Systeemfysiologie: de ademhaling
1. Organisatie en mechanica van het respiratoir systeem (statisch-dynamisch)
Definitie van respiratoir systeem
“Externe Ademhaling” is de uitwisseling van O2 en CO2 tussen de atmosfeer en de mitochondria. In
de mitochondria vindt dan het proces van “interne ademhaling” plaats (oxidatieve fosforylatie)
Hierbij maakt het menselijk lichaam gebruik van een aantal belangrijke processen
- Diffusie = passief bewegen van moleculen over korte afstand op basis van
concentratiegradiënten
o Probleem: niet efficiënt genoeg
o Meer zuurstof nodig
o Wel handig bij eencelligen: bv amoeben: zuurstof doorheen huid, weinig zuurstof
nodig en gebruiken
- Convectie (over langere afstanden): het vervoer van de gassen/bloed in bulk via
gesofisticeerde pomp en transportsystemen
o Voordeel: grotere hoeveelheden
o Nadeel: niet gratis, kost energie
o 2 soorten pompen
Hart = bloed met zuurstof laten rondstromen
Adempomp = lucht naar binnen en buiten blazen
Organisatie van het respiratoir systeem
Longen
- Lucht naar binnen en buiten
- In contact met bloedcirculatie
- Zuurstof van lucht naar bloed en CO2 van bloed naar long
- Hoe bloed wordt rond gestuurd en zo zuurstof stuurt naar cellen
- Hoe zijn O2 en CO2 verpakt in circulatie
- Lucht en circulatiepomp niet goed afgesteld → probleem
o Lucht = ventilatie
o Circulatie = perfusie
- Bloed en lucht met elkaar in contact
Hersenen regelen/ sturen ademhaling
Zuurstoftransportcascade
→ Laatste les: bespreek transport cascade van zuurstof: heel belangrijke examenvraag
- Zuurstof van buiten naar binnen
- Hoe dieper in systeem: lagere concentratie van zuurstof
- Inadem: bepaalde concentratie O2: meten in long, circulatie, cel, mitochondria: steeds lager
→ geen efficiënte transport
- Cascade van zuurstof = verval van concentratie zuurstof
, - Ene trap te groot: alle trappen lager → oorzaken van zuurstof tekort bij mensen
Wat is de samenstelling van lucht?
- Altijd 21% zuurstof in de lucht aanwezig
→ 21% van de totale atmosferische druk
- Atmosferische druk: 1 atm = 760 mmHg
→ 159 mmHg O2 in de lucht
- Concentratie aan O2 uitdrukken in partiële druk = druk die er zou heersen als je alle andere
gasmoleculen wegneemt
→ druk die er zou zijn als O2 de hele ruimte zou invullen
→ P O2 = partieel druk van O2
Totale druk in atmosfeer is samengesteld uit verschillende partieel drukken
- Zuurstof
- Stikstof (grootste onderdeel)
- …
→ Som van drukken = 760 mmHg
- Volgens de ideale gaswet is de partiele druk evenredig
met de “molaire fractie” van dat gas in het mengsel:
PZ = Xz . Ptot
- Volgens de Wet van Dalton is de totale druk van een
gasmensel de som van hun individuele partiële drukken
Hoe hoger (qua meter)
- Percentage van O2 op 4000 m hoogte: 21%
→ Percentage blijft hetzelfde
- De totale druk daalt: partiele druk zal ook lager liggen, maar percentage blijft zelfde
→ minder mmHg O2, wel evenveel %
Waarom ook partiële drukken in vloeistof gebruiken?
De partiële drukken die gebruikt worden om een concentratie van een gas in een gasmengsel weer te
geven, kunnen ook gebruikt worden wanneer dit gas oplost in een vloeistof, zoals plasma.
