Hoofdstuk 20 Gasuitwisseling
20.1 Het begrip ademhaling
- O2 wordt voortdurend uit de buitenlucht opgenomen en de vrijkomende CO 2 wordt continu
naar de buitenwereld uitgescheiden.
- Ademhaling; de opname van O2 in de longen en de afgifte van CO2, de gasuitwisseling met
het bloed, de gastransport onder vrijmaking van energie en het verwijderen van het daarbij
vrijkomende CO2 uit het lichaam.
- Voor de gasuitwisseling tussen de cel en de buitenlucht zijn de volgende aspecten van
belang;
- ventilatie; verversing van de lucht in de longblaasjes, de alveolaire ruimte
- diffusie; van O2 en CO2 tussen lucht in de long en het bloed in de longvaten, en
tussen bloed, interstitium en het cel inwendige van alle lichaamscellen
- perfusie; doorstroming van de longen en weefsels met bloed
- gastransport; van O2 en CO2 met het circulerende bloed
20.2 De verversing van de longenlucht: de longventilatie
20.2.1 De longenlucht wordt ververst door regelmatige vermenging met buitenlucht
- Het bloed dat door de longcapillairen stroomt, onttrekt voortdurend O 2 aan de lucht in de
alveolaire ruimte en geeft er CO2 aan af.
- De samenstelling van het alveolaire gas verandert.
- Dit wordt tegengegaan door de alveolaire lucht voortdurend te verversen.
- Probleem; betrekkelijk grote afstand van de alveolaire ruimte naar
de buitenlucht via de luchtwegen.
- Bij inspiratie wordt door contractie van de inademingsspieren de thoraxholte actief vergroot.
De longen volgen deze beweging, waardoor de inhoud toeneemt en de druk daalt.
- Buitenlucht stroomt naar binnen en vermengt zich met de alveolaire ruimte.
- Bij expiratie leidt de relaxatie van de inspiratiespieren tot een passieve verkleining van de
thoraxholte als gevolg van elastische krachten die tijdens inspiratie in de buikwand en het
longweefsel zijn opgebouwd.
- De druk in de longen neemt toe, waardoor longen/lucht naar buiten stroomt.
- Bij intensievere ventilatie kunnen expiratiespieren de uitademing actief
ondersteunen.
- Bovenste luchtwegen; neusholte en keelholte tot en met het strottenhoofd.
- Onderste luchtwegen; de trachea en zijn vertakkingen, de bronchiën, bronchioli en
bronchioli respiratorii.
20.2.2 Het neusslijmvlies zuivert, verwarmt en bevochtigt de inademingslucht
- De normale toegang tot de luchtwegen is via de neusholte.
20.2.3 De keelholte: een gevaarlijk kruispunt van luchtweg en voedselweg
, - Bij een normale ademhaling in rust is de mond dicht en is de toegang tot de slokdarm
afgesloten door de bovenste oesofagussfincter, terwijl de epiglottis in zijn ruststand de
ingang van het strottenhoofd open laat.
- Tijdens het slikken wordt de luchtweg tijdelijk geblokkeerd doordat het zachte
gehemelte wordt opengetrokken dat daardoor de neusholte afsluit, de stemspleet
wordt afgesloten en het strottenhoofd omhoog getrokken wordt.
- Ademhaling wordt onderbroken.
20.2.4 Dieper de long in neemt het oppervlak van het stroombed toe en de luchtstroomsnelheid af.
- De stroomsterkte wordt uitgedrukt in volume/tijd; de hoeveelheid lucht die in een bepaalde
tijd een bepaald deel van de luchtweg passeert.
- De stroomsnelheid is de snelheid waarmee een gasmolecuul een bepaald punt in de
luchtweg passeert, of anders gezegd; de afstand die een gasmolecuul per tijd aflegt.
20.2.5 Ademvolume en ademfrequentie zijn zeer variabel
- In rust is de ademfrequentie bij een volwassen mens 12 to 15 keer per minuut; het
ademvolume is 450 tot 600 ml per ademteug.
