Samenvatting Fysiologie (gesleept).pdf

# Gasuitwisseling door diffusie Gasuitwisseling in de longen vindt plaats door het principe van diffusie, waarbij gassen zich verplaatsen van een gebied met een hogere concentratie naar een gebied met een lagere concentratie [1](#page=1). ### 1.1 Wat is diffusie? Diffusie is het netto transport van moleculen van een zone met hoge concentratie naar een zone met lage concentratie, gedreven door de willekeurige bewegingen van de moleculen. Dit proces is zeer efficiënt over korte afstanden en vereist geen energie, wat het een passief mechanisme maakt. De concentratiegradiënt fungeert als de drijvende kracht [1](#page=1). ### 1.2 De Wet van Fick voor diffusie De Wet van Fick beschrijft de snelheid van diffusie door een eenvoudige barrière. De formule, hoewel niet per se uit het hoofd te kennen, illustreert de relatie tussen de diffusiesnelheid en de factoren die de diffusiecapaciteit beïnvloeden [1](#page=1). De algemene vorm kan worden uitgedrukt als: $V_{net} = D_L \times (P_1 - P_2)$ [1](#page=1). Waarbij: * $V_{net}$ het volume gas is dat per tijdseenheid over de barrière stroomt [1](#page=1). * $D_L$ de diffusiecapaciteit is, die aangeeft hoe gemakkelijk of moeilijk een gas over de wand diffundeert [1](#page=1). * $P_1 - P_2$ het concentratieverschil (drukverschil) is over de barrière [1](#page=1). De alveolaire wand is bij uitstek geschikt voor diffusie vanwege de dunne structuur en het grote oppervlak. Een typisch voorbeeld van de partiële zuurstofspanning ($PO_2$) is 100 mmHg in de alveool en 40 mmHg in veneus bloed, wat een gradiënt creëert voor de diffusie van zuurstof naar het bloed [1](#page=1). ### 1.3 Factoren die de diffusiecapaciteit ($D_L$) bepalen De diffusiecapaciteit ($D_L$) wordt beïnvloed door zowel de eigenschappen van het gas zelf als de eigenschappen van de diffusiewand [1](#page=1). #### 1.3.1 Eigenschappen van het gas * **Moleculair gewicht (MW):** Een groter moleculair gewicht leidt tot een lagere diffusiecapaciteit [1](#page=1). * **Oplosbaarheid in water (s):** Gassen die slecht oplosbaar zijn in water, zoals stikstof ($N_2$) en helium ($He$), diffunderen moeilijker door de alveolaire wand [1](#page=1). #### 1.3.2 Eigenschappen van de wand * **Oppervlakte (A):** Een grotere oppervlakte van de wand resulteert in een hogere diffusiecapaciteit, omdat er per tijdseenheid meer gas kan diffunderen. Het oppervlak van de alveolen bedraagt 50-100 vierkante meter [1](#page=1). * **Dikte (d):** Een dikkere wand vermindert de diffusiesnelheid en dus de diffusiecapaciteit [1](#page=1). De alveolaire wand is opgebouwd uit vochtige lucht, een waterfilm, de barrière met interstitieel weefsel en bloedplasma [1](#page=1). ### 1.4 Complexiteit van diffusie in de longen Het eenvoudige model van de Wet van Fick is een benadering, aangezien diffusie van gassen zoals zuurstof ($O_2$) en koolstofdioxide ($CO_2$) in de longen complexer is [2](#page=2). Redenen hiervoor zijn: * **Variatie van oppervlakte en dikte:** De oppervlakte en dikte van de alveolaire wand kunnen variëren tijdens de ademhalingscyclus [2](#page=2). * **Variatie van partiële drukken:** De partiële drukken van $O_2$ ($PO_2$) en $CO_2$ ($PCO_2$) in de alveolen variëren enigszins tijdens de ademhalingscyclus [2](#page=2). * **Variatie van partiële druk in capillair:** De $PO_2$ in de capillairen kan variëren [2](#page=2). De Wet van Fick is strikt genomen alleen geldig voor een klein stukje alveolaire wand op een specifiek moment [2](#page=2). ### 1.5 Het