Cel1_sessie3_2025.pdf

# Basisbegrippen van elektriciteit Dit onderwerp introduceert de fundamentele concepten van elektriciteit, waaronder lading, elektrische velden, potentialen en stroom, als basis voor het begrijpen van elektrische fenomenen. ### 1.1 Lading Materie is opgebouwd uit atomen, die bestaan uit een kern (met protonen en neutronen) en een elektronenschil. Protonen en elektronen bezitten een fundamentele eigenschap: elektrische lading. De lading van een proton ($+e$) en een elektron ($-e$) is gelijk in grootte maar tegengesteld in teken. Ladingen van tegengestelde aard trekken elkaar aan, terwijl gelijke ladingen elkaar afstoten. Deze elektrische krachten vormen naast de gravitatiekracht de tweede fundamentele fysische kracht. In waterige oplossingen kunnen chemische verbindingen splitsen in kationen (positief geladen) en anionen (negatief geladen), zoals te zien is bij NaCl dat splitst in Na$^+$ en Cl$^-$ [1](#page=1). De eenheid van lading is de Coulomb (C). De grootte van de elementaire lading, die van één elektron of proton, is $e = 1.602 \times 10^{-19}$ C. Dit illustreert dat lading gekwantiseerd is; alle voorkomende ladingen zijn veelvouden van deze elementaire lading [1](#page=1). ### 1.2 Het elektrische veld Het elektrische veld is een vectorgrootheid, de elektrische veldsterkte ($\vec{E}$), die de kracht per eenheid positieve lading op een bepaald punt beschrijft. De eenheid van elektrische veldsterkte is Newton per Coulomb (N/C) [1](#page=1). Het verloop van het elektrische veld in de ruimte wordt visueel voorgesteld met behulp van krachtlijnen, waarbij de volgende afspraken gelden [1](#page=1): * De raaklijn aan een krachtlijn in een bepaald punt geeft de richting van $\vec{E}$ aan [1](#page=1). * Het aantal krachtlijnen per eenheid van oppervlakte is evenredig met de grootte van $\vec{E}$ [1](#page=1). > **Voorbeeld:** De krachtlijnen nabij twee tegengestelde ladingen van gelijke grootte (een elektrische dipool) illustreren dit principe [2](#page=2). ### 1.3 Dipoolmoment Bij een dipool, bestaande uit twee tegengestelde ladingen, wordt het elektrische dipoolmoment ($\vec{p}$) gedefinieerd als het product van de afstand ($a$) tussen de ladingen en de grootte van de lading ($q$). De richting van $\vec{p}$ loopt van de negatieve naar de positieve lading. Een dipool in een extern elektrisch veld ondervindt een krachtmoment dat het dipoolmoment in de richting van het externe veld probeert te richten [2](#page=2). ### 1.4 Elektrisch potentiaal Het elektrische potentiaalverschil tussen twee punten, bijvoorbeeld B en A ($V_B - V_A$), wordt gedefinieerd als het verschil in elektrische potentiële energie van een positieve eenheidslading tussen deze punten. Het is ook gelijk aan de arbeid die een externe kracht moet verrichten om deze positieve eenheidslading van punt A naar punt B te verplaatsen. De eenheid van potentiaalverschil is de Volt (V), wat overeenkomt met Joule per Coulomb (J/C) [2](#page=2). Het elektrische potentiaal ($V$) in een willekeurig punt is de elektrische potentiële energie van een positieve eenheidslading op dat punt, waarbij de potentiaal op oneindig als nul wordt verondersteld. Het is dus de arbeid die door een externe kracht wordt verricht om een positieve eenheidslading vanaf oneindig naar het beschouwde punt te brengen [2](#page=2). Alle punten met hetzelfde elektrische potentiaal vormen een equipotentiaaloppervlak. Verplaatsing van lading binnen een equipotentiaaloppervlak vergt geen arbeid [2](#page=2). > **Tip:** Elektrische veldvectoren ($\vec{E}$) staan altijd loodrecht op equipotentiaaloppervlakken [2](#page=2). Het potentiaalverschil tussen twee punten B en A kan worden berekend uit het elektrische veld met behulp van de volgende integraal: $$V_B - V_A = -\int_{A}^{B} \vec{E} \cdot d\vec{l}$$ Het elektrische veld ($\vec{E}$) wijst in de richting van afnemend potentiaal [3](#page=3). ### 1.5 Elektrische stroom Een elektrisch veld en het daaraan gerelateerde