Oefenbundel Biologie VWO (Nieuw 2022)
Gaswisseling en uitscheiding
Longemfyseem
Longemfyseem is bij ouderen een van de belangrijkste oorzaken van kortademigheid
en gebrek aan uithoudingsvermogen. Het ontstaan van longemfyseem is een
complex proces. Inmiddels is wel duidelijk dat de meeste vormen van emfyseem
veroorzaakt worden door de langdurige inwerking van chemische en/of fysische
factoren op het longweefsel, bijvoorbeeld jarenlang veelvuldig roken. Eén van de
gevolgen is afbraak van de tussenwanden van de longblaasjes waardoor de
fijnmazige structuur verandert en er grotere luchtkamers ontstaan. De elasticiteit van
het longweefsel neemt af en er kunnen ook blokkades in de kleinste bronchiolen
ontstaan. In de afbeelding zijn longtrechtertjes van een gezonde long (tekening 1) en
van een long van een emfyseempatiënt (tekening 2) schematisch weergegeven.
Het ontstaan van de grotere luchtkamers bij longemfyseem heeft invloed op de
gaswisseling in het longweefsel.
1. Is de gaswisseling in de situatie van een luchtkamer groter of kleiner dan de
gaswisseling in de gezonde longblaasjes waaruit deze luchtkamer is
ontstaan?
2. Waardoor wordt dat verschil in gaswisseling veroorzaakt?
A het volume van de longtrechtertjes is toegenomen
B het diffusieoppervlak is in de situatie van de luchtkamer toegenomen
C de ingeademde lucht ondervindt minder weerstand in de longtrechtertjes
D de verhouding tussen oppervlak en volume is in de situatie van de
luchtkamer afgenomen
De veranderingen bij longemfyseem hebben niet alleen gevolgen voor de ventilatie en
de gaswisseling. Doordat het aantal longblaasjes drastisch afneemt, verdwijnen ook
longhaarvaatjes en zijn er dus ook gevolgen voor de perfusie (bloeddoorstroming)
van de longen.
,Bij longemfyseem verandert daardoor de verhouding tussen ventilatie (Va) en
perfusie (Q). Hierbij is Va de alveolaire ventilatie in liter per minuut, en Q is de
bloedstroom door de longen in liter per minuut. Bij een gezonde persoon zijn perfusie
en ventilatie in evenwicht: zie tekening 1 in afbeelding 2. In tekening 2 is schematisch
een situatie weergegeven die bij longemfyseem kan voorkomen: er is een
vernauwing van een deel van de bronchiolen. In de tekening is een daarvoor
compenserend mechanisme weergegeven, dat optreedt bij longemfyseem.
3. Wordt de ratio Va/Q bij longemfyseem (zie tekening 2) groter of kleiner dan
normaal (tekening 1), of blijft de ratio Va/Q ongeveer gelijk?
A de Va/Q wordt groter
B de Va/Q wordt kleiner
C de Va/Q blijft ongeveer gelijk
4. Leg uit hoe het compenserend mechanisme (tekening 3) negatieve gevolgen
voor de gaswisseling van de situatie daarvóór (tekening 2) gedeeltelijk
wegneemt.
Meer donorlongen
Kim heeft cystische fibrose (CF), een aandoening waarbij de longinhoud langzaam
minder wordt. Kim stond jarenlang op een wachtlijst voor donorlongen. In het najaar
van 2010 was het eindelijk zover en kreeg ze een longtransplantatie. Kim zet zich in
voor een beter donorregistratiesysteem in Nederland, zodat er meer donoren komen
en de wachtlijsten voor transplantatie slinken. CF wordt ook wel taaislijmziekte
genoemd, omdat het slijm dat onder andere in de luchtwegen wordt afgescheiden
abnormaal taai is. Daardoor wordt het moeilijker afgevoerd uit de longen en blijft er
meer slijm achter in de longblaasjes en vermindert de uitwisseling van gassen. Dat
leidt tot een voortdurend gevoel van benauwdheid.
, Factoren die van invloed zijn op de snelheid van de gaswisseling zijn de
diffusieconstante (D), het diffusie-oppervlak (O), het drukverschil (p1-p2) en de
afstand of diffusieweg (A), zoals beschreven in de Wet van Fick:
diffusiesnelheid = D*O*(p1-p2)/A
5. Geef een verklaring voor de benauwdheid van een CF-patiënt aan de hand
van de verandering van één van deze factoren die invloed hebben op de
gaswisseling.
