Respiratoire fysiologie
ALGEMEEN
Ven$la$e = proces dat afspeelt t.h.v. longen (ademhaling)
Respira$e = ven8la8e + transport O2 en CO2 van en naar longen + verbruik O2 in weefsels
- Interne respira8e = oxyda8eve fosforyla8e (mitochondria)
- Externe respira8e = transport O2 en CO2 van de atmosfeer naar weefsels
Het systeem bestaat uit 2 pompsystemen in serie: luchtpomp (longen) en vloeistofpomp (circula8e (zie figuur 26-4 HB p596)
Ventilatie Cardiovasculair systeem
Luchtpomp à volgt gaswetten Vloeistofpomp à volgens wetten hydro (hemo) dynamica
Geen kleppen à bidirectionele luchtstroom + dode ruimte Kleppen à efficiënte unidirectionele flow
(verbruikt ± 30% van normale ademhaling)
!" !"
Zuigpomp: negatieve !# à onderdruk, negatieve drukken Positieve !# à bovendruk, positieve drukken
worden gecreëerd à Dikke BW- en spierlaag rond aorta om barsten te
à kraakbeenringen in trachea om ze open te houden voorkomen
Niet spontaan actief à regulatorisch centrum in de medulla Spontaan actief
oblongata à geen spontane pacemakeractiviteit à eigen pacemakeractiviteit, SA-knoop zit in hart en zorgt
ervoor dat hartritme gegenereerd wordt.
Gasuitwisseling door diffusie (tussen de alveoli en perifere capillairen): rate limi8ng!
- Alveoli: wand zeer dun, maar zeer groot opp: gasuitwisseling tss alveolaire ruimte en pulmonale capillairen
- Systemische capillairen: voor gasuitwisseling met de weefsels
De n. frenicus speelt belangrijke rol bij de ademhaling (innerveert het diafragma)
BELANGRIJKSTE ELEMENTEN RESPIRATOIR SYSTEEM
- Een luchtpomp: voor alveolaire ventilatie
o Inspiratie: contractie AH spieren→ ↓ Pthorax → passieve uitzetting alveoli → ↓Palveoli en < Patm: lucht aanzuigen
o Expiratie: door relaxatie AH spieren
- Mechanisme om O2/CO2 te transporteren in het bloed: via Hb in de RBC
- Oppervlak voor gasuitwisseling: alveoli en capillairen
- Een circulatoir systeem: het hart en de pulmonaire en systemische circulatie
- Mechanisme voor lokale regulatie vd distributie van ventilatie en perfusie
o Efficiënte gasuitwisseling vereist een uniforme ventilatie-perfusie ratio over “alle” alveoli
o Dit is in realiteit NIET: oplossing: feedback-controle mechanismen die lokale lucht-en bloedflow reguleren
o Zo wordt de ratio zo veel mogelijk uniform gehouden
- Mechanisme voor de centrale regulatie van ventilatie
o Via respiratoire controle centra in het centrale zenuwstelsel
o Passen patroon van ventilatie aan naar de nood
o Sensoren voor PO2, PCO2, pH zijn een deel van feedback loops die deze parameters stabiliseren
GASWETTEN
Universele gaswet: pV = nRT met R = universele gas Cte voor een ideaal gas geldt: V~T en pV = Cte
1
,PARTIËLE DRUKKEN
Druk van een bepaald gas (Px) in een gasmengsel wordt ENKEL bepaald door concentra8e en temperatuur van dat gas. De
par8ële druk van een gas is dus onajankelijk van andere gassen in het mengsel
Px = Fx * Patm (Patm= 760mmHg) Patm = F1 * Patm + F2 * Patm +...
De samenstelling vh gasmengels van de atmosfeer is constant in heel de atmosfeer en bestaat vnl uit O2 (21%) en N2 (79%) en
klein percentage CO2 en een aantal andere gassen
pO2 van wel veranderen: bv. op grote hoogte, doordat patm verandert.
