Samenvatting WC Circulatie & Respiratie Iris Schoonderwaldt
Werkcollege 1: Long mechanica, ventilatie (& dyspneu)
Kijk ook de kennisclip: RE kennisclip mechanica van de ademhaling!
Zelfstudie
Opdracht 1: Partiële drukken
De wet van Dalton stelt dat de som van alle partiële drukken van de gassen in een mengsel gelijk is
aan de totale druk van het gasmengsel. Partiële druk van een gas = Patm x % gas in de atmosfeer. Patm
= druk in atmosfeer.
In vochtige lucht zorgt waterdamp ervoor dat de bijdrage van de andere gassen in het mengsel
‘verdund’ wordt. Partiële druk van een gas in vochtige lucht = (Patm – PH2O) x % gas
De druk in de atmosfeer is 760 mm Hg en het zuurstofpercentage 21%, bij 0% luchtvochtigheid. De
partiële druk van waterdamp in ingeademde lucht is 47 mm Hg wanneer de ingeademde lucht
volledig bevochtigd is (luchtvochtigheid 100%).
a. De druk van de ingeademde lucht is 760 mm Hg. De druk van de waterdamp is 47 mm Hg. De
overige lucht is dan 713 mm Hg. Hiervan bestaat 21% uit zuurstof. De partiële druk van
zuurstof in de ingeademde lucht bij 100% luchtvochtigheid is dan 713 x 0,21 = 149,73 mm
Hg. Dit is ongeveer 20 kPa.
Opdracht 2: Druk en volume van een gas
De stroming van lucht in de luchtwegen lijkt in veel aspecten op de stroming van bloed in het
circulatoire systeem. Zo geldt dat Flow ∝ ΔP/R. Het belangrijkste verschil is dat lucht, in tegenstelling
tot bloed, bestaat uit een samendrukbaar mengsel van verschillende gassen.
In het respiratoire systeem zorgt verandering van het volume van de thorax (borstkas) voor het
ontstaan van drukgradiënten. Deze drukgradiënten zorgen dat lucht gaat stromen tijdens inspiratie
en expiratie.
a. Hoe in normale omstandigheden de druk en het volume van het gas aan elkaar gerelateerd
zijn wordt beschreven in de ideale gaswet.
Ideale gaswet: pV = nRT
P = de druk in Pa (N/m2)
V = het volume in m3
N = de hoeveelheid gas in mol (aantal moleculen gedeeld door de constante van
Avogadro)
R = de gasconstante (8,3145 J/mol x K)
T = de absolute temperatuur in K
b. In een homeotherm dier kun je aannemen dat de hoeveelheid
gas in mol en de temperatuur constant zijn. De formule kun je
dan als volgt herschrijven: V = 1/P
c. Als alleen het volume van het gas vermindert, moet de druk wel
omhoog gaan.
Wet van Boyle: P1V1 = P2V2
d. Lucht kan zich van de atmosfeer naar de longen verplaatsen,
omdat de druk van het gas in de longen minder is dan de druk in
de omgeving.
Opdracht 3: Compliantie, elasticiteit en drukken in de long
Het respiratieapparaat is globaal uit 2 delen opgebouwd: de tracheo-bronchiale boom die dient voor
het transport van lucht (de zogenaamde dode ruimte) en het gedeelte distaal van de bronchioli,
1
,Samenvatting WC Circulatie & Respiratie Iris Schoonderwaldt
waar gasuitwisseling met het vaatbed van de longen plaatsvindt. Om tijdens de in- en expiratie
luchtstroom te verkrijgen, moet een drukgradiënt worden opgebouwd tussen de buitenlucht en de
alveoli. De druk die nodig is voor inspiratie wordt geleverd door de ademhalingsspieren (diafragma
en de externe intercostaalspieren). De compliantie (volume/druk) bepaalt de mate waarin longen,
luchtwegen en thorax uitgerekt kunnen worden.
Compliantie (C) = ΔV/ΔP
Dit is te vergelijken met bijvoorbeeld de rekbaarheid/soepelheid van een veer: hoe stugger de veer,
hoe meer kracht (oftewel druk) nodig is om deze uit te rekken en hoe lager dus de compliantie is.
Wanneer de compliantie van de longen is afgenomen, zal dus meer inspiratoire inspanning moeten
worden geleverd om hetzelfde ademvolume te handhaven (restrictieve aandoening).