De bloed-hersenbarrière
Hersenziekten zijn in het algemeen lastig te behandelen met medicijnen. Dit komt
doordat het grootste deel van het bloedvatenstelsel in de hersenen heel erg gesloten
is. Dit wordt de bloed-hersenbarrière genoemd. Geneesmiddelen bedoeld om
hersenaandoeningen te bestrijden, komen hierdoor moeilijk op de plaats waar ze
nodig zijn.
De uitwisseling van stoffen vanuit en naar haarvaten vindt plaats via openingen
tussen de capillaire endotheelcellen of doordat deze endotheelcellen zelf stoffen
doorlaten. Er is een grote variatie in de grootte van de openingen tussen
endotheelcellen en daardoor in de mate waarin deze endothelen stoffen doorlaten.
Zo zijn in de haarvaten van de lever de openingen tussen de endotheelcellen relatief
groot, terwijl deze in de hersenen op de meeste plekken zeer klein zijn en voorzien
van ‘tight junctions’. Bij een tight junction zijn van twee cellen de membranen
plaatselijk zodanig met elkaar verbonden dat ze een barrière vormen voor allerlei
stoffen. Om deze capillaire endotheelcellen in de hersenen liggen uitlopers van
speciale hersencellen, de stervormige astrocyten. Deze uitlopers vormen een extra
laag om de haarvaten. In de afbeelding is de doorsnede van een capillair in de
hersenen schematisch weergegeven. De endotheelcellen en astrocyten vormen
tezamen de bloedhersenbarrière
In de haarvaten van de lever zijn de openingen tussen de endotheelcellen relatief
groot, terwijl deze in de hersenen zeer klein zijn en voorzien van tight junctions.
6. Leg aan de hand van één van de functies van de lever uit dat grote openingen
in de levercapillairen functioneel zijn.
7. Leg aan de hand van één van de functies van de hersenen uit dat het van
belang is dat in de hersencapillairen de openingen zeer klein zijn.
Gaswisseling en uitscheiding
Longemfyseem
Longemfyseem is bij ouderen een van de belangrijkste oorzaken van kortademigheid
en gebrek aan uithoudingsvermogen. Het ontstaan van longemfyseem is een
complex proces. Inmiddels is wel duidelijk dat de meeste vormen van emfyseem
veroorzaakt worden door de langdurige inwerking van chemische en/of fysische
factoren op het longweefsel, bijvoorbeeld jarenlang veelvuldig roken. Eén van de
gevolgen is afbraak van de tussenwanden van de longblaasjes waardoor de
fijnmazige structuur verandert en er grotere luchtkamers ontstaan. De elasticiteit van
het longweefsel neemt af en er kunnen ook blokkades in de kleinste bronchiolen
ontstaan. In de afbeelding zijn longtrechtertjes van een gezonde long (tekening 1) en
van een long van een emfyseempatiënt (tekening 2) schematisch weergegeven.
Het ontstaan van de grotere luchtkamers bij longemfyseem heeft invloed op de
gaswisseling in het longweefsel.
1. Is de gaswisseling in de situatie van een luchtkamer groter of kleiner dan de
gaswisseling in de gezonde longblaasjes waaruit deze luchtkamer is
ontstaan?
2. Waardoor wordt dat verschil in gaswisseling veroorzaakt?
A het volume van de longtrechtertjes is toegenomen
B het diffusieoppervlak is in de situatie van de luchtkamer toegenomen
C de ingeademde lucht ondervindt minder weerstand in de longtrechtertjes
D de verhouding tussen oppervlak en volume is in de situatie van de
luchtkamer afgenomen
De veranderingen bij longemfyseem hebben niet alleen gevolgen voor de ventilatie en
de gaswisseling. Doordat het aantal longblaasjes drastisch afneemt, verdwijnen ook
longhaarvaatjes en zijn er dus ook gevolgen voor de perfusie (bloeddoorstroming)
van de longen.