potentiaalverschil ($\Delta V$) in een geleider veroorzaken een beweging van ladingsdragers (elektronen of ionen) [3](#page=3). Als het potentiaalverschil ($\Delta V$) constant is, is de elektrische stroom ($i$) in een doorsnede van de geleider gedefinieerd als de netto lading ($q$) die gedurende een tijd ($t$) door die doorsnede stroomt: $$i = \frac{q}{t}$$ De eenheid van elektrische stroom is de ampère (A), wat overeenkomt met één Coulomb per seconde [3](#page=3). Wanneer het potentiaalverschil en het ladingstransport niet constant zijn in de tijd, is de stroom tijdsafhankelijk en wordt deze gegeven door: $$i = \lim_{\Delta t \to 0} \frac{\Delta q}{\Delta t} = \frac{dq}{dt}$$ Bij conventie is de stroomrichting in een geleider de richting waarin positieve ladingsdragers zouden bewegen [3](#page=3). De stroomdichtheid ($j$) beschrijft de stroom per eenheid van oppervlakte (doorsnede $A$) van de geleider: $$j = \frac{i}{A}$$ ### 1.6 Elektrische weerstand De elektrische weerstand ($R$) van een geleidend materiaal wordt gedefinieerd als de verhouding tussen het potentiaalverschil ($\Delta V$) over het materiaal en de elektrische stroom ($i$) die erdoorheen vloeit: $$R = \frac{\Delta V}{i}$$ De eenheid van weerstand is de ohm ($\Omega$) [4](#page=4). De soortelijke weerstand ($\rho$) is een materiaaleigenschap die de weerstand per eenheid van doorsnede ($A$) en lengte ($l$) van de geleider aangeeft: $$\rho = \frac{AR}{l}$$ De elektrische geleidbaarheid ($\sigma$) is het omgekeerde van de soortelijke weerstand ($\sigma = 1/\rho$) [4](#page=4). Het verband tussen stroomdichtheid en elektrisch veld kan worden uitgedrukt als: $$i = -\sigma A \frac{\Delta V}{\Delta x}$$ waarbij $i$ de stroom is door een laag met dikte $\Delta x$ en oppervlakte $A$ waarover een potentiaalverschil $\Delta V$ heerst [4](#page=4). Bij het passeren van stroom door een weerstand wordt potentiële elektrische energie omgezet in warmte. De hoeveelheid warmte ($\Delta Q$) die in een tijdsinterval $\Delta t$ wordt gedissipeerd, is: $$\Delta Q = \Delta V \cdot i \cdot \Delta t = R \cdot i^2 \cdot \Delta t$$ Het vermogen ($P$), de snelheid van energieoverdracht of warmtedissipatie, wordt gegeven door: $$P = i^2 R$$ De eenheid van vermogen is de watt (W), wat overeenkomt met Joule per seconde (J/s) [4](#page=4). ### 1.7 Netwerken De kringtheorema's van Kirchhoff bieden fundamentele principes voor het analyseren van elektrische netwerken [5](#page=5): * **Kringtheorema van Kirchhoff:** De algebraïsche som van alle potentiaalverschillen bij het doorlopen van een gesloten kring is gelijk aan nul [5](#page=5). * **Junctietheorema van Kirchhoff:** De algebraïsche som van de stromen naar een knooppunt is nul. Dit betekent dat lading zich niet kan ophopen of verloren gaan in een knooppunt [5](#page=5). ### 1.8 Capaciteit Een vlakke plaat condensator, bestaande uit twee parallelle platen met oppervlakte $S$ op afstand $d$ van elkaar, kan lading opslaan. Bij aansluiting op een elektromotorische kracht ($\epsilon$) verplaatst zich een lading $+q$ naar de ene plaat en $-q$ naar de andere, totdat de spanning tussen de platen ($\epsilon = V_A - V_B$) de motorische kracht compenseert. Tussen de platen ontstaat een elektrisch veld $E = (V_A - V_B) / d$ [5](#page=5). De capaciteit ($C$) van een condensator wordt gedefinieerd als de verhouding tussen de opgeslagen lading ($q$) en het potentiaalverschil ($V_A - V_B$) tussen de platen: $$C = \frac{q}{V_A - V_B}$$ De eenheid van capaciteit is de farad (F), wat gelijk is aan één Coulomb per Volt (C/V) [5](#page=5). Voor een vlakke plaat condensator zonder diëlectricum wordt de capaciteit uitsluitend bepaald door geometrische factoren: $$C = \epsilon_0 \frac{S}{d}$$ waarbij $\epsilon_0$ de permittiviteit van het vacuüm is [5](#page=5). Wanneer de ruimte tussen de platen wordt gevuld met een diëlektrisch medium, neemt de capaciteit toe met een factor $\kappa$, de diëlektrische constante. Een diëlectricum bestaat