Compliantie is omgekeerd evenredig aan elasticiteit. C = 1/E. Elasticiteit (E)= ΔP/ΔV
Bij de actieve inspiratie zijn twee mechanische krachten te onderscheiden. Ten eerste is een druk
(kracht) nodig om de longen en thorax te vervormen (toename in volume) tegen de elasticiteit en
stugheid van het weefsel in. Ten tweede is een druk (kracht) nodig om de luchtwegweerstand te
overwinnen gedurende de instroom (of uitstroom) van gas.
De druk die nodig is voor expiratie wordt bij het gezonde individu geheel geleverd door de
elasticiteit van de longen (druk/flow). Door deze elasticiteit is de expiratie normaal gesproken geheel
passief (vergelijk weer met de veer: na uitrekking zal die als vanzelf weer terugveren). Wanneer de
elasticiteit van de longen gaat afnemen, zal op een bepaald moment de expiratie niet langer passief
kunnen verlopen. Klinisch zien we dan een te abdominale ademhaling.
a. De compliantie van de long hangt af van de eigenschappen van het longweefsel (opbouw,
mate van elastische, collageen vezels) en van de oppervlaktespanning in de alveoli en dus de
aanwezigheid van surfactant. Zo kan het verdwijnen van de elastische elastine vezels (bijv.
bij longemfyseem) in de longen leiden tot een toename van de compliantie. Het ontbreken
van surfactant kan leiden tot een verlaagde compliantie.
b. Bij een normale ademhaling kunnen drie longdrukken worden onderscheiden:
- Palv (alveolaire druk): de druk in de alveoli. Deze is negatief bij inademing en positief
bij uitademing.
- Ppl (intrapleurale druk): de doorgaans negatieve druk tussen de pleura bladen
(visceralis en pariëtalis). Deze ontstaat door het naar binnen trekken van de longen,
het naar buiten trekken van de thoraxwand en de additionele Palv (bij inspiratie
negatief en maakt dan de Ppl meer negatief, bij expiratie positief en maakt dan Ppl
minder negatief).
- PL: (trans-long druk): de druk over de alveolaire wand, en dus het drukverschil
tussen de alveolaire ruimte en de intrapleurale ruimte (Palv – Ppl). Deze wordt
veroorzaakt door de krimp van de longen. De compliantie van de longen wordt
berekend met behulp van deze PL.
Aan het einde van de inademing en het einde van de uitademing is de Palv nul en op die 2
momenten is de Ppl dan ook gelijk aan je PL (zie de VP lus). De PL is altijd positief omdat het
een drukverschil is.
c. PL is afhankelijk van de compliantie en bepaalt het volume van de long. Palv is afhankelijk van
de luchtwegweerstand en bepaalt de luchtstroom (flow, V' in L/min). Bedenk dat de
luchtstroom (V’) hetzelfde is als de (totale) ventilatie en dus een directe relatie heeft tot de
adembehoefte.
Palv = V' x R, waarbij R de totale luchtwegweerstand is.
2
,Samenvatting WC Circulatie & Respiratie Iris Schoonderwaldt
Ppl bestaat dus uit twee componenten, namelijk een statische (PL) die samen met de compliantie het
volume van de long bepaalt en een dynamische (Palv) die samen met weerstand de flow (V’) bepaalt.
Daarom geldt: Ppl = (-PL) + Palv.
d. Bij het levende dier is het longvolume nooit nul, omdat je niet alles kan uitademen. Een deel
blijft achter in de dode ruimte. De lucht dier hierin achterblijft noem je het residuaal volume
(RV).
e. Er zijn meerdere factoren die de luchtwegweerstand beïnvloeden. Deze worden omschreven
door de wet van Poiseuille: R= 8ηL/(πr4)
R = de stroomsnelheid
η = de viscositeit
L = lengte van de buis
r = de diameter
f. De belangrijkste factor is de diameter, omdat de overige componenten in de long meestal
constant zijn.
Het sympatische zenuwstelsel zorgt voor bronchodilatatie en dus een toename van r en een
afname van R
Het parasympatische zenuwstelsel zorgt voor bronchoconstrictie en dus een afname van r en
een toename van R.
g. De maximale Palv in rust is –4 cm H2O. Door inspanning neemt de ventilatie met een factor
1,5 toe. De luchtwegweerstand verandert niet. De alveolaire druk bij inspanning wordt nu:
-4 x 1,5 = -6. (Palv = V’ x R)
NB: in de praktijk zal de luchtwegweerstand verminderen door de verhoogde sympathico-
tonus ???
Opdracht 4: Surfactant en oppervlaktespanning
a. Surfactant vermindert de oppervlaktespanning van de vloeistof in de alveoli. Hierdoor
vergemakkelijkt het surfactant het vullen van de alveoli met lucht en voorkomt het dat de
alveoli samenvallen aan het einde van de expiratie. Het surfactant wordt geproduceerd door
type II alveolaire cellen.
