6 Diffusie.pdf

# Gasuitwisseling en diffusie in de longen ## 1. Introductie tot gasuitwisseling en diffusie Dit onderwerp behandelt de principes van gasuitwisseling, met name de diffusie van zuurstof en koolstofdioxide door het alveolocapillaire membraan [1](#page=1). ### 1.1 Anatomische overwegingen van de luchtwegen De luchtwegen tot en met generatie 16 vormen de anatomische dode ruimte, waar geen gasuitwisseling plaatsvindt. Hun functie is het creëren van een zeer groot aantal alveoli aan het einde van de luchtwegboom. Vanaf generatie 17 beginnen alveoli zich te vormen, en de gasuitwisseling vindt hier plaats. Hoewel de diameter van de luchtwegen afneemt met hogere generaties, neemt het totale oppervlak toe naarmate de generaties groter worden, met name exponentieel vanaf generatie 17. Deze afname in diameter leidt tot een lagere stroomsnelheid van lucht, wat gunstig is voor gasuitwisseling [1](#page=1). ### 1.2 Wetten van diffusie (Wet van Fick) De diffusie van een gas, gedefinieerd als het volume gas dat door een wand kan passeren, wordt beschreven door de wet van Fick. De diffusie is direct evenredig met het oppervlak van de wand. Een groter oppervlak, zoals het enorme oppervlak van de longen (50-100 m²), maakt transport van meer moleculen mogelijk [11](#page=11) [2](#page=2). De diffusie is omgekeerd evenredig met de dikte van het membraan. Een dikkere wand belemmert de passage van deeltjes. De longen hebben een gunstig dun membraan (0.3 μm), wat een hoge diffusie bevordert [11](#page=11) [2](#page=2). Verder is de diffusie evenredig met de oplosbaarheid van een gas en omgekeerd evenredig met de vierkantswortel van het moleculaire gewicht. Koolstofdioxide (CO2) is ongeveer 20 keer oplosbaarder dan zuurstof (O2), waardoor CO2 gemakkelijker diffundeert. Pathologieën zoals longfibrose, die de wand verdikken, bemoeilijken de diffusie van O2, wat leidt tot een daling van zuurstof in het bloed. Echter, door de hoge oplosbaarheid van CO2, treedt hypercapnie (verhoogd CO2 in bloed) niet snel op, zelfs niet bij een verdikte wand [11](#page=11) [2](#page=2). De wet van Fick kan als volgt worden weergegeven: $$Diffusie \propto \frac{A \cdot D \cdot (P_1 - P_2)}{T}$$ [11](#page=11). Waarbij: * $Diffusie$ = volume gas dat door een wand kan passeren [11](#page=11). * $A$ = oppervlak van de wand [11](#page=11). * $T$ = dikte van de wand [11](#page=11). * $(P_1 - P_2)$ = partiële drukverschil tussen alveoli en bloed [11](#page=11). * $D$ = diffusieconstante, die de oplosbaarheid en het moleculaire gewicht van het gas bevat [11](#page=11). > **Tip:** Onthoud dat een groter oppervlak ($A$) en een groter partieel drukverschil ($P_1 - P_2$) de diffusie bevorderen, terwijl een grotere dikte ($T$) de diffusie bemoeilijkt. ### 1.3 Partiele drukgradiënten en gasconcentraties Diffusie is een passief transport dat plaatsvindt onder invloed van een partiële drukgradiënt; gassen diffunderen van hoge naar lage concentratie. Concentratie kan worden uitgedrukt in partiële druk [2](#page=2). De partiële drukken van O2 en CO2 op verschillende locaties in het lichaam zijn cruciaal voor het begrip van gasuitwisseling: **Partiële druk van zuurstof (pO2):** * pO2 in de omgevingslucht = 150 mmHg [2](#page=2). * pO2 in de trachea = 150 mmHg [2](#page=2). * pO2 in de alveoli = 100 mmHg [2](#page=2). * pO2 in het capillaire bloed (vóór diffusie) = 100 mmHg [2](#page=2). * pO2 in arterieel bloed (na geslaagde diffusie) = 100 mmHg [2](#page=2). * pO2 in veneus bloed = 40 mmHg [2](#page=2). Het verschil in pO2 tussen de alveoli (100 mmHg) en het veneuze bloed (40 mmHg) is 60 mmHg, wat zorgt voor diffusie van O2 van de alveoli naar het bloed [2](#page=2). **Partiële druk van koolstofdioxide (pCO2):** * pCO2 in de alveoli = 40 mmHg [3](#page=3). * pCO2 in veneus bloed = 45 mmHg [3](#page=3). Het verschil in pCO2 tussen het veneuze bloed (45 mmHg) en de alveoli (40 mmHg) is 5 mmHg, wat zorgt voor diffusie van CO2 van het bloed naar de alveoli [3](#page=3). Diffusie blijft doorgaan totdat de partiële drukken aan beide zijden van het membraan gelijk zijn [3](#page=3). > **Tip:** Het concept van partiële drukgradiënten is fundamenteel. Zonder dit verschil vindt er geen netto gasuitwisseling plaats. ### 1.4 De alveolocapillaire barrière Om vanuit een alveolus in het bloed te geraken, moet zuurstof (en omgekeerd CO2) verschillende lagen passeren [3](#page=3): * Surfactant [3](#page=3). * Alveolair epitheel (zeer dunne epitheelcellen) [3](#page=3). * Interstitium (dun, bevat collageen voor stevigheid) [3](#page=3). * Capillair endotheel [3](#page=3). * Plasma [3](#page=3). * Erythrocyt (rode bloedcel) [3](#page=3). CO2 