,Bij longemfyseem verandert daardoor de verhouding tussen ventilatie (Va) en
perfusie (Q). Hierbij is Va de alveolaire ventilatie in liter per minuut, en Q is de
bloedstroom door de longen in liter per minuut. Bij een gezonde persoon zijn perfusie
en ventilatie in evenwicht: zie tekening 1 in afbeelding 2. In tekening 2 is schematisch
een situatie weergegeven die bij longemfyseem kan voorkomen: er is een
vernauwing van een deel van de bronchiolen. In de tekening is een daarvoor
compenserend mechanisme weergegeven, dat optreedt bij longemfyseem.
3. Wordt de ratio Va/Q bij longemfyseem (zie tekening 2) groter of kleiner dan
normaal (tekening 1), of blijft de ratio Va/Q ongeveer gelijk?
A de Va/Q wordt groter
B de Va/Q wordt kleiner
C de Va/Q blijft ongeveer gelijk
4. Leg uit hoe het compenserend mechanisme (tekening 3) negatieve gevolgen
voor de gaswisseling van de situatie daarvóór (tekening 2) gedeeltelijk
wegneemt.
Meer donorlongen
Kim heeft cystische fibrose (CF), een aandoening waarbij de longinhoud langzaam
minder wordt. Kim stond jarenlang op een wachtlijst voor donorlongen. In het najaar
van 2010 was het eindelijk zover en kreeg ze een longtransplantatie. Kim zet zich in
voor een beter donorregistratiesysteem in Nederland, zodat er meer donoren komen
en de wachtlijsten voor transplantatie slinken. CF wordt ook wel taaislijmziekte
genoemd, omdat het slijm dat onder andere in de luchtwegen wordt afgescheiden
abnormaal taai is. Daardoor wordt het moeilijker afgevoerd uit de longen en blijft er
meer slijm achter in de longblaasjes en vermindert de uitwisseling van gassen. Dat
leidt tot een voortdurend gevoel van benauwdheid.
, Factoren die van invloed zijn op de snelheid van de gaswisseling zijn de
diffusieconstante (D), het diffusie-oppervlak (O), het drukverschil (p1-p2) en de
afstand of diffusieweg (A), zoals beschreven in de Wet van Fick:
diffusiesnelheid = D*O*(p1-p2)/A
5. Geef een verklaring voor de benauwdheid van een CF-patiënt aan de hand
van de verandering van één van deze factoren die invloed hebben op de
gaswisseling.
De bloed-hersenbarrière
Hersenziekten zijn in het algemeen lastig te behandelen met medicijnen. Dit komt
doordat het grootste deel van het bloedvatenstelsel in de hersenen heel erg gesloten
is. Dit wordt de bloed-hersenbarrière genoemd. Geneesmiddelen bedoeld om
hersenaandoeningen te bestrijden, komen hierdoor moeilijk op de plaats waar ze
nodig zijn.
De uitwisseling van stoffen vanuit en naar haarvaten vindt plaats via openingen
tussen de capillaire endotheelcellen of doordat deze endotheelcellen zelf stoffen
doorlaten. Er is een grote variatie in de grootte van de openingen tussen
endotheelcellen en daardoor in de mate waarin deze endothelen stoffen doorlaten.
Zo zijn in de haarvaten van de lever de openingen tussen de endotheelcellen relatief
groot, terwijl deze in de hersenen op de meeste plekken zeer klein zijn en voorzien
van ‘tight junctions’. Bij een tight junction zijn van twee cellen de membranen
plaatselijk zodanig met elkaar verbonden dat ze een barrière vormen voor allerlei
stoffen. Om deze capillaire endotheelcellen in de hersenen liggen uitlopers van
speciale hersencellen, de stervormige astrocyten. Deze uitlopers vormen een extra
laag om de haarvaten. In de afbeelding is de doorsnede van een capillair in de
hersenen schematisch weergegeven. De endotheelcellen en astrocyten vormen
tezamen de bloedhersenbarrière
In de haarvaten van de lever zijn de openingen tussen de endotheelcellen relatief
groot, terwijl deze in de hersenen zeer klein zijn en voorzien van tight junctions.
6. Leg aan de hand van één van de functies van de lever uit dat grote openingen
in de levercapillairen functioneel zijn.
7. Leg aan de hand van één van de functies van de hersenen uit dat het van
belang is dat in de hersencapillairen de openingen zeer klein zijn.
