DEEL 5 Fysiologie ademhaling.pdf

# Basisprincipes van de ademhaling en luchtwegindeling Dit deel behandelt de fundamentele concepten van inwendige en uitwendige ademhaling, de rol van de pompen voor gasuitwisseling, en de functionele onderverdeling van de luchtwegen in geleidings- en uitwisselingszones. ### 1.1. De inwendige en uitwendige ademhaling In het dagelijks spraakgebruik verwijst "ademhaling" (respiratie) naar het proces van het verversen van lucht in de longen door in- en uitademen (longventilatie). Fysiologisch gezien omvat ademhaling echter alle processen die betrokken zijn bij de gasuitwisseling tussen de lichaamscellen en de buitenwereld. Dit kan worden onderverdeeld in [2](#page=2): * **Inwendige ademhaling:** Gasuitwisseling tussen de cel en het "milieu intérieur", inclusief de biochemische intracellulaire processen die leiden tot aerobe energieproductie [2](#page=2). * **Uitwendige ademhaling:** De uitwisseling van zuurstof (O₂) en koolstofdioxide (CO₂) tussen het organisme en de omgevingslucht. Deze uitwisseling moet het celmetabolisme ondersteunen door constante partiële drukken van O₂ en CO₂ in het arterieel bloed te handhaven [2](#page=2). Gasuitwisseling verloopt passief via diffusie, wat de continue werking van twee pompen vereist om de benodigde gasdrukgradiënten te handhaven. Deze pompen zijn [3](#page=3): 1. De thoraxwand met ademspieren, die zorgt voor O₂-rijke en CO₂-arme lucht in de longen (ventilatie) [3](#page=3). 2. Het hart, dat continu O₂-arm en CO₂-rijk bloed door de longen pompt (circulatie) [3](#page=3). Een gezonde ademhaling vereist dus: * Goede pompwerking van de thorax en ademspieren voor adequate ventilatie [3](#page=3). * Adequate pompwerking van het hart voor bloedcirculatie naar en van de longen [3](#page=3). * Effectieve gasuitwisseling [3](#page=3). Bij veel longziekten treedt een stoornis in de gasuitwisseling op. Vaak is de ventilatie in deze gevallen compensatoir toegenomen. Ondanks deze compensatie is de toename vaak onvoldoende, wat leidt tot hypoxemie (tekort aan O₂ in het bloed) en mogelijk hypercapnie (overmaat aan CO₂ in het bloed) [3](#page=3). **Andere functies van de longen omvatten:** * Verwijderen van giftige verbindingen zoals alcohol en aceton [3](#page=3). * Metabole activiteit, zoals de omzetting van inactieve verbindingen naar actieve stoffen (bijvoorbeeld angiotensine I naar angiotensine II) en de inactivatie van stoffen zoals serotonine, bradykinine, noradrenaline en bepaalde medicijnen [3](#page=3). * Filtratie van microtrombi afkomstig uit de systemische venen [3](#page=3). * Fungeren als bloedreservoir [3](#page=3). ### 1.2. Geleidingszone en uitwisselingszone Vanuit een functioneel perspectief worden de luchtwegen onderverdeeld in twee zones: de geleidingszone en de uitwisselingszone [4](#page=4). #### 1.2.1. De geleidingszone De geleidingszone omvat de bovenste luchtwegen en de onderste luchtwegen tot aan de terminale bronchiolen. Deze zone draagt niet bij aan de gasuitwisseling. Het volume van de geleidingszone bedraagt ongeveer 150 ml. Aan het einde van elke uitademing is de geleidingszone gevuld met lucht die weliswaar deelnam aan gasuitwisseling in de longalveolen, maar hierbij zuurstof heeft verloren en koolstofdioxide heeft opgenomen. Bij de volgende inademing wordt deze 150 ml "alveolaire lucht" eerst terug in de longalveolen gebracht, voordat verse lucht de alveolen bereikt. Hierdoor komt van het normale teugvolume van 500 ml slechts ongeveer 350 ml verse lucht in de longalveolen terecht. Aan het einde van de inademing bevat de geleidingszone verse lucht, die bij het begin van de uitademing onveranderd wordt uitgeademd, gevolgd door 350 ml alveolaire lucht [4](#page=4). De primaire functies van de geleidingszone zijn: * Het leiden van lucht naar de uitwisselingszone [4](#page=4). * Het conditioneren van de lucht door opwarming, filtering en bevochtiging. Het slijmvlies van de luchtwegen, dat op lichaamstemperatuur is en vochtig, zorgt ervoor dat de ingeademde lucht wordt opgewarmd en verzadigd met waterdamp. Dit resulteert in "tracheale lucht", waarvan de partiële spanningen van zuurstof, stikstof en andere gassen lager zijn dan die van atmosferische lucht [4](#page=4). > **Tip:** Het volume van de geleidingszone (ongeveer 150 ml) wordt ook wel het "dode ruimte" volume genoemd, omdat het niet direct betrokken is bij gasuitwisseling. #### 1.2.2. De uitwisselingszone De uitwisselingszone, ook wel de respiratoire of diffusiecompartiment genoemd, is het gebied waar gasuitwisseling tussen lucht en bloed plaatsvindt via de alveolo-capillaire membranen. Dit membraan bestaat uit slechts twee cellagen: het epitheel van de alveool en het endotheel van de capillairen, wat een efficiënte gasuitwisseling verzekert door de minimale dikte. De uitwisselingszone beslaat het grootste deel van het longvolume (2,5 tot 3 liter) en heeft een enorm oppervlak van 50 tot 100 m². Dit grote oppervlak is het gevolg van het feit dat de capillairen een zeer groot aantal kleine luchtblaasjes (alveolen) omspoelen, geschat op ongeveer 300 miljoen bij de mens. Een alveool met zijn omringende capillairen wordt een respiratoire eenheid genoemd [4](#page=4). De anatomische afstand van de mond tot de terminale bronchiolen, waar de lucht de eerste alveolen ontmoet, bedraagt ongeveer 25 cm. De afstand tussen de eerste respiratoire bronchiolen en de alveolaire zakken is daarentegen slechts ongeveer 0,5 cm [4](#page=4). > **Voorbeeld:** De efficiëntie van gasuitwisseling wordt gemaximaliseerd door het enorme oppervlak van de alveolen en de dunne wand van het alveolo-capillaire membraan, gecombineerd met de nauwe aanraking met een uitgebreid capillairennetwerk. --- # Longvolumes, capaciteiten en dynamische ademhalingsparameters Dit onderdeel verklaart de verschillende longvolumes en -capaciteiten, meetmethoden zoals spirometrie, en dynamische parameters zoals de 1-secondewaarde en piekstroommeting die gebruikt worden om de longfunctie te evalueren. ### 2.1 De vier klassieke longvolumes Onder longvolumes wordt verstaan de grootte van de gashoudende ruimten in de luchtwegen. Met uitzondering van het residueel volume, kunnen deze direct gemeten worden met een spirometer [19](#page=19). * **Tijdelijk of teugvolume (Tidal Volume, TV, $V_T$)**: Het volume dat bij elke normale ademhaling wordt verplaatst, ongeveer 500 ml [19](#page=19). * **Inspiratoir reserve volume (IRV)**: Het volume dat bij een maximaal diepe inademing extra ingeademd kan worden boven het teugvolume, ongeveer 3 liter [19](#page=19). * **Expiratoir reserve volume (ERV)**: Het volume dat bij een maximaal diepe uitademing extra kan worden uitgeademd vanaf de FRC, ongeveer 1 liter [19](#page=19). * **Residueel volume (RV)**: Het volume dat achterblijft na een maximaal diepe uitademing, ongeveer 1 liter [19](#page=19). Het residueel volume kan niet met een eenvoudige spirometer worden gemeten en wordt indirect bepaald via verdunningsmethoden, vaak met helium vanwege de lage oplosbaarheid in bloed [19](#page=19). #### 2.1.1 Meten van residueel volume en FRC met een spirometer De methode berust op het principe van behoud van de hoeveelheid helium. De formule luidt: $$C_1 \times V_1 = C_2 \times (V_1 + V_2)$$ Hieruit kan het residueel volume ($V_2$, wanneer de proefpersoon maximaal uitademt) berekend worden: $$V_2 = V_1 \times \frac{C_1 - C_2}{C_2}$$ Het rustlongvolume (FRC) kan op een vergelijkbare wijze bepaald worden door aan te nemen dat de proefpersoon tot het rustvolume uitademt in plaats van maximaal [20](#page=20). #### 2.1.2 Meten van residueel volume en FRC met een lichaamsplethysmograaf Deze methode gebruikt de wet van Boyle ($P \times V = \text{constant}$). De persoon zit in een gesloten kamer. Door vanuit RV of FRC te ademen via een gesloten buis naar een drukmeter, verandert het oorspronkelijke volume ($V_1$) en de druk ($P_1$) in de longen. De volumetoename van de longen ($\Delta V$) wordt gemeten aan de hand van de volumevermindering in de kamer. $$P_1 \times V_1 = P_2 \times (V_1 + \Delta V)$$ Hieruit kan $V_1$ (het RV of het FRC) berekend worden [20](#page=20). ### 