→ zo kunnen we ook de concentratie van zuurstof in ons bloed weergeven met P O2
Wet van Henry: Concentratie van O2 en CO2 opgelost in water is proportioneel aan de partiële druk
in de gasfase
Uitleg:
- Moleculen in ruimte diffunderen tot er evenwicht is
- Meer moleculen in opgeloste fase, ook meer in gasfase
→ Hoeveelheid moleculen opgelost zijn rechtsreeks evenredig met partieel druk erboven
→ meer in bloed = meer in partieel druk
,Dus we kunnen P O2 zowel in vloeistof als gassen gebruiken
→ Omdat je weet dat je bloed laat staan: PO2 ontstaat erboven
De waterdampspanning
21% O2 in lucht x totale druk = partiele druk O2
PO2 = manier om hoeveelheid in lucht als in oplossing te beschrijven
Maar ook rekening houden met waterdamp
- PO2 meten
o 159 mmHg in aula
o In mond: minder dan 159 mmHg, 149-150 mmHg
→ Komt door waterdampspanning
- Water kan geen gas vormen maar wel een damp die ook een partiele druk heeft
!! Ideale gaswet met het optellen van partiële drukken geldt enkel voor gassen
→ correctie van de dampspanning van water
= Partiele druk van water aftrekken van geheel om verder te rekenen µ
- 760 mmHg – 47 mmHg = 713 mmHg totale druk
→ 21% van 713 = lagere PO2 = eerste trapje van cascade van zuurstof transport
(Eerste trapje: PO2 is al beetje gedaalt door correctie op dampspanning van water)
De geleidende luchtwegen
→ Long = grote vertakkingsboom
- 23 x vertakken
- Op einde vertakking: longblaasjes = plaats waar uitwisseling gaat gebeuren
→ Vanaf generatie 17 – 23: geleidelijk vertakken, verder en verder: meer en meer blaasjes
- Buizen geleiden lucht
- Blaasjes waar gasuitwisseling gaat gebeuren
→ Blaasjes = alveoli/ alveolus
Problemen in luchtwegen → vaak problemen met buizen: vernauwing → “geen lucht”; longblaasjes
zelf zijn perfect
De alveool als functionele unit
- 300 miljoen blaasjes
→ grote totale oppervlakte: 50 – 100 m2
- Waarom is dit belangrijk → diffusie over groot oppervlakte
- Vertakkingen zijn belangrijk zodat er voldoende blaasjes
zijn→ voldoende grote opp ~ diffusie
- Longblaasje krijgt lucht door ventilatie
o Gasfase in alveool: O2 en CO2
o O2 in opgeloste vorm naar bloed
, o CO2 van bloed naar gasfase
→ Klein capillair langs longblaasje: bloed aanvoeren: zuurstofarm aanvoeren en zuurstofrijk
terug naar lichaam
Dubbele bloedsvoorziening
Rondpompen van bloed door hart:
- Aorta vanuit linkerventrikel → zuurstofrijk bloed in lichaam rondpompen
- Zuurstofarm bloed terug naar rechteratrium = zuurstofarm
- Rechterventrikel → longen: zuurstofarm afgeven, zuurstofrijk opnemen
- Zuurstofrijk bloed van longen terug naar linkeratrium
→ A. Pulmonalis
MAAR: Longen hebben ook eten en drinken nodig:
- Bepaalde takken vanuit aorta splitsen af om zo zuurstofrijk bloed naar long te sturen
- Bronchiale arteries
Men spreekt dus over een dubbele bloedsomloop:
- Grootste hoeveelheid: zuurstofarm bloed naar longen = pulmonale arterie
- Ook zuurstofrijk vanuit aorta naar longen = bronchiale arterie
!! Longen hebben meer functies dan alleen maar de ademhaling
We gaan nu over naar de long mechanica: fysische eigenschappen van de long, luchtwegen en
thoraxwand
- Beschrijft hoe het lichaam een verandering in longvolume teweegbrengt (= convectie)
- Statische eigenschappen: de fysische eigenschappen wanneer er geen lucht stroomt
- Dynamische eigenschappen: fysische eigenschappen wanneer er wel lucht stroomt
Kijken hoe long werkt adhv enkele analogieën:
- Long = ballon
o Kost energie om long op te blazen
o Geen energie om long te laten leeglopen
→ vanzelf plat vallen tot bepaald volume e opblazen: energie
o Waarom wilt deze platvallen?