ondergaat de omgekeerde beweging [3](#page=3). ### 1.5 Capillaire netwerk rond de alveoli Microscopische secties tonen een dicht capillair netwerk in de wanden van de alveoli, waarbij de capillairen ongeveer 95% van de alveolaire wanden bezetten. Dit maximale oppervlak is cruciaal voor efficiënte gasuitwisseling. Elke rode bloedcel passeert 2-3 alveoli en verblijft slechts ongeveer 0,75 seconde in het capillaire netwerk voordat deze via de arteria pulmonalis naar het hart stroomt [3](#page=3). ### 1.6 Factoren die de diffusiecapaciteit beïnvloeden Verschillende factoren kunnen de diffusiecapaciteit ($D_M$) van de longen beïnvloeden [11](#page=11). **Factoren die de diffusiecapaciteit verminderen:** * **Verminderd O2-transport door CO-competitie:** Koolmonoxide (CO) bindt veel sterker aan hemoglobine dan O2. Hierdoor neemt de hoeveelheid hemoglobine beschikbaar voor O2-binding af, wat leidt tot een verminderde O2-diffusiecapaciteit. Dit wordt versterkt door een verhoogde Fi,O2 (fraction of inspired oxygen) omdat er meer O2 beschikbaar is om mee te concurreren voor binding [11](#page=11). * **Verhoogd COHb:** De vorming van carboxyhemoglobine (COHb) verlaagt de hoeveelheid vrij hemoglobine, wat de O2-binding en dus de diffusiecapaciteit vermindert [11](#page=11). * **Minder rode bloedcellen (RBC):** Een lager aantal RBC's betekent minder hemoglobine, wat resulteert in minder bindingscapaciteit voor O2 en een afname van de diffusiecapaciteit [11](#page=11). * **Longembolie:** Een bloedstolsel (embolie) vermindert de capillaire bloedflow, waardoor er minder O2-binding mogelijk is en de diffusiecapaciteit afneemt [11](#page=11). **Pathologieën die de diffusiecapaciteit beïnvloeden:** * **Emfyseem:** De afbraak van alveolaire wanden verkleint het gasuitwisselingsoppervlak ($A$), wat leidt tot een afname van de diffusiecapaciteit. Dit resulteert in een daling van de diffusiecapaciteit [11](#page=11). * **Interstitiële longaandoeningen (IPF en sarcoïdose):** Verdikking van de wanden bemoeilijkt de diffusie, terwijl een verminderde bloedflow de diffusiecapaciteit verder verlaagt [11](#page=11). * **Pulmonale hypertensie:** Verhoogde druk in de longslagaders kan de diffusiecapaciteit beïnvloeden. * **Longoedeem:** Vocht in de alveoli en het interstitium belemmert de diffusie van gassen en vermindert de diffusiecapaciteit [11](#page=11). Een daling in het membraan (DM) en een daling in de diffusiecoëfficiënt maal het volume van de capillairen ($ \theta \times V_c $) zijn resultaten van deze pathologieën die leiden tot een verminderde diffusiecapaciteit [11](#page=11). --- # Diffusie en perfusie limitatie Dit deel verkent het concept van perfusie- en diffusie-gelimiteerde gassen, zoals N2O en CO, om de mechanismen van gasuitwisseling verder te illustreren. Het legt uit hoe de interactie van gassen met hemoglobine de diffusiesnelheid beïnvloedt en hoe dit zich manifesteert in partiële drukverschillen [4](#page=4). ### 2.1 Perfusie-gelimiteerde gassen Perfusie-gelimiteerde gassen zijn gassen die geen binding aangaan met hemoglobine (Hb) en zich uitsluitend fysisch oplossen in het bloed. Een voorbeeld hiervan is N2O (lachgas), dat gebruikt wordt bij anesthesie. Bij dit type gas neemt de partiële druk snel toe omdat het direct oplost in de capillairen. Op het tijdsstip nul is er geen N2O in de capillairen. Na korte tijd zal N2O volledig oplossen, waardoor de concentratie in het bloed gelijk wordt aan die in de alveoli. De diffusie van N2O stopt zodra het partiële drukverschil verdwenen is, wat betekent dat evenwicht is bereikt. De opname van N2O uit het bloed is enkel mogelijk als de doorbloeding (perfusie) wordt verhoogd [4](#page=4). #### 2.1.1 Kenmerken van perfusie-gelimiteerde gassen * Snel oplossen in bloed, niet bindend aan Hb [4](#page=4). * Snelle toename van partiële druk in het bloed tot gelijk aan alveolaire druk [4](#page=4). * Diffusie stopt bij evenwicht tussen alveoli en bloed [4](#page=4). * Opnamecapaciteit afhankelijk van de doorbloeding (perfusie) [4](#page=4). ### 2.2 Diffusie-gelimiteerde gassen Diffusie-gelimiteerde gassen worden gekenmerkt door hun langzame toename van partiële druk in het bloed, voornamelijk door binding met hemoglobine. Koolmonoxide (CO) is een klassiek voorbeeld hiervan vanwege de hoge affiniteit van Hb voor CO. Door deze sterke binding lossen CO-moleculen nauwelijks vrij op in het bloed, waardoor de partiële druk (pCO) slechts zeer traag toeneemt. Na 75 seconden is de partiële druk van CO nog nauwelijks veranderd en nog niet gelijk aan de alveolaire concentratie, terwijl de rode bloedcel (RBC) verder in de circulatie beweegt. Bij