Principe van Fick Een alternatieve manier om de gasuitwisseling te evalueren is door te kijken naar het eindresultaat: de totale hoeveelheid gas die wordt opgenomen in het bloed na passage door de capillairen. Dit wordt beschreven door het Principe van Fick. Het Principe van Fick berekent de hoeveelheid opgenomen gas als het product van de bloeddoorstroming (perfusie) en het verschil in gasconcentratie tussen het arterieel en veneus bloed [2](#page=2) [3](#page=3) [4](#page=4). $Hoeveelheid\ gas\ opgenomen = Q \times (Content_{arterieel} - Content_{veneus})$ [3](#page=3) [4](#page=4). Waarbij $Q$ de bloeddoorstroming door de capillair voorstelt. Een hoge bloeddoorstroming kan leiden tot een hogere gasopname, mits er een voldoende gradiënt is. Dit principe erkent dat gasopname niet alleen afhankelijk is van diffusie, maar ook van de perfusie [3](#page=3). ### 1.6 Diffusie-limitate Diffusie-limitatie treedt op wanneer de snelheid van gasopname of -afgifte voornamelijk wordt beperkt door de diffusiesnelheid van het gas over de alveolaire wand [3](#page=3). **Voorbeeld: Koolmonoxide (CO)** Bij het inademen van een kleine hoeveelheid CO (0,1%) is de drijvende kracht laag, en bindt CO 200 keer beter aan hemoglobine dan zuurstof ($O_2$). Dit resulteert in een zeer trage stijging van de opgeloste CO-concentratie in het bloed, zelfs als het bloed langzaam door de capillairen stroomt. De opname van CO is daardoor diffusie-gelimiteerd; de snelheid waarmee CO wordt opgenomen is direct afhankelijk van de diffusiecapaciteit ($D_{LCO}$). Het verlagen van de bloeddoorstroming ($Q$) zal de totale opname van CO niet significant veranderen, omdat de opname beperkt wordt door hoe snel CO de membraan kan passeren [3](#page=3) [4](#page=4). > **Tip:** CO-intoxicatie treedt op omdat CO zich bindt aan hemoglobine, waardoor het zuurstof 'gevangen' houdt [3](#page=3). ### 1.7 Perfusie-limitate Perfusie-limitatie treedt op wanneer de snelheid van gasopname of -afgifte voornamelijk wordt beperkt door de bloeddoorstroming (perfusie) door de longen [4](#page=4). **Voorbeeld: Lachgas ($N_2O$)** Lachgas bindt niet aan hemoglobine. Wanneer $N_2O$ wordt ingeademd, stijgt de partiële druk van $N_2O$ ($PN_2O$) in het bloed zeer snel. Na ongeveer 10% van de afstand die het bloed door de capillairen aflegt, is de $PN_2O$ in het bloed gelijk aan die in de alveool, wat betekent dat het bloed gesatureerd is en er geen drijvende kracht meer is voor verdere diffusie. De opname van $N_2O$ is daardoor perfusie-gelimiteerd. Het verhogen van de diffusiecapaciteit ($D_{LN_2O}$) heeft geen effect op de totale opname, omdat de diffusie al voltooid is. De enige manier om meer $N_2O$ op te nemen is door de bloeddoorstroming te verhogen [4](#page=4) [5](#page=5). ### 1.8 Extremen en de relatie tussen diffusie- en perfusie-limitatie Hoewel de meeste gassen in normale omstandigheden duidelijk ofwel diffusie- ofwel perfusie-gelimiteerd zijn, kunnen extremen optreden. Theoretisch kan de opname van CO perfusie-gelimiteerd worden bij extreem lage perfusiewaarden, en de opname van $N_2O$ diffusie-gelimiteerd bij extreem hoge perfusiewaarden [5](#page=5). Kenmerkend is: * **Diffusie-gelimiteerd:** Het diffusieproces is nog niet voltooid; de concentratiecurves van het gas in het bloed en de alveool vallen niet direct gelijk [5](#page=5). * **Perfusie-gelimiteerd:** De diffusie stopt op een bepaald punt door het ontbreken van een drijvende kracht; de concentratiecurves vallen op een gegeven moment samen [5](#page=5). ### 