WATERDAMPSPANNING
- Bij inademen wordt de lucht opgewarmd tot ongeveer 37°C en wordt het verzadigd met waterdamp
- Waterdampspanning is in de fysica speciaal in vergelijking met andere dampspanningen
- Bij 37 °C is de partiële druk te wijten aan waterdampspanning 47mmHg (PH2O)
- Dit neemt ruimte in dus hier kan geen ander gas zitten (à drm formule in vivo)
In vivo par8ële drukken: Px = Fx * (Patm – PH2O)
Par8ële drukken verschillen
- Zuurstofspanning is niet overal gelijk
o In luchtwegen ® zuurstof: 150mmHg
o Alveoli ® zuurstof: 100 mmHg en CO2 spanning ong 40 mmHg
Tabel par8ële drukken van de belangrijkste gassen en het effect van de waterdampspanning
*correc8e is nodig want de ingeademde lucht wordt in de alveoli bevoch8gd (gesatureerd) (zie hierboven)
- ATPS = atmosferische temperatuur, druk (pressure) en saturatie
- BTPS = lichaams (body) temperatuur, druk en saturatie→ 37°C , PH2O = 47 mmHg
- STPD = standaard temperatuur, druk, droge lucht→ 0°C, 760 mmHg, → PH2O = 0 mmHg
FUNCTIONELE ANATOMIE (Z IE FIG U U R 26-5 H B P598)
Lucht komt binnen via neus en mond à trachea à bronchi (externe versteviging met kraakbeen) à bronchioli (geen kraakbeen,
deze zijn ook niet relevant ivm gasuitwisseling) à terminale bronchioli à vertakkingen tot alveoli
Er zijn 23 genera$es aan vertakkingen vanaf de trachea tot aan de alveoli. Naarmate het genera8enummer s8jgt, daalt de
diameter vd luchtwegen en vermiderd de hoeveelheid mucus-secreterende cellen in het weefsel.
Vanaf de trachea beweegt lucht met een snelheid door aanzuigen van lucht (inspira8e). De snelheid daalt met het
genera8enummer (m.a.w. daalt met s8jging vh opp) Vanaf terminale respiratoire eenheid gebeurt beweging door diffusie i.p.v.
convec8e
2
, ANATOMISCH DODE RUIMTE (= CONDUCTING AIRWAYS) (G EN E RAT IES 0-16)
In de eerste vertakkingsgenera8es (0 tot 16) zijn geen alveoli aanwezig
- Deze vertakkingen zijn dus puur een doorgeefsysteem, waar geen gasuitwisseling zal plaatsvinden
- Men spreekt van de anatomisch dode ruimte: neus, farynx, larynx, trachea, bronchi, bronchioli, terminale bronchioli
Func$e van de anatomisch dode ruimte:
- Zuiveren, opwarmen (tot 37°C), H2O saturatie (verzadigd met water tot 47mmHg)
o Zuiveren: voorkomen dat kleinere luchtwegen verstropt geraken
o Opwarmen: O2 is beter oplosbaar in bloed bij lagere T, daarna komt zal het door opwarming in bloed de
oplosbaarheid dalen, wat kans geeft op op luchtbelletjes/embolen. Daarom lucht reeds opwarmen
o Bevochtigd: voorkomen dat de alveoli uitdrogen
- Cellaag met cilia: transport van stofpartikels/microben d.m.v. mucus naar keelholte, daar worden ze geëlimineerd
Vanaf de bronchioli (genera8e 11) is er geen kraakbeen (KB) meer aanwezig (er is nog steeds geen gasuitwisseling)
- De bronchioli blijven geopend door compressie en dilatatie ten gevolge van de transmurale drukgradiënt
Ademen via de neus is efficiënter
- Heeft groter oppervlak en rijke bloedvoorziening