Een pasgeboren baby wordt dood gevonden langs de weg. Een van de vele vragen die de politie
beantwoord wil zien is, of het kindje levend of dood is geboren. Na een autopsie vertelt de
patholoog-anatoom dat het kindje dood is geboren.
b. Als het kindje levend geboren is, heeft het kans gehad om adem te halen. Er zit dan dus altijd
een beetje lucht in de longen, omdat je niet alles eruit krijgt. Je kan de longen dan in water
leggen. Als ze blijven drijven betekent dit dat er lucht in zit en dat het kindje dus heeft
ademgehaald.
Bij een kindje wat doodgeboren is, hebben de longen zich niet ontplooid en is er een kleine
hoeveelheid vocht aanwezig in de alveoli.
Opdracht 5: Alveolaire ventilatie
FI CO2 = fractie CO2 in inspiratie lucht
FE CO2 = fractie CO2 in expiratie gas
FA CO2 = fractie CO2 in de alveoli
V’E = totale ventilatie ml/min
V’A = alveolaire ventilatie ml/min
V’D = dode ruimte ventilatie ml/min
De berekening van de dode ruimte ventilatie (V’D) is: V’D = V’E- V’A
3
, Samenvatting WC Circulatie & Respiratie Iris Schoonderwaldt
De berekening van de CO2-afvoer, oftewel CO2-productie (V’CO2 in ml/min) is: V’CO2 = V’E * (FE CO2 –
FI CO2) = V’A * (FA CO2 – FI CO2).
In sommige boeken is FE CO2 uitgedrukt in PE CO2 , wat staat voor de partiële CO2 druk in het
uitgeademde gas.
Het door de weefsels geproduceerde CO2 wordt via de circulatie afgegeven aan de alveolaire ruimte.
Het lichaam streeft ernaar deze ruimte zodanig te ventileren, dat de gemiddelde alveolaire CO2-
concentratie constant blijft.
c. Het is belangrijk dat de CO2 concentratie in de alveolaire ruimte constant blijft. CO2
diffundeert namelijk makkelijk over de membranen heen. Hierdoor is de CO2-concentratie in
arterieel bloed gelijk aan de alveolaire concentratie.
De arteriële CO2 bepaalt via de Henderson-Hasselbach formule voor een belangrijke mate de
pH van het bloed: CO2 + H2O >> H2CO3 >> HCO3- + H+. De bloed pH moet constant (= 7,35-
7,45) blijven omdat veel enzymen een optimale werking hebben bij deze waarde.
d. Hoeveel de alveolaire ventilatie toe moet nemen als de CO2-productie verdubbelt kun je
berekenen met V’ CO2 = V’A * (FA CO2 – FI CO2 ). Als de V' CO2 twee keer zo groot wordt,
moet de V'A ook wel twee keer zo groot worden. De PA CO2 (spanning in alveoli) moet
namelijk gelijk blijven.
Opdracht 1: Ventilatie en drukken
Welke krachten spelen er een rol bij ademhalen?
• Een intrekkende kracht vanuit de veerkracht (elastic coil) van de longen
- Afname in volume bewerkstelligen (kost als het goed is geen extra arbeid)
• De uittrekkende kracht vanuit de thoraxwand en het diafragma
- Toename in volume bewerkstelligen (compliantie elastische arbeid)
- Luchtwegweerstand overwinnen (non-elastische arbeid)
Door deze krachten worden drukken gegenereerd:
• Palv: druk in de alveoli
- Luchtwegweerstand: Palv = flow (V’) x R
• PL: trans-long druk (de druk die heerst over de longwand, heeft te maken met de elasticiteit)
- Compliantie van de long: C = ∆VL/PL)
▪ Eigenschappen longen
▪ Oppervlaktespanning
• Ppl: de intrapleurale druk, meestal negatief. Het is het resultaat van bovenstaande drukken
en afhankelijk van de compliantie van de long
- Volumeverandering van de long
• Ppl = Palv + PL
a. Overeenkomsten tussen de stroming van lucht en bloed:
- Je hebt zuurstof rijke een zuurstof arme lucht. De flow gaat van een hoge druk naar
een lage druk.
- Je hebt een musculaire pomp die de drukverschillen genereerd (spieren bij de
longen en het hart)
- Het is allebei een buizensysteem. De flow is afhankelijk van de diameter (en dus de
weerstand) van dit buizensysteem.
4
