HCO14 & 15 gaswisseling
Gasuitwisseling, de uitwisseling van gassen over bepaalde membranen.
Ademhaling, dit proces is breder dan gasuitwisseling, aangezien hiertoe ook de ademhalingsbewegingen behoren.
Ademhalingsoppervlakte, om gassen uit te kunnen wisselen heb je een oppervlakte nodig waarlangs dat kan
gebeuren. Belangrijke kenmerken van dit oppervlakte zijn dat er een drukverschil/gradiënt aanwezig is, dat het
oppervlakte groot is en dat het ook dun is. Verder is het voor het behoud van de cellen van belang dat het ook
vochtig is, dit is echter wel een extra medium waar het gas doorheen moet.
Circulatiesysteem, als dier heb je niet altijd een circulatiesysteem nodig voor gasuitwisseling. Als het dier
bijvoorbeeld heel plat/dun is, zodat alle cellen d.m.v. diffusie bereikt kunnen worden, is er geen circulatiesysteem
nodig. Denk bijvoorbeeld aan platwormen, sponzen etc. Verder is het ook afhankelijk van het type ademhaling van
een dier, zo hebben niet alle insecten een circulatiesysteem nodig (tracheeënstelsel).
Partiële gasdruk, er zitten veel gassen in de lucht, maar meestal vermelden we
alleen stikstof, zuurstof, koolstofdioxide en waterdamp. Deze zitten in
verschillende percentages in de lucht en volgens de Wet van Dalton kan je
daarmee de totale druk uitrekenen. Zo is het percentage van CO2 op zeeniveau 0,03% en de partiële druk is dus
0,03% van de totale druk. Het percentage van waterdamp is bijna te verwaarlozen, het percentage van zuurstof is
21% en het percentage van stikstof 79%. Met behulp van deze percentages kun je de partiële druk bereken. De
totale druk op zeeniveau is 760 mm Hg (1 atmosfeer) en in de bovenste afbeelding zie je dus de partiële druk van
zuurstof en stikstof.
Wet van Dalton, de totale druk is de som van individuele gasdrukken: 𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑎𝑙 = 𝑃𝑁2 + 𝑃𝑂2 + 𝑃𝐶𝑂2 + 𝑃𝐻2 𝑂
Partiële druk ingeademde lucht, hier verschillen de partiële drukken met de lucht
van buiten. Als je namelijk lucht inademt via je neus komt het in aanraking met
slijmvliezen en wordt er een hoeveelheid waterdamp aan de lucht toegevoegd. De
druk van deze toegevoegde waterdamp is ongeveer 47 mm Hg en zorgt ervoor dat de lucht in je longen vochtig is.
Hierdoor veranderen echter de partiële drukken van zuurstof en stikstof, omdat de partiële druk van water nu eerst
van de totale druk afgehaald moet worden, zoals in de roze afbeelding te zien is.
Concentratie gas in water, gassen zijn niet goed oplosbaar in water en de oplosbaarheid verschilt
ook per gas. Om de concentratie van een gas in water te berekenen heb je de druk en
oplosbaarheids-coëfficiënt (α) nodig. De concentratie is namelijk uit te rekenen volgens:
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑒 = 𝑑𝑟𝑢𝑘 ∗ 𝑜𝑝𝑙𝑜𝑠𝑏𝑎𝑎𝑟ℎ𝑒𝑖𝑑𝑐𝑜ë𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖ë𝑛𝑡 𝛼. Die α staat voor de hoeveelheid ml gas in
100 ml vloeistof bij een druk van 1 Atm (760 mm Hg) van het betreffende gas als het opgelost is in water. De α van
zuurstof is dus uitgedrukt in de hoeveelheid zuurstof die in 100 ml water aanwezig is wanneer er een druk van 1 Atm
zuurstof aanwezig is buiten het water. In de gele afbeelding zijn meerdere oplosbaarheidscoëfficiënten
weergegeven, hierin zie je dat zuurstof moeilijk oplost in water, terwijl koolstofdioxide juist heel makkelijk oplost.
Zuurstof, met bovenstaande informatie kunnen we de concentratie zuurstof in 1 L water uitrekenen. Op zeeniveau is
160
dat namelijk 760 ∗ 24 = 5 𝑚𝑙 zuurstof in 1 L water (‘160’ in de berekening is afkomstig van de partiële zuurstofdruk).
Dat is veel minder dan de 24 ml zuurstof die in het water aanwezig zou zijn als er 1 Atm zuurstofdruk aanwezig.
Zuurstof maakt namelijk maar 21% van de totale druk en 21% van 24 ml is dan ook 5 ml. Dit neemt ook nog eens af
naar mate het water warmer en zouter wordt. In de lucht zit 40 keer zo veel zuurstof (210 ml) dan in water. In ons
bloed is zuurstof dus erg slecht oplosbaar, want bovenstaande berekening is rond 4 graden Celsius gedaan en wij
hebben ook nog eens zouten in ons bloed.
Zuurstoftransport, in rust is ons zuurstofgebruik ongeveer 250 ml/min en ons lichaam zou bij lange na niet aan
genoeg zuurstof komen als het zuurstoftransport alleen afhankelijk zou zijn van de opgeloste zuurstof in ons bloed.
Het is daarom maar goed ook dat we hemoglobine hebben wat zuurstof kan binden.
Respiratoire systemen, in het dierenrijk zijn meerdere soorten respiratoire systemen aanwezig, bijvoorbeeld:
- Diffusie, zoals we al besproken hebben, doet de platworm hier bijvoorbeeld aan.