uit moleculen met een permanent of geïnduceerd elektrisch dipoolmoment. Het inbrengen van een diëlectricum vermindert het elektrische veld tussen de platen en verhoogt de capaciteit tot [5](#page=5): $$C_d = \kappa \epsilon_0 \frac{S}{d}$$ --- # Bio-elektriciteit van de cel Dit deel behandelt de elektrische eigenschappen van cellen, specifiek de rustmembraanpotentiaal en de actiepotentiaal, en hoe ionenverplaatsing over het celmembraan deze potentialen creëert [6](#page=6) [7](#page=7). ### 2.1 Het celmembraan en ionenverdeling Het celmembraan, een bimoleculaire lipidelaag met daarin proteïnen, scheidt het extracellulaire vocht van het intracellulaire vloeistof. Het membraan is ongeveer 6 tot 10 nm dik en bezit poriën van circa 0,7 nm in diameter. De belangrijkste eigenschap van het membraan is de semipermeabiliteit, wat betekent dat het slechts voor specifieke stoffen doorlaatbaar is, en deze doorlaatbaarheid kan variëren. Door deze semipermeabiliteit en actief transport van ionen ontstaat een ongelijke ionenverdeling tussen de binnen- en buitenkant van de cel. Dit resulteert in een potentiaalverschil over het membraan, waarbij het celplasma negatiever is dan de buitenkant, wat de rustmembraanpotentiaal wordt genoemd. Bij een rustmembraanpotentiaal van -90 mV zijn de ionenconcentraties binnen en buiten de cel als volgt [6](#page=6) [7](#page=7): * **Intracellulair:** K$^+$ (hoog), Na$^+$ (laag), A$^+$ (overige positieve ionen), A$^-$ (negatieve proteïnen en HCO$_3^-$) [7](#page=7). * **Extracellulair:** K$^+$ (laag), Na$^+$ (hoog), A$^+$ (overige positieve ionen), A$^-$ (negatieve proteïnen en HCO$_3^-$) [7](#page=7). De concentraties van K$^+$ en Na$^+$ worden gereguleerd door de "Na-K-pomp" (actief transport) en door diffusie als gevolg van concentratieverschillen. De Na-K-pomp transporteert continu Na$^+$ uit de cel en K$^+$ de cel in. Onder rustcondities is het membraan nauwelijks doorlaatbaar voor Na$^+$, waardoor passieve terugdiffusie van Na$^+$ minimaal is. Het membraan is daarentegen relatief goed doorlaatbaar voor K$^+$. Door het concentratieverschil diffunderen K$^+$-ionen initieel vanuit de cel naar buiten. De negatief geladen A-ionen kunnen het membraan niet passeren, waardoor er een diffusiepotentiaal ontstaat. Deze diffusiepotentiaal stopt de verdere efflux van K$^+$ veroorzaakt door de concentratiegradiënt [7](#page=7). #### 2.1.1 De formule van Nernst De rustmembraanpotentiaal kan berekend worden met de formule van Nernst (bij 37°C) [7](#page=7): $$V_i - V_e = -61.5 \log \left( \frac{[K^+]_i}{[K^+]_e} \right) \, (\text{mV})$$ waarbij '$i$' staat voor intracellulair en '$e$' voor extracellulair. De werkelijke rustmembraanpotentiaal is iets lager dan de met de formule van Nernst berekende evenwichtspotentiaal, vanwege een geringe influx van Na$^+$-ionen in rust [7](#page=7). Voor Cl$^-$-ionen is het celmembraan wel doorlaatbaar. De Cl$^-$-ionen verdelen zich zodanig dat de Cl$^-$ evenwichtspotentiaal gelijk is aan de rustmembraanpotentiaal. De ionaire concentratieverschillen resulteren in een rustmembraanpotentiaalverschil van -60 tot -100 mV, afhankelijk van het celtype [8](#page=8). > **Tip:** De formule van Nernst is cruciaal voor het begrijpen van de rustmembraanpotentiaal en focust op de rol van kaliumionen, de belangrijkste bijdragers aan de potentiaal in rust. ### 2.2 Het celmembraan als condensator Het celmembraan kan worden beschouwd als een geladen condensator, met positieve ladingen aan de buitenzijde en negatieve ladingen aan de binnenzijde. Gezien de dunheid van het membraan (6-10 nm) ten opzichte van de celafmetingen, kan het worden vergeleken met een vlakke plaatcondensator met een diëlectricum, waarbij de fosfolipidelaag als diëlectricum fungeert. De diëlektrische constante $\kappa$ van de fosfolipidelaag is ongeveer 50 [8](#page=8). De capaciteit $C_d$ per oppervlakte-eenheid $S$ van het celmembraan wordt gegeven door: $$\frac{C_d}{S} = \frac{\kappa \varepsilon_0}{d} = \frac{50 \cdot 8.85 \times 10^{-12} \, \text{F/m}}{10^{-8} \, \text{m}} \approx 5 \times 10^{-6} \, \text{F/cm}^2$$ Dit resulteert in een zeer grote capaciteit van het celmembraan, circa 5 $\mu$F/cm$^2$ [8](#page=8). De lading die nodig is om de rustmembraanpotentiaal te genereren, kan berekend worden. Voor een bolvormige cel met een diameter van 10 $\mu$m, een membraandikte van 10 nm en een rustmembraanpotentiaal van -70 mV, is de benodigde lading $Q$ als volgt te berekenen: $$C_d = \varepsilon_0 S \kappa / d$$ $$Q = 4\pi \varepsilon_0 S (V_A - V_B) \kappa / (4\pi d)$$ Met de constante $\frac{1}{4\pi\varepsilon_0} = 9 \times 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2$, wordt de benodigde lading berekend als ongeveer 9.7 x 10$^{-13}$ Coulomb, wat overeenkomt met ongeveer 6.1 x 10$^6$ ionen [8](#page=8). > **Tip:** Het begrijpen van het celmembraan als een condensator helpt bij het visualiseren van de ladingseiding en de hoeveelheid ionen die hiervoor nodig is. Het verschil in ionenconcentratie tussen het cytoplasma en de extracellulaire vloeistof dat nodig is voor de rustmembraanpotentiaal, is met ongeveer 6 x 10$^6$ ionen zeer gering ten opzichte van het totale aantal aanwezige ionen [9](#page=9). ### 2.3 De actiepotentiaal Prikkelbare cellen, zoals zenuw- en spiercellen, kunnen de ionenpermeabiliteit van hun membraan veranderen door het openen van ionenkanalen als reactie op een prikkel. Dit transport van ionen veroorzaakt potentiaalveranderingen [9](#page=9). Een stimulus leidt tot een verhoging van de membraanpotentiaal ($V_i - V_e \uparrow$). Wanneer de membraanpotentiaal een kritische waarde bereikt, de drempelpotentiaal (ongeveer -50 mV), treedt depolarisatie op. De permeabiliteit van het membraan voor Na$^+$-ionen neemt dan sterk toe door het openen van Na$^+$-kanalen, wat leidt tot een onomkeerbare golf van Na$^+$-influx. De membraanpotentiaal wordt hierdoor zeer snel minder negatief en kan zelfs positieve waarden bereiken (overshoot) [9](#page=9). Bij het bereiken van de drempelpotentiaal neemt ook de permeabiliteit voor K$^+$-ionen toe, zij het minder sterk dan voor Na$^+$. Bij $V_i - V_e = 0$ daalt de permeabiliteit voor Na$^+$-ionen weer snel terug naar de rustmembraanpotentiaalwaarde. De Na-K-pomp zorgt vervolgens voor een daling van de intracellulaire Na$^+$-concentratie. De permeabiliteit voor K$^+$-ionen daalt langzaam tijdens deze fase, maar vanwege de grote afstand van K$^+$ tot zijn evenwichtspotentiaal, volgt een krachtige efflux van K$^+$ [9](#page=9). > **Voorbeeld:** Een typisch voorbeeld van een actiepotentiaal is de geleiding van een zenuwsignaal. Een prikkel aan het ene uiteinde van een neuron veroorzaakt een depolarisatie die zich als een golf van actiepotentialen voortplant naar het andere uiteinde. --- # Ladingstransport in zenuwvezels Dit onderwerp beschrijft de mechanismen van signaaloverdracht langs zenuwvezels, zowel mergloze als gemyeliniseerde, en verklaart de verschillen in geleidingssnelheid tussen deze typen. ### 4.1 Mergloze zenuwvezels In mergloze zenuwvezels verloopt de voortplanting van de actiepotentiaal anders dan in een elektrische kabel vanwege de hoge elektrische weerstand van de zenuwvezel. Het membraan van een axon over een lengte $dx$ kan gemodelleerd worden met elektrische componenten [10](#page=10) [11](#page=11): * $R_{Na}$: veranderlijke weerstand van het membraan voor natriumionen ($Na^+$) over de lengte $dx$. * $R_K$: analoge weerstand voor kaliumionen ($K^+$). * $C_m$: capaciteit van het membraan over de lengte $dx$. * $\epsilon_{Na}$ en $\epsilon_{K}$: bronnen van elektromotorische kracht (Nernstpotentialen) voor $Na^+$ en $K^+$ ionen. De weerstanden $R_{Na}$ en $R_K$ variëren met de tijd en de membraanpotentiaal. Experimenteel werden deze weerstanden, vertrekkend van de geleidbaarheid $\sigma_{Na}$ en $\sigma_{K}$, bepaald door Hodgkin en Huxley. De voortplanting van de actiepotentiaal in deze vezels gebeurt via regeneratieve