2.2 De longcapaciteiten Longcapaciteiten worden berekend door twee of meer longvolumes samen te tellen [21](#page=21). * **Functionele residuele capaciteit (FRC)**: $FRC = ERV + RV$. Dit is de inhoud van de longen in rust, het volume dat aanwezig is na rustig uitademen [21](#page=21). * **Vitale capaciteit (VC)**: $VC = TV + IRV + ERV$. Dit is het grootste gasvolume dat door de longen bij één ademhalingsbeweging verplaatst kan worden. Een verminderde VC wordt gezien bij restrictieve longziekten zoals longfibrose en kyfose [21](#page=21). * **Totale longcapaciteit (TLC)**: $TLC = TV + IRV + ERV + RV = VC + RV$. Dit is de inhoud van de longen na een maximaal diepe inademing [21](#page=21). * **Inspiratoire capaciteit (IC)**: $IC = TV + IRV = VC - ERV$. Dit is het volume dat we na een rustige uitademing maximaal kunnen inademen [21](#page=21). Longvolumes zijn ongeveer 20% lager bij vrouwen en groter bij grotere, atletische individuen. Gemeten gasvolumes onder ATPS (ambient temperature and pressure, saturated) moeten worden omgezet naar fysiologische volumes onder BTPS (body temperature and pressure, saturated) [21](#page=21). ### 2.3 Dynamische parameters Dynamische parameters meten de snelheid waarmee lucht in de alveolen wordt ververst, wat een completer beeld geeft van de longfunctie dan statische parameters [22](#page=22). #### 2.3.1 De 1-secondewaarde en Tiffeneau index * **1-secondewaarde (FEV₁)**: Het grootste volume dat na een maximaal diepe inademing in 1 seconde kan worden uitgeademd. Deze waarde is zeer reproduceerbaar [22](#page=22). * **Geforceerde vitale capaciteit (FVC)**: Het totale volume dat bij een geforceerde uitademing wordt uitgeademd [22](#page=22). * **Tiffeneau index**: De verhouding $FEV_1 / FVC \times 100\%$. Bij gezonde personen is deze waarde boven de 75% [22](#page=22). De Tiffeneau index helpt bij het differentiëren tussen obstructieve en restrictieve longziekten [22](#page=22). * **Obstructieve longziekten (bv. astma, COPD)**: Tiffeneau index is lager dan 70%. Bij astma verbeteren FEV₁, FVC en Tiffeneau index na inhalatie van bronchodilatoren [22](#page=22). * **Restrictieve longziekten (bv. longfibrose)**: Absolute waarden van FEV₁ en FVC zijn verminderd, maar de Tiffeneau index is normaal of verhoogd [22](#page=22). #### 2.3.2 De piekstroom De piekstroommeting (Peak Expiratory Flow, PEF(R)) meet het maximale luchtdebiet dat bereikt wordt tijdens een maximaal snelle en diepe uitademing. Dit is een eenvoudige procedure die weinig motivatie van de patiënt vereist en wordt veel gebruikt voor zelfmonitoring bij astmapatiënten. Omdat absolute waarden sterk individueel verschillen, zijn veranderingen van de individuele waarde het meest relevant [23](#page=23). #### 2.3.3 Maximale vrijwillige ventilatie (MVV) Dit is het grootste gasdebiet dat gedurende 10-20 seconden tijdens willekeurige hyperventilatie kan worden volgehouden. De waarde varieert tussen 100-200 l/min en is afhankelijk van lichaamsbouw, geslacht en leeftijd. De MVV is sterk afhankelijk van motivatie en is weinig reproduceerbaar. Een verminderde MVV correleert met de dyspnoedrempel (arbeidsintensiteit waarbij kortademigheid optreedt) [23](#page=23). ### 2.4 Dode ruimte en alveolaire ventilatie De totale longventilatie (ademminutenvolume) bedraagt in rust gemiddeld 6 liter per minuut (0.5 L teugvolume x 12 ademhalingen/min). Niet alle lucht neemt deel aan gasuitwisseling; alleen de lucht in de uitwisselingszone (alveolaire ventilatie) is hierbij van belang. De overige lucht is dode ruimte ventilatie [23](#page=23) [24](#page=24). #### 2.4.1 Anatomische en fysiologische dode ruimte * **Anatomische dode ruimte**: Komt overeen met de inhoud van de geleidingszone van de luchtwegen, die niet deelneemt aan gasuitwisseling [24](#page=24). * **Alveolaire dode ruimte**: Gevormd door geventileerde gebieden in de long waar geen gasuitwisseling plaatsvindt door onvoldoende doorbloeding van alveoli (bv. na longembolie) [24](#page=24). * **Fysiologische dode ruimte ($V_D$)**: Is de som van de anatomische en alveolaire dode ruimte. De fysiologische dode ruimte kan bepaald worden met de formule van Bohr: $$V_T \times FECO_2 = (V_T - V_D) \times FACO_2$$ Waarbij $F_{ECO_2}$ de gemiddelde CO₂-fractie in uitgeademde lucht is en $F_{ACO_2}$ de CO₂-fractie in alveolaire lucht [24](#page=24). Na herschikking wordt dit: $$V_D = V_T \times \frac{F_{ACO_2} - F_{ECO_2}}{F_{ACO_2}}$$ In termen van partiële druk: $$V_D = V_T \times \frac{P_{ACO_2} - PE_{CO_2}}{P_{ACO_2}}$$ Bij gezonde longen kan $P_{ACO_2}$ direct worden gemeten. Bij zieke longen met grotere fysiologische dode ruimte wordt de meting gebaseerd op de partiële CO₂-druk in arterieel bloed ($P_{aCO_2}$), omdat $P_{aCO_2}$ gelijk is aan de gemiddelde $P_{ACO_2}$ [25](#page=25). #### 2.4.2 Alveolaire ventilatie ($V_A$) De alveolaire ventilatie is het gasvolume dat per minuut deelneemt aan gasuitwisseling. $$V_A = (\text{getijvolume} - \text{dode ruimte}) \times \text{ademfrequentie}$$ Een oppervlakkige, snelle ademhaling is hierdoor inefficiënt [25](#page=25). ### 2.5 Ademhalingsweerstanden en ademarbeid Ademen vereist arbeid om dynamische (wrijvingsweerstanden in luchtwegen) en statische (elastische weerstand van longen en ribbenkooi) weerstanden te overwinnen. Bij gezonde longen in rust is het zuurstofverbruik van de ademspieren slechts 1% van het totale zuurstofverbruik, oplopend tot 3% bij maximale inspanning. Ademarbeid neemt toe bij ziekten zoals emfyseem, astma en hartfalen [26](#page=26). #### 2.5.1 Dynamische of wrijvingsweerstand Het gasdebiet door de luchtwegen is afhankelijk van het drukverschil tussen atmosfeer en alveoli en de wrijvingsweerstand ($W$): $$\text{Luchtstroom} = \frac{\Delta P (\text{mond} – \text{alveolen})}{W (\text{wrijvingsweerstand luchtwegen})}$$ De wrijvingsweerstand wordt gegeven door de wet van Poiseuille voor laminaire stroming: $$W = \frac{8 \eta l}{\pi r^4}$$ Hierin is $\eta$ de viscositeit, $l$ de lengte van de buis en $r$ de straal. Een halvering van de diameter verhoogt de weerstand 16 maal, wat het belang van de luchtwegdiameter benadrukt. De diameter wordt beïnvloed door het transmurale drukgradiënt en de tonus van de bronchomotoren [26](#page=26) [27](#page=27). ##### 2.5.1.1 Het transmuraal drukgradiënt – dynamische luchtwegencompressie De luchtwegen zijn blootgesteld aan de intrapleurale druk aan hun buitenzijde. * Tijdens inademen neemt de transmurale druk toe, waardoor de luchtwegen opengaan. Dit verklaart waarom diepe inademing leidt tot een grotere dode ruimte en minder efficiënte ademhaling [27](#page=27). * Tijdens geforceerde uitademing ontstaat een positieve druk in de pleuraholte en alveoli. De druk in de luchtwegen neemt progressief af. Door de "omkering" van de transmurale druk (positief naar negatief) worden de luchtwegen vernauwd, wat de flow mede bepaalt door het drukgradiënt tussen alveoli en pleura. Bij zeer diepe uitademing kunnen luchtwegen samendrukken ("air trapping") en de gasuitwisseling verstoren [27](#page=27). * Bij emfyseem zijn de kleinere luchtwegen vernauwd en minder weerstandig tegen verhoogde druk, waardoor ze sneller kunnen inklappen [28](#page=28). ##### 2.5.1.2 Gevolgen van dynamische luchtwegencompressie * Het luchtdebiet tijdens geforceerde uitademing wordt minder afhankelijk van de uitademkracht bij lagere longvolumes, omdat de luchtwegenweerstand toeneemt [28](#page=28). * De piekstroom wordt vroeg bereikt, waardoor maximaal diep uitademen niet altijd noodzakelijk is en weinig motivatie vereist [28](#page=28). * De toename van de luchtwegdiameter tijdens inademing en vernauwing tijdens geforceerde uitademing verklaart waarom astmapatiënten meer expiratoire dan inspiratoire nood hebben. Het "piepen" ("wheezing") treedt vooral op tijdens het uitademen. Uitademen tegen externe weerstand kan nuttig zijn voor astmapatiënten doordat de luchtwegen meer open worden gehouden [29](#page=29). * Diep uitademen kan leiden tot lokale afsluitingen van luchtwegen, ongelijke ventilatie en gasuitwisselingsstoornissen, wat een veelvoorkomende oorzaak is van gasuitwisselingsstoornissen