diffusie-gelimiteerde gassen is de hoeveelheid die opgenomen wordt afhankelijk van de diffusiecapaciteit van het gas door het alveolair-capillaire membraan [4](#page=4). #### 2.2.1 Kenmerken van diffusie-gelimiteerde gassen * Hoge affiniteit voor hemoglobine, wat resulteert in directe binding [4](#page=4). * Langzame toename van partiële druk in het bloed [4](#page=4). * Partiële druk in het bloed blijft achter bij de alveolaire concentratie [4](#page=4). * De hoeveelheid opgenomen gas is afhankelijk van de diffusiecapaciteit [4](#page=4). ### 2.3 Vergelijking en het geval van zuurstof (O2) De bindingssnelheid van zuurstof (O2) met hemoglobine is lager dan die van CO. Hierdoor neemt de partiële druk van O2 sneller toe dan die van CO, maar langzamer dan die van N2O. De curve voor O2 begint niet op nul, omdat er reeds een partiële druk van ongeveer 40 mmHg in het veneuze bloed aanwezig is dat de alveoli bereikt. Met een pO2 van 100 mmHg in de alveoli, is er een initieel verschil van 60 mmHg [4](#page=4). In normale omstandigheden wordt de partiële druk van O2 in de RBC in het capillaire bloed na ongeveer één derde van de verblijftijd (circa 0,25 seconden) gelijk aan de alveolaire pO2. Dit wordt als perfusie-gelimiteerd beschouwd en is wenselijk, omdat het aangeeft dat het diffusieproces voltooid is [4](#page=4). Echter, onder bepaalde omstandigheden kan de pO2 van de RBC de waarde van de alveolaire lucht niet bereiken. Dit duidt op diffusie-gelimiteerde gasuitwisseling. Bij pathologieën zoals verdikking van het alveolair-capillaire membraan of vermindering van het diffusie-oppervlak, wordt de diffusie onvolledig. Hierdoor blijft de partiële druk in het bloed lager dan in de alveoli, en daalt de pO2 in het bloed [4](#page=4). #### 2.3.1 Verband tussen oplosbaarheid, molecuulgewicht en diffusiesnelheid De diffusiesnelheid van een gas door een membraan wordt beïnvloed door zowel de oplosbaarheid als het molecuulgewicht. Een gas met een hogere oplosbaarheid en een hoger molecuulgewicht kan potentieel sneller diffunderen. Echter, de oplosbaarheid weegt zwaarder door in de diffusiesnelheid dan het molecuulgewicht, vooral wanneer de oplosbaarheid significant hoger is. Dit verklaart waarom kooldioxide (CO2) makkelijker diffundeert dan zuurstof, aangezien CO2 beter oplosbaar is. Hierdoor is een daling in de partiële druk van zuurstof mogelijk, maar een stijging van de partiële druk van CO2 door makkelijke diffusie is moeilijker te bewerkstelligen [12](#page=12). > **Tip:** Bij het beoordelen van de diffusiesnelheid van gassen, onthoud dat oplosbaarheid een grotere factor is dan molecuulgewicht, ondanks dat een hoger molecuulgewicht een hogere diffusiesnelheid kan suggereren [12](#page=12). ### 2.4 Meting van diffusiecapaciteit (DLCO-meting) De diffusiecapaciteit van het alveolair-capillaire membraan, met name voor CO, kan gemeten worden met een DLCO-meting. Deze meting is een enkele ademhalingsperfusiemethode [12](#page=12). #### 2.4.1 Procedure van een DLCO-meting 1. **Uitademen tot het residueel volume (RV)**: De proefpersoon ademt rustig uit tot het residueel volume [12](#page=12). 2. **Inademen van testgas tot functionele residuele capaciteit (FRC)**: Vervolgens wordt een speciaal gasmengsel ingeademd tot aan de functionele residuele capaciteit [12](#page=12). 3. **Apneu (vasthouden van adem)**: De adem wordt 10 seconden ingehouden [12](#page=12). 4. **Uitademen en meten**: Na de apneu ademt de proefpersoon uit, en het uitgeademde gas wordt geanalyseerd. De concentraties van methaan (CH4) en CO in het uitgeademde gas worden bepaald [12](#page=12). #### 2.4.2 Samenstelling van het gasmengsel en functie van de gassen Het gasmengsel dat wordt ingeademd tijdens een DLCO-meting bestaat uit: * **Koolmonoxide (CO)**: De primaire functie van CO is het meten van de diffusiecapaciteit. Door te weten hoeveel CO is verdund voordat het de alveoli bereikt, en door de concentratie van CO na uitademing te meten, kunnen concentratieverschillen worden bepaald die voortkomen uit diffusie. Dit geeft inzicht in hoeveel CO daadwerkelijk is gediffundeerd [12](#page=12). * **Methaan (CH4) of Helium (He)**: Deze gassen dienen als tracergassen. Ze zijn inert, wat betekent dat ze niet door het alveolair-capillaire membraan diffunderen. De tracergassen worden ingeademd en verdund met het residueel volume. Door de concentratie van het tracergas te meten, kan bepaald worden hoeveel alle ingeademde gassen (inclusief CO) zijn verdund. Dit is cruciaal om de beginconcentratie van CO te kunnen vaststellen voor de diffusieberekening [12](#page=12). > **Voorbeeld:** Een proefpersoon ademt een gasmengsel in