- Neusfarynx lymfatisch systeem kan immunologische aanval doen op microben die worden ingeademd
VOLUME
= 150ml dat achterblijt in de anatomisch dode ruimte (= geleidende luchtwegen)
- Voor elke 500ml die per AH ingeademd wordt, bereiekt slecht 350ml de alveoli
- Bij inademen: 500ml in de alveoli terecht: 150ml ‘oude lucht’ die bij vorige AH in alveoli zat + 350ml nieuwe lucht
o PO2 en PCO2 ↓ lichtjes
- Bij uitademen: 500ml terug naar buiten: 150ml verse lucht die tijdens inspiratie in dode ruimte kwam + 350ml gemixte
alveolaire lucht (150ml van de alveolaire lucht blijft in dode ruimte)
o PO2 ↓ en PCO2 lichtjes
ALVEOLAIRE RUIMTE (G E N E R ATIES 1 7-23)
= respiratoire bronchiolus, alveolaire ductus, alveoli
- Geen kraakbeen ondersteuning
- De vertakkingen van de alveolaire ruimte beschikken over een dun epitheel
o Pneumocyt type I: extreem afgeplat, afstand tussen lucht in alveoli en RBC miniem (0,3 – 0,6 µm)
o Pneumocyt type II: meer kubisch, verantwoordelijk voor productie surfactant (long makkelijker uitzetten)
- Mens ongeveer 300 000 000 alveoli (~ 70m2)
- Gastuiwisseling: zuurstof zal diffunderen overheen diffusiebarrière (bloed-lucht) naar de RBC in alveolaire capillairen
o Diffusiebarrière is minimaalàdiffusie gebeurt efficiënt
o Wat kan er mislopen: als er vochtopstapeling is in interstitiële ruimte (vb longoedeem)
PERFUSIE (BLOEDTOEVOER) (ZIE F IG U U R 26-7 H B P599)
ALVEOLI
- Pulmonaire circulatie
o O2-arme bloed komt via a. pulmonalis in de capillaire bedden rond de alveoli
o Hier zal het bloed zuurstof opnemen (geoxygeneerd)
o O2-rijke bloed gaat via v. pulmonalis naar het LA en dan naar het LV om dan naar de aorta en weefsels te gaan
3
ALGEMEEN
Ven$la$e = proces dat afspeelt t.h.v. longen (ademhaling)
Respira$e = ven8la8e + transport O2 en CO2 van en naar longen + verbruik O2 in weefsels
- Interne respira8e = oxyda8eve fosforyla8e (mitochondria)
- Externe respira8e = transport O2 en CO2 van de atmosfeer naar weefsels
Het systeem bestaat uit 2 pompsystemen in serie: luchtpomp (longen) en vloeistofpomp (circula8e (zie figuur 26-4 HB p596)
Ventilatie Cardiovasculair systeem
Luchtpomp à volgt gaswetten Vloeistofpomp à volgens wetten hydro (hemo) dynamica
Geen kleppen à bidirectionele luchtstroom + dode ruimte Kleppen à efficiënte unidirectionele flow
(verbruikt ± 30% van normale ademhaling)
!" !"
Zuigpomp: negatieve !# à onderdruk, negatieve drukken Positieve !# à bovendruk, positieve drukken
worden gecreëerd à Dikke BW- en spierlaag rond aorta om barsten te
à kraakbeenringen in trachea om ze open te houden voorkomen
Niet spontaan actief à regulatorisch centrum in de medulla Spontaan actief
oblongata à geen spontane pacemakeractiviteit à eigen pacemakeractiviteit, SA-knoop zit in hart en zorgt
ervoor dat hartritme gegenereerd wordt.
Gasuitwisseling door diffusie (tussen de alveoli en perifere capillairen): rate limi8ng!