bij longaandoeningen zoals emfyseem [29](#page=29). * Een verhoogde luchtwegenweerstand (bv. bij astma) accentueert dynamische compressie. De onmogelijkheid om een grote expiratoire flow te genereren belemmert effectief hoesten, wat kan leiden tot ophoping van secreties, verdere toename van weerstand en vermindering van de piekstroom [29](#page=29). ##### 2.5.1.3 Veranderingen in tonus van de bronchomotoren Gladde spiercellen in de luchtwegen worden gecontroleerd door het autonome zenuwstelsel. Parasympathische zenuwtoevoer veroorzaakt bronchoconstrictie, terwijl activatie van β2-receptoren door sympathische innervatie of circulerend adrenaline/geneesmiddelen leidt tot dilatatie. Irriterende stoffen en mediatores zoals histamine en leukotriënen kunnen bronchoconstrictie, oedeem, hypersecretie en slijmvorming veroorzaken, wat belangrijk is bij astma [29](#page=29). ##### 2.5.1.4 Evaluatie van luchtwegenweerstand Luchtwegenweerstand kan worden geëvalueerd met spirometrie (FEV₁/FVC), piekstroommeting of flow-volume lussen [30](#page=30). #### 2.5.2 Statische (of elastische) weerstanden (compliance) Compliance is de mate waarin de longen en de thoraxwand uitrekbaar zijn. De compliantie wordt gekwantificeerd door de verhouding $\Delta V / \Delta P$ (toename in volume per eenheid verandering transmurale druk) [30](#page=30) [31](#page=31). Het normale ademhalingsstelsel heeft een hoge totale compliantie van ongeveer 100 ml/cm H₂O. De compliantie van de longen en de thoraxwand afzonderlijk is ongeveer 200 ml/cm H₂O [31](#page=31). * **Compliance van de long**: Is afhankelijk van de hoeveelheid en het type bindweefselvezels (elastine en collageen). Bij longfibrose is de longcompliantie verminderd, en bij emfyseem is deze verhoogd door elastolyse [31](#page=31). > **Tip:** De totale ademhalingsarbeid is de som van de arbeid om dynamische en statische weerstanden te overwinnen. Een verminderde compliantie (stijvere longen of thorax) of verhoogde luchtwegenweerstand verhoogt de ademarbeid aanzienlijk. --- # Gasuitwisseling en transport in de longen en het bloed Dit deel beschrijft het proces van gasuitwisseling (O2 en CO2) via het alveolo-capillaire membraan, het transport van deze gassen in het bloed door hemoglobine en andere mechanismen, en de invloed van de ventilatie/perfusieverhouding. ### 3.1 Alveolaire lucht De uitwisseling van O2 en CO2 tussen de alveolaire lucht en het bloed vindt plaats via passieve diffusie, gedreven door verschillen in partiële gasspanning. De samenstelling van de alveolaire lucht verschilt van ingeademde lucht doordat O2 wordt opgenomen door het bloed en CO2 wordt afgegeven vanuit het bloed. De partiële zuurstofspanning in de alveolen (PAO2) is gemiddeld 100 mmHg en de partiële kooldioxidespanning (PACO2) is gemiddeld 40 mmHg. De schommelingen in de alveolaire gasspanningen tijdens de ademhalingscyclus zijn minimaal door de continue vermenging van verse lucht met de bestaande alveolaire lucht [34](#page=34) [35](#page=35). De samenstelling van de alveolaire lucht wordt bepaald door: * De samenstelling van de ingeademde lucht [35](#page=35). * De alveolaire ventilatie ($V_A$) [35](#page=35). * Het metabolisme (O2-verbruik $V_{O2}$ en CO2-productie $V_{CO2}$) [35](#page=35). De alveolaire ventilatievergelijkingen voor PACO2 en PAO2 zijn: $$PACO_2 = PICO_2 + \frac{V_{CO2}}{V_A} \times K$$ waarbij $P_{ICO2}$ de partiële druk van CO2 in tracheale lucht is (0 mmHg bij ademen van lucht), $V_{CO2}$ de CO2-productie is (ongeveer 200 ml/min in rust), $V_A$ de alveolaire ventilatie is (normaal 4200 ml/min), en $K$ een constante is (863 mmHg indien $V_{CO2}$ en $V_A$ in respectievelijk STPD en BTPS worden uitgedrukt) [35](#page=35). $$PAO_2 = PIO_2 - \frac{V_{O2}}{V_A} \times K$$ waarbij $PIO_2$ de partiële druk van O2 in tracheale lucht is (150 mmHg op zeeniveau) en $V_{O2}$ het O2-verbruik is (ongeveer 250 ml/min in rust) [35](#page=35). Hieruit kan de volgende vergelijking worden afgeleid: $$PAO_2 = PIO_2 - \frac{PACO_2}{R}$$ met $R = \frac{V_{CO2}}{V_{O2}}$ (normaal 0,8) [36](#page=36). Normoventilatie is een ventilatie die resulteert in een PACO2 van 40 mmHg bij rustmetabolisme. Hyperventilatie leidt tot een hogere PAO2 en lagere PACO2, terwijl hypoventilatie het omgekeerde effect heeft [36](#page=36). ### 3.2 Gasuitwisseling doorheen het alveolo-capillaire membraan #### 3.2.1 Zuurstof De partiële zuurstofspanning in veneus bloed ($PvO_2$) is 40 mmHg, terwijl deze in de alveolen ($PAO_2$) 100 mmHg is. Zuurstof diffundeert vanuit de alveolen naar het bloed in de longcapillairen, waardoor de PO2 in het bloed toeneemt tot dezelfde waarde als in de alveolaire lucht in het eindcapillaire bloed en arterieel bloed ($PaO_2$). Er wordt een volledig evenwicht bereikt ondanks de korte verblijftijd van bloed in de longcapillairen (ongeveer 1 seconde in rust, 250 ms bij maximale inspanning). Bij longziekten met een verdikt alveolo-capillair membraan (bv. interstitiële longziekten, longoedeem) kan dit evenwicht bij inspanning verstoord raken, wat leidt tot een lagere $PaO_2$ dan $PAO_2$ en zuurstofnood [37](#page=37). #### 3.2.2 Koolstofdioxide De partiële kooldioxidespanning in veneus bloed ($PvCO_2$) is 46 mmHg, en in de alveolen ($PACO_2$) is deze 40 mmHg. Koolstofdioxide diffundeert vanuit het bloed naar de alveolen omdat de partiële druk in het bloed hoger is, waardoor de PCO2 in het bloed afneemt tot de waarde van de alveolaire lucht [38](#page=38). ### 3.3 Transport van gassen doorheen het alveolo-capillaire membraan #### 3.3.1 Debiet- of diffusie-gelimiteerde opname De mate van evenwicht tussen alveolaire lucht en capillair bloed wordt bepaald door de diffusiemogelijkheden van het gas door het alveolo-capillaire membraan en de opname door het bloed [38](#page=38). * **Debiet-gelimiteerd transport:** Het gas bereikt evenwicht tussen bloed en alveolaire lucht. De opname kan toenemen met de longdoorbloeding (bv. N2O) [38](#page=38). * **Diffusie-gelimiteerd transport:** Het gas bereikt geen evenwicht. De opname kan toenemen met een verhoogde partiële druk van het gas in de alveolen (bv. CO) [38](#page=38). Zuurstoftransport bevindt zich tussen deze extremen en is onder normale omstandigheden debiet-gelimiteerd. Alleen bij uitzonderlijke omstandigheden (bv. alveolair capillair blok bij interstitiële longziekten tijdens inspanning) kan de diffusie van zuurstof vertraagd zijn en wordt de opname diffusie-gelimiteerd. CO2 diffundeert ongeveer 25 maal sneller dan O2, waardoor het transport van CO2 nooit diffusie-gelimiteerd is, zelfs met een kleinere drukgradiënt [39](#page=39). #### 3.3.2 Opname van een gas De hoeveelheid gas die per tijdseenheid wordt opgenomen ($V_x$) is gelijk aan de partiële drukgradiënt over het membraan vermenigvuldigd met de diffusiecapaciteit van de longen voor dat gas ($D_{Lx}$): $$V_x = D_{Lx} \times (P_A - P_c)$$ waarbij $P_A$ de alveolaire druk is en $P_c$ de gemiddelde longcapillaire druk [39](#page=39). Voor zuurstof geldt: $$V_{O2} = D_{LO2} \times (PAO_2 - PcO_2)$$ [39](#page=39). #### 3.3.3 Drukgradiënt De diffusiesnelheid is evenredig met de drukgradiënt. In het begin van het capillair is de gradiënt voor O2 60 mmHg en voor CO2 6 mmHg. Deze gradiënt vermindert naarmate het bloed verder passeert. Inademen van O2-rijke lucht vergroot de drukgradiënt en daarmee de diffusiesnelheid. Anemie leidt tot een sneller evenwicht van O2 tussen $PaO_2$ en $PAO_2$ omdat minder O2 aan hemoglobine bindt, wat resulteert in minder opgenomen O2. Polycythemie heeft het omgekeerde effect [39](#page=39). #### 3.3.4 Longdiffusiecapaciteit ##### a/ Determinanten van de longdiffusiecapaciteit van een gas De longdiffusiecapaciteit ($D_L$) van een gas wordt beïnvloed door: * De grootte van het contactoppervlak alveolen-bloed. Het normale oppervlak is 50-100 m². Pathologieën zoals emfyseem, longembolieën of longresectie verminderen dit oppervlak. Inspanning kan het contactoppervlak vergroten door de mobilisatie van capillairen [40](#page=40). * De oplosbaarheid van het gas in het membraan. Omdat bloed en membraan voornamelijk uit water bestaan, is de diffusiecoëfficiënt