- V = f x Vt
- V = ademminuutvolume
- f = ademfrequentie
- Vt = ademvolume
20.2.6 De totale longinhoud wordt verdeeld in capaciteiten en longvolumes
- Ademvolume = Vt = de bij iedere inademing opgenomen hoeveelheid lucht
- Inspiratoire reservevolume = IRV = bij zo diep mogelijk inademen wordt Vt met dit volume
vergroot.
- Inspiratoire capaciteit = IC = Vt + IRV
- Expiratoire reservevolume = ERV = volumeafname door zo ver mogelijk uit te ademen.
- Vitale capaciteit = VC = maximale hoeveelheid lucht die men kan verplaatsen =
IRV + ERV
- REstvolume = RV
- Functionele residuale capaciteit = FRC = RV + ERV = hoeveelheid lucht die zich in de longen
bevindt bij het ademrustniveau.
- Totale longcapaciteit = TLC = hoeveelheid lucht die de longen bevatten na maximale
inspiratie = IRV + VT + ERV + RV.
20.3 De mechanica van de longventilatie
20.3.1 In de ademruststand bevinden noch de longen noch de borstwand zich in een rusttoestand
- In de ademruststand zijn de retractiekrachten van de longen en de expansiekrachten van de
thoraxwand precies gelijk, maar tegengesteld gericht.
20.3.2 In de borstholte heerst een subatmosferische druk.
- Door de twee tegengestelde krachten bestaat in de pleuraholte een druk die lager is dan de
atmosferische druk.
- -5 cm H2O
, - Tussen de beide pleurae is een functionele verbinding aanwezig, een dun vochtlaagje
- Wanneer hier lucht bijkomt, klapt de long samen en veert de thoraxwand naar
buiten.
- Wanneer bij inspiratie de longen verder worden uitgerekt, neemt hun retractiekracht toe en
zal de intrathoracale druk verder dalen. Daarentegen zal de druk in de buikholte stijgen door
afplatting van het diafragma.
20.3.3 De retractiekracht van de longen wordt bepaald door de elasticiteit van het longweefsel en
door de oppervlaktespanning van de alveoli
- De retractiekracht van de longen wordt door twee factoren bepaald
- Elastinevezels in de alveolaire wand
- Oppervlaktespanning
- Wet van Laplace; de reactiedruk als gevolg van de oppervlaktespanning in een longblaasje is
omgekeerd evenredig met de straal van het blaasje.
- Door surfacant stroomt een kleiner longblaasje niet leeg in een groter blaasje.
20.3.4 Adembewegingen als krachtenspel tussen longen, borstwand en spieren
- Aan het einde van een normale passieve uitademing verkeert het lichaam in de
ademruststand > Fl = Fth
- Uitgangssituatie aan het begin van een inspiratie.
- Bij een matige diepe inspiratie worden de longen verder uitgerekt en neemt F l toe,
Fth neemt af (beweegt in richting van eigen ruststand)
- Op het hoogtepunt van de inademing is Fl gelijk, maar tegengesteld gericht
aan de som van de expansiekracht van de thoraxwand en de door de
inspiratiespieren ontwikkelde kracht > Fl = -(Fth + Fmi)
- Bij een inspiratie die ongeveer 60% van de vitale capaciteit heeft
bereikt, bevindt de thoraxwand zich in ruststand > F th = 0
- Bij een maximaal diepe inspiratie is de thoraxwand uit zijn ruststand
naar buiten getrokken, waardoor in de thoraxwand een
retractiekracht wordt opgebouwd die in dezelfde richting werkt als
die van de longen.
- Fmi = -(Fl + Fth)
- Bij een actieve expiratie vanuit de ademruststand trekken de expiratiespieren de
thoraxwande nog verder naar binnen, waardoor F th verder toeneemt. De longen
worden kleiner.
- Fth = -(Fl + Fme); Fme: de door de experatiespieren ontwikkelde kracht.
, 20.3.5 De statische V-P-curve beschrijft de rekbaarheid van het longweefsel
- Pl = PA - Ppl
- Pl = transpulmonale druk (drukverschil over longwand)
- PA = aleveolaire druk
- Ppl = intrapleurale druk
- Pth = Ppl - Patm
- Pth = transthoracale druk (drukverschil over thoraxwand)
- Patm = atmosferische druk
- Presp = PA - Patm
- Presp - transrespiratoire druk (drukverschil over long- + thoraxwand)
- Compliantie; volumetoename per eenheid druktoename en is hiermee het omgekeerde van
elasticiteit.