1.9 Gasuitwisseling van $O_2$ en $CO_2$ Voor $O_2$ en $CO_2$ is de opname en afgifte in de longen in normale omstandigheden grotendeels **perfusie-gelimiteerd** [6](#page=6). #### 1.9.1 Diffusie van $O_2$ Het bloed dat de capillairen binnenkomt, bevat al een basale hoeveelheid $O_2$. Na ongeveer 25-30% van de afstand door de capillairen is de $PO_2$ in het bloed gelijk aan die in de alveool, waardoor de diffusie stopt door het ontbreken van een drukverschil. Een toename van de bloeddoorstroming (bv. tijdens inspanning) leidt tot een hogere $O_2$-opname [6](#page=6). Echter, onder pathologische omstandigheden, zoals een verdikte alveolaire wand of vocht in de longen, kan de diffusiecapaciteit ($D_{LO_2}$) beperkt zijn. Bij een verhoogde bloeddoorstroming in zulke gevallen kan de $O_2$-opname toch diffusie-gelimiteerd raken. Dit kan ook optreden op grote hoogte, waar de lagere atmosferische $PO_2$ de diffusiegradiënt verkleint [6](#page=6) [7](#page=7). #### 1.9.2 Diffusie van $CO_2$ De diffusie van $CO_2$ verloopt in omgekeerde richting van $O_2$. Het bloed komt aan met een hogere $PCO_2$ (ca. 46 mmHg) dan in de alveolen (ca. 40 mmHg). $CO_2$ diffundeert vanuit het bloed naar de alveolen totdat de partiële druk gelijk is, waarna de diffusie stilvalt [7](#page=7). ### 1.10 Pathologische omstandigheden die de diffusiecapaciteit verminderen ($D_{LCO}$) Verschillende aandoeningen kunnen de diffusiecapaciteit voor gassen verminderen: * **Pulmonale fibrose:** Verdikking van de alveolaire wand door amorf weefsel, wat de diffusie belemmert [7](#page=7). * **Verminderd oppervlak:** Aandoeningen zoals COPD of resectie van longweefsel verminderen het totale diffusieoppervlak [7](#page=7). * **Ernstige rokerslongen:** Kunnen ook leiden tot diffusieproblemen [7](#page=7). Bij gezonde personen zijn $O_2$ en $CO_2$ altijd perfusie-gelimiteerd. Een verminderde diffusiecapaciteit wordt daarom als pathologisch beschouwd [7](#page=7). --- # Het Principe van Fick en beperkingen Dit deel verkent het Principe van Fick voor het meten van gasopname en introduceert de concepten van diffusie-limiterende en perfusie-limiterende processen voor gasuitwisseling. ## 2. Principe van Fick en beperkingen Het Principe van Fick biedt een alternatieve benadering om de gasuitwisseling in de longen te kwantificeren, door te focussen op het eindresultaat van gasopname in het bloed na passage door de capillairen. Dit staat in contrast met de directe wet van Fick voor diffusie, die de snelheid van gasoverdracht over een membraan beschrijft en die complex kan zijn door variaties in oppervlakte, wanddikte, en partiële drukken van gassen. Het Principe van Fick integreert zowel diffusie als bloedflow (perfusie) als factoren die de totale gasopname bepalen [2](#page=2) [3](#page=3). ### 2.1 Het principe van Fick Het Principe van Fick berekent de totale hoeveelheid gas die in het bloed wordt opgenomen (of afgegeven) door het verschil in gascontent tussen het bloed dat de capillair binnenkomt en verlaat, te vermenigvuldigen met de bloedflow door die capillair [2](#page=2) [3](#page=3). $$ \text{Hoeveelheid gas opgenomen} = \text{Bloedflow} \times (\text{Gascontent arterieel} - \text{Gascontent veneus}) $$ De totaliteit van de gasopname is dus afhankelijk van twee hoofdfactoren: 1. **Diffusiecapaciteit (DL):** De efficiëntie waarmee het gas de alveolaire-capillaire membraan kan passeren. 