depolarisatie [11](#page=11) . Wanneer een actiepotentiaal optreedt, leidt het ladingsverschil met naburige membraandelen tot ladingsverschuivingen langs de vezel. Dit zijn elektrotonische stroompjes van $Na^+$ en $K^+$ ionen die zich over het naakte axon verplaatsen. Door deze ladingsverplaatsing wordt de drempelpotentiaal in een naburig membraandeel overschreden, waardoor daar een nieuwe actiepotentiaal ontstaat. Geleiding door regeneratieve depolarisatie vereist dus het meervoudig optreden van actiepotentialen verderop langs de vezel [11](#page=11). De potentiaalverandering $\Delta V$ door een ladingsverandering $\Delta q$ over het membraan wordt gegeven door de formule: $$ \Delta V = \frac{\Delta q}{C_m} $$ [12](#page=12). Omdat de capaciteit $C_m$ van het axonmembraan groot is, is een aanzienlijke ladingsverplaatsing $\Delta q$ nodig om de drempelpotentiaal te overschrijden. Aangezien $\Delta q = \int i dt$, waarbij $i$ de ionenstroom is, duurt het relatief lang voordat de drempelpotentiaal wordt overschreden [12](#page=12). Hierdoor is de geleidingssnelheid in mergloze zenuwvezels traag, ongeveer 1 meter per seconde [12](#page=12). ### 4.2 Zenuwvezels met myelineschede De meeste zenuwvezels zijn omgeven door een isolerende laag, de myelineschede, die uit myeline bestaat en wordt afgescheiden door Schwann-cellen. De myelineschede bedekt segmenten van 1 tot 2 millimeter van het axon. Tussen deze segmenten is de vezel bij de knopen van Ranvier vrij in contact met de interstitiële vloeistof [12](#page=12). Myeline is een uitstekende isolator en de myelineschede heeft, door zijn dikte, een geringere capaciteit vergeleken met het axonmembraan. De weerstand van de myelineschede is ongeveer 200 keer groter en de capaciteit ongeveer 200 keer kleiner dan die van het ongemeyeliniseerde membraan [12](#page=12). Door de isolerende werking van de myelineschede tussen de knopen van Ranvier kan de depolariserende ladingsverschuiving over grotere afstanden plaatsvinden (1-2 mm) dan in mergloze zenuwvezels. De actiepotentiaal wordt hierdoor sprongsgewijs, ofwel saltatoir, van insnoering naar insnoering voortgeleid [12](#page=12). De lage capaciteit van de myelineschede leidt tot een hoge voortplantingssnelheid, waardoor de geleidingssnelheid in gemyeliniseerde zenuwvezels veel groter is dan in mergloze vezels. De lengte van een "sprong" wordt begrensd doordat de ladingsomschakeling met toenemende afstand zwakker wordt door de beperkte weerstand van myeline. Om te voorkomen dat het signaal onder de drempel komt, moet de actiepotentiaal bij de ongeïsoleerde insnoering weer worden "opgefrist" [13](#page=13). > **Tip:** Het beperkte aantal actiepotentialen dat nodig is voor signaaltransport in een gemyeliniseerde zenuwvezel (elk vergt ongeveer 0,1 milliseconde) resulteert in een tot 100 keer hogere geleidingssnelheid dan bij mergloze vezels [13](#page=13). De geleidingssnelheid hangt ook af van de axondoorsnede: een grotere doorsnede betekent een lagere geleidingsweerstand langs het axon. Dit maakt een langere electrotonische ladingsverschuiving mogelijk, waardoor minder nieuwe actiepotentialen per vezellengte nodig zijn en de geleidingssnelheid toeneemt [13](#page=13). > **Voorbeeld:** Bij spierspoelafferenten met een diameter van 15 micrometer bedraagt de geleidingssnelheid 100 meter per seconde [13](#page=13). Op basis van geleidingssnelheid worden zenuwvezels onderverdeeld in: * A-zenuwvezels: 20 - 100 meter per seconde [13](#page=13). * B-zenuwvezels: 10 meter per seconde [13](#page=13). * C-zenuwvezels: 1 meter per seconde [13](#page=13). --- # Elektrische activiteit van het hart (ECG) Het elektrocardiogram (ECG) meet de elektrische activiteit van het hart, die voortkomt uit de gecoördineerde depolarisatie en repolarisatie van hartspiercellen. ## 5. Elektrische hartactiviteit: het ECG Wanneer celmembranen in het hart synchroon depolariseren en repolariseren, genereren de gezamenlijke actiepotentialen meetbare