- Bij een gezonde jongvolwassene is dit van de longen ongeveer 2,2 1/kPa > per
volumetoename van 220 ml wordt de intrathoracale druk 0,1 kPa lager.
20.3.6 De dynamische V-P-curve volgt een lus waarvan de wijdte vooral door de luchtweerstand
wordt bepaald
- Als men tijdens het in- en uitademen een continue grafische registratie maakt van dV tgen
dP, wijkt de registratie duidelijk van de rechte lijn af: bij inspiratie naar rechts en bij expiratie
naar links.
- Zowel bij in- als bij expiratie moeten blijkbaar grotere krachten overwonnen worden
dan voor het overwinnen van alleen de terugveerkrachten.
- De extra benodigde kracht die door de lussen wordt beschreven, is nodig voor het
overwinnen van:
- De luchtweerstand
- De weefselweerstand
- Het verloop van de dynamische V-P-curve is het gevolg van de wijze
waarop de weerstand tot stand komt.
De luchtwegweerstand is het hoogst in de 4 e en 5e generatie van de
bronchiaalboom en neemt daarna snel af. In elk afzonderlijk buisje
neemt de weerstand in de opvolgende generaties wel steeds meer
toe door de afnemende straal, maar doordat vel buisjes van één
generatie parallel geschakeld zijn, is de totale weerstand niet alleen
afhankelijk van de wijdte van de buisjes, maar ook van hun aantal.
Hierdoor neemt de totale luchtwegweerstand na de 4 e/5e generatie
weer af.
- De weefselweerstand is evenmin constant, maar varieert afhankelijk
van snelheid en richting van de lengte- of volumeverandering. Ook
heirdoor is voor het verkrijgen van een bepaald longvolume bij
inspiratie steeds een hogere absolute druk nodig dan bij expiratie;
hysterese.
20.1 Het begrip ademhaling
- O2 wordt voortdurend uit de buitenlucht opgenomen en de vrijkomende CO 2 wordt continu
naar de buitenwereld uitgescheiden.
- Ademhaling; de opname van O2 in de longen en de afgifte van CO2, de gasuitwisseling met
het bloed, de gastransport onder vrijmaking van energie en het verwijderen van het daarbij
vrijkomende CO2 uit het lichaam.
- Voor de gasuitwisseling tussen de cel en de buitenlucht zijn de volgende aspecten van
belang;
- ventilatie; verversing van de lucht in de longblaasjes, de alveolaire ruimte
- diffusie; van O2 en CO2 tussen lucht in de long en het bloed in de longvaten, en
tussen bloed, interstitium en het cel inwendige van alle lichaamscellen
- perfusie; doorstroming van de longen en weefsels met bloed
- gastransport; van O2 en CO2 met het circulerende bloed
20.2 De verversing van de longenlucht: de longventilatie
20.2.1 De longenlucht wordt ververst door regelmatige vermenging met buitenlucht
- Het bloed dat door de longcapillairen stroomt, onttrekt voortdurend O 2 aan de lucht in de
alveolaire ruimte en geeft er CO2 aan af.
- De samenstelling van het alveolaire gas verandert.
- Dit wordt tegengegaan door de alveolaire lucht voortdurend te verversen.
- Probleem; betrekkelijk grote afstand van de alveolaire ruimte naar
de buitenlucht via de luchtwegen.
- Bij inspiratie wordt door contractie van de inademingsspieren de thoraxholte actief vergroot.
De longen volgen deze beweging, waardoor de inhoud toeneemt en de druk daalt.
- Buitenlucht stroomt naar binnen en vermengt zich met de alveolaire ruimte.
- Bij expiratie leidt de relaxatie van de inspiratiespieren tot een passieve verkleining van de
thoraxholte als gevolg van elastische krachten die tijdens inspiratie in de buikwand en het
longweefsel zijn opgebouwd.
