Blok 1.2: Circulatie en Ademhaling
Casus 5: Binnenbrand
1. Anatomie en histologie van de alveoli
De longen bestaan uit kleine respiratoire eenheden genaamd pulmonale
lobulus. De zijn opgebouwd uit een bronchioli respiratoires, ducti
alveolares, atria en sacculi alveolares. In totaal heeft de longen
ongeveer 300 miljoen alveoli. De alveoli hebben een diameter van 200
µm tot 500 µm, en zijn gescheiden van het bloed in de capillairen door
het respiratoire membraan. Dit membraan bestaat uit zes lagen.
1) Surfactant: een eiwit-fosfolipidefilm welke de oppervlaktespanning
van de alveoli verlaagt, en ervoor zorgt dat de longen een grotere
compliantie hebben.
2) Alveolair epitheel: deze laag is één cel dik en bestaat uit type I en
type II pneumocyten. Type I pneumocyten zijn de afgeplatte
epitheelcellen, en type II pneumocyten de surfactant producerende
cellen. Type II kan differentiëren in type I (bij beschadiging).
3) Basaal epitheelmembraan
4) septum interalveolare: deze laag bestaat voornamelijk uit elastische
vezels en type IV collageen, en is het bindweefsel tussen de alveoli
en capillairen. Bevat ook fibroblasten en leukocyten.
5) Basaal endotheelmembraan: fuseert vaak met het basaal
epitheelmembraan
6) Capillair endotheel: deze laag is één cel dik en bestaat uit
endotheelcellen, welke de vaatwanden van de capillairen bekleden.
De totale dikte van dit membraan bedraagt slechts 0,6 µm (0,2 µm – 1,0
µm), wat bijdraagt aan een grote diffusiesnelheid (wet van Fick). Het
totale oppervlak van de alveoli is ongeveer 70 m2, wat ook bijdraagt aan
een grote diffusiesnelheid. De dikte van de capillairen in het longweefsel
kan zo klein zijn als 5 µm, waardoor er slechts één erythrocyt doorheen
past. Door deze kleine diameter ligt de erythrocyt vaak direct tegen de
vaatwand, en wordt de diffusie afstand zo verkleind.
2. Hoe werkt gasuitwisseling in de longen? (wet van Fick)
Gasuitwisseling in de longen hangt af van de drukverschillen tussen de gasconcentraties in de alveoli
en de capillairen. Hoe groter het drukverschil, des te groter de diffusie van het gas. In het
longweefsel is de pO2 van de alveolaire lucht groter dan de pO2 in de capillairen, waardoor O2 vanuit
de alveoli naar het bloed diffundeert. Het verschil ontstaat doordat er O2 wordt opgenomen in het
bloed en er nieuwe O2 de alveoli in wordt gezogen. Dit drukverschil wordt versterkt doordat het O2 in
het bloed bindt aan hemoglobine, waardoor de concentratie van zuurstof in het bloed laag blijft en
het drukverschil maximaal is. De pCO2 is groter in de capillairen dan in de alveolaire lucht, waardoor
er CO2 vanuit het bloed naar de alveolaire lucht diffundeert.
De snelheid van deze diffusie hangt af van een aantal variabelen: de grootte van de diffusie-afstand
(dikte respiratoir membraan), het totale oppervlak van de alveoli in de longen, de diffusiecoëfficiënt
van het gas en het drukverschil/concentratieverschil aan weerszijden van het membraan. Deze
variabelen worden gecombineerd in de wet van Fick, welke de diffusiesnelheid van een gas meet in
het aantal mol dat per seconde het oppervlakte passeert. De diffusiecoëfficiënt van een gas wordt
gemeten als het volume gas (mL) dat per minuut een membraan passeert met een drukverschil van
één mmHg. De diffusiecoëfficiënt van zuurstof is 21 mL/min/mmHg. Die van koolstofdioxide 400 tot
450 mL/min/mmHg. De diffusiecoëfficiënt is evenredig met de oplosbaarheid van het gas en
omgekeerd evenredig met de wortel van het moleculair gewicht (√𝑚) van het gas.
∆𝑐 ∆𝑝
𝑛 =𝐷∗𝐴∗ of 𝑛 =𝐷∗𝐴∗
∆𝑥 ∆𝑥
, Blok 1.2: Circulatie en Ademhaling
3. Binding van zuurstof en koolstofdioxide aan hemoglobine
Om de oplosbaarheid van zuurstof en koolstofdioxide in het bloed te bevorderen, binden deze
moleculen aan hemoglobine. Hemoglobine is een eiwit gespecialiseerd in het binden en
transporteren van O2 en CO2. Het bestaat uit twee alfa-eenheden en twee bèta-eenheden. Elke keten
bevat een heammolecuul, welke in het midden d.m.v. vier liganden een ijzerion bevat. Erythrocyten
bestaan voor 33% uit hemoglobine, welke door het ijzer dat ze bevatten de rode bloedcellen een
rode kleur geven. Ieder hemoglobine eiwit is in staat vier zuurstofmoleculen of vier
koolstofdioxidemoleculen te binden.
Wanneer het eerste O2 molecuul aan hemoglobine is gebonden, verandert dit van vorm, waardoor
de volgende drie O2 moleculen gemakkelijker binden. Hetzelfde geldt voor het lossen van de O2
moleculen. Hierdoor hangt de affiniteit van hemoglobine af van de zuurstof saturatie. Ook hangt het
af van de pO2, temperatuur, pH van het bloed en pCO2. In de systematische capillairen zijn de
temperatuur, pH, en CO2 dusdanig slecht dat de affiniteit van zuurstof met hemoglobine wordt
verbroken, zuurstof de cellen in diffundeert en CO2 door het hemoglobine wordt opgenomen.
Metabolische activiteit zorgt zo voor een verbanding van glucose, waarbij CO2 en H+ worden
geproduceerd (Bohr effect), en warmte vrijkomt.