- Alveoli: wand zeer dun, maar zeer groot opp: gasuitwisseling tss alveolaire ruimte en pulmonale capillairen
- Systemische capillairen: voor gasuitwisseling met de weefsels
De n. frenicus speelt belangrijke rol bij de ademhaling (innerveert het diafragma)
BELANGRIJKSTE ELEMENTEN RESPIRATOIR SYSTEEM
- Een luchtpomp: voor alveolaire ventilatie
o Inspiratie: contractie AH spieren→ ↓ Pthorax → passieve uitzetting alveoli → ↓Palveoli en < Patm: lucht aanzuigen
o Expiratie: door relaxatie AH spieren
- Mechanisme om O2/CO2 te transporteren in het bloed: via Hb in de RBC
- Oppervlak voor gasuitwisseling: alveoli en capillairen
- Een circulatoir systeem: het hart en de pulmonaire en systemische circulatie
- Mechanisme voor lokale regulatie vd distributie van ventilatie en perfusie
o Efficiënte gasuitwisseling vereist een uniforme ventilatie-perfusie ratio over “alle” alveoli
o Dit is in realiteit NIET: oplossing: feedback-controle mechanismen die lokale lucht-en bloedflow reguleren
o Zo wordt de ratio zo veel mogelijk uniform gehouden
- Mechanisme voor de centrale regulatie van ventilatie
o Via respiratoire controle centra in het centrale zenuwstelsel
o Passen patroon van ventilatie aan naar de nood
o Sensoren voor PO2, PCO2, pH zijn een deel van feedback loops die deze parameters stabiliseren
GASWETTEN
Universele gaswet: pV = nRT met R = universele gas Cte voor een ideaal gas geldt: V~T en pV = Cte
1
,PARTIËLE DRUKKEN
Druk van een bepaald gas (Px) in een gasmengsel wordt ENKEL bepaald door concentra8e en temperatuur van dat gas. De
par8ële druk van een gas is dus onajankelijk van andere gassen in het mengsel
Px = Fx * Patm (Patm= 760mmHg) Patm = F1 * Patm + F2 * Patm +...
De samenstelling vh gasmengels van de atmosfeer is constant in heel de atmosfeer en bestaat vnl uit O2 (21%) en N2 (79%) en
klein percentage CO2 en een aantal andere gassen
pO2 van wel veranderen: bv. op grote hoogte, doordat patm verandert.
WATERDAMPSPANNING
- Bij inademen wordt de lucht opgewarmd tot ongeveer 37°C en wordt het verzadigd met waterdamp
- Waterdampspanning is in de fysica speciaal in vergelijking met andere dampspanningen
- Bij 37 °C is de partiële druk te wijten aan waterdampspanning 47mmHg (PH2O)
- Dit neemt ruimte in dus hier kan geen ander gas zitten (à drm formule in vivo)
In vivo par8ële drukken: Px = Fx * (Patm – PH2O)
Par8ële drukken verschillen
- Zuurstofspanning is niet overal gelijk
o In luchtwegen ® zuurstof: 150mmHg
o Alveoli ® zuurstof: 100 mmHg en CO2 spanning ong 40 mmHg
Tabel par8ële drukken van de belangrijkste gassen en het effect van de waterdampspanning
*correc8e is nodig want de ingeademde lucht wordt in de alveoli bevoch8gd (gesatureerd) (zie hierboven)
- ATPS = atmosferische temperatuur, druk (pressure) en saturatie
- BTPS = lichaams (body) temperatuur, druk en saturatie→ 37°C , PH2O = 47 mmHg
- STPD = standaard temperatuur, druk, droge lucht→ 0°C, 760 mmHg, → PH2O = 0 mmHg
FUNCTIONELE ANATOMIE (Z IE FIG U U R 26-5 H B P598)
Lucht komt binnen via neus en mond à trachea à bronchi (externe versteviging met kraakbeen) à bronchioli (geen kraakbeen,
deze zijn ook niet relevant ivm gasuitwisseling) à terminale bronchioli à vertakkingen tot alveoli
Er zijn 23 genera$es aan vertakkingen vanaf de trachea tot aan de alveoli. Naarmate het genera8enummer s8jgt, daalt de
diameter vd luchtwegen en vermiderd de hoeveelheid mucus-secreterende cellen in het weefsel.