evenredig met de wateroplosbaarheid. CO2 is ongeveer 25 maal beter oplosbaar in water dan O2 [40](#page=40). * Het moleculair gewicht van het gas (omgekeerd evenredig) [40](#page=40). * De dikte van het membraan (omgekeerd evenredig). De normale dikte is minimaal; longoedeem en interstitiële longziekten verhogen de dikte [40](#page=40). De diffusiecoëfficiënt voor CO2 is ongeveer 20 maal groter dan die voor zuurstof, ondanks een kleinere drukgradiënt. Dit verklaart waarom CO2 snel in evenwicht komt en waarom bij longziekten vaak hypoxemie optreedt voordat er hypercapnie ontstaat [40](#page=40). ##### b/ Bepalen van de longdiffusiecapaciteit De diffusiecapaciteit ($D_L$) voor O2 kan niet direct gemeten worden omdat $P_{cO2}$ niet te meten is. De diffusiecapaciteit van CO ($D_{LCO}$) kan wel gemeten worden door inhalatie van een kleine hoeveelheid CO, aangezien $P_{cCO}$ nagenoeg nul is door de hoge affiniteit van hemoglobine voor CO [41](#page=41). ### 3.4 Het respiratoir quotiënt Het respiratoir quotiënt (RQ) is de verhouding van de geproduceerde CO2 tot het verbruikte O2 per tijdseenheid in een evenwichtssituatie [41](#page=41). * Koolhydraten: RQ = 1,00 [41](#page=41). * Vetten: RQ ≈ 0,70 [41](#page=41). * Eiwitten: RQ ≈ 0,82 [41](#page=41). Normaal is de RQ ongeveer 0,8. Hyperventilatie kan de RQ verhogen door meer CO2 uit te ademen. Bij zware inspanningen kan de RQ tot 2,00 oplopen door verhoogde CO2-uitscheiding en de verbruik van melkzuur uit anaerobe glycolyse [41](#page=41). ### 4 Longdoorbloeding – Kleine bloedsomloop De longcirculatie staat in serie met de systemische circulatie, met een lager perfusiedruk en lagere weerstand [42](#page=42). #### 4.1 Druk, volume en debiet in de longcirculatie De druk in de arteria pulmonalis is 25/10 mmHg (gemiddeld 15 mmHg), in het linkeratrium 8 mmHg, en de perfusiedruk is slechts 7 mmHg. Het debiet is gelijk aan dat van de grote bloedsomloop (5 L/min). De capillaire druk is ongeveer 10 mmHg, wat lager is dan de colloïd osmotische druk (ca. 25 mmHg), waardoor capillaire filtratie minimaal is en het alveolo-capillaire membraan dun blijft [42](#page=42). Bij verhoogde capillaire druk (bv. bij mitralisklepstenose of linkerventrikel falen) ontstaat longoedeem. Longcongestie en longoedeem verergeren in liggende houding door een toename van het longvolume (orthopnoe). Het longvolume varieert van 450 ml staand tot 800 ml liggend [42](#page=42) [43](#page=43). #### 4.2 Invloed van de zwaartekracht In rechtopstaande houding neemt de doorbloeding toe van de longtop naar de basis door hydrostatische drukverschillen. Dit kan leiden tot een zone in de longtop waar de arteriële druk lager is dan de alveolaire druk, waardoor capillairen platgedrukt worden en er geen doorbloeding is (alveolaire dode ruimte). Dit kan voorkomen bij verlaagde arteriële druk (bv. na bloeding) of verhoogde alveolaire druk (bv. bij PEEP-ventilatie). Lager in de long neemt de perfusiedruk toe, waardoor meer capillairen openen en de doorbloeding sterk toeneemt [43](#page=43). #### 4.3 Regulatie van de longcirculatie De regulatie van de vasculaire weerstand gebeurt voornamelijk passief door debiet en druk. Lokale doorbloeding wordt actief geregeld door hypoxische vasoconstrictie: bij lokale hypoxie vernauwen de bloedvaten, waardoor bloed wordt afgeleid van ondergeventileerde naar goed geventileerde longdelen. Dit zorgt voor een aanpassing van de doorbloeding aan de ventilatie en beperkt de spreiding in de ventilatie/perfusieverhouding. Globale hypoxie kan leiden tot pulmonale hypertensie en cor pulmonale (rechterhartinsufficiëntie) [44](#page=44). #### 4.4 Rechts-links shunts (“veneuze bijmenging”) Een klein deel van het bloed omzeilt de gasuitwisseling in de longen via anatomische rechts-links shunts, zoals de bronchiale circulatie die direct in de pulmonale venen draineert, en de venae cordis minimae. Normaal bedraagt dit 2% of minder van het hartdebiet en verklaart het de iets lagere arteriële PO2 dan de alveolaire PO2. Bij longziekten waarbij longdelen doorbloed worden zonder gasuitwisseling, kan de rechts-links shunting toenemen [45](#page=45). ### 5 Transport van ademhalingsgassen in het bloed Ademhalingsgassen komen in het bloed voor in gebonden en opgeloste vorm. De opgeloste vorm is kwantitatief gering, maar belangrijk voor de uitwisseling met alveolen en weefsels [46](#page=46). #### 5.1 Zuurstoftransport ##### a/ Hemoglobine en oxyhemoglobine Hemoglobine (Hb) bindt zuurstof reversibel tot oxyhemoglobine (HbO2). De associatie vindt plaats in de longcapillairen en de dissociatie in de systemische capillairen. De zuurstofcapaciteit van het bloed is de maximale hoeveelheid gebonden O2 per deciliter bloed [46](#page=46) [47](#page=47). $$Zuurstofcapaciteit = hemoglobineconcentratie \times 1,34 \text{ ml/g}$$ . Met een normale hemoglobineconcentratie van 15 g/dl is de zuurstofcapaciteit 20 ml/dl [47](#page=47). ##### b/ De O2-hemoglobine dissociatiecurve De zuurstofverzadiging van hemoglobine is de verhouding van oxyhemoglobine tot de totale zuurstofbindingscapaciteit van hemoglobine. De curve toont het verband tussen verzadiging en zuurstofspanning ($PO_2$). Normaal daalt de verzadiging van 100% in arterieel bloed tot 75% in veneus bloed [47](#page=47). * **Boven $PO_2$ 60 mmHg:** De curve heeft een vlak verloop. Grote $PO_2$-veranderingen hebben weinig invloed op de verzadiging. Dit is belangrijk voor oxygenatie in de longcapillairen. Hypoxemie wordt gedefinieerd als $PaO_2$ lager dan 60 mmHg [48](#page=48). * **Onder $PO_2$ 40 mmHg:** De curve heeft een steil verloop. Kleine $PO_2$-veranderingen leiden tot grote verzadigingsveranderingen. Dit is belangrijk voor oxygenatie van de weefsels [48](#page=48). Klinische meting van zuurstofverzadiging gebeurt via pulsoximetrie [48](#page=48). ##### c/ Verschuivingen in de dissociatiecurve De affiniteit van hemoglobine voor O2 wordt beïnvloed door: * **Rechtsverschuiving (verminderde affiniteit):** Daling van pH, toename van temperatuur en/of $PCO_2$. Dit zorgt voor meer O2-afgifte in metabool actieve weefsels [49](#page=49). * **Rechtsverschuiving:** Toename van 2,3-difosfoglyceraat (2,3-DPG) in rode bloedcellen, wat optreedt bij anemie en onder invloed van bepaalde hormonen [49](#page=49). * **Linksschuiving (verhoogde affiniteit):** Afname van bovengenoemde factoren [49](#page=49). ##### d/ Methemoglobine Methemoglobine ontstaat wanneer het Fe2+-ion geoxideerd wordt tot Fe3+-ion, waardoor het geen zuurstof kan binden. Dit kan gebeuren door blootstelling aan oxidantia of door een geremd metabolisme in rode bloedcellen [49](#page=49). ##### e/ De zuurstofcascade in het organisme De O2-cascade beschrijft het verval van de $PO_2$ vanaf de atmosferische lucht tot het gemengd veneuze bloed, beïnvloed door klimatisatie, alveolaire ventilatie, metabolisme, diffusie, shunts en V/Q-verhoudingen [50](#page=50). #### 5.2 Transport van CO2 Het bloed kan veel meer CO2 vervoeren dan O2. CO2 wordt op drie manieren getransporteerd [50](#page=50): 1. **Opgeloste vorm:** Ongeveer 10% van het CO2 is opgelost in het plasma. CO2 is ongeveer 20 keer beter oplosbaar in water dan O2 [51](#page=51). 2. **Carbaminoverbindingen:** Ongeveer 20% bindt op de aminogroep van globine in hemoglobine en andere eiwitten, met vorming van carbaminohemoglobine [51](#page=51). $$Hb-NH_2 + CO_2 \rightleftharpoons Hb-NH-COOH$$ [51](#page=51). 