met CO en N2O. Omdat N2O enkel oplost in bloed en niet aan Hb bindt, zal de partiële druk van N2O in de alveoli en het arteriële bloed nagenoeg gelijk zijn. De partiële druk van CO zal daarentegen veel langzamer stijgen in het bloed en niet gelijk zijn aan de alveolaire druk, vanwege de sterke binding van CO aan Hb [12](#page=12). --- # Meting van de diffusiecapaciteit (DLCO) Dit onderwerp beschrijft de single-breath methode voor het meten van de diffusiecapaciteit van de longen (DLCO), waarbij het gebruik van koolmonoxide (CO) en tracergassen centraal staat om de efficiëntie van gasoverdracht te evalueren en de resultaten te interpreteren. ### 3.1 Principe van gasoverdracht in de longen De diffusiecapaciteit van de longen, specifiek voor zuurstof ($O_2$), beschrijft hoeveel zuurstof door de alveolocapillaire wand diffundeert. Dit proces is evenredig met het oppervlak van het membraan, omgekeerd evenredig met de dikte, en evenredig met een diffusieconstante en het partiële drukverschil tussen de alveoli en de capillairen. Aangezien het oppervlak, de dikte en de diffusieconstante zelf niet direct meetbaar zijn, worden deze samengevat in één term: de diffusiecapaciteit voor $O_2$ [5](#page=5). Tijdens inspanning verkort de verblijftijd van rode bloedcellen (RBC) in het capillaire netwerk, wat de oxygenatie kan belemmeren bij patiënten met vertraagde diffusie. Bij gezonde personen is er bij hoge inspanning net genoeg tijd voor diffusie, terwijl dit bij patiënten met diffusieproblemen onvoldoende is. Een verlaagde alveolaire zuurstofspanning ($PA,O_2$) vertraagt de diffusie van $O_2$ door een kleinere partiële drukgradiënt [5](#page=5). ### 3.2 De single-breath (SB) methode voor DLCO-meting #### 3.2.1 Keuze van het testgas De diffusiecapaciteit wordt niet met zuurstof gemeten, omdat dit gas reeds in het lichaam aanwezig is en een vertekend beeld zou geven. In plaats daarvan wordt koolmonoxide (CO) gebruikt, omdat dit gas niet in het lichaam voorkomt en een duidelijk onderscheid maakt tussen zieke en gezonde personen. CO wordt in zeer lage concentraties in het gasmengsel opgenomen. Distikstofmonoxide ($N_2O$) wordt niet gebruikt, omdat dit perfusie-gelimiteerd is en iedereen een goede diffusiecapaciteit zou laten zien [6](#page=6). De diffusiecapaciteit voor CO ($DL,CO$) wordt gedefinieerd als de hoeveelheid CO die door het membraan wordt verplaatst, gedeeld door de alveolaire CO-spanning, waarbij de spanning in de capillairen als nul wordt beschouwd [6](#page=6). #### 3.2.2 Procedure van de single-breath methode De single-breath methode omvat een snelle inademing vanaf het residuvolume (RV) tot het totale longcapaciteit (TLC) niveau, waarbij een testgas wordt ingeademd. Dit gasmengsel bevat doorgaans 0,3% CO, 0,3% methaan ($CH_4$) of helium (He), zuurstof ($O_2$) en stikstof ($N_2$). CO is het diffusie-gelimiteerde gas, terwijl $CH_4$ of He dienen als inert tracergas dat niet in het bloed diffundeert [6](#page=6). Na de diepe inademing wordt de adem 10 seconden ingehouden op TLC (apneu), waarna rustig wordt uitgeademd. Gedurende deze periode diffundeert CO naar het bloed. Na de uitademing worden de concentraties van CO en het tracergas in een monster van de alveolaire lucht bepaald [6](#page=6) [8](#page=8). > **Tip:** Om te verifiëren of de patiënt diep genoeg heeft ingeademd, wordt voorafgaand aan de test spirometrie uitgevoerd om de geforceerde vitale capaciteit (FVC) te bepalen. De ingeademde testgasvolume ($V_i$) moet minimaal 90% van de FVC zijn; anders kan dit leiden tot een onderschatting van de DLCO doordat niet alle alveoli optimaal gevuld en gebruikt worden [7](#page=7). #### 3.2.3 Analyse van de uitgeademde lucht Bij patiënten met een goede diffusiecapaciteit zal de gemeten CO-concentratie in de uitgeademde lucht laag zijn, aangezien veel ingeademd CO naar het bloed diffundeert. Omgekeerd zal bij patiënten met een slechte diffusiecapaciteit een hogere CO-concentratie in de uitgeademde lucht worden gemeten, omdat minder CO diffundeert [6](#page=6). De analyse van de uitgeademde lucht onthult de concentratieveranderingen van CO en het tracergas over het volume [7](#page=7). * **Start uitademing:** De eerste lucht die wordt uitgeademd, komt uit de dode ruimte en is gemengd met de oorspronkelijke concentratie van CO en het tracergas. Deze lucht wordt verworpen [7](#page=7) [8](#page=8). * **Tracergas plateau:** Naarmate er meer alveolaire lucht wordt uitgeademd, bereikt het tracergas (dat niet diffundeert) een plateau. Dit plateau weerspiegelt de verdunning van het tracergas door de lucht die reeds in de alveoli aanwezig was (RV) [7](#page=7). * **CO