Biologie thema 3 Gaswisseling en uitscheiding
§1 Gaswisseling
Gaswisseling: gassen uit de lucht worden opgenomen en afgegeven door het
ademhalingsstelsel (longen en luchtwegen). De neusholte is bedekt met
neusslijmvlies, waarvan de buitenste laag cellen bestaat uit trilhaarepitheel
waar slijm producerende cellen en trilhaarcellen in voorkomen. De functie van
neusharen is het tegenhouden van grote stofdeeltjes. Kleine stofdeeltjes en
ziekteverwekkers blijven aan het neusslijmvlies kleven. Bewegingen van de
trilharen vervoert het slijm naar de keelholte, waar het wordt ingeslikt.
Binnenstromend lucht wordt via de neusholte met slijm vochtig gemaakt en door
de bloedvaten verwarmd. Het reukzintuig kan sommige gevaarlijke stoffen
herkennen. De neusholte is verbonden met de bijholten: holten in de
schedelbeenderen (kraakholte, voorhoofdholte) die ook bedekt is met slijmvlies
dat bij een gezond persoon wordt afgevoerd via de neusholte. Bij verkoudheid
zwelt al het slijmvlies op, waardoor de uitgangen van de bijholte worden
afgesloten.
In de keelholte is er het huig en het strotklepje. Het strottenhoofd bevindt zich
tussen de keelholte en de luchtpijp, waarin de stembanden zich bevinden. Dit
zijn vliezen die trillen en geluid maken. Om hiervan herkenbare klanken te maken
zijn de stand van de tong, tanden, lippen en de vorm van de mondholte
belangrijk.
In de wand van de luchtpijp en de bronchiën zitten hoefijzervormige
kraakbeenringen. De bronchiën vertakken tot bronchiolen, waarvan de wanden
geen kraakbeenringen hebben maar spierweefsel. Door de spanning of
ontspanning van dit spierweefsel kan de brionchiolen vernauwen of verwijden,
wat invloed heeft op de hoeveelheid lucht die wordt in- en uitgeademd. Dit
spierweefsel wordt beïnvloed door het autonome zenuwstelsel en door
hormonen. Onder invloed van het orthosympatische deel van het autonome
zenuwstelsel en door adrenaline verwijden de bronchiolen zich.
De binnenkant van de luchtpijp, bronchiën en bronchiolen is bekleed met
slijmvlies waaruit de buitenste laag cellen bestaat uit trilhaarepitheel. Als dit
slijmvlies wordt geprikkeld ontstaat er een hoest reactie. Aan de uiteinden van de
bronchiolen zitten de longblaasjes (alveoli) met een wand die één cellaag dik is
en aan de binnenkant is bedekt met een laagje alveolair vocht. Om de
longblaasjes heen zit een netwerk van bloedvaatjes (longhaarvaten).
Partiële druk (zuurstof van bloed pO₂): het deel van de druk van het mengsel dat
afkomstig is van dat gas. Dit is hetzelfde als de druk die er zou heersen als je alle
andere gasmoleculen wegneemt en alle andere omstandigheden constant houdt.
Op zeeniveau is de gemiddelde luchtdruk 101,3 kPa. Partiële zuurstofdruk of
pO²: het aandeel van
Zuurstof in de luchtdruk (21,2 kPa). Bij diffusie diffundeert een gas van een plek
met een hoge partiële gasdruk naar een lage partiële gasdruk. Vanuit het
alveolaire vocht vindt diffusie plaats naar het bloed in de longhaarvaten. Deze
diffusie ontstaat door het verschil in partiële gasdruk tussen het vocht en het
bloedplasma, wat blijvend is door lucht dat voortdurend wordt ververst in de
longblaadjes en doordat het bloed blijft stromen.
Koolstofdioxide dat is opgelost in bloedplasma wordt door verschil in partiële
, koolstofdioxidedruk (pCO²) gediffundeerd naar het alveolaire vocht. Daaruit wordt
koolstofdioxide afgegeven aan de alveolaire lucht.
Lucht bestaat voor 79% uit stikstof. Er is geen verschil in partiële stikstofdruk
(pN²) bij de longblaasjes. Er gaan evenveel stikstofmoleculen vanuit de
longblaasjes naar het bloedplasma als in de omgekeerde richting.
De invloeden en snelheid van diffusie is vastgelegd in de wet van Fick (BiNaS
83A):
n = D x A x △c /△x
- n = diffusiesnelheid
- D = diffusiecoëfficiënt (m² . s⁻¹). Dit is hoe makkelijk een gas in en uit een
vloeistof of weefsel diffundeert.
- A = Diffusieoppervlak (m²). Hoe groter het diffusieoppervlak, hoe meer
plekken er zijn voor diffusie (gaswisseling).