3. **Bicarbonaat-ionen ($HCO_3^-$):** Het overige deel wordt getransporteerd als bicarbonaat. CO2 diffundeert in rode bloedcellen en reageert met water tot koolzuur ($H_2CO_3$), dat splitst in een proton ($H^+$) en een bicarbonaat-ion ($HCO_3^-$) onder invloed van koolzuuranhydrase (CA) [51](#page=51). $$CO_2 + H_2O \xrightarrow{CA} H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-$$ . Bicarbonaat verlaat de cel via een $HCO_3^-$/Cl--anti-transport (Hamburger shift). De bufferende werking van Hb (in vergelijking met HbO2) en de toename van $HCO_3^-$ en Cl- in de rode bloedcel tijdens passage door weefselcapillairen leiden tot een verdubbeling van de CO2-opname door het bloed. Dit veroorzaakt ook een zwelling van de rode bloedcellen [51](#page=51) [52](#page=52). ### 6 Ventilatie/Perfusieverhouding De alveolaire ventilatie ($V_A$) en de longdoorbloeding ($Q$) moeten met elkaar overeenkomen voor een optimale gasuitwisseling. Een ideale $V_A/Q$-verhouding is ongeveer 0,8 [53](#page=53). #### 6.1 Invloed van houding op ventilatie/perfusie verhouding In staande houding neemt de doorbloeding en ventilatie toe van de longtop naar de basis, maar de invloed van zwaartekracht is sterker op perfusie. Hierdoor neemt de $V_A/Q$-verhouding progressief af van ongeveer 3 aan de top tot 0,3 aan de basis [54](#page=54). #### 6.2 Invloed van V/Q op de samenstelling van de alveolaire lucht De samenstelling van de alveolaire lucht hangt af van de $V_A/Q$-verhouding. Een hogere $V_A/Q$-verhouding leidt tot een hogere $PAO_2$ en lagere $PACO_2$. Bij een normale $V_A/Q$ van 0,8 zijn $PAO_2$ 100 mmHg en $PACO_2$ 40 mmHg. Door variaties in $V_A/Q$ in de longen is de $PAO_2$ aan de toppen ongeveer 132 mmHg en aan de basis 89 mmHg. Het gemengde arteriële $PO_2$ ($PaO_2$) ligt dichter bij de lagere waarde van de basis. Het alveolo-arteriële zuurstofspanningsverschil ($A-a)DO_2$ is normaal slechts enkele mmHg [54](#page=54) [55](#page=55). #### 6.3 Stoornissen van de V/Q verhouding V/Q stoornissen ontstaan wanneer de $V_A/Q$-verhouding in bepaalde longdelen verandert, wat leidt tot een verhoogde spreiding van $V_A/Q$ en een verhoogd $(A-a)DO_2$ [55](#page=55). ##### 6.3.1 V/Q stoornis door relatief verminderde doorbloeding Bijvoorbeeld bij een longembolie is de doorbloeding nul ($V_A/Q$ = oneindig), wat leidt tot een toename van de alveolaire dode ruimte. De alveolaire lucht benadert de tracheale lucht ($PAO_2$ 150 mmHg, $PACO_2$ 0 mmHg). De gasuitwisseling vindt plaats in de doorbloede alveolen, waar $PAO_2$ daalt en $PACO_2$ stijgt. Gevolg: lagere $PaO_2$ en hogere $PaCO_2$ [55](#page=55). ##### 6.3.2 V/Q stoornis door relatief verminderde (ongelijkmatige) ventilatie Dit is een gevolg van veel longziekten, zoals: * **Verminderde compliantie:** Bij longoedeem of longfibrose [55](#page=55). * **Verhoogde weerstand in luchtwegen:** Door obstructie (vreemd lichaam, slijmprop, tumor), bronchoconstrictie (astma), verdikking van de wand (chronische bronchitis) of emfyseem [55](#page=55). * **Abnormale structuur:** Tumor, pleuravocht (hydrothorax) of lucht (pneumothorax) [56](#page=56). Bij volledige afwezigheid van ventilatie in een longdeel, komt de alveolaire lucht in evenwicht met veneus bloed. Het gemengde bloed zal een verlaagde $PaO_2$ en verhoogde $PaCO_2$ hebben. Hypoxische vasoconstrictie kan de ernst enigszins milderen [56](#page=56). ##### 6.3.3 Gecompenseerde V/Q stoornis Een V/Q stoornis leidt initieel tot hypoxemie en hypercapnie. De bloedgasveranderingen lokken een reflectoire toename van de ventilatie uit, wat compensatie kan bieden. De verhoogde ventilatie beïnvloedt voornamelijk de normale alveolen, waardoor $PO_2$ stijgt en $PCO_2$ daalt. Door de afvlakking van de O2-dissociatiecurve kunnen deze alveolen de zuurstoftekort van de minder geventileerde alveolen niet compenseren. De verhoogde ventilatie kan wel zorgen voor een verlaging van het CO2-gehalte (hypocapnie). Dit is typisch voor chronische longziekten. Als de compensatoire hyperventilatie onvoldoende is, treden opnieuw hypoxemie en hypercapnie op [56](#page=56) [57](#page=57). #### 6.4 Evalueren van een ventilatie/perfusie stoornis De meting van de $PaO_2$ is geen goede index voor V/Q stoornissen omdat deze ventilatie-afhankelijk is. Het meten van het alveolo-arteriële verschil in $PO_2$ ($(A-a)DO_2$) is bruikbaarder, omdat elke V/Q stoornis dit verschil vergroot. De $PAO_2$ wordt berekend met de alveolaire luchtvergelijking [58](#page=58): $$PAO_2 = PIO_2 - \frac{PACO_2}{R}$$ . Hierbij wordt $PACO_2$ gelijkgesteld aan de te meten $PaCO_2$. Een toename in $(A-a)DO_2$ kan ook veroorzaakt worden door een diffusie stoornis of anatomische rechts-links shunts. De bepaling van de fysiologische dode ruimte met de Bohr vergelijking kan ook informatie geven over V/Q stoornissen [58](#page=58). --- # Regulatie en speciale omstandigheden van de ademhaling Hieronder volgt een gedetailleerd studieoverzicht van "Regulatie en speciale omstandigheden van de ademhaling", gebaseerd op de verstrekte documentinhoud. ## 4. Regulatie en speciale omstandigheden van de ademhaling Dit deel behandelt de automatische en chemische regulatie van de ademhaling door ademhalingscentra en chemoreceptoren, de aanpassing aan speciale omstandigheden zoals inspanning en hypoxie, en de gevolgen van hypoxemie en hypercapnie. ### 4.1 Algemene principes van ademhalingsregulatie Het zuurstofverbruik en de productie van kooldioxide kunnen aanzienlijk variëren, met name tijdens fysieke inspanning, waarbij deze waarden tot tienmaal of meer kunnen toenemen. Om de aanvoer van zuurstof en de afvoer van kooldioxide te waarborgen, passen de longventilatie zich snel aan door wijzigingen in zowel het ritme als de diepte van de adembewegingen. Ademhalingsspieren zijn willekeurige skeletspieren en hun activiteit wordt niet gereguleerd door het autonome zenuwstelsel. Desondanks is de willekeurige controle over de ademhaling, zoals hyperventilatie, hypoventilatie of apneu, beperkt [59](#page=59). > **Tip:** Begrijp het onderscheid tussen willekeurige en automatische controle van de ademhaling. Hoewel ademhalingsspieren willekeurig kunnen worden aangestuurd, wordt de basisademhaling grotendeels automatisch geregeld. #### 4.1.1 Willekeurige controle en beperkingen Overmatige ventilatie, of hyperventilatie, wordt beperkt door symptomen die optreden bij overmatig verlies van kooldioxide en respiratoire alkalose, zoals tintelingen, een beklemmend gevoel, duizeligheid en syncope. Hyperventilatie kan bewust worden uitgelokt, maar ook psychogeen zijn. Aanvallen kunnen worden bestreden door in een plastic zak te ademen (verhoging PaCO2) of door door een open buis te ademen (vergroting dode ruimte) [59](#page=59). Willekeurige apneu is beperkt door de "doorbraak", voornamelijk bepaald door een toename van de PaCO2. Slaapapneu, periodieke ademstops tijdens de slaap, kan leiden tot chronisch slaapgebrek en is geassocieerd met snurken (obstructief) of ontregeling van het ademcentrum (centraal) [60](#page=60). #### 4.1.2 Automatische, onbewuste controle De ademhalingsspieren staan niet alleen onder willekeurige controle vanuit de motorische cortex, maar ook vanuit de medulla via zenuwvezels die synapteren op motorneuronen. De ademhalingsactiviteit wordt voornamelijk bepaald door automatische, onbewuste controle vanuit het "ademhalingscentrum" in de hersenstam, dat zorgt voor periodieke activatie en remming van inspiratoire en expiratoire neuronen, leidend tot ritmogenese. Deze activiteit wordt gemoduleerd door chemoreceptoren en neurogene terugkoppelingsmechanismen [60](#page=60). ### 4.2 Ademhalingscentra in de hersenstam en ritmogenese De ademhaling wordt geregeld door verschillende centra in de hersenstam, met name in de pons en de medulla, die het ritme en patroon bepalen. Een sectie tussen de medulla en het ruggenmerg resulteert in het stoppen van de ademhaling [60](#page=60). #### 4.2.1 Neuronen in de medulla In de medulla bevinden zich inspiratoire en expiratoire neuronen die synapteren met motorische neuronen van de nervus phrenicus en nervi intercostales. Normaal gesproken vertonen inspiratoire neuronen ritmische activiteit, terwijl expiratoire neuronen alleen actief zijn tijdens geforceerde uitademing. Er is reciproke inhibitie tussen deze neuronengroepen. De respiratoire neuronen zijn verspreid over drie kernen in de medulla, waardoor het ademhalingscentrum niet als één anatomische entiteit kan worden beschouwd [60](#page=60). #### 4.2.2 Modulatie door de pons Impulsen vanuit de pneumotactische centra in de pons moduleren de respiratoire centra in de medulla. Een onderbreking van de verbinding tussen pons en medulla verandert het ademritme en -patroon. Het pneumotactisch centrum ontvangt input vanuit de medulla en vanuit de hypothalamus en hogere centra, waardoor factoren zoals emoties en temperatuur