daling:** Tegelijkertijd met het tracergas plateau, daalt de CO-concentratie verder. Deze verdere daling is toe te schrijven aan twee factoren: verdunning met RV-lucht (net als het tracergas) en de diffusie van CO naar het bloed. De CO-curve bereikt hierdoor nooit een plateau tijdens de uitademing, omdat CO continu blijft diffunderen zolang er een drukgradiënt is [7](#page=7). Het tracergas plateau is cruciaal om het effect van de RV-verdunning te kwantificeren, zodat het deel van de CO-concentratievermindering dat *uitsluitend* door diffusie wordt veroorzaakt, geïsoleerd kan worden [7](#page=7). #### 3.2.4 Berekening van DLCO De diffusiecapaciteit voor CO ($DL,CO$) wordt berekend op basis van het verschil tussen de ingeademde en uitgeademde CO-concentraties, het alveolaire volume (VA), de ademhoudtijd (t), en de alveolaire partiële CO-spanning ($PA,CO$) [8](#page=8). De formule luidt: $$DL,CO = \frac{\Delta[CO \times VA}{\Delta t \times PA,CO}$$ Hierbij staat $\Delta[CO]$ voor het verschil in CO-concentratie tussen de ingeademde en uitgeademde lucht, VA voor het alveolaire volume, $\Delta t$ voor de tijd waarin de diffusie plaatsvindt (ademhoudtijd), en $PA,CO$ voor de partiële CO-spanning in de alveoli. De $PA,CO$ wordt bepaald door de verdunning met het inert gas [8](#page=8). De eenheid van $DL,CO$ is mmol/min/kPa of mL/min/mm Hg [8](#page=8). #### 3.2.5 Correctie voor alveolair volume (KCO) De ventilatie-gecorrigeerde diffusiecapaciteit, KCO, wordt berekend als $DL,CO / VA$. Dit is met name nuttig bij patiënten met een verkleind alveolair volume, zoals bij restrictieve longziekten of na een pneumectomie. KCO corrigeert voor dit verkleinde gasuitwisselingsoppervlak, zodat de intrinsieke diffusiecapaciteit van het resterende longweefsel geëvalueerd kan worden [9](#page=9). ### 3.3 Theoretische achtergrond van diffusie De diffusiecapaciteit (DL) meet hoe gemakkelijk een ingeademde gasmolecule diffundeert naar het pulmonale bloedcapillaire en daar bindt aan hemoglobine (Hb). Dit proces bestaat uit twee fasen [9](#page=9): 1. **Membraandiffusie ($DM$)**: De diffusie van het gas door het alveolocapillaire membraan zelf. De wet van Fick beschrijft dit als: Diffusie = $A \times D \times (P_1-P_2) / T$, waarbij $A$ het oppervlak, $D$ de diffusieconstante, $P_1-P_2$ het partiële drukverschil en $T$ de dikte van de wand is [11](#page=11) [9](#page=9). 2. **Binding met hemoglobine ($\theta \times V_c$)**: De reactiesnelheid ($\theta$) van het gas met Hb, vermenigvuldigd met het capillaire bloedvolume ($V_c$). De bindingssnelheid met Hb is cruciaal voor de totale gasdiffusie [9](#page=9). De totale weerstand in het diffusieproces is de som van de weerstanden van beide fasen: $1/DL = 1/DM + 1/(\theta \times V_c)$ [9](#page=9). > **Voorbeeld:** Gas X heeft een 2x hogere oplosbaarheid en een 2x hoger molecuulgewicht dan gas Y. Gas X zal sneller diffunderen. Een grotere oplosbaarheid is doorslaggevend voor een snellere diffusie, belangrijker dan een hoger molecuulgewicht (dat door de vierkantswortel wordt afgezwakt in de diffusieconstante). Kooldioxide ($CO_2$) diffundeert makkelijker dan zuurstof ($O_2$) door zijn hogere oplosbaarheid [12](#page=12). > **Voorbeeld:** N2O en CO worden ingeademd. De partiële drukken van N2O in alveoli en arteriële bloed zullen nagenoeg gelijk zijn, omdat het enkel oplost in bloed en niet aan Hb bindt, waardoor de partiële druk snel kan toenemen. Bij CO zullen de partiële drukken verschillen door de hoge affiniteit voor Hb, waardoor de partiële druk in het bloed traag toeneemt omdat CO direct bindt aan Hb [12](#page=12). ### 3.4 Factoren die de DLCO-meting en interpretatie beïnvloeden Verschillende factoren kunnen de uitkomst van een DLCO-meting beïnvloeden: * **Zware inspanning:** Verhoogt de bloedflow door een hoger cardiac output, wat resulteert in snellere diffusie en een hogere gemeten DLCO [9](#page=9). * **Additionele zuurstof:** Als er veel zuurstof aan Hb gebonden is, kan CO minder goed binden, wat het diffusieproces van CO beïnvloedt en tot lagere testresultaten leidt. Idealiter wordt 30 minuten voorafgaand aan de test geen additionele zuurstof toegediend [10](#page=10). * **Roken:** Roken verhoogt de CO-spanning in het bloed (CO back pressure), waardoor de partiële drukgradiënt voor CO-diffusie verlaagd wordt en de gemeten DLCO lager uitvalt. Het is ideaal om 12 uur niet te roken voor de meting [10](#page=10). * **Hemoglobine (Hb) gehalte:** Een afwijkend Hb-gehalte vereist correctie, omdat een tekort aan Hb de capaciteit voor CO-binding vermindert en dus de DLCO te laag doet lijken [10](#page=10). ### 3.5 Pathologieën die de DLCO beïnvloeden #### 