Vanaf de trachea beweegt lucht met een snelheid door aanzuigen van lucht (inspira8e). De snelheid daalt met het
genera8enummer (m.a.w. daalt met s8jging vh opp) Vanaf terminale respiratoire eenheid gebeurt beweging door diffusie i.p.v.
convec8e
2
, ANATOMISCH DODE RUIMTE (= CONDUCTING AIRWAYS) (G EN E RAT IES 0-16)
In de eerste vertakkingsgenera8es (0 tot 16) zijn geen alveoli aanwezig
- Deze vertakkingen zijn dus puur een doorgeefsysteem, waar geen gasuitwisseling zal plaatsvinden
- Men spreekt van de anatomisch dode ruimte: neus, farynx, larynx, trachea, bronchi, bronchioli, terminale bronchioli
Func$e van de anatomisch dode ruimte:
- Zuiveren, opwarmen (tot 37°C), H2O saturatie (verzadigd met water tot 47mmHg)
o Zuiveren: voorkomen dat kleinere luchtwegen verstropt geraken
o Opwarmen: O2 is beter oplosbaar in bloed bij lagere T, daarna komt zal het door opwarming in bloed de
oplosbaarheid dalen, wat kans geeft op op luchtbelletjes/embolen. Daarom lucht reeds opwarmen
o Bevochtigd: voorkomen dat de alveoli uitdrogen
- Cellaag met cilia: transport van stofpartikels/microben d.m.v. mucus naar keelholte, daar worden ze geëlimineerd
Vanaf de bronchioli (genera8e 11) is er geen kraakbeen (KB) meer aanwezig (er is nog steeds geen gasuitwisseling)
- De bronchioli blijven geopend door compressie en dilatatie ten gevolge van de transmurale drukgradiënt
Ademen via de neus is efficiënter
- Heeft groter oppervlak en rijke bloedvoorziening
- Neusfarynx lymfatisch systeem kan immunologische aanval doen op microben die worden ingeademd
VOLUME
= 150ml dat achterblijt in de anatomisch dode ruimte (= geleidende luchtwegen)
- Voor elke 500ml die per AH ingeademd wordt, bereiekt slecht 350ml de alveoli
- Bij inademen: 500ml in de alveoli terecht: 150ml ‘oude lucht’ die bij vorige AH in alveoli zat + 350ml nieuwe lucht
o PO2 en PCO2 ↓ lichtjes
- Bij uitademen: 500ml terug naar buiten: 150ml verse lucht die tijdens inspiratie in dode ruimte kwam + 350ml gemixte
alveolaire lucht (150ml van de alveolaire lucht blijft in dode ruimte)
o PO2 ↓ en PCO2 lichtjes
ALVEOLAIRE RUIMTE (G E N E R ATIES 1 7-23)
= respiratoire bronchiolus, alveolaire ductus, alveoli
- Geen kraakbeen ondersteuning
- De vertakkingen van de alveolaire ruimte beschikken over een dun epitheel
o Pneumocyt type I: extreem afgeplat, afstand tussen lucht in alveoli en RBC miniem (0,3 – 0,6 µm)
o Pneumocyt type II: meer kubisch, verantwoordelijk voor productie surfactant (long makkelijker uitzetten)
- Mens ongeveer 300 000 000 alveoli (~ 70m2)
- Gastuiwisseling: zuurstof zal diffunderen overheen diffusiebarrière (bloed-lucht) naar de RBC in alveolaire capillairen
o Diffusiebarrière is minimaalàdiffusie gebeurt efficiënt
o Wat kan er mislopen: als er vochtopstapeling is in interstitiële ruimte (vb longoedeem)
PERFUSIE (BLOEDTOEVOER) (ZIE F IG U U R 26-7 H B P599)
ALVEOLI
- Pulmonaire circulatie
o O2-arme bloed komt via a. pulmonalis in de capillaire bedden rond de alveoli
o Hier zal het bloed zuurstof opnemen (geoxygeneerd)
o O2-rijke bloed gaat via v. pulmonalis naar het LA en dan naar het LV om dan naar de aorta en weefsels te gaan
3