- Met rietje ballon opblazen
o Veel moeilijker: meer energie: groot deel om lucht door buis te krijgen
o Long = vertakking van buizen → energie om long op te blazen, maar ook lucht door
buis duwen
o Alveool = elasticiteit
o Buis = weerstand
o Zelfde bij long
- Zeepbellen
1. Organisatie en mechanica van het respiratoir systeem (statisch-dynamisch)
Definitie van respiratoir systeem
“Externe Ademhaling” is de uitwisseling van O2 en CO2 tussen de atmosfeer en de mitochondria. In
de mitochondria vindt dan het proces van “interne ademhaling” plaats (oxidatieve fosforylatie)
Hierbij maakt het menselijk lichaam gebruik van een aantal belangrijke processen
- Diffusie = passief bewegen van moleculen over korte afstand op basis van
concentratiegradiënten
o Probleem: niet efficiënt genoeg
o Meer zuurstof nodig
o Wel handig bij eencelligen: bv amoeben: zuurstof doorheen huid, weinig zuurstof
nodig en gebruiken
- Convectie (over langere afstanden): het vervoer van de gassen/bloed in bulk via
gesofisticeerde pomp en transportsystemen
o Voordeel: grotere hoeveelheden
o Nadeel: niet gratis, kost energie
o 2 soorten pompen
Hart = bloed met zuurstof laten rondstromen
Adempomp = lucht naar binnen en buiten blazen
Organisatie van het respiratoir systeem
Longen
- Lucht naar binnen en buiten
- In contact met bloedcirculatie
- Zuurstof van lucht naar bloed en CO2 van bloed naar long
- Hoe bloed wordt rond gestuurd en zo zuurstof stuurt naar cellen
- Hoe zijn O2 en CO2 verpakt in circulatie
- Lucht en circulatiepomp niet goed afgesteld → probleem
o Lucht = ventilatie
o Circulatie = perfusie
- Bloed en lucht met elkaar in contact
Hersenen regelen/ sturen ademhaling
Zuurstoftransportcascade
→ Laatste les: bespreek transport cascade van zuurstof: heel belangrijke examenvraag
- Zuurstof van buiten naar binnen
- Hoe dieper in systeem: lagere concentratie van zuurstof
- Inadem: bepaalde concentratie O2: meten in long, circulatie, cel, mitochondria: steeds lager
→ geen efficiënte transport
- Cascade van zuurstof = verval van concentratie zuurstof
, - Ene trap te groot: alle trappen lager → oorzaken van zuurstof tekort bij mensen
Wat is de samenstelling van lucht?
- Altijd 21% zuurstof in de lucht aanwezig
→ 21% van de totale atmosferische druk
- Atmosferische druk: 1 atm = 760 mmHg
→ 159 mmHg O2 in de lucht
- Concentratie aan O2 uitdrukken in partiële druk = druk die er zou heersen als je alle andere
gasmoleculen wegneemt
→ druk die er zou zijn als O2 de hele ruimte zou invullen
→ P O2 = partieel druk van O2
Totale druk in atmosfeer is samengesteld uit verschillende partieel drukken
- Zuurstof
- Stikstof (grootste onderdeel)
- …
→ Som van drukken = 760 mmHg
- Volgens de ideale gaswet is de partiele druk evenredig
met de “molaire fractie” van dat gas in het mengsel:
PZ = Xz . Ptot
- Volgens de Wet van Dalton is de totale druk van een
gasmensel de som van hun individuele partiële drukken
Hoe hoger (qua meter)
- Percentage van O2 op 4000 m hoogte: 21%
→ Percentage blijft hetzelfde
- De totale druk daalt: partiele druk zal ook lager liggen, maar percentage blijft zelfde
→ minder mmHg O2, wel evenveel %
Waarom ook partiële drukken in vloeistof gebruiken?
De partiële drukken die gebruikt worden om een concentratie van een gas in een gasmengsel weer te
geven, kunnen ook gebruikt worden wanneer dit gas oplost in een vloeistof, zoals plasma.
