Hoofdstuk 3: Respiratoir stelsel
Inleiding
Ventilatie (ademhalingsbeweging) VS respiratie (ventilatie + O2/CO2 uitwisseling)
interne respiratie = oxidatieve fosforylatie
externe respiratie = transport van O2/CO2 naar en van weefsels
Het respiratoir systeem heeft 2 pompen in serie: - vloeistofpomp (circulatie)
- luchtpomp
Thv alveolaire capillairen: diffusie van zuurstof in de pulmonale
capillairen v. pulmonalis linker atrium mitralisklep linker
ventrikel aortaklep aorta arteriën arteriolen
capillairbed: diffusie van O2 naar weefsels en cellen
Opmerking: CO2 volgt de omgekeerde route
1. Ventilatie:
- luchtpomp volgen van gaswetten
- bevat GEEN kleppen bidirectionele luchtstroom + dode ruimte ventilatie (30%):
de lucht die binnen komt wordt voor een deel terug naar buiten
gestuurd + dode ruimte = lucht die verplaatst wordt maar niet
gebruikt wordt voor gasuitwisseling
- zuigpomp: negatieve dP/dx = lager dan de atmosferische druk
anatomie van trachea bevat kraakbeen ringen om de luchtpijp te ondersteunen
zodat ze niet ineen duikt
- NIET spontaan actief: regulatorisch centrum (AZS) in de medulla oblongata om het ritme
van de ademhaling te bepalen, er is dus GEEN spontane pacemaker
activiteit in de longen
2. Cardiovasculair systeem (ivm ademhaling):
- vloeistofpomp volgen van de wetten van de hemodynamica
- bevat kleppen efficiënte, unidirectionele flow van het bloed
- positieve dP/dx = hoger dan atmosferische druk
aorta is omgeven door dikke bindweefsel- en spierlaag zodat ze niet zou barsten
- spontaan actief: het hart heeft een intrinsieke ritmische activiteit (pacemaker: SA-knoop)
3. Gasuitwisselingsoppervlak:
- alveoli = extreem dun maar zeer groot oppervlak voor uitwisseling van gassen tussen
alveolaire ruimten en pulmonaire capillairen
- systemische capillairen: voor gasuitwisseling met de weefsels
gasuitwisseling door DIFFUSIE, dit is dan ook de snelheidsbepalende stap.
,Conclusie:
Het humane respiratoir systeem heeft 2 belangrijke karakteristieken:
1) het gebruikt zeer efficiënt convectie systemen voor het lange afstandstransport van O2/CO2
2) het gebruikt enkel diffusie voor transport van O2/CO2 over korte afstanden
De belangrijkste elementen van het respiratoir systeem:
- luchtpomp: voor alveolaire ventilatie
* inademen: contractie van AH spieren P thorax daalt alveoli zetten uit
P alveoli daalt = lucht aanzuigen
* uitademen: relaxatie van AH spieren P thorax stijgt alveoli krimpen
P alveoli stijgt = uitademen van lucht
- mechanisme om O2/CO2 te transporteren in het bloed: hemoglobine in RBC
- oppervlak voor gasuitwisseling: alveoli + capillairen
- een circulatie systeem: hart + pulmonaire en systemische circulatie
- mechanisme voor lokale regulatie van de distributie van ventilatie en perfusie:
efficiënte gasuitwisseling vereist een uniforme ventilatie-perfusie ratio over alle alveoli
in realiteit NIET zo: oplossing = feedback-controle mechanismen die lokale lucht- en
bloedflow reguleren ratio uniform houden
- mechanisme voor de centrale regulatie van ventilatie:
via respiratoire controle centra in het CZS: passen patroon van ventilatie aan afh van nood
sensoren voor p O2, pCO2 en pH zijn deel van feedback loops die deze parameters
stabiliseren
Gaswetten
Universele gaswet
Ideaal gas: volume is proportioneel met de absolute temperatuur (T) en pV is constant.
pV = nRT
Dus als in de longen de druk zakt naar 750 mmHg, gaan de longen automatisch in volume toenemen.
als vanuit rustsituatie het volume toeneemt, daalt automatisch de druk in de longen wat zorgt
voor een aanzuigend effect.
- Partiële drukken: de druk van een gas (Px) in mengsel van meerdere gassen wordt ENKEL bepaald
door de concentratie van dat gas.
Px = Fx . Patm waarbij Patm = 760 mmHg
Fx = fractie van het gas x
De atmosfeer is een gasmengsel en deze samenstelling is constant in heel de atmosfeer.
- F O2 = 21% ; F N2 = 79%, FCO2 <<< 1%
- p O2 kan veranderen (vb. op grote hoogte) omdat Patm verandert!