de ademhaling kunnen beïnvloeden. De willekeurige controle vanuit de cortex verloopt onafhankelijk van de automatische zenuwbanen vanuit de medulla [61](#page=61). ### 4.3 Chemische regulatie van de ademhaling De chemische controle van de ventilatie vindt plaats via chemoreceptoren die de PaCO2, PO2 en pH in het arteriële bloed (perifere chemoreceptoren) en de pH in het cerebrospinaal vocht (centrale chemoreceptoren) monitoren en de ventilatie aanpassen aan de metabole behoeften. Dit zorgt voor minimale veranderingen in PaO2 en PaCO2 bij grote metabole schommelingen [61](#page=61). #### 4.3.1 Chemoreceptoren ##### 4.3.1.1 Perifere chemoreceptoren Deze bevinden zich in de glomus caroticum en glomus aorticum. De glomus caroticum wordt geprikkeld door een daling van PaO2 en pH, en een toename van PaCO2 in het arteriële bloed. Opgeloste zuurstof is verantwoordelijk voor de PaO2-prikkeling; anemie of CO-intoxicatie hebben hierdoor geen invloed. De ventilatiereactie is snel (seconden) [62](#page=62). ##### 4.3.1.2 Centrale chemoreceptoren Deze bevinden zich in de medulla en zijn gevoelig voor de pH van het cerebrospinaal vocht (CSV). Ze zijn niet gevoelig voor veranderingen in PO2. Het effect van PCO2 op de centrale chemoreceptoren verloopt via een pH-wijziging in het CSV. De bloed-hersenbarrière is impermeabel voor H+ en HCO3-, maar wel voor CO2. Daardoor wordt de pH van het CSV bepaald door de arteriële PCO2 en de HCO3- concentratie in het CSV. Een kleine verandering in PCO2 veroorzaakt een grote pH-verandering in het CSV vanwege het lage bufferend vermogen. Stimulatie van centrale chemoreceptoren door een dalende pH in het CSV (stijgende PCO2 in bloed) stimuleert de ventilatie. De centrale chemoreceptoren zijn verantwoordelijk voor ongeveer 80% van de CO2-respons bij de mens, met een relatief trage reactie (ongeveer 20 seconden) [63](#page=63). > **Tip:** De bloed-hersenbarrière is cruciaal voor de werking van centrale chemoreceptoren. Begrijp hoe CO2 deze barrière passeert en de pH van het CSV beïnvloedt. #### 4.3.2 Verband longventilatie en zuur-base evenwicht Verstoringen in het zuur-base evenwicht kunnen ventilatieveranderingen veroorzaken, en omgekeerd kunnen ademhalingsstoornissen het zuur-base evenwicht verstoren [64](#page=64). * **Respiratoire alkalose:** Treedt op bij verhoogde ventilatie (psychogeen, hooggebergte), resulterend in een dalende PaCO2 en stijgende pH [64](#page=64). * **Respiratoire acidose:** Treedt op bij verminderde ventilatie (longziekten, narcotica), resulterend in een stijgende PaCO2 en dalende pH [64](#page=64). * **Metabole acidose (bv. ketoacidose):** Stimuleert de ventilatie, waardoor PaCO2 daalt en de pH normaliseert (secundaire compensatie) [64](#page=64). * **Metabole alkalose (bv. na braken):** Onderdrukt de ventilatie, waardoor PaCO2 stijgt en de pH normaliseert. Respiratoire compensatie is echter beperkt door mogelijke hypoxemie die de ventilatie remt [64](#page=64). ##### 4.3.2.1 Henderson-Hasselbalch vergelijking De pH van een bufferoplossing kan worden berekend met de Henderson-Hasselbalch vergelijking: $$pH = 6.10 + \log \left( \frac{[ HCO_3^- ]}{0.03 PCO_2} \right)$$ Deze vergelijking illustreert het verband tussen de pH, de bicarbonaatconcentratie en de partiële druk van kooldioxide in het bloed, en is relevant voor het begrijpen van respiratoire en metabole zuur-base stoornissen [64](#page=64). #### 4.3.3 Invloed van CO2 en O2 op de ventilatie ##### 4.3.3.1 Invloed van CO2 * **Acuut effect:** Bij inademing van gassen met toenemende CO2-concentratie neemt de ventilatie praktisch lineair toe met de PaCO2. Deze gevoeligheid neemt af na toediening van morfine en barbituraten, wat de ademhalingsdepressie verklaart. Dit effect wordt grotendeels gemedieerd via centrale chemoreceptoren [65](#page=65). * **Chronisch effect:** Bij aanhoudende hypercapnie (uren/dagen) vermindert de ventilatie en wordt een nieuw evenwicht bereikt na 6-24 uur. Dit komt door de progressieve normalisatie van de pH in het CSV via verhoogd HCO3- transport. De drang om te ademen vanuit de centrale chemoreceptoren vermindert, zelfs bij verhoogde PaCO2. In dergelijke gevallen ademt een hypoxische en hypercapnische patiënt voornamelijk onder invloed van de verminderde PaO2 ("hypoxische drive") [65](#page=65). > **Tip:** Wees voorzichtig met zuurstoftoediening bij patiënten met chronische hypercapnie, omdat dit de hypoxische drive kan onderdrukken en leiden tot ademstilstand. ##### 4.3.3.2 Invloed van O2-tekort * **Acuut effect:** Een progressieve toename van de ventilatie treedt op wanneer de PaO2 lager is dan 60 mm Hg. Een daling van PaO2 met meer dan 40 mm Hg is nodig voor een effect op de ventilatie, terwijl een toename van PCO2 met 1 mm Hg reeds een significant effect uitlokt. De hypoxische drive speelt geen rol in de normale regulatie bij gezonde individuen, maar is belangrijk op grote hoogte en bij chronische longziekten. Het effect van hypoxemie is afhankelijk van perifere chemoreceptoren. Reflectoire hyperventilatie leidt tot een PCO2-daling in bloed en CSV, wat de centrale chemoreceptoren remt en de ventilatiestijging beperkt [66](#page=66). * **Chronisch effect:** Bij aanhoudende hypoxemie (uren/dagen) neemt de ventilatie progressief toe omdat de alkalose in het CSV wordt gecompenseerd door een daling van de [HCO3-. De centrale rem op de ventilatie verdwijnt grotendeels, waardoor de prikkel vanuit perifere chemoreceptoren niet langer wordt tegengewerkt [66](#page=66). ##### 4.3.3.3 Invloed van wijzigingen in PCO2 en PO2 Vaak veranderen PCO2 en PO2 gelijktijdig. Bij een hogere PCO2 neemt de ademhaling al toe wanneer de PO2 lager wordt dan 140 mm Hg. Dit duidt op een synergistisch effect van PO2 en PCO2 op de ventilatie. Bij een lagere PO2 neemt de helling van de CO2-antwoordcurve toe [66](#page=66). ### 4.4 Neurogene regulatie van de ademhaling #### 4.4.1 Invloed vanuit andere centra in het centraal zenuwstelsel Verschillende centra in het CZS beïnvloeden de ademhalingscentra. De motorische cortex zorgt voor aanpassing van de ventilatie bij fysieke inspanning. Emoties hebben een belangrijke invloed op de ademhaling. Centra voor slikken en braken onderbreken de inspiratie om aspiratie te voorkomen. Spraakcentra interageren met het ademhalingscentrum om in- en uitademing te synchroniseren met spraak. Het reticulair activerend systeem oefent een tonische werking uit op de ademhalingscentra, wat leidt tot vertraging van de ademhaling tijdens de slaap [67](#page=67). #### 4.4.2 Reflexen vanuit longen en luchtwegen en intrapulmonale receptoren De ademhalingscentra worden reflectoir beïnvloed door receptoren in de longen en luchtwegen, waarbij afferente prikkels via de nervus vagus de hersenstam bereiken [67](#page=67). ##### 4.4.2.1 Stretchreceptoren en de reflex van Hering en Breuer Deze receptoren in de luchtwegwand worden geactiveerd door uitrekking van de longen tijdens inademing. De belangrijkste reflex is de inhibitie van inspiratie, wat de ademhaling minder diep maakt. Bij de mens is de drempel voor deze reflex hoog, waardoor normale ademvolumes de receptoren niet prikkelen. Bij grotere ademvolumes (> 1,5 L) treedt reflectoire verkorting van het inspirium op. Bijkomende effecten zijn bronchodilatatie en tachycardie [68](#page=68). ##### 4.4.2.2 Irritant receptoren Deze receptoren bevinden zich oppervlakkig in de mucosa van de luchtwegen en worden geprikkeld door chemische prikkels (gassen, rook, stof). De reflexen omvatten hyperpnoe en bronchoconstrictie, wat een rol speelt bij astma. Ze zijn ook verantwoordelijk voor periodiek zuchten, wat collaps van de longen voorkomt. Deze receptoren zijn mogelijk ook betrokken bij de eerste ademhalingen van de neonatus [68](#page=68). ##### 4.4.2.3 "J-receptoren" Deze receptoren (juxtacapillaire) bevinden zich nabij de longcapillairen en worden gestimuleerd bij vochttoename in de alveolaire wand, oedeem, longcongestie, micro-embolen en ontstekingsmediatoren. Stimulatie leidt tot depressie van de ademactiviteit, wat nuttig kan zijn bij ernstige longbeschadiging [68](#page=68). #### 4.4.3 Hoesten en niezen Hoesten en niezen