- De druk in de longen neemt toe, waardoor longen/lucht naar buiten stroomt.
- Bij intensievere ventilatie kunnen expiratiespieren de uitademing actief
ondersteunen.
- Bovenste luchtwegen; neusholte en keelholte tot en met het strottenhoofd.
- Onderste luchtwegen; de trachea en zijn vertakkingen, de bronchiën, bronchioli en
bronchioli respiratorii.
20.2.2 Het neusslijmvlies zuivert, verwarmt en bevochtigt de inademingslucht
- De normale toegang tot de luchtwegen is via de neusholte.
20.2.3 De keelholte: een gevaarlijk kruispunt van luchtweg en voedselweg
, - Bij een normale ademhaling in rust is de mond dicht en is de toegang tot de slokdarm
afgesloten door de bovenste oesofagussfincter, terwijl de epiglottis in zijn ruststand de
ingang van het strottenhoofd open laat.
- Tijdens het slikken wordt de luchtweg tijdelijk geblokkeerd doordat het zachte
gehemelte wordt opengetrokken dat daardoor de neusholte afsluit, de stemspleet
wordt afgesloten en het strottenhoofd omhoog getrokken wordt.
- Ademhaling wordt onderbroken.
20.2.4 Dieper de long in neemt het oppervlak van het stroombed toe en de luchtstroomsnelheid af.
- De stroomsterkte wordt uitgedrukt in volume/tijd; de hoeveelheid lucht die in een bepaalde
tijd een bepaald deel van de luchtweg passeert.
- De stroomsnelheid is de snelheid waarmee een gasmolecuul een bepaald punt in de
luchtweg passeert, of anders gezegd; de afstand die een gasmolecuul per tijd aflegt.
20.2.5 Ademvolume en ademfrequentie zijn zeer variabel
- In rust is de ademfrequentie bij een volwassen mens 12 to 15 keer per minuut; het
ademvolume is 450 tot 600 ml per ademteug.
- V = f x Vt
- V = ademminuutvolume
- f = ademfrequentie
- Vt = ademvolume
20.2.6 De totale longinhoud wordt verdeeld in capaciteiten en longvolumes
- Ademvolume = Vt = de bij iedere inademing opgenomen hoeveelheid lucht
- Inspiratoire reservevolume = IRV = bij zo diep mogelijk inademen wordt Vt met dit volume
vergroot.
- Inspiratoire capaciteit = IC = Vt + IRV
- Expiratoire reservevolume = ERV = volumeafname door zo ver mogelijk uit te ademen.
- Vitale capaciteit = VC = maximale hoeveelheid lucht die men kan verplaatsen =
IRV + ERV
- REstvolume = RV
- Functionele residuale capaciteit = FRC = RV + ERV = hoeveelheid lucht die zich in de longen
bevindt bij het ademrustniveau.
- Totale longcapaciteit = TLC = hoeveelheid lucht die de longen bevatten na maximale
inspiratie = IRV + VT + ERV + RV.
20.3 De mechanica van de longventilatie
20.3.1 In de ademruststand bevinden noch de longen noch de borstwand zich in een rusttoestand
- In de ademruststand zijn de retractiekrachten van de longen en de expansiekrachten van de
thoraxwand precies gelijk, maar tegengesteld gericht.
20.3.2 In de borstholte heerst een subatmosferische druk.
- Door de twee tegengestelde krachten bestaat in de pleuraholte een druk die lager is dan de
atmosferische druk.
- -5 cm H2O
, - Tussen de beide pleurae is een functionele verbinding aanwezig, een dun vochtlaagje
- Wanneer hier lucht bijkomt, klapt de long samen en veert de thoraxwand naar
buiten.
- Wanneer bij inspiratie de longen verder worden uitgerekt, neemt hun retractiekracht toe en
zal de intrathoracale druk verder dalen. Daarentegen zal de druk in de buikholte stijgen door
afplatting van het diafragma.
20.3.3 De retractiekracht van de longen wordt bepaald door de elasticiteit van het longweefsel en
door de oppervlaktespanning van de alveoli
- De retractiekracht van de longen wordt door twee factoren bepaald
- Elastinevezels in de alveolaire wand
- Oppervlaktespanning
- Wet van Laplace; de reactiedruk als gevolg van de oppervlaktespanning in een longblaasje is
omgekeerd evenredig met de straal van het blaasje.