- Waterdampspanning:
* enkel in functie van de temperatuur
* in een organisme: verzadigd met H2O bij T = 37°C P H2O = 47 mmHg
Opm: p H20 bij 100 °C = 760 mmHg, 47 mmHg vocht aanwezig in alveoli
,Partiële drukken van de belangrijkste gassen in vivo: Px = Fx . (Patm – 47 mmHg)
Atmosfeer (droge lucht) Ingeademde lucht (natte lucht)
Gas Fx (%) Px (mmHg) Correctie Px * Px (mmHg)
N2 78 600 713 x 0,72 = 556,14 563
O2 21 160 713 x 0,21 = 149,73 150
CO2 0,04 0,3 713 x 0,0004 = 0,2852 0,3
H2O 0 0 47
andere gassen - - -
Totaal 100 760 760
* correctie: de ingeademde lucht wordt in de alveoli bevochtigd (gesatureerd met H2O), correctie is
dus nodig hier. Correctie: 760 mmHg – 47 mmHg = 713 mmHg
Opmerking: verschil tussen p O2 en p CO2 in arterieel en veneus systeem
p O2: verschil van 60 mmHg
p CO2: verschil van 6 mmHg
afkortingen: STPD standard temperature, pressure, dry bij 0°C, 760 mmHg
pH2O = 0 mmHg (in de chemie)
BTPS body temperature pressure saturated bij 37 °C, ambiënte druk
pH2O = 47 mmHg (in de longen)
Functionele anatomie
Anatomische dode ruimte
= de delen van het respiratoir systeem zonder alveoli (= neus, farynx, larynx, trachea, bronchi en
bronchiolen).
- Functie: - worden nutteloos geventileerd
- weinig flowregeling
- cellaag met cilia voor vangen van partikels/microben ingebed in mucosa
- zuiveren, opwarmen en satureren van de ingeademde lucht met H2O
* nut van opwarmen:
Door opwarmen gebeurt de gaswisseling thv de alveoli op lichaamstemperatuur.
indien O2 zou oplossen in het bloed bij een temperatuur lager dan de lichaamsT:
grotere oplosbaarheid van O2
, door de opwarming van het bloed daalt de oplosbaarheid van O2
luchtbelletjes in het bloed ( embolie)
* nut van bevochtigen: het uitdrogen van de alveoli tegengaan
* nut van filteren: de long filtert grote partikels (>10 µm vangen de cilia en de mucus) zodat de kleine
luchtwegen niet verstopt geraken
zuiveren, opwarmen en filteren gebeuren efficiënt indien het inademen via de neus gebeurt (neus
heeft groter opp en rijke bloedvoorziening), in de neusfarynx zit veel lymfatisch weefsel dat een
immunologische aanval kan uitvoeren op de microben die worden ingeademd.
Opmerking: voor partikels ~ 0,5 µm (bereiken alveoli):
- in de alveoli zelf is er een verdedigingssysteem aanwezig = alveolaire macrofagen.
- in de alveoli is er een klein vochtlaagje dat de kleine partikels kan vangen
vochtlaagje kan vloeien naar terminale bronchioli waar ze in contact komen met
de mucuslaag
hoesten en niezen, veroorzaakt door luchtwegirritatie, versnellen
verwijderen van partikels en microben
De dode anatomische ruimte = 150 mL (bij mannen):
Tidal volume = 0,5 L volume dat alveoli bereikt: 350 mL
de rest (150 mL) blijft achter in de geleidende luchtwegen
Inademen: 0,5 L komt in alveoli terecht = 150 mL “oude” lucht die bij de vorige AH in de
anatomisch dode ruimte zat + 350 mL verse lucht
Einde inademen: de lucht in de alveoli is gemixt binnengekomen met de lucht die reeds
aanwezig is in de alveoli (door diffusie) p O2 stijgt en p CO2 daalt lichtjes
Uitademen: 0,5L komt terug naar buiten = 150 mL verse lucht tijdens het inademen in de
dode ruimte terecht kwam + 350 mL gemixte alveolaire lucht
350 mL gemixte alveolaire lucht verlaat de alveoli: 350 mL wordt uitgeademd,
150 mL blijft in dode ruimte
p O2 daalt en p CO2 stijgt lichtjes
Opmerking:
Dode ruimte ventilatie (Vd) = Vd.f = 0,150 L/AH . 12 AH/min = 1,8 L/min
Alveolaire ventilatie (Va) = (Vt – Vd).f = 0,350 L/AH . 12 AH/min = 4,2 L/min
Totale ventilatie (Vt) = Vt (tidal volume) . f = 0,500 L/AH . 12 AH/min = 6,0 L/min
Terminale bronchioli (vanaf generatie 17)
Alveolaire ruimte:
vanaf terminale respiratoire eenheid: geen convectie meer (geleiding van gas aan lineaire snelheid)
maar diffusie.
Alveolus = fundamentele eenheid van gasuitwisseling in de longen
- hemisferische structuren met diameter van 75-300 µm
- in totaal 300 miljoen alveoli in de longen met opp. van 70 m 2 indien longen volledig
ontplooid worden