2. **Perfusie (Q):** De hoeveelheid bloed die door de capillairen stroomt [3](#page=3). Dit principe erkent dat de gasopname niet louter door diffusie wordt bepaald, maar ook door de hoeveelheid bloed die passeert. Wanneer de gasopname voornamelijk wordt beperkt door de snelheid waarmee het gas de membraan kan passeren, spreekt men van **diffusie-limitatie**. Wanneer de gasopname daarentegen voornamelijk wordt bepaald door de hoeveelheid bloed die beschikbaar is om het gas op te nemen, spreekt men van **perfusie-limitatie** [3](#page=3) [5](#page=5). ### 2.2 Diffusie-limitatie Een **diffusie-gelimiteerd** proces treedt op wanneer de diffusiecapaciteit van een gas de primaire beperking vormt voor de totale opname. Dit betekent dat het gas weliswaar ruim de tijd heeft om te diffunderen, maar de overdracht zelf traag verloopt, ofwel door een lage drijvende kracht (klein partiële drukverschil) ofwel door een lage diffusiecapaciteit van de membraan [4](#page=4) [5](#page=5). #### 2.2.1 Voorbeeld: Koolmonoxide (CO) Koolmonoxide (CO) is een klassiek voorbeeld van een gas dat typisch **diffusie-gelimiteerd** is. Bij inademing van een lage concentratie CO ontstaat er een kleine gradiënt in PCO over de alveolaire wand. De snelheid van diffusie is echter laag, mede omdat CO een extreem hoge affiniteit heeft voor hemoglobine (ongeveer 200 keer sterker dan O2). Dit betekent dat vrijwel elk CO-molecuul dat de alveolaire-capillaire membraan passeert, direct wordt gebonden door hemoglobine. Hierdoor blijft de concentratie van vrij opgelost CO in het bloed zeer laag, wat resulteert in een trage stijging van de PCO in de capillairen [3](#page=3). * **Lage concentratie CO aangeboden:** Dit zorgt voor een kleine drijvende kracht [4](#page=4). * **Snelle binding aan hemoglobine:** CO wordt efficiënt 'weggevangen' door Hb, wat de opbouw van opgelost CO in het bloed vertraagt [3](#page=3) [4](#page=4). Bij een diffusie-gelimiteerd gas zoals CO zal het verlagen van de bloedflow (Q) ertoe leiden dat het bloed langer in contact is met de alveoli, waardoor er mogelijk meer tijd is voor diffusie. Echter, de totale opname van CO verandert nauwelijks, omdat de opname primair beperkt wordt door de diffusiesnelheid en niet door de hoeveelheid passerend bloed. Om meer CO op te nemen, moet de diffusiecapaciteit (DLCO) worden verhoogd [4](#page=4). > **Tip:** Bij diffusie-gelimiteerde gassen zoals CO, heeft het veranderen van de bloedflow (perfusie) weinig tot geen invloed op de totale opname van het gas. De sleutel tot verhoogde opname ligt in het verbeteren van de diffusiecapaciteit. #### 2.2.2 Kenmerken van diffusie-limitatie * De gascurve in het bloed tijdens passage door de capillair toont een geleidelijke stijging en valt niet direct samen met de alveolaire concentratie [5](#page=5). * De diffusie van het gas is nog niet volledig aan het einde van de passage door de capillair [5](#page=5). ### 2.3 Perfusie-limitatie Een **perfusie-gelimiteerd** proces treedt op wanneer de hoeveelheid bloed die door de longen stroomt (perfusie) de beperkende factor is voor de gasopname of -afgifte. In dit scenario is de diffusiecapaciteit van het gas door de alveolaire-capillaire membraan zo hoog dat het gas zich zeer snel in het bloed kan verspreiden, waardoor het bloed verzadigd raakt met het gas voordat het de gehele lengte van de capillair heeft doorlopen [3](#page=3) [5](#page=5). #### 2.3.1 Voorbeeld: Lachgas (N2O) Lachgas (N2O) is een voorbeeld van een gas dat typisch **perfusie-gelimiteerd** is. N2O bindt niet aan hemoglobine en lost redelijk goed op in het bloed. Hierdoor stijgt de concentratie van N2O in het bloed dat de