→ zo kunnen we ook de concentratie van zuurstof in ons bloed weergeven met P O2
Wet van Henry: Concentratie van O2 en CO2 opgelost in water is proportioneel aan de partiële druk
in de gasfase
Uitleg:
- Moleculen in ruimte diffunderen tot er evenwicht is
- Meer moleculen in opgeloste fase, ook meer in gasfase
→ Hoeveelheid moleculen opgelost zijn rechtsreeks evenredig met partieel druk erboven
→ meer in bloed = meer in partieel druk
,Dus we kunnen P O2 zowel in vloeistof als gassen gebruiken
→ Omdat je weet dat je bloed laat staan: PO2 ontstaat erboven
De waterdampspanning
21% O2 in lucht x totale druk = partiele druk O2
PO2 = manier om hoeveelheid in lucht als in oplossing te beschrijven
Maar ook rekening houden met waterdamp
- PO2 meten
o 159 mmHg in aula
o In mond: minder dan 159 mmHg, 149-150 mmHg
→ Komt door waterdampspanning
- Water kan geen gas vormen maar wel een damp die ook een partiele druk heeft
!! Ideale gaswet met het optellen van partiële drukken geldt enkel voor gassen
→ correctie van de dampspanning van water
= Partiele druk van water aftrekken van geheel om verder te rekenen µ
- 760 mmHg – 47 mmHg = 713 mmHg totale druk
→ 21% van 713 = lagere PO2 = eerste trapje van cascade van zuurstof transport
(Eerste trapje: PO2 is al beetje gedaalt door correctie op dampspanning van water)
De geleidende luchtwegen
→ Long = grote vertakkingsboom
- 23 x vertakken
- Op einde vertakking: longblaasjes = plaats waar uitwisseling gaat gebeuren
→ Vanaf generatie 17 – 23: geleidelijk vertakken, verder en verder: meer en meer blaasjes
- Buizen geleiden lucht
- Blaasjes waar gasuitwisseling gaat gebeuren
→ Blaasjes = alveoli/ alveolus
Problemen in luchtwegen → vaak problemen met buizen: vernauwing → “geen lucht”; longblaasjes
zelf zijn perfect
De alveool als functionele unit
- 300 miljoen blaasjes
→ grote totale oppervlakte: 50 – 100 m2
- Waarom is dit belangrijk → diffusie over groot oppervlakte
- Vertakkingen zijn belangrijk zodat er voldoende blaasjes
zijn→ voldoende grote opp ~ diffusie
- Longblaasje krijgt lucht door ventilatie
o Gasfase in alveool: O2 en CO2
o O2 in opgeloste vorm naar bloed
, o CO2 van bloed naar gasfase
→ Klein capillair langs longblaasje: bloed aanvoeren: zuurstofarm aanvoeren en zuurstofrijk
terug naar lichaam
Dubbele bloedsvoorziening
Rondpompen van bloed door hart:
- Aorta vanuit linkerventrikel → zuurstofrijk bloed in lichaam rondpompen
- Zuurstofarm bloed terug naar rechteratrium = zuurstofarm
- Rechterventrikel → longen: zuurstofarm afgeven, zuurstofrijk opnemen
- Zuurstofrijk bloed van longen terug naar linkeratrium
→ A. Pulmonalis
MAAR: Longen hebben ook eten en drinken nodig:
- Bepaalde takken vanuit aorta splitsen af om zo zuurstofrijk bloed naar long te sturen
- Bronchiale arteries
Men spreekt dus over een dubbele bloedsomloop:
- Grootste hoeveelheid: zuurstofarm bloed naar longen = pulmonale arterie
- Ook zuurstofrijk vanuit aorta naar longen = bronchiale arterie
!! Longen hebben meer functies dan alleen maar de ademhaling
We gaan nu over naar de long mechanica: fysische eigenschappen van de long, luchtwegen en
thoraxwand
- Beschrijft hoe het lichaam een verandering in longvolume teweegbrengt (= convectie)
- Statische eigenschappen: de fysische eigenschappen wanneer er geen lucht stroomt
- Dynamische eigenschappen: fysische eigenschappen wanneer er wel lucht stroomt
Kijken hoe long werkt adhv enkele analogieën:
- Long = ballon
o Kost energie om long op te blazen
o Geen energie om long te laten leeglopen
→ vanzelf plat vallen tot bepaald volume e opblazen: energie
o Waarom wilt deze platvallen?
- Met rietje ballon opblazen
o Veel moeilijker: meer energie: groot deel om lucht door buis te krijgen
o Long = vertakking van buizen → energie om long op te blazen, maar ook lucht door
buis duwen
o Alveool = elasticiteit
o Buis = weerstand
o Zelfde bij long
- Zeepbellen