3.5.1 Verhoogde DLCO Een verhoogde DLCO kan worden waargenomen bij: * **Stijging van $\theta \times V_c$**: * Pulmonale bloedingen [10](#page=10). * Polycythemie (verhoogd aantal RBC) [10](#page=10). * Astma (inflammatoire toestand verhoogt capillaire bloedflow) [10](#page=10). * Obesitas (verhoogde capillaire bloedflow door hogere energiebehoefte) [10](#page=10). * Inspanning [10](#page=10). #### 3.5.2 Verlaagde DLCO Een verlaagde DLCO is geassocieerd met: * **Daling van $\theta \times V_c$**: * Anemie (minder RBC, dus minder binding mogelijk) [10](#page=10) [13](#page=13). * Longembolie (verminderde capillaire bloedflow) [11](#page=11). * Verhoogde $Fi,O_2$ (competitie voor binding met Hb) [11](#page=11). * COHb (carboxyhemoglobine) [11](#page=11). * **Daling van $DM$ en daling van $\theta \times V_c$**: * Emfyseem (afbraak alveolaire wanden, dus verlaagd gasuitwisselingsoppervlak) [11](#page=11). * Interstitiële longaandoeningen (bv. IPF, sarcoïdose) (verdikte wanden, verminderde bloedflow) [11](#page=11). * Pulmonale hypertensie [11](#page=11). * Longoedeem (vocht in alveoli en interstitium) [11](#page=11). ### 3.6 Interpretatie van de meting en veelvoorkomende valkuilen * **Niet maximaal diep inademen:** Dit leidt tot een onderschatting van de DLCO omdat niet alle longblaasjes maximaal gebruikt worden, wat resulteert in een kleiner ogenschijnlijk gasuitwisselingsoppervlak [13](#page=13). * **Niet maximaal uitademen voor de teug:** Dit heeft geen significante invloed op de gemeten DLCO, aangezien de parameters in de wet van Fick gelijk blijven. Het maximale uitademen is wel relevant om te controleren of de patiënt maximaal heeft ingeademd vanaf RV [13](#page=13). * **Gebruik van het eerste deel van de uitademing:** Het eerste deel van de uitgeademde lucht na de apneu komt uit de dode ruimte en is niet relevant voor de diffusiebepaling. Analyse wordt gestart vanaf de plateaufase van het tracergas [13](#page=13). > **Tip:** Bij patiënten met anemie wordt een lage DLCO verwacht, omdat er minder RBC zijn en dus minder binding met Hb mogelijk is. Correcties voor Hb-waarden zijn daarom essentieel voor een accurate interpretatie [13](#page=13). --- # Invloed van externe factoren en pathologie op diffusie Deze sectie bespreekt hoe externe factoren en pathologische aandoeningen de diffusiecapaciteit van gassen in de longen beïnvloeden, met de nadruk op de implicaties voor gasuitwisseling en de meting van de diffusiecapaciteit voor koolmonoxide (DLCO). ### 4.1 Principes van gasdiffusie Gasdiffusie, gedefinieerd als het volume gas dat door een wand kan passeren, wordt beschreven door de wet van Fick. De diffusie is direct evenredig met het oppervlak van de wand (A) en de diffusieconstante (D), en omgekeerd evenredig met de dikte van de wand (T) en het verschil in partiële druk tussen twee compartimenten (P1-P2). De diffusieconstante (D) incorporeert de oplosbaarheid van het gas en het moleculaire gewicht ervan [11](#page=11). * **Oppervlakte (A):** Een groter oppervlak bevordert meer diffusie, wat gunstig is in de longen vanwege hun grote oppervlakte (50-100 m²) [2](#page=2). * **Dikte (T):** Een kleinere wanddikte vergemakkelijkt diffusie. De longen hebben een dun membraan (0.3 μm), wat efficiënte diffusie mogelijk maakt [2](#page=2). * **Partiële drukverschil (P1-P2):** Gassen diffunderen van een hoge naar een lage partiële druk. Een groter drukverschil leidt tot snellere diffusie [11](#page=11) [2](#page=2). * **Diffusieconstante (D):** Bepaald door oplosbaarheid en moleculair gewicht van het gas. Koolstofdioxide (CO2) is 20 keer oplosbaarder dan zuurstof (O2), waardoor CO2 gemakkelijker diffundeert, zelfs bij een verdikte wand [2](#page=2). De diffusie van gassen vindt plaats onder invloed van een partiële drukgradiënt. Normaal gesproken is de partiële druk van O2 in de alveoli (100 mmHg) hoger dan in het capillairbloed (ongeveer 40 mmHg in veneus bloed, oplopend tot 100 mmHg in arterieel bloed bij goede diffusie), wat diffusie van O2 naar het bloed mogelijk maakt [2](#page=2). ### 4.2 Invloed van fysiologische factoren op diffusie #### 4.2.1 Inspanning Tijdens inspanning versnelt de hartslag, waardoor de verblijftijd van rode bloedcellen (RBC's) in de longcapillairen verkort wordt (van 0.75 s naar minder dan 0.75 s). Bij gezonde individuen is er onder normale omstandigheden voldoende tijd (diffusie voltooid na 0.25 s) voor diffusie. Echter, bij patiënten met diffusieproblemen kan de verkorte verblijftijd tijdens inspanning leiden tot een onvolledige oxygenatie van de RBC's en een daling van de pO2 in het bloed. Dit kan worden gemeten met een inspanningstest gevolgd