- △c = concentratieverschil (c₁ - c₂ in mol . m⁻³) of △p = drukverschil (p₁ -
p₂).
- △x = diffusieafstand (m). Hoe korter hoe beter.
Voorwaarden voor snelle gaswisseling/diffusie:
- A is groot
- D is groot
- △c is groot
- △x is klein
Oefenvragen om het beter te begrijpen (antwoord kan je checken door
willekeurige cijfers in de formule te zetten):
1. Als △c verdubbelt dan wordt n 2x zo groot.
2. Als △x verdubbelt dan wordt n 2x zo klein.
3. Als A toeneemt dan neemt n toe.
4. Als A afneemt dan neemt n af.
In het bloed wordt het grootste deel zuurstof gebonden aan hemoglobine (Hb) in
de rode cellen en een klein deel lost zich op in het bloedplasma. Hemoglobine
bestaat uit een grote eiwit globine en 4 heemgroepen, met elk 1 ijzeratoom. Elk
ijzeratoom kan 1 zuurstofmolecuul binden, waarbij oxyhemoglobine (HbO₂)
ontstaat. Dit is een evenwichtsreactie tussen hemoglobine en zuurstof:
Hb + O₂ ⇌ HbO₂. Bij een lage zuurstofconcentratie loopt de evenwichtsreactie
naar links en bij een hoge naar rechts (zoals in de longhaarvaten). Als alle
hemoglobine is omgezet in oxyhemoglobine, noem je de hemoglobine verzadigd.
Bloed met veel oxyhemoglobine is lichtrood en bloed met veel hemoglobine
donkerrood.
Zuurstof dat via de longblaasjes naar het bloedplasma diffundeert wordt voor een
groot deel meteen gebonden aan hemoglobine. Ondanks de diffusie van zuurstof
naar het bloedplasma blijft er een verschil in zuurstofconcentratie bestaan tussen
het alveolaire vocht en het bloedplasma. De diffusie blijft doorgaan totdat de
hemoglobine geheel met zuurstof is verzadigd, want dan pas kan de
zuurstofconcentratie gelijk worden.
In een omgeving met een lage zuurstofconcentratie (haarvaten van organen)
wordt oxyhemoglobine omgezet in hemoglobine en zuurstof, waarbij veel
bindingen tussen zuurstofmoleculen en hemoglobine worden verbroken. De
vrijgekomen zuurstofmoleculen diffunderen via de weefselvloeistof naar de
cellen.
§1 Gaswisseling
Gaswisseling: gassen uit de lucht worden opgenomen en afgegeven door het
ademhalingsstelsel (longen en luchtwegen). De neusholte is bedekt met
neusslijmvlies, waarvan de buitenste laag cellen bestaat uit trilhaarepitheel
waar slijm producerende cellen en trilhaarcellen in voorkomen. De functie van
neusharen is het tegenhouden van grote stofdeeltjes. Kleine stofdeeltjes en
ziekteverwekkers blijven aan het neusslijmvlies kleven. Bewegingen van de
trilharen vervoert het slijm naar de keelholte, waar het wordt ingeslikt.
Binnenstromend lucht wordt via de neusholte met slijm vochtig gemaakt en door
de bloedvaten verwarmd. Het reukzintuig kan sommige gevaarlijke stoffen
herkennen. De neusholte is verbonden met de bijholten: holten in de
schedelbeenderen (kraakholte, voorhoofdholte) die ook bedekt is met slijmvlies
dat bij een gezond persoon wordt afgevoerd via de neusholte. Bij verkoudheid
zwelt al het slijmvlies op, waardoor de uitgangen van de bijholte worden
afgesloten.
In de keelholte is er het huig en het strotklepje. Het strottenhoofd bevindt zich
tussen de keelholte en de luchtpijp, waarin de stembanden zich bevinden. Dit
zijn vliezen die trillen en geluid maken. Om hiervan herkenbare klanken te maken
zijn de stand van de tong, tanden, lippen en de vorm van de mondholte
belangrijk.
In de wand van de luchtpijp en de bronchiën zitten hoefijzervormige
kraakbeenringen. De bronchiën vertakken tot bronchiolen, waarvan de wanden
geen kraakbeenringen hebben maar spierweefsel. Door de spanning of
ontspanning van dit spierweefsel kan de brionchiolen vernauwen of verwijden,
wat invloed heeft op de hoeveelheid lucht die wordt in- en uitgeademd. Dit
spierweefsel wordt beïnvloed door het autonome zenuwstelsel en door
hormonen. Onder invloed van het orthosympatische deel van het autonome
zenuwstelsel en door adrenaline verwijden de bronchiolen zich.