- Kieuwen, een apart voorbeeld van een dier met kieuwen is de axolotl die ook longen heeft.
- Tracheeënstelsel, dit stelsel loopt tot in de cellen van een insect.
- Huidademhaling, kikkers doen buiten ademhaling via de longen
ook aan huidademhaling.
Ademhaling in water, vissen doen aan gaswisseling middels het
tegenstroomprincipe. In de kieuwen zitten kieuwbogen waar
kieuwfilamenten aan bevestigd zijn. In de kieuwfilamenten zitten meerdere
lamellen. Hierin zie je dat het zuurstofarme bloed in de capillairen tegen de
, richting van het water instroomt. Op deze manier is de partiële
druk van zuurstof in het water altijd hoger dan die van de
bloedvaten en is de uitwisseling erg efficiënt.
Tracheeënstelsel, hierbij loopt een buizenstelsel door het gehele
lichaam waar ook luchtzakken aan verbonden zijn. Deze
luchtzakken zijn indirect aan het exoskelet verbonden en door
bewegingen die het insect maakt, worden de luchtzakken in- en
uitgetrokken. Doordat de luchtzak dan groter wordt, ontstaat er
onderdruk en wordt er lucht naar binnen gezogen. Een trachee vertakt steeds meer totdat
die in een cel eindigt, zoals in de afbeelding is weergegeven.
Parapodia, sommige zeedieren hebben parapodia en deze staan in
nauw contact met het water. Doordat deze dieren meestal heel veel
parapodia hebben, levert dat een groot oppervlakte op voor
gasuitwisseling. Je zou kunnen zeggen dat het de kieuwen zijn van
deze onderwater dieren.
Mantelholte, veel mollusca hebben een mantel. Zo hebben slakken
een slakkenhuis waar een holte in zit. Dit is een groot nat oppervlakte waar gasuitwisseling plaatsvindt. De
uitwisseling vindt plaats met de hemolymfe waarin hemocyanine zit.
Hemocyanine, heeft een vergelijkbare werking als hemoglobine.
Kreeften, zij hebben onder hun exoskelet nog kieuwen zitten.
Papula, zeesterren hebben papula en deze uitsteeksels zorgen voor een vergroot oppervlakte voor gasuitwisseling.
Boeklongen, spinnen hebben boeklongen en die naam is afkomstig van het feit de longen
lijken op blaadjes van een boek. Dit zorgt voor een vergroot oppervlakte waar passieve
diffusie plaats kan vinden. Hierbij zijn geen systemen aanwezig om de lucht in of uit te laten
bewegen. Er zit een opening naar buiten en dat is het.
Humane respiratoire systeem, het is het beste om altijd via de neus in te ademen zodat de
lucht goed bevochtigd wordt en het is ook belangrijk dat alle stofdeeltjes etc. die meekomen
met de ingeademde lucht eruit worden gehaald. Aan het begin van de slokdarm waar die op
den duur overgaat in de luchtpijp (trachea) zitten cilindrische epitheelcellen met microvilli waar
mucus geproduceerd wordt en naar boven afgevoerd wordt. Als je veel rookt worden deze
cellen als het ware verdoofd en kunnen de trilharen niet werken om het slijm naar boven toe te
werken. Vervolgens gaat de lucht dus de trachea in en door vertakkingen in de bronchiolen
komt het bij de longblaasjes. De rechterlong bestaat uit 3 lobben en de linker uit 2, omdat daar
ook je hart zit. Ook zie je in de afbeelding het diafragma en deze pezige plaat is erg belangrijke
om bv de longen naar beneden toe trekken.
Vliezen, de longen zijn omgeven door twee vliezen (pleura): pariëtale pleura en viscerale
pleura. Het viscerale vlies zit aan de kant van de longen en de pariëtale vlies zit aan de
buitenkant van je lichaamsholte vast. Deze twee vliezen zitten op elkaar en er zit een
laagje pleuravocht tussen. Er wordt ongeveer 25 ml van dit vocht per dag geproduceerd en
dit houdt de vliezen bij elkaar, maar wel op een manier dat ze nog langs elkaar kunnen bewegen. De
pariëtale pleura zit vast aan je ribbenkast en als je inademt, wordt deze naar buiten getrokken en trekt die
de viscerale pleura mee.
Dode ruimte, tot aan de alveoli kan er geen gasuitwisseling plaatsvinden en heb je dus allemaal
dode ruimte waar geen uitwisseling plaatsvindt. Zelfs in de alveolaire ruimte zit dode ruimte.
Alveoli, in de afbeelding zie je een bronchiole die steeds dieper de longen ingaat en op den
duur overgaat in alveoli. Ook zie je een longarterie (afkomstig van de rechter ventrikel) die
steeds verder vertakt, waardoor die uiteindelijk om elk alveoli heen zit. Dit capillaire systeem
komt dan weer bijeen in de longvene, waardoor het zuurstofrijke bloed richting het hart gaat.
In de longen van een roker gaan veel alveolicellen dood en komt bindweefsel ervoor in de
plaats, waardoor dus een veel kleiner oppervlakte ontstaat.
Rokers, ontwikkelen niet alleen minder slijm, maar hebben dus ook een kleiner
gasuitwisseling oppervlakte.
Alveolicel, in de afbeelding zie je epitheelcellen. Aan de andere kant van de
epitheelcellen zitten endotheelcellen waarmee de gasuitwisseling plaatsvindt. Ook
zie je alveolaire type II cellen en macrofagen. De type II cellen maken
longsurfactant aan en de macrofagen elimineren deeltjes die niet in de alveoli