door een bloedgasafname [5](#page=5). #### 4.2.2 Hoogte Op hoogte is de partiële druk van zuurstof in de omgevingslucht lager. Dit resulteert in een lagere pO2 in de alveolaire ruimte en daarmee een kleinere partiële drukgradiënt over het alveolo-capillaire membraan. Hierdoor verplaatst zuurstof zich trager en wordt de diffusie bemoeilijkt, wat individuen met reeds bestaande diffusieproblemen harder treft [5](#page=5). ### 4.3 Meting van de diffusiecapaciteit De diffusiecapaciteit (DLCO) meet hoeveel zuurstof er door het longmembraan diffundeert. Omdat de oppervlakte en dikte van het membraan en de diffusieconstante niet direct meetbaar zijn, worden deze gecombineerd in de term DLCO. DLCO vertegenwoordigt de hoeveelheid zuurstof die per tijdseenheid passeert over het verschil in partiële druk tussen de alveoli en de capillairen [5](#page=5). **Factoren die de meting van DLCO kunnen beïnvloeden:** * **Additie van zuurstof:** Het toedienen van extra zuurstof voorafgaand aan de meting kan de binding van CO aan hemoglobine (Hb) verminderen, wat leidt tot een onderschatting van de DLCO [10](#page=10). * **Roken:** Roken (idealiter 12 uur ervoor vermijden) verhoogt de CO-spanning in het bloed (CO back pressure), wat het partiële drukverschil voor CO verlaagt en resulteert in een onderschatting van de DLCO [10](#page=10). * **Hemoglobine (Hb) concentratie:** Een lage Hb-waarde leidt tot minder binding van CO, waardoor de DLCO te laag gemeten wordt. Er kan correctie plaatsvinden bij afwijkende Hb-waarden. De diffusie door het membraan en de binding met Hb worden gezien als twee fasen in het diffusieproces [10](#page=10) [13](#page=13). **Belangrijke overwegingen bij de meting:** * Het eerste deel van de uitademing na apneu is afkomstig uit de dode ruimte en gemengd, en wordt daarom niet gebruikt voor de bepaling van de diffusiecapaciteit. Analyse begint pas wanneer een plateaufase van het tracer gas wordt waargenomen [13](#page=13). * Onvoldoende diep inademen leidt tot een onderschatting van de gemeten DLCO, omdat minder alveoli gebruikt worden en daardoor het beschikbare oppervlak voor diffusie kleiner lijkt dan het daadwerkelijk is [13](#page=13). * Niet maximaal uitademen voorafgaand aan de test heeft geen invloed op de gemeten DLCO, omdat de parameters in de wet van Fick niet veranderen. Echter, maximaal uitademen wordt vaak gebruikt om te controleren of de patiënt maximaal heeft ingeademd door de vitale capaciteit (VC) te meten [13](#page=13). ### 4.4 Pathologie die de diffusiecapaciteit beïnvloedt #### 4.4.1 Verhoogde DLCO Een toename van de DLCO wordt geassocieerd met een stijging van $\theta \times V_c$ (reactiesnelheid van zuurstof met Hb en capillair bloedvolume). Dit kan voorkomen bij [10](#page=10): * **Pulmonale bloeding:** Meer bloed in de longen leidt tot meer binding van CO, wat de diffusiecapaciteit theoretisch verhoogt [10](#page=10). * **Polycythemie:** Een verhoogd aantal RBC's zorgt voor meer bindingsmogelijkheden, wat de diffusiecapaciteit verhoogt [10](#page=10). * **Astma:** Inflammatie in de luchtwegen kan leiden tot een verhoogde capillaire bloedflow, waardoor meer CO kan binden en de diffusiecapaciteit toeneemt [10](#page=10). * **Obesitas:** Hogere energiebehoefte van het lichaam kan leiden tot verhoogde capillaire bloedflow, met meer binding en een toegenomen diffusiecapaciteit tot gevolg [10](#page=10). * **Inspanning:** Inspanning kan ook leiden tot een toename van de DLCO [10](#page=10). #### 4.4.2 Verlaagde DLCO Een afname van de DLCO wordt geassocieerd met een daling van $\theta \times V_c$ of een daling van de diffusiecapaciteit van het alveolocapillaire membraan ($D_M$). Dit kan optreden bij diverse pathologieën [10](#page=10) [11](#page=11): * **Anemie:** Minder RBC's betekenen minder binding van CO, wat leidt tot een afname van de diffusiecapaciteit [10](#page=10) [13](#page=13). * **Longembolie:** Een bloedprop vermindert de capillaire bloedflow, beperkt de binding van CO en verlaagt de diffusiecapaciteit [10](#page=10). * **Verhoogde Fi,O2:** Een hogere fractie geïnspireerde zuurstof (Fi,O2) creëert competitie voor binding met Hb, wat resulteert in een lagere diffusiecapaciteit [10](#page=10). * **COHb:** Verhoogd carboxyhemoglobine (COHb) kan de diffusiecapaciteit beïnvloeden [10](#page=10). * **Emfyseem:** Afbraak van alveolaire wanden vermindert het gasuitwisselingsoppervlak en dus de diffusiecapaciteit [11](#page=11). * **Interstitiële longaandoening (bv. IPF, sarcoïdose):** Verdikking van de longwand bemoeilijkt diffusie en vermindert de bloedflow, wat de diffusiecapaciteit verlaagt [11](#page=11). * **Pulmonale hypertensie:** Verhoogde