capillair passeert zeer snel. Binnen ongeveer 10% van de afstand die het bloed door de capillair aflegt, bereikt de partiële druk van N2O (PN2O) in het bloed een evenwicht met de PN2O in de alveoli. Op dit punt is het bloed verzadigd en is er geen drijvende kracht meer voor verdere diffusie [4](#page=4) [5](#page=5). * **Snelle opname in bloed:** N2O lost snel op en bindt niet aan Hb, waardoor een snelle partiële druk-evenwicht wordt bereikt [5](#page=5). * **Geen significante gradiënt aan het einde:** Het bloed is volledig 'verzadigd' met N2O [5](#page=5). Bij een perfusie-gelimiteerd gas zoals N2O zal het verhogen van de diffusiecapaciteit (DLN2O) geen invloed hebben op de totale opname, aangezien de diffusie al lang niet meer de beperkende factor is. De enige manier om meer N2O op te nemen, is door de bloedflow (Q) te verhogen, omdat hierdoor meer onverzadigd bloed sneller door de capillairen wordt gevoerd [5](#page=5). > **Tip:** Voor perfusie-gelimiteerde gassen is de bloedflow de primaire regulator van de gasopname. Het verbeteren van de diffusiecapaciteit heeft hierbij geen effect. #### 2.3.2 Kenmerken van perfusie-limitatie * De gascurve in het bloed tijdens passage door de capillair stijgt zeer snel en bereikt vrijwel onmiddellijk het niveau van de alveolaire concentratie (de curve 'valt gelijk' aan het begin) [5](#page=5). * De diffusie is volledig aan het einde van de passage door de capillair, doordat het bloed het evenwicht heeft bereikt [5](#page=5). ### 2.4 Extremen en fysiologische gassen (O2 en CO2) Hoewel CO en N2O duidelijke voorbeelden zijn van respectievelijk diffusie- en perfusie-gelimiteerde gassen, kunnen de extremen van deze situaties in principe worden bereikt. Zo kan CO onder extreem lage bloedflows theoretisch perfusie-gelimiteerd worden, en N2O bij extreem hoge bloedflows theoretisch diffusie-gelimiteerd. Deze scenario's zijn echter onrealistisch in fysiologische omstandigheden [5](#page=5). Voor de fysiologisch belangrijke gassen **zuurstof (O2)** en **kooldioxide (CO2)** geldt dat hun opname of afgifte in de longen over het algemeen **perfusie-gelimiteerd** is bij gezonde personen [5](#page=5) [6](#page=6). #### 2.4.1 Zuurstof (O2) Bij gezonde personen bereikt de zuurstofconcentratie (PO2) in het bloed in de longcapillairen na ongeveer 25-30% van de afgelegde afstand in de capillair het niveau van de alveolaire PO2. Dit betekent dat de diffusie van O2 zeer efficiënt is en de beperkende factor wordt door de bloedflow. Inspanning leidt tot een verhoogde hartslag en dus een hogere bloedflow, wat resulteert in een grotere O2-opname [6](#page=6). Er zijn echter omstandigheden waarin O2-opname **diffusie-gelimiteerd** kan worden: * **Pathologische condities:** Ziekten zoals pulmonale fibrose, die de alveolaire wand verdikken, of aandoeningen zoals COPD en verminderd longweefsel (na resectie) verlagen de diffusiecapaciteit (DLCO). Bij deze patiënten kan een verhoogde bloedflow, bijvoorbeeld tijdens inspanning, leiden tot onvoldoende O2-opname omdat de diffusie niet kan bijbenen [6](#page=6) [7](#page=7). * **Grote hoogte:** Op grote hoogte is de alveolaire PO2 lager, wat resulteert in een kleinere drijvende kracht voor O2-diffusie. Wanneer men op grote hoogte inspanning levert, verhoogt de bloedflow, en de kortere contacttijd kan ertoe leiden dat het bloed niet volledig verzadigd raakt met O2, waardoor de opname van O2 diffusie-gelimiteerd wordt [6](#page=6) [7](#page=7). #### 2.4.2 Kooldioxide (CO2) De diffusie van CO2 verloopt omgekeerd