Longen en ademhaling

Het ademhalingssysteem voorziet de weefsels van zuurstof en verwijderd koolstofdioxide. Ademhaling bestaat uit: (1) pulmonaire ventilatie, wat het bewegen van lucht in en uit de alveoli betekent, (2) diffusie van zuurstof en koolstofdioxide tussen bloed en alveoli, (3) transport van zuurstof en koolstofdioxide naar en van de weefsels en (4) regulatie van de respiratie.

Mechanisme van pulmonaire ventilatie

Longvolume neemt toe en af wanneer de thorax groter en kleiner wordt. Elke keer wanneer de lengte en/of dikte van de thorax toe- of afneemt treden er gelijktijdig veranderingen van het longvolume op.

  • Het diafragma (middenrif) is verantwoordelijk voor rustig ademen. Tijdens inademen (=inspiratie), veroorzaakt contractie van het diafragma voor het neerwaarts bewegen van de longen. Tijdens expiratie, ontspant het diafragma en veroorzaakt de elasticiteit van de longen, de druk van de borstwand en de buikinhoud voor het terug bewegen van de longen.
  • Tijdens stevig ademen zijn de elastische krachten niet voldoende voor een snelle expiratie. De extra kracht wordt veroorzaakt door contractie van de buikspieren.

Omhoog en omlaag bewegen van de ribbenkast veroorzaakt het uitzetten en krimpen van de longen. Wanneer de ribbenkast omhoog beweegt, neemt de borstinhoud en dus het longvolume toe.

  • Spieren die de ribbenkast omhoog trekken, zijn spieren die meehelpen met de inspiratie. Dit zijn onder andere de m. sternocleidomastoidus, de m. serrati, de m. scaleni en de externe intercostale spieren.
  • Spieren die de ribbenkast naar beneden trekken, zijn spieren die meehelpen met de expiratie. Dit zijn onder andere de interne intercostale spieren en m. abdominus recti. Andere buikspieren drukken de buikinhoud tegen het diafragma.

Het bewegen van lucht in en uit de longen

Pleurale druk is de vloeistofspanning in de ruimte tussen de longpleura en de pleura van de borstwand. De normale pleurale druk bij het begin van inspiratie is -5 centimeter waterdruk. Dit is de zuigkracht die nodig is om de longen geopend te houden. Tijdens inspiratie, zorgt expansie van de borstkas voor een vergroting van de negatieve druk en deze kan toenemen tot -7,5 centimeter waterdruk. Alveolaire druk is de luchtdruk in de alveoli. Wanneer de glottis is geopend er geen luchtstroom is, is de druk binnen de luchtwegen gelijk aan atmosferische druk en dus 0 centimeter waterdruk.

  • Tijdens inspiratie daalt de druk in de alveoli tot -1 centimeter waterdruk. Dit veroorzaakt het binnenstromen van 0,5 liter lucht in de longen tijdens 2 seconden durende inspiratie.
  • Tijdens expiratie gebeurt het tegenovergestelde: de alveolaire druk stijgt tot 1 centimeter waterdruk. De 0,5 liter ingeademde lucht wordt tijdens de 2-3 seconden expiratie verwijderd.

Compliantie van de long is de verandering van longvolume voor elke eenheid verandering in transpulmonaire druk. Transpulmonaire druk is het verschil in druk tussen alveolaire druk en pleurale druk. De normale totale compliantie (meegeven) van beide longen is bij een normale volwassene 200ml/cm water. Compliantie is afhankelijk van de volgende elastische krachten:

  • Elastische krachten van longweefsel zijn afhankelijk van elastine en collegene vezels.
  • Elastische krachten veroorzaakt door oppervlaktespanning in de alveoli bepalen tweederde van de totale elastische kracht van normale longen.

Surfactant, oppervlaktespanning en klaplong

Watermoleculen trekken elkaar aan. Het water wat in de alveoli aanwezig is, trekt elkaar aan. Dit leidt ertoe dat lucht uit de longen kan worden geperst en de longen inklappen. Het netto-effect is echter een elastische kracht van de gehele long, welke de oppervlakte elastische kracht wordt genoemd. Surfactant (een stof in de longen) verhoogt de compliantie door de alveolaire oppervlaktespanning te verlagen. Surfactant wordt geproduceerd door type II alveolaire epitheelcellen. Het belangrijkste component van surfactant is fosfolipide dipalmitoylfosfatidecholine. Surfactant verspreidt zich over de binnenzijde van de alveoli en verlaagt de oppervlaktespanning tot een twaalfde deel van de oppervlaktespanning van water. Kleine alveoli dreigen eerder in te klappen. De neiging voor het inklappen van alveoli is omgekeerd evenredig met de radius van de alveoli.