druk in de longslagader kan de diffusiecapaciteit negatief beïnvloeden [11](#page=11). * **Longoedeem:** Vocht in de alveoli en interstitium bemoeilijkt de gasuitwisseling en vermindert de diffusiecapaciteit [11](#page=11). > **Tip:** Het is cruciaal om de concentratie van hemoglobine in acht te nemen bij het interpreteren van DLCO-waarden, aangezien anemie significant lagere waarden kan veroorzaken die gecorrigeerd kunnen worden [13](#page=13). > **Voorbeeld:** Een patiënt met emfyseem zal een verlaagde DLCO vertonen omdat de destructie van alveolaire wanden het oppervlak voor gasuitwisseling reduceert. Aan de andere kant kan een patiënt met polycythemie een verhoogde DLCO hebben door een groter aantal RBC's dat CO kan binden [10](#page=10) [11](#page=11). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Diffusie | Het proces waarbij moleculen van een hoge concentratie naar een lage concentratie bewegen, onder invloed van een concentratiegradiënt, om een evenwicht te bereiken. In de longen is dit essentieel voor de overdracht van zuurstof naar het bloed en koolstofdioxide van het bloed naar de alveoli. | | Alveolair membraan | De dunne wand die de alveoli scheidt van de capillairen, bestaande uit het alveolaire epitheel, het interstitium en het capillaire endotheel. Dit membraan is cruciaal voor de gasuitwisseling en de dikte ervan beïnvloedt de diffusiesnelheid. | | Anatomische dode ruimte | Het deel van de luchtwegen, van de neusholte tot de terminale bronchiolen, waar geen gasuitwisseling plaatsvindt. Deze ruimte is essentieel voor het transporteren van lucht naar de alveoli en het zorgen voor voldoende oppervlakte voor gasuitwisseling. | | Partiële druk | De druk die een individueel gas uitoefent binnen een gasmengsel. Voor gasuitwisseling is het verschil in partiële druk van gassen zoals zuurstof en koolstofdioxide tussen de alveoli en het bloed de drijvende kracht voor diffusie. | | Wet van Fick | Een natuurkundige wet die de diffusie van een gas door een membraan beschrijft. De wet stelt dat diffusie evenredig is met het oppervlak, de partiële drukgradiënt en de oplosbaarheid van het gas, en omgekeerd evenredig met de dikte van het membraan en de wortel van het molecuulgewicht. | | Perfusie limitatie | Een situatie waarbij de snelheid van gasoverdracht naar het bloed primair wordt bepaald door de bloedstroom door de capillairen. Gassen die niet aan hemoglobine binden, zoals lachgas (N2O), vertonen vaak perfusie-gelimiteerd gedrag. | | Diffusie limitatie | Een situatie waarbij de snelheid van gasoverdracht wordt beperkt door de diffusiesnelheid van het gas door het alveolocapillaire membraan. Gassen die sterk aan hemoglobine binden, zoals koolmonoxide (CO), vertonen diffusie-gelimiteerd gedrag. | | Diffusiecapaciteit (DLCO) | Een maat voor hoe efficiënt gassen, met name koolmonoxide, door het alveolocapillaire membraan diffunderen en aan hemoglobine binden. Het vertegenwoordigt de totale hoeveelheid gas die per tijdseenheid wordt opgenomen per eenheid drijvende druk. | | Tracergas | Een inert gas dat wordt gebruikt tijdens de single-breath diffusiemeting (DLCO-SB). Het tracergas, zoals methaan (CH4) of helium (He), wordt niet opgenomen door het bloed en helpt bij het bepalen van het alveolaire volume en de verdunning van het testgas (CO). | | DL,CO | De diffusiecapaciteit voor koolmonoxide, een specifieke maat die wordt gebruikt om de gasuitwisselingsfunctie van de longen te evalueren. Het vertegenwoordigt de hoeveelheid CO die per minuut per kPa (of mm Hg) drukverschil diffundeert. | | KCO | De geërrigeerde diffusiecapaciteit voor koolmonoxide, die de DL,CO corrigeert voor het alveolaire volume (VA). Dit is nuttig bij patiënten met afwijkende longvolumes, zoals bij restrictieve longziekten of na een pneumectomie, om de intrinsieke diffusiecapaciteit beter te kunnen beoordelen. | | Pulmonale bloeding | Het bloeden in de longen, wat theoretisch kan leiden tot een toename van de diffusiecapaciteit omdat er meer bloed beschikbaar is voor binding met gassen. | | Polycythemie | Een aandoening waarbij het aantal rode bloedcellen (RBC) verhoogd is, wat resulteert in een toegenomen capaciteit voor zuurstoftransport en potentieel een verhoogde diffusiecapaciteit. | | Anemie | Een tekort aan rode bloedcellen of hemoglobine, wat leidt tot een verminderd zuurstoftransport en een afname van de diffusiecapaciteit omdat er minder capaciteit is voor binding aan hemoglobine. | | Emfyseem | Een longaandoening gekenmerkt door de afbraak van alveolaire wanden, wat resulteert in een verminderd gasuitwisselingsoppervlak en daardoor een afname van de diffusiecapaciteit. |