De binnenkant van de luchtpijp, bronchiën en bronchiolen is bekleed met
slijmvlies waaruit de buitenste laag cellen bestaat uit trilhaarepitheel. Als dit
slijmvlies wordt geprikkeld ontstaat er een hoest reactie. Aan de uiteinden van de
bronchiolen zitten de longblaasjes (alveoli) met een wand die één cellaag dik is
en aan de binnenkant is bedekt met een laagje alveolair vocht. Om de
longblaasjes heen zit een netwerk van bloedvaatjes (longhaarvaten).
Partiële druk (zuurstof van bloed pO₂): het deel van de druk van het mengsel dat
afkomstig is van dat gas. Dit is hetzelfde als de druk die er zou heersen als je alle
andere gasmoleculen wegneemt en alle andere omstandigheden constant houdt.
Op zeeniveau is de gemiddelde luchtdruk 101,3 kPa. Partiële zuurstofdruk of
pO²: het aandeel van
Zuurstof in de luchtdruk (21,2 kPa). Bij diffusie diffundeert een gas van een plek
met een hoge partiële gasdruk naar een lage partiële gasdruk. Vanuit het
alveolaire vocht vindt diffusie plaats naar het bloed in de longhaarvaten. Deze
diffusie ontstaat door het verschil in partiële gasdruk tussen het vocht en het
bloedplasma, wat blijvend is door lucht dat voortdurend wordt ververst in de
longblaadjes en doordat het bloed blijft stromen.
Koolstofdioxide dat is opgelost in bloedplasma wordt door verschil in partiële
, koolstofdioxidedruk (pCO²) gediffundeerd naar het alveolaire vocht. Daaruit wordt
koolstofdioxide afgegeven aan de alveolaire lucht.
Lucht bestaat voor 79% uit stikstof. Er is geen verschil in partiële stikstofdruk
(pN²) bij de longblaasjes. Er gaan evenveel stikstofmoleculen vanuit de
longblaasjes naar het bloedplasma als in de omgekeerde richting.
De invloeden en snelheid van diffusie is vastgelegd in de wet van Fick (BiNaS
83A):
n = D x A x △c /△x
- n = diffusiesnelheid
- D = diffusiecoëfficiënt (m² . s⁻¹). Dit is hoe makkelijk een gas in en uit een
vloeistof of weefsel diffundeert.
- A = Diffusieoppervlak (m²). Hoe groter het diffusieoppervlak, hoe meer
plekken er zijn voor diffusie (gaswisseling).
- △c = concentratieverschil (c₁ - c₂ in mol . m⁻³) of △p = drukverschil (p₁ -
p₂).
- △x = diffusieafstand (m). Hoe korter hoe beter.
Voorwaarden voor snelle gaswisseling/diffusie:
- A is groot
- D is groot
- △c is groot
- △x is klein
Oefenvragen om het beter te begrijpen (antwoord kan je checken door
willekeurige cijfers in de formule te zetten):
1. Als △c verdubbelt dan wordt n 2x zo groot.
2. Als △x verdubbelt dan wordt n 2x zo klein.
3. Als A toeneemt dan neemt n toe.
4. Als A afneemt dan neemt n af.
In het bloed wordt het grootste deel zuurstof gebonden aan hemoglobine (Hb) in
de rode cellen en een klein deel lost zich op in het bloedplasma. Hemoglobine
bestaat uit een grote eiwit globine en 4 heemgroepen, met elk 1 ijzeratoom. Elk
ijzeratoom kan 1 zuurstofmolecuul binden, waarbij oxyhemoglobine (HbO₂)
ontstaat. Dit is een evenwichtsreactie tussen hemoglobine en zuurstof:
Hb + O₂ ⇌ HbO₂. Bij een lage zuurstofconcentratie loopt de evenwichtsreactie
naar links en bij een hoge naar rechts (zoals in de longhaarvaten). Als alle
hemoglobine is omgezet in oxyhemoglobine, noem je de hemoglobine verzadigd.
Bloed met veel oxyhemoglobine is lichtrood en bloed met veel hemoglobine
donkerrood.
Zuurstof dat via de longblaasjes naar het bloedplasma diffundeert wordt voor een
groot deel meteen gebonden aan hemoglobine. Ondanks de diffusie van zuurstof
naar het bloedplasma blijft er een verschil in zuurstofconcentratie bestaan tussen
het alveolaire vocht en het bloedplasma. De diffusie blijft doorgaan totdat de
hemoglobine geheel met zuurstof is verzadigd, want dan pas kan de
zuurstofconcentratie gelijk worden.
In een omgeving met een lage zuurstofconcentratie (haarvaten van organen)
wordt oxyhemoglobine omgezet in hemoglobine en zuurstof, waarbij veel
bindingen tussen zuurstofmoleculen en hemoglobine worden verbroken. De
vrijgekomen zuurstofmoleculen diffunderen via de weefselvloeistof naar de
cellen.