potentiaalverschillen aan het lichaamsoppervlak. Dit proces wordt in gang gezet door de sinusknoop (pacemaker), gelegen in het rechteratrium, die periodiek elektrische stimuli produceert. Deze stimuli leiden tot de depolarisatie en contractie van de atria, waardoor bloed naar de ventrikels wordt gepompt. Vervolgens wordt de depolarisatie overgedragen aan de atrioventriculaire knoop, de bundel van His en de bundeltakken, wat resulteert in de depolarisatie en contractie van de ventrikels. Na de contractie vindt de repolarisatie en relaxatie van de ventrikels plaats [13](#page=13) [14](#page=14). ### 5.1 Het ECG-signaal De actiepotentiaalgolf die gedurende elke hartslag over het hart loopt, veroorzaakt potentiaalverschillen tussen gedepolariseerde en gepolariseerde cellen. Deze potentiaalverschillen zijn, via geleiding door lichaamsvloeistoffen, detecteerbaar aan de huid met behulp van elektroden. Het elektrocardiogram (ECG) registreert het verloop van dit potentiaalverschil in de tijd voor specifieke elektrodeposities [14](#page=14). De belangrijkste componenten van een typisch ECG zijn: * **P-top:** Gerelateerd aan de depolarisatie en contractie van de atria [14](#page=14). * **QRS-golf:** Veroorzaakt door de depolarisatie en contractie van de ventrikels [14](#page=14). * **T-golf:** Ontstaat door de repolarisatie en relaxatie van de ventrikels [14](#page=14). > **Tip:** De opwekking van een actiepotentiaal kost ongeveer 0,1 milliseconde [13](#page=13). ### 5.2 De hartvector en equipotentiaalvlakken De ladingsverdeling over het hart tijdens depolarisatie en repolarisatie, met de bijbehorende potentiaalverschillen, kan worden voorgesteld door een *hartvector* die in grootte en richting verandert gedurende de hartslag. Deze variërende dipoolmomenten veroorzaken equipotentiaalvlakken in het lichaam. Op de huid leiden deze tot meetbare potentiaalverschillen, afhankelijk van de plaats van de elektrode. Het ECG op een specifieke locatie is dus het resultaat van deze potentiaalverschillen, veroorzaakt door de veranderende hartvector tijdens de depolarisatie- en repolarisatiegolf [15](#page=15). ### 5.3 Elektrodeposities en ECG-afleidingen De gemeten potentiaalverschillen, die in de orde van grootte van enkele millivolt liggen, zijn sterk afhankelijk van de plaatsing van de elektroden. De vorm van het ECG-verloop varieert dus afhankelijk van de gekozen afleidingen [16](#page=16). Om de hartvector in het transversale vlak te observeren, worden meestal zes elektroden op de thorax geplaatst (V1-V6). Deze precordiale afleidingen meten de potentiaal ten opzichte van de aardpotentiaal (unipolaire meting) [16](#page=16). Voor de observatie van de hartvector in het frontale vlak worden bipolaire en unipolaire metingen uitgevoerd: * **Bipolaire afleidingen:** * Afleiding I: Potentiaalverschil tussen rechter- en linkerarm [16](#page=16). * Afleiding II: Potentiaalverschil tussen rechterarm en linkerbeen [16](#page=16). * Afleiding III: Potentiaalverschil tussen linkerarm en linkerbeen [16](#page=16). * **Unipolaire afleidingen:** * Afleiding aVR: Potentiaal van de rechterarm [16](#page=16). * Afleiding aVL: Potentiaal van de linkerarm [16](#page=16). * Afleiding aVF: Potentiaal van de linkerbeen [16](#page=16). ### 5.4 Klinische toepassingen van het ECG Analyse van het ECG maakt naast de detectie van hartritmestoornissen (arythmieën) ook diagnose mogelijk van de plaats en intensiteit van een hartinfarct, evenals geleidingsstoornissen [17](#page=17). > **Voorbeeld:** Een typische hartspiercel is ongeveer 100 µm lang en 15 µm breed. De geleidingssnelheid in zenuwvezels met myelineschede kan tot 100 maal groter zijn dan in mergloze zenuwvezels. Voor spierspoelafferenten met een diameter van 15 µm bedraagt de geleidingssnelheid bijvoorbeeld 100 m/s [13](#page=13) [14](#page=14). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Lading | Een fundamentele eigenschap van materie, geassocieerd met protonen (positief) en elektronen (negatief). Ladingen van tegengestelde tekens trekken elkaar aan, terwijl ladingen van hetzelfde teken elkaar afstoten. De eenheid van lading is de Coulomb (C). | | Atoom | De fundamentele bouwsteen van materie, bestaande uit een kern (met protonen en neutronen) omgeven door een elektronenwolk. | | Proton | Een deeltje in de kern van een atoom met een positieve elektrische lading gelijk aan de elementaire lading. | | Electron | Een deeltje dat in orbitalen rond de kern van een atoom beweegt, met een negatieve elektrische lading gelijk aan de elementaire lading. | | Coulomb (C) | De SI-eenheid van elektrische lading. Eén Coulomb vertegenwoordigt de hoeveelheid lading die door een stroom van één ampère in één seconde wordt getransporteerd. | | Elementaire lading (e) | De kleinste discrete hoeveelheid elektrische lading die voorkomt, gelijk aan de absolute waarde van de lading van een elektron of proton, ongeveer $1,602 \times 10^{-19}$ C. | | Elektrisch veld ($E$) | Een regio rondom een elektrische lading waarin andere ladingen een kracht ondervinden. Het wordt gekenmerkt door een vector die de richting en grootte van de kracht op een positieve testlading aangeeft. De eenheid is Newton per Coulomb (N/C). | | Krachtlijnen | Visuele hulpmiddelen om de richting en sterkte van een elektrisch veld weer te geven. De raaklijn aan een krachtlijn in een punt geeft de richting van het veld aan, en de dichtheid van de lijnen is evenredig met de veldsterkte. | | Dipool | Een systeem van twee gelijke en tegengesteld geladen puntladingen gescheiden door een kleine afstand. | | Dipoolmoment ($\vec{p}$) | Een vector die de sterkte en oriëntatie van een elektrische dipool beschrijft. De grootte is het product van de lading en de afstand tussen de ladingen, en de richting is van de negatieve naar de positieve lading. | | Elektrisch potentiaal (V) | De potentiële energie per eenheid van lading op een bepaalde locatie in een elektrisch veld. Het potentiaalverschil tussen twee punten is de arbeid die verricht moet worden om een eenheidslading tussen die punten te verplaatsen. De eenheid is Volt (V). | | Equipotentiaaloppervlak | Een oppervlak waarop alle punten een gelijk elektrisch potentiaal hebben. Er wordt geen arbeid verricht bij het verplaatsen van een lading langs een equipotentiaaloppervlak. | | Elektrische stroom (i) | De netto stroom van elektrische lading per tijdseenheid door een bepaald oppervlak. De eenheid is Ampère (A), wat gelijk is aan Coulomb per seconde (C/s). | | Stroomdichtheid ($j$) | De elektrische stroom per eenheid van oppervlakte van de doorsnede van een geleider. De eenheid is Ampère per vierkante meter ($A/m^2$). | | Elektrische weerstand (R) | Een maat voor de mate waarin een materiaal de doorgang van elektrische stroom belemmert. De eenheid is Ohm ($\Omega$). | | Soortelijke weerstand ($\rho$) | Een intrinsieke eigenschap van een materiaal die de elektrische weerstand per lengte- en doorsnede-eenheid beschrijft. De eenheid is Ohm-meter ($\Omega m$). | | Elektrische geleidbaarheid ($\sigma$) | Het omgekeerde van de soortelijke weerstand en een maat voor hoe goed een materiaal elektrische stroom geleidt. De eenheid is Siemens per meter (S/m). | | Vermogen (P) | De snelheid waarmee elektrische energie wordt omgezet of gedissipeerd. De eenheid is Watt (W), wat gelijk is aan Joule per seconde (J/s). | | Capaciteit (C) | Een maat voor het vermogen van een object om elektrische lading op te slaan. Het is gedefinieerd als de verhouding tussen de opgeslagen lading en het potentiaalverschil. De eenheid is Farad (F), wat gelijk is aan Coulomb per Volt (C/V). | | Condensator | Een elektrisch component dat twee geleidende platen scheidt door een diëlektrisch materiaal, bedoeld om elektrische lading op te slaan. | | Diëlektricum | Een elektrisch isolerend materiaal dat de capaciteit van een condensator kan verhogen door polarisatie. | | Diëlektrische constante ($\kappa$) | Een dimensieloze factor die