  • Druk = (2 X Oppervlaktespanning)/Radius

Surfactant, wederzijdse afhankelijkheid en longbindweefsel zijn belangrijk in het stabiliseren van de grootte van de alveoli. Wanneer sommige alveoli klein zijn en andere groot neigen de kleine alveoli eerder tot inklappen. Hierdoor zouden de grote alveoli nog groter worden. Deze instabiliteit van de alveoli treedt door de volgende redenen niet op:

  • Wederzijdse afhankelijkheid. De alveoli, alveolaire buisjes en andere ruimten met lucht verdelen elkaar op een wijze waarbij er geen kleine alveoli voor kunnen komen, omdat ze dezelfde ruimte delen.
  • Bindweefsel. De long bestaat uit ongeveer 50.000 functionele eenheden, die een of meer alveolaire buisjes en alveoli bevat. Deze worden allemaal omgeven door fibreuze septa.
  • Surfactant. Surfactant verlaagt de oppervlaktespanning, waardoor voorgaande factoren de long geopend houden. Wanneer een alveolus kleiner dreigt te worden, worden de surfactantmoleculen in elkaar gedrukt, waardoor de oppervlaktespanning nog verder afneemt.

Longvolume en longcapaciteiten

De longvolumes en longcapaciteiten worden gemeten met een spirometer.

  • Tidaal volume (Vt) is het volume lucht (ongeveer 500 ml) wat met elke ademteug wordt in- of uitgeademd.
  • Inspiratoir reserve volume (IRV) is het extra volume lucht (ongeveer 3000 ml) wat naast het tidaal volume nog kan worden ingeademd.
  • Expiratoir reserve volume (ERV) is het extra volume lucht (ongeveer 1000 ml) wat na een normale uitademing nog met kracht kan worden uitgeademd.
  • Residuaal volume (RV) is het volume (ongeveer 1200 ml) wat na een krachtige uitademing in de longen achterblijft.

Longcapaciteit is de combinatie van twee of meer longvolumina.

  • Inspiratoire capaciteit (IC) is het tidaal volume vermeerderd met het inspiratoire reservevolume (ongeveer 3500 ml). Het is de hoeveelheid lucht die ingeademd kan worden na een normale inademing.
  • Functionele reservecapaciteit (FRC) staat gelijk aan het expiratoir reservevolume en residuaal volume samen. Het is de hoeveelheid lucht die achterblijft na een normale uitademing.
  • Vitale capaciteit (VC) staat gelijk aan het inspiratoir reservevolume, tidaal volume en expiratoir reservevolume samen. Het is de maximale hoeveelheid lucht die uitgeademd kan worden na een maximale inademing (ongeveer 4600 ml).
  • Totale longcapaciteit (TLC) is het maximale volume tot waar de longen uitgerekt kunnen worden (5800 ml). Het staat gelijk aan de vitale capaciteit en residuaal volume samen.

Ademminuutvolume (AMV) en alveolaire ventilatie

Het AMV is de totale hoeveelheid verse lucht die zich elke minuut door de luchtwegen beweegt. Het AMV staat gelijk aan het tidaal volume vermenigvuldigd met de ademfrequentie. Normaal is het tidaal volume 500 ml. Normaal is de ademfrequentie 12 keer per minuut. Het AMV is 6L/minuut.

Alveolaire ventilatie is de snelheid waarmee nieuw ingeademde lucht de gebieden van de long bereikt waar gaswisseling kan plaats vinden. Tijdens inspiratie bereikt niet alle lucht de gaswisselingsgebieden van de long, maar vult de dode ruimte. Het alveolaire volume is de hoeveelheid verse lucht die de alveoli bereikt.

  • VA=Freq X (VT-VD)

VA is het alveolaire volume per minuut. Freq is de ademfrequentie per minuut. VT is het tidaal volume en VD is de hoeveelheid lucht in de dode ruimte. Met een normaal tidaal volume van 500 ml is het volume in de dode ruimte 150 ml. Het alveolaire volume is dan: 12 X (500-150)=4200 ml/min.

Er zijn drie typen dode luchtruimten:

  • Anatomische dode ruimte is de hoeveelheid lucht in de luchtwegen die niet deelnemen in gaswisseling.
  • Alveolaire dode ruimte is de hoeveelheid lucht in de gaswisselingsgebieden die niet kan participeren met de daadwerkelijke gaswisseling.
  • Fysiologische dode ruimte is de som van bovenstaande punten.

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

Functies van de luchtwegen; trachea, bronchi en bronchiolen

Principes van gaswisseling

Transport van zuurstof en koolstofdioxide in bloed en weefsels

Ademen en inspanning

Organen en orgaanstelsels

Bronnen:

JE. Hall, 2006, Pocket Companion to Textbook of Medical Physiology, Elsevier Inc

GA Thibodeau, Patton KT 2007, Anatomy & Physiology, Mosby/Elsevier

EN Marieb, Hoehn K 2007, Human Anatomy & Physiology, Pearson/Benjamin Cummings