Ademhaling; de rol van druk en diffusie in de ademhaling

De luchtdruk op zeeniveau is ongeveer 760mm Hg. Deze luchtdruk wordt met name bepaald door de gassen stikstof en zuurstof. In het ademhalingsstelsel wordt de lucht verzadigd met water. Hierdoor zijn de partiële drukken van stikstof, zuurstof, water en koolstofdioxide van lucht in de alveolaire ruimte respectievelijk 573mm Hg, 100mm Hg, 47mm Hg en 40mm Hg. Door diffusie stroomt zuurstof vanuit alveolaire ruimte naar bloed in de capillairen van de longen en stroomt koolstofdioxide vanuit het bloed in de capillairen van de longen naar de alveolaire ruimte. In de weefsels vindt precies het tegenovergestelde proces plaats.

Luchtdruk en partiële druk van stikstof en zuurstof van de omgevingslucht
Op zeeniveau heerst er een luchtdruk van ongeveer 760mm Hg. De lucht is een gasmengsel en bestaat dus uit meerdere gassen. De gassen die het grootste aandeel van het gasmengsel uitmaken zijn stikstof en zuurstof. De luchtdruk van 760mm Hg wordt dus ook met name bepaald door stikstof en zuurstof. Het aandeel van stikstof en zuurstof in de totale luchtdruk wordt partiële druk genoemd; afgekort P. Ongeveer 79% van de luchtdruk wordt bepaald door stikstof en 21% van de luchtdruk wordt bepaald door zuurstof. De partiële druk van stikstof (PN2) is dus ook 600mm Hg en van zuurstof (PO2) ongeveer 160mm Hg.

Luchtdruk en partiële druk in de ademhaling
Bij elke ademhalingscyclus wordt ongeveer 14% van de lucht in de ademhalingswegen ververst. Door maar 14% van de lucht te verversen, blijft de lucht in de alveolaire ruimte constant van samenstelling. Verder wordt de inademingslucht 100% verzadigd met water. Wanneer de inademingslucht volledig is verzadigd met water is de partiële waterdruk (PH2O) 47mm Hg. Doordat de inademingslucht volledig wordt verzadigd met waterdamp wordt de PN2 ongeveer 563mm Hg en de PO2 ongeveer 149mm Hg. De partiële drukken van het gasmengsel van de inademingslucht is dus: PH2O 47mm Hg, PN2=563mm Hg en PO2=149mm Hg.
In de alveolaire (longblaasjes) ruimte kan niet echt meer in- en uitademingslucht worden onderscheiden, omdat:

  • Bij elke ademhalingscyclus maar ongeveer 14% van de alveolaire lucht wordt vervangen
  • Er constant zuurstof vanuit de alveoli (longblaasjes) wordt opgenomen door het bloed wat door de capillairen (haarvaten) van de alveoli stroomt
  • Er constant koolstofdioxide vanuit het bloed van de capillairen wordt afgegeven aan de alveoli
  • De lucht volledig is verzadigd met waterdamp

Door de bovenstaande processen is het gasmengsel in de alveolaire ruimte redelijk constant van samenstelling. De samenstelling en partiële drukken van gassen in de alveolaire ruimte is:

  • PN2=573mm Hg
  • PO2=100mm Hg
  • PH2O=47mm Hg
  • PCO2=40mm Hg

Door diffusie verandert de gassamenstelling van bloed in de kleine bloedsomloop
Het lichaam heeft een kleine en grote bloedsomloop. In de kleine bloedsomloop stroomt bloed door de bloedvaten van de longen en wordt er koolstofdioxide aan de longen afgegeven en wordt het bloed verzadigd met zuurstof. In de grote bloedsomloop wordt het zuurstof door alle lichaamsweefsels gebruikt om door middel van verbranding energie (ATP) te produceren en koolstofdioxide af te geven.

Door diffusie wordt dit vitale proces mogelijk gemaakt. Bij diffusie stroomt gas van een plaats met een hoge concentratie naar een plaats met een lage concentratie tot het moment dat de concentratie van de gassen in beide ruimten hetzelfde is. Hieronder wordt verder toegelicht hoe van dit proces in de ademhaling gebruik wordt gemaakt.

Gaswisseling van zuurstof en koolstofdioxide in de longen
Het bloed wat aankomt in de longen bevat zuurstof en koolstofdioxide. De partiële drukken van zuurstof en koolstofdioxide van bloed wat aankomt in de longen zijn respectievelijk PO2=40mm Hg en PCO2=45mm Hg. Doordat de partiële drukken van zuurstof en koolstofdioxide in de alveolaire ruimte respectievelijk 100mm Hg en 40mm Hg zijn, stroomt zuurstof vanuit de alveolaire naar het bloed toe en stroomt koolstofdioxide vanuit het bloed naar de alveolaire ruimte toe. Het bloed wat de longen uiteindelijk verlaat, heeft een PO2 van 100mm Hg en een PCO2 van 40mm Hg.

Gaswisseling van zuurstof en koolstofdioxide in de weefsels
Het arteriële bloed wat de weefsels bereikt heeft een PO2 van 100mm Hg en een PCO2 van 40mm Hg. In de weefsels heerst een PO2 van 40mm Hg en een PCO2 van 45mm Hg. Deze drukverschillen van zuurstof en koolstofdioxide tussen het arteriële bloed en de weefsels zorgen ervoor dat zuurstof vanuit het bloed naar de weefsels diffundeert en koolstofdioxide vanuit de weefsels naar het bloed diffundeert. Het bloed wat de weefsels verlaat (veneuze bloed) heeft een PO2 van 40mm Hg en een PCO2 van 45mm Hg.

Lees ook:

Loop geen inkomsten mis, schrijf over hobby, werk of studie en verdien extra inkomsten!

Maak je eigen geldmachine in 8 stappen en wordt financieel onafhankelijk

Ademhaling; overzicht van het ademhalingsstelsel

Ademhaling; anatomie van het ademhalingsstelsel

Ademhaling; inademing en uitademing

Longen en ademhaling

Bronnen:

JE. Hall, 2013, Pocket Companion to Textbook of Medical Physiology, Elsevier Inc
GA Thibodeau, Patton KT 2012, Anatomy & Physiology, Mosby/Elsevier
EN Marieb, Hoehn K 2012, Human Anatomy & Physiology, Pearson/Benjamin Cummings