrickson blz. 113 t/m 127 (tot Structural classification of exocrine glands).

Werkgroep weefsels Tijdens de werkgroep zal er aan verschillende opdrachten gewerkt worden om inzicht in de bouw en functie van weefsels te verkrijgen. Wat moet je nu kunnen Je kunt op grond van morfologische kenmerken van een epitheel beredeneren wat de functie daarvan is. Je kunt beredeneren hoe een meerlagig epitheel, een overgangsepitheel, een éénlagig cilindrisch epitheel met staafjeszoom en bekercellen, en een éénlagig cilindrisch trilhaarepitheel met vervangcellen en bekercellen vernieuwd worden. Daarbij kan je beredeneren met welk experiment je dit zou kunnen onderzoeken. Je kunt beredeneren welke rol de verschillende verbindingsstructuren tussen cellen onderling en tussen cel en onderliggend weefsel vervullen en je kunt beredeneren wat het gevolg is wanneer één van deze verbindingen niet gevormd kunnen worden zoals dat bij bepaalde ziekten het geval is. Je kunt in een EM preparaat aangeven waar de verschillende occludens en adherens verbindingen een functie hebben. Je kunt de opbouw van de basale membraan beschrijven en beredeneren wat de gevolgen zijn voor het epitheel als de basale membraan bv als gevolg van en auto-immuun ziekte niet goed functioneert. Je kunt de verschillen in opbouw, morfologie en functie beschrijven tussen microvilli en trilharen. Verder kan je deze structuren in zowel lichtmicroscopische als EM preparaten herkennen.

Practicum: Epitheel Doel Je kunt de verschillende typen epitheel onderscheiden en herkennen in een microscopisch preparaat. Benodigdheden Wit tekenpapier, potloden en gum

60

Opdracht 1. Bestudeer preparaat no. 10 (nummer staat op stikker) in de preparaatdoos. Het preparaat is een dwarsdoorsnede van een dunne darm (ileum) van een kat gekleurd met hematoxyline en PAS. Het oppervlak van de darm wordt vergroot door de aanwezigheid van villi en crypten waarbij de uitmondingen van de crypten tussen de basis van de villi liggen. In het midden van het preparaat bevindt zich een lumen (inwendige holte/ingestulpte buitenwereld) waaraan het darmepitheel grenst. a. Bekijk het preparaat eerst macroscopisch door het objectglas tegen een verlichte achtergrond te houden en door een oculair als loep te gebruiken. Lokaliseer het darmlumen en de villi. b. Bestudeer het preparaat nu microscopisch, eerst bij lagere vergroting (10x) en dan bij hogere vergroting (40x). c. Maak een drietal tekeningen, allereerst een schematische tekening van het macroscopische beeld; dan een schematische tekening van het 10x microscopische beeld waarbij je aangeeft waar zich de villi en de crypten bevinden; tot slot een detailtekening van het 40x microscopische beeld ter hoogte van een stukje villus met een aantal epitheelcellen en een slijmbekercel. Let bij de detailtekening goed op de vorm van de cellen, de ligging van de celkernen, de morfologie van de celkernen (chromatine, nucleoli, kernmembraan) en de oppervlaktespecialisatie van de cellen. Let er op dat je alles in de juiste verhoudingen tekent! 2. Bestudeer nu preparaat no. 3, dwarsdoorsnede duodenum muis (Heidenhahn’s ijzerhematoxyline kleuring), en zoek weer het epitheel op dat aan het lumen grenst. Geef een korte beschrijving van hoe het darmepitheel zich vernieuwt, en beredeneer wat de gevolgen zijn voor het darmepitheel, wanneer een persoon wordt blootgesteld aan chemotherapie (medicijnen die de celcyclus/celproliferatie remmen). 3. We gaan nu naar preparaat no. 11, een dwarsdoorsnede van de oesofagus (slokdarm) en trachea (luchtpijp) van een kat (H&E kleuring). Traceer beide organen, eerst macroscopisch en dan microscopisch. Vergelijk het epitheel van de trachea met dat van de slokdarm.

a. Maak een detailtekening van beide soorten epitheel. Geef hierin aan bindweefsel, basaal membraan, lumen en de structuren: kern, kernmembraan, chromatine, nucleolus, cytoplasma, celbegrenzing. b. Benoem de beide vormen van epitheel. Beredeneer wat de functionele verschillen zijn tussen deze beide soorten epitheel. Behalve epitheel tref je ook andere weefsels aan, zoals kraakbeen (voor stevigheid) en bindweefsel. Zoek ze op. Het bindweefsel vlak onder het trachea epitheel is goed 61

doorbloed, dit niet alleen om de epitheelcellen te voorzien van zuurstof en nutriënten, maar ook om afkoeling door de ingeademde koudere lucht tegen te gaan. Vaak tref je in de bloedvaten nog wat rode bloedcellen aan (het meeste wordt weggewassen tijdens de preparatie). Omdat rode bloedcellen 6-7 micrometer groot zijn, en omdat ze in bijna ieder preparaat aanwezig zijn, kunnen ze worden gebruikt als interne maat zodat je een idee krijgt van de afmetingen van andere structuren. 4. Bestudeer tot slot preparaten 13 (blaas van een fret of rat, Azan kleuring) en 15 (voetzool mens, H&E kleuring). Benoem beide soorten epitheel. Product Tekeningen waaruit moet blijken dat je de verschillende epitheelweefsels kunt herkennen. Wat moet je nu kunnen Je kunt de verschillende typen epitheel in een microscopisch preparaat herkennen en benoemen. Je moet dit ook kunnen aan de hand van kleur/zwart-wit foto’s gemaakt van een preparaat. Je kunt op grond van de opbouw van een epitheel de functie daarvan beschrijven.

Onderwerp: Elektronenmicroscopie Inhoud - college waarin elektronen microscopen, preparatie technieken en toepassingen besproken zullen worden. - Practicum waarbij met de computer elektronenmicroscopische opnamen bestudeerd zullen worden. Doelstelling - Je kunt de werking van elektronenmicroscopen beschrijven. - Je kunt cellen en celstructuren op elektronenmicroscopisch niveau herkennen. - Je kunt uitleggen hoe je een preparaat maakt. - Je kunt structuren in een elektronenmicroscopisch preparaat herkennen en benoemen. Zelfstudieopdracht Bestudeer Bijlage 4 Alberts blz. 604 t/m 613.

62