zijn reflectoir veroorzaakte uitademingspatronen door irritatie van de luchtwegen of neusslijmvlies. Hoesten omvat een diepe inademing gevolgd door een geforceerde uitademing met gesloten stemspleet, wat de intrapleurale druk sterk verhoogt. Niezen is een vergelijkbare reflex met hoge luchtstroom door de neus. Deze reflexen helpen bij het verwijderen van irriterende stoffen [68](#page=68) [69](#page=69). #### 4.4.4 Andere ademhalingsreflexen * **Proprioceptoren:** Prikkeling van proprioceptoren in spieren, pezen en gewrichten door bewegingen veroorzaakt reflectoire activatie van de ademhaling, mogelijk betrokken bij hyperpnoe bij inspanning [69](#page=69). * **Duikreflex:** Plotseling contact met koud water prikkelt receptoren in het aangezicht en leidt tot tijdelijke remming van de ademhaling [69](#page=69). * **Pijnreceptoren:** Prikkeling van pijnreceptoren kan leiden tot tachypnoe of apnoe [69](#page=69). * **Hikken:** Een spastische contractie van het diafragma en inademingsspieren, gevolgd door plotselinge sluiting van de glottis, wat het typische geluid veroorzaakt. Kan worden afgeremd door de adem in te houden [69](#page=69). * **Geeuwen:** Vermoedelijk een functie om alveoli te openen en atelectase te voorkomen [69](#page=69). ### 4.5 De ademhaling in speciale omstandigheden #### 4.5.1 Inspanningen Bij inspanning verhoogt de zuurstofopname en de longdoorbloeding aanzienlijk. De zuurstofopname stijgt proportioneel met de verrichte arbeid, maar bereikt een maximum (VO2max). Inspanningen die meer vereisen dan de VO2max leiden tot een snelle toename van melkzuurconcentratie [70](#page=70). > **Tip:** Een hoge VO2max is een voorwaarde, maar geen garantie voor goede prestaties in duursporten, aangezien psychologische factoren ook een rol spelen. Bij de start van inspanning neemt de ventilatie plots toe, gevolgd door een graduele stijging. Bij matige inspanning neemt de ademdiepte toe, bij zware inspanning ook het ademritme. De plotse toename bij de start is waarschijnlijk het gevolg van psychische stimuli en afferente impulsen vanuit proprioceptoren. De graduele toename is waarschijnlijk humoraal (PaO2, PaCO2, lichaamstemperatuur, K+). De ventilatie neemt lineair toe met inspanning, maar stijgt sneller bij zware inspanning door melkzuurproductie. De anaërobe drempel markeert het begin van verzuring. Na inspanning wordt de rustwaarde voor ventilatie pas bereikt wanneer de zuurstofschuld is afbetaald [71](#page=71). #### 4.5.2 Verband ademhaling en hypoxie Hypoxie is een tekort aan zuurstof op weefselniveau. Er zijn verschillende types [72](#page=72): * **Hypox(em)ische hypoxie:** Verlaagde PO2 in arterieel bloed [72](#page=72). * **Anemische hypoxie:** Tekort aan beschikbaar hemoglobine (bv. CO-intoxicatie) [72](#page=72). * **Ischemische of stagnerende hypoxie:** Onvoldoende doorbloeding [72](#page=72). * **Histotoxische hypoxie:** Cellen kunnen zuurstof niet verwerken (bv. cyanidevergiftiging) [72](#page=72). Enkel hypox(em)ische hypoxie is direct gerelateerd aan ademhalingsproblemen [72](#page=72). #### 4.5.3 Hypox(em)ische hypoxie Dit kan voorkomen op grote hoogte of door ademhalingsproblemen [72](#page=72). ##### 4.5.3.1 Aanpassing aan de hoogte Op grote hoogte daalt de luchtdruk en daarmee de alveolaire PO2. Acclimatisatie vindt plaats via [72](#page=72): * **Hyperventilatie:** Als gevolg van hypoxische stimulatie van perifere chemoreceptoren, wat leidt tot verlaagde PCO2 en alkalose. Na enkele dagen wordt de pH genormaliseerd door renale excretie van bicarbonaat [73](#page=73). * **Activatie van HIF-1:** Dit bevordert erytropoëse (verhoogd hematocriet), angiogenese (nieuwvorming van bloedvaten) en de vorming van oxidatieve enzymen. Ook het aantal mitochondriën en myoglobine neemt toe [73](#page=73). ##### 4.5.3.2 Hypox(em)ische hypoxie door ademhalingsproblemen (PaO2 < 60 mm Hg) Dit kan ontstaan door een stoornis in de pompfunctie (hypoventilatie) of in de gasuitwisseling [73](#page=73). * **Hypoventilatie ("pompfalen"):** Ventilatie is niet aangepast aan de behoefte, vaak met extrapulmonale oorzaken zoals depressie van ademhalingscentra, neurologische aandoeningen, spier- of thoraxwandproblemen. Hypoventilatie leidt tot hypoxemie en hypercapnie [73](#page=73) [74](#page=74). * **Diffusiestoornis ("alveolo-capillair blok"):** De capillaire PO2 bereikt geen evenwicht met de alveolaire PO2, vaak door verdikking van de alveolo-capillaire membraan. Hypercapnie treedt nauwelijks op. Bij toediening van zuurstof neemt de PaO2 toe [74](#page=74). * **Rechts-links shunts:** Kleine hoeveelheid bloed omzeilt de longen. Dit kan extrapulmonair zijn (bv. tetralogie van Fallot) of intrapulmonaal (bv. atelectase). Shunts leiden meestal niet tot verhoogde PaCO2 door reflectoire hyperventilatie. Toediening van 100% zuurstof heeft weinig invloed op de hypoxemie. Shunt is de enige vorm van hypoxemie die blijft bestaan tijdens inhalatie van 100% zuurstof [74](#page=74). * **Alveolaire hypoventilatie:** Pathologische ventilatie/perfusie spreiding (V/Q-stoornis), zoals bij obstructie door slijm of bronchospasmen, is de belangrijkste oorzaak van hypoxische hypoxie. Dit leidt tot hypoxemie en soms hypercapnie. Bij gecompenseerde V/Q-stoornis treedt hypoxemie, maar geen hypercapnie op (vaak hypocapnie). Bij toediening van 100% zuurstof vermindert of verdwijnt de hypoxemie [75](#page=75). > **Tip:** Shunts zijn de enige vorm van hypoxemie die niet significant verbetert bij toediening van 100% zuurstof. Dit is een belangrijke diagnostische test. #### 4.5.4 Ademefficiëntie bij rokers Bij rokers vermindert de ademefficiëntie door vernauwing van bronchiolen door nicotine, verminderde zuurstoftransportcapaciteit door CO, verhoogde slijmsecretie en beschadiging van cilia, en destructie van elastische vezels wat leidt tot emfyseem. Bij emfyseem collaberen kleine bronchiolen en wordt lucht gevangen, wat de gasuitwisseling belemmert [75](#page=75). ### 4.6 Effecten van hypox(em)ie en hypercapnie #### 4.6.1 Hypox(em)ie Hypoxemie onderdrukt het centraal zenuwstelsel, leidend tot verwardheid, prikkelbaarheid, duizeligheid, convulsies, coma en potentieel de dood. Chronische hypoxemie leidt tot verhoogd hematocriet en bloedviscositeit, pulmonale hypertensie en hypertrofie van het rechterventrikel. Cyanose (grijs-blauwe verkleuring) kan optreden door hoge concentraties gedesoxygeneerd hemoglobine [76](#page=76). #### 4.6.2 Hypercapnie Een hoge PaCO2 veroorzaakt perifere en cerebrale vasodilatatie, wat leidt tot hoofdpijn en verhoogde intracraniële druk. Centrale zenuwstelsel stoornissen (verwardheid, slaperigheid, coma) en skeletspiertremor komen ook voor. Chronische hypercapnie wordt renaal gecompenseerd door verhoogde HCO3- retentie, waardoor de pH normaliseert [76](#page=76). ### 4.7 Behandeling van ademproblemen – toediening van zuurstof Behandeling van ademhalingsproblemen omvat openhouden van luchtwegen, klaring van secreties, mechanische ventilatie, bronchodilatoren en antibiotica. Zuurstoftherapie is nuttig bij alle vormen van hypoxemie, behalve bij shunts. Zuurstoftoediening heeft beperkte invloed bij ischemische en anemische hypoxie [76](#page=76). #### 4.7.1 Risico's van zuurstoftoediening * **Ademstilstand bij hypercapnische patiënten:** Bij chronisch longfalen kan de centrale drijfveer voor ventilatie onderdrukt zijn; deze patiënten ademen voornamelijk door hypoxemie. Zuurstoftoediening kan deze hypoxische drive wegnemen, leidend tot ademonderdrukking en CO2-stapeling. Zuurstoftherapie moet voorzichtig worden opgestart [77](#page=77). * **Toxiciteit:** 100% zuurstof kan toxische effecten hebben door reactieve elementen zoals superoxide anion en H2O2. Langdurige blootstelling irriteert de luchtwegen. Het is belangrijk de zuurstofconcentratie zo laag mogelijk te houden [77](#page=77). * **Absorptie-atelectase:** Bij inhalatie van pure zuurstof kan atelectase optreden in alveoli met een zeer lage V/Q verhouding, doordat zuurstof sneller diffundeert naar het bloed dan wordt aangevoerd. De aanwezigheid van stikstof in lucht voorkomt dit effect [77](#page=77). * **Prematuren:** Bij premature