- Door surfacant stroomt een kleiner longblaasje niet leeg in een groter blaasje.
20.3.4 Adembewegingen als krachtenspel tussen longen, borstwand en spieren
- Aan het einde van een normale passieve uitademing verkeert het lichaam in de
ademruststand > Fl = Fth
- Uitgangssituatie aan het begin van een inspiratie.
- Bij een matige diepe inspiratie worden de longen verder uitgerekt en neemt F l toe,
Fth neemt af (beweegt in richting van eigen ruststand)
- Op het hoogtepunt van de inademing is Fl gelijk, maar tegengesteld gericht
aan de som van de expansiekracht van de thoraxwand en de door de
inspiratiespieren ontwikkelde kracht > Fl = -(Fth + Fmi)
- Bij een inspiratie die ongeveer 60% van de vitale capaciteit heeft
bereikt, bevindt de thoraxwand zich in ruststand > F th = 0
- Bij een maximaal diepe inspiratie is de thoraxwand uit zijn ruststand
naar buiten getrokken, waardoor in de thoraxwand een
retractiekracht wordt opgebouwd die in dezelfde richting werkt als
die van de longen.
- Fmi = -(Fl + Fth)
- Bij een actieve expiratie vanuit de ademruststand trekken de expiratiespieren de
thoraxwande nog verder naar binnen, waardoor F th verder toeneemt. De longen
worden kleiner.
- Fth = -(Fl + Fme); Fme: de door de experatiespieren ontwikkelde kracht.
, 20.3.5 De statische V-P-curve beschrijft de rekbaarheid van het longweefsel
- Pl = PA - Ppl
- Pl = transpulmonale druk (drukverschil over longwand)
- PA = aleveolaire druk
- Ppl = intrapleurale druk
- Pth = Ppl - Patm
- Pth = transthoracale druk (drukverschil over thoraxwand)
- Patm = atmosferische druk
- Presp = PA - Patm
- Presp - transrespiratoire druk (drukverschil over long- + thoraxwand)
- Compliantie; volumetoename per eenheid druktoename en is hiermee het omgekeerde van
elasticiteit.
- Bij een gezonde jongvolwassene is dit van de longen ongeveer 2,2 1/kPa > per
volumetoename van 220 ml wordt de intrathoracale druk 0,1 kPa lager.
20.3.6 De dynamische V-P-curve volgt een lus waarvan de wijdte vooral door de luchtweerstand
wordt bepaald
- Als men tijdens het in- en uitademen een continue grafische registratie maakt van dV tgen
dP, wijkt de registratie duidelijk van de rechte lijn af: bij inspiratie naar rechts en bij expiratie
naar links.
- Zowel bij in- als bij expiratie moeten blijkbaar grotere krachten overwonnen worden
dan voor het overwinnen van alleen de terugveerkrachten.
- De extra benodigde kracht die door de lussen wordt beschreven, is nodig voor het
overwinnen van:
- De luchtweerstand
- De weefselweerstand
- Het verloop van de dynamische V-P-curve is het gevolg van de wijze
waarop de weerstand tot stand komt.
De luchtwegweerstand is het hoogst in de 4 e en 5e generatie van de
bronchiaalboom en neemt daarna snel af. In elk afzonderlijk buisje
neemt de weerstand in de opvolgende generaties wel steeds meer
toe door de afnemende straal, maar doordat vel buisjes van één
generatie parallel geschakeld zijn, is de totale weerstand niet alleen
afhankelijk van de wijdte van de buisjes, maar ook van hun aantal.
Hierdoor neemt de totale luchtwegweerstand na de 4 e/5e generatie
weer af.
- De weefselweerstand is evenmin constant, maar varieert afhankelijk
van snelheid en richting van de lengte- of volumeverandering. Ook
heirdoor is voor het verkrijgen van een bepaald longvolume bij
inspiratie steeds een hogere absolute druk nodig dan bij expiratie;
hysterese.