aangeeft hoeveel de capaciteit van een condensator toeneemt wanneer een diëlektricum tussen de platen wordt geplaatst, vergeleken met vacuüm. | | Celmembraan | De buitenste laag van een dierlijke cel, die de intracellulaire inhoud scheidt van de extracellulaire omgeving. Het is selectief permeabel. | | Rustmembraanpotentiaal | Het elektrische potentiaalverschil dat bestaat over het celmembraan wanneer de cel in rust is. Dit wordt voornamelijk veroorzaakt door de ongelijke verdeling van ionen. | | Semipermeabel | Een eigenschap van een membraan dat slechts voor bepaalde stoffen of ionen doorgang toestaat. | | Actief transport | Het proces waarbij cellen ionen of moleculen tegen hun concentratiegradiënt in transporteren, wat energie vereist. | | Na-K-pomp | Een actief transportmechanisme in celmembranen dat natriumionen uit de cel pompt en kaliumionen in de cel brengt, essentieel voor het handhaven van de rustmembraanpotentiaal. | | Diffusie | De beweging van deeltjes van een gebied met een hogere concentratie naar een gebied met een lagere concentratie, gedreven door kinetische energie. | | Diffusiepotentiaal | Een potentiaalverschil dat ontstaat als gevolg van de diffusie van ionen over een semipermeabel membraan, wanneer deze ionen verschillende permeabiliteiten hebben of geladen zijn. | | Formule van Nernst | Een vergelijking die het evenwichtspotentiaal berekent voor een bepaald ion over een membraan, rekening houdend met de concentraties aan weerszijden en de temperatuur. | | Actiepotentiaal | Een snelle, tijdelijke verandering in het elektrische potentiaalverschil over het celmembraan van prikkelbare cellen, zoals zenuw- en spiercellen. Dit is de basis van signaaloverdracht. | | Drempelpotentiaal | Het membraanpotentiaalniveau dat bereikt moet worden om een actiepotentiaal op te wekken. | | Depolarisatie | Een snelle afname van de negatieve membraanpotentiaal, waarbij de binnenkant van de cel positiever wordt ten opzichte van de buitenkant, vaak veroorzaakt door de instroom van positieve ionen. | | Overshoot | Het punt tijdens een actiepotentiaal waarbij de membraanpotentiaal positief wordt. | | Repolarisatie | Het proces waarbij de membraanpotentiaal na depolarisatie terugkeert naar zijn rustwaarde, meestal door de uitstroom van positieve ionen. | | Zenuwvezel | Een uitloper van een zenuwcel (neuron) die elektrische signalen transporteert. | | Mergloze zenuwvezels | Zenuwvezels die niet omgeven zijn door een myelineschede en signalen geleiden via continue depolarisatie langs het axonmembraan. | | Myelineschede | Een isolerende laag rondom de axonen van zenuwvezels, die de geleidingssnelheid verhoogt door saltatoire geleiding. | | Knoop van Ranvier | Een onderbreking in de myelineschede langs een gemyeliniseerde zenuwvezel, waar het axonmembraan blootligt en actiepotentialen worden gegenereerd. | | Saltatoire geleiding | De snelle sprongsgewijze voortplanting van een actiepotentiaal langs een gemyeliniseerde zenuwvezel, van knoop van Ranvier naar knoop van Ranvier. | | Electrocardiogram (ECG) | Een grafische weergave van de elektrische activiteit van het hart, gemeten met elektroden op de huid. | | Sinusknoop | De natuurlijke pacemaker van het hart, gelegen in het rechteratrium, die elektrische impulsen genereert om de hartslag te initiëren. | | Hartvector | Een vector die de richting en magnitude van de totale elektrische activiteit van het hart op een bepaald moment weergeeft. | | Depolarisatiegolf | Een golf van elektrische activiteit die zich door het hart verspreidt, leidend tot spiercontractie. | | Repolarisatiegolf | Een golf van elektrische herstel die zich door het hart verspreidt na depolarisatie, leidend tot ontspanning. | | P-top | Het deel van het ECG dat overeenkomt met de depolarisatie van de atria. | | QRS-complex | Het deel van het ECG dat overeenkomt met de depolarisatie van de ventrikels. | | T-golf | Het deel van het ECG dat overeenkomt met de repolarisatie van de ventrikels. |