zuigelingen kan 100% zuurstof leiden tot blindheid (retrolentale fibroplasie) door plaatselijke vaatvernauwing [77](#page=77). #### 4.7.2 Hyperbare zuurstoftherapie Toedienen van zuurstof onder verhoogde druk wordt toegepast bij CO-intoxicatie, decompressieziekte, levensbedreigende anaërobe infecties, stralingsschade, ernstige anemie, wondhelingproblemen en luchtembolen. Hierbij neemt de opgeloste zuurstof significant toe. Zuurstoftoxiciteit is geen probleem bij beperkte duur (5 uur of minder) [77](#page=77). --- ## 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 | |------|------------| | Inwendige ademhaling | De gasuitwisseling tussen de lichaamscellen en het interne milieu, inclusief de biochemische processen die leiden tot aerobe energieproductie binnen de cellen. | | Uitwendige ademhaling | Het proces van gasuitwisseling tussen het organisme en de omgevingslucht, gericht op de opname van zuurstof (O2) en de eliminatie van koolstofdioxide (CO2) die ontstaat bij het celmetabolisme. | | Longventilatie | Het verversen van de lucht in de longen door middel van in- en uitadembewegingen, wat essentieel is voor de uitwendige ademhaling. | | Partiele druk (spanning) | De druk die een individueel gas uitoefent in een gasmengsel, onafhankelijk van de andere gassen in het mengsel. Het wordt berekend als de totale gasspanning vermenigvuldigd met de fractie van dat gas. | | Geleidingszone | Het deel van de luchtwegen, vanaf de bovenste luchtwegen tot aan de terminale bronchiolen, dat dient voor het transporteren en conditioneren van ingeademde lucht (opwarmen, filteren, bevochtigen), maar niet actief deelneemt aan gasuitwisseling. | | Uitwisselingszone | Het deel van de luchtwegen, bestaande uit de alveolen en alveolaire zakken, waar de daadwerkelijke gasuitwisseling tussen lucht en bloed plaatsvindt via het alveolo-capillaire membraan. | | Alveolo-capillaire membraan | De dunne structuur die de alveolus scheidt van de longcapillairen, bestaande uit slechts twee cellagen (alveolair epitheel en capillair endotheel), essentieel voor een efficiënte gasuitwisseling. | | Functionele residuele capaciteit (FRC) | Het gasvolume dat aanwezig is in de longen aan het einde van een rustige uitademing, waarbij de inademingsspieren ontspannen zijn en de elasticiteitskrachten van longen en thorax in evenwicht zijn. | | Transmurale druk | Het drukverschil over de wand van een orgaan of structuur, zoals de druk tussen de binnenkant van de long (alveolaire druk) en de buitenkant (intrapleurale druk), dat de mate van rekking bepaalt. | | Longvolumes | De verschillende hoeveelheden lucht die de longen kunnen bevatten, zoals het teugvolume, inspiratoir reserve volume, expiratoir reserve volume en residueel volume. | | Longcapaciteiten | Combinaties van longvolumes die een functionele betekenis hebben, zoals de vitale capaciteit (grootste gasvolume bij één ademhalingsbeweging) en de totale longcapaciteit (maximale inhoud na maximale inademing). | | Spirometrie | Een methode om longvolumes en -capaciteiten te meten door middel van een spirometer, waarbij de patiënt in een apparaat ademt en de luchtverplaatsingen worden geregistreerd. | | Anatomische dode ruimte | Het volume van de luchtwegen (geleidingszone) dat niet deelneemt aan de gasuitwisseling, maar wel betrokken is bij het transport van lucht van en naar de alveoli. | | Alveolaire dode ruimte | Geventileerde longgebieden waarin geen gasuitwisseling plaatsvindt omdat de doorbloeding ontoereikend of afwezig is, zoals bij een longembolie. | | Fysiologische dode ruimte | De totale ruimte in de longen die niet bijdraagt aan gasuitwisseling, bestaande uit de som van de anatomische en de alveolaire dode ruimte. | | Dynamische luchtwegencompressie | Vernauwing van de luchtwegen tijdens geforceerde uitademing, veroorzaakt door de drukverschillen tussen de alveolen en de pleuraholte, wat de luchtstroom kan beperken. | | Compliantie (meewerkingsvermogen) | De mate waarin de longen en/of de thoraxwand kunnen uitzetten onder invloed van een drukverschil, uitgedrukt als de volumeverandering per eenheid drukverandering ($\Delta V / \Delta P$). | | Surfactant | Een stof geproduceerd door type II alveolaire cellen die de oppervlaktespanning van het vocht in de alveolen verlaagt, waardoor de longcompliantie toeneemt en alveolaire collaps wordt voorkomen. | | Ventilatie/perfusie (V/Q) verhouding | De verhouding tussen de alveolaire ventilatie (gasverversing) en de longdoorbloeding (bloedtoevoer) in een bepaald longdeel. Een ideale verhouding is cruciaal voor efficiënte gasuitwisseling. | | Hypoxemie | Een te lage zuurstofspanning (PO2) in het arteriële bloed, wat kan leiden tot zuurstoftekort in de weefsels. | | Hypercapnie | Een te hoge koolstofdioxidespanning (PCO2) in het arteriële bloed, wat kan duiden op onvoldoende ventilatie. | | Ademhalingscentrum | Een netwerk van neuronen in de hersenstam (pons en medulla) dat verantwoordelijk is voor de automatische regulatie van het ademhalingsritme en -patroon. | | Chemoreceptoren | Sensoren die reageren op veranderingen in de chemische samenstelling van het bloed of cerebrospinaal vocht (zoals PO2, PCO2, pH) en de ventilatie beïnvloeden. | | Hypoxische drive | De stimulatie van de ademhaling door een lage zuurstofspanning (hypoxemie), voornamelijk via perifere chemoreceptoren, die een belangrijke rol speelt bij patiënten met chronische longziekten. | | Respiratoir quotiënt (RQ) | De verhouding tussen de productie van koolstofdioxide (VCO2) en de consumptie van zuurstof (VO2) per tijdseenheid, die afhankelijk is van het type verbrande voedingsstof. | | Rechts-links shunt | Een anatomische afwijking waarbij zuurstofarm bloed vanuit de veneuze circulatie rechtstreeks in de arteriële circulatie terechtkomt zonder door de longen te passeren, wat leidt tot hypoxemie. | | Oxyhemoglobine | Hemoglobine gebonden aan zuurstof, dat verantwoordelijk is voor het transport van zuurstof in het bloed. | | Oxyhemoglobine-dissociatiecurve | Een grafische weergave van de relatie tussen de zuurstofspanning (PO2) en de zuurstofverzadiging van hemoglobine, die de affiniteit van hemoglobine voor zuurstof aangeeft onder verschillende omstandigheden. | | Hyperpnoe | Een verhoogde ademhalingsfrequentie en/of -diepte als reactie op prikkels, zoals verhoogde CO2 of verlaagde O2 in het bloed. | | Atelectase | Het gedeeltelijk of volledig dichtklappen van alveoli, wat de gasuitwisseling belemmert en kan ontstaan door obstructie, verlies van surfactant of andere factoren. | | Longemfyseem | Een longaandoening gekenmerkt door de destructie van de alveolaire wanden, wat leidt tot grotere luchtzakken, verlies van elasticiteit en "air trapping" bij het uitademen. | | Chronische bronchitis | Een ontsteking van de bronchiën met overmatige slijmproductie en verdikking van de wanden, wat leidt tot obstructie en verminderde ventilatie. | | Astma | Een chronische ontstekingsziekte van de luchtwegen, gekenmerkt door reversibele vernauwing van de luchtwegen, overmatige slijmproductie en ontsteking, wat leidt tot piepende ademhaling en kortademigheid. | | Diffusiestoornis | Een probleem met de overdracht van gassen door het alveolo-capillaire membraan, veroorzaakt door verdikking van het membraan of andere factoren, wat de gasuitwisseling belemmert. | | Hypox(em)ische hypoxie | Zuurstoftekort in de weefsels veroorzaakt door een te lage zuurstofspanning (PO2) in het arteriële bloed, vaak als gevolg van problemen met de ademhaling of verblijf op grote hoogte. | | Pompfalen | Falen van de ademhalingsspieren of het ademhalingscentrum, leidend tot onvoldoende ventilatie en hypoxemie en hypercapnie. | | Zuurstofcascade | Het principe dat de partiële zuurstofdruk (PO2) geleidelijk afneemt vanaf de atmosferische lucht tot aan het gemengd veneuze bloed, waarbij verschillende stappen (klimatisatie, ventilatie, diffusie, etc.) de PO2 beïnvloeden. | | Hyperbare zuurstoftherapie | Behandeling met zuurstof onder verhoogde druk, gebruikt bij aandoeningen zoals CO-intoxicatie, decompressieziekte en bepaalde anaerobe infecties, om de opgeloste zuurstof in het bloed te verhogen. |