aan die van O2. Het bloed komt met een hogere CO2-concentratie (bv. 46 mmHg) aan bij de alveoli, die een lagere CO2-concentratie hebben (bv. 40 mmHg). CO2 diffundeert uit het bloed naar de alveoli totdat het evenwicht is bereikt. Ook voor CO2 geldt dat bij gezonde individuen de opname/afgifte voornamelijk **perfusie-gelimiteerd** is, wat betekent dat de diffusiecapaciteit van CO2 zeer hoog is en de bloedflow de primaire beperkende factor is voor de snelheid waarmee CO2 uit het bloed wordt verwijderd [7](#page=7). ### 2.5 Pathologische omstandigheden die diffusie verminderen Verschillende pathologische condities kunnen de diffusiecapaciteit (DLCO) significant verminderen, waardoor de gasuitwisseling wordt beperkt: * **Pulmonale fibrose:** Verdikking en littekenvorming van de alveolaire wand creëren een dikkere membraan met amorf weefsel, wat de diffusie bemoeilijkt [7](#page=7). * **COPD en resectie van longweefsel:** Deze aandoeningen leiden tot een verminderd alveolair oppervlak, wat de totale diffusiecapaciteit verkleint [7](#page=7). * **Ernstige rokerslongen:** Chronische ontsteking en schade aan de longen door roken kunnen ook leiden tot significante diffusieproblemen [7](#page=7). Bij een gezonde persoon zijn O2 en CO2 altijd perfusie-gelimiteerd. Een gemeten verminderde DLCO bij een patiënt is daarom altijd een indicatie van pathologie [7](#page=7). --- # Diffusie- en perfusie-limitatie bij specifieke gassen Dit onderwerp analyseert hoe diffusie- en perfusie-limitatie specifiek van toepassing zijn op gassen zoals CO, N2O, O2 en CO2, en onder welke omstandigheden de limitatie kan verschuiven. ### 3.1 Algemene principes van gasuitwisseling De opname of afgifte van een gas in de longen wordt niet uitsluitend bepaald door diffusie, maar kan ook afhankelijk zijn van de perfusie, oftewel de bloeddoorstroming door de capillairen. Hierdoor spreekt men van 'diffusie-limitatie' of 'perfusie-limitatie' voor de opname van een gas [3](#page=3). **Het Principe van Fick** is een fundamenteel principe dat de totale opname of afgifte van een gas in de longen beschrijft. Het houdt rekening met zowel de diffusiecapaciteit als de bloeddoorstroming (perfusie). De totale hoeveelheid gas die wordt opgenomen, is evenredig met het verschil in gasconcentratie tussen het arterieel en veneus bloed, vermenigvuldigd met de hoeveelheid bloed die door de capillairen stroomt [3](#page=3) [4](#page=4). ### 3.2 Diffusie-limitatie Diffusie-limitatie treedt op wanneer het diffusieproces de beperkende factor is voor de opname of afgifte van een gas over de alveolaire wand. Dit wordt gekenmerkt doordat de gasconcentratie in het bloed nog niet volledig is geëquilibreerd met de gasconcentratie in de alveolen aan het einde van de passage door de capillairen [3](#page=3). #### 3.2.1 Koolmonoxide (CO) Bij het inademen van een kleine hoeveelheid koolmonoxide (CO) is er een kleine gradiënt in de partiële druk van CO (PCO) over de alveolaire wand. De snelheid waarmee CO de membraan passeert is laag volgens de wet van Fick. Bovendien stijgt de PCO in de capillairen traag omdat CO een zeer hoge affiniteit heeft voor hemoglobine (ongeveer 200 keer sterker dan O2). Dit betekent dat CO direct na oplossen in het bloed snel wordt 'weggevangen' door hemoglobine, waardoor de concentratie van vrij opgelost CO laag blijft en de drijvende kracht voor diffusie beperkt blijft (#page=3, 4) [3](#page=3) [4](#page=4). * **Grafiekweergave**: De concentratie van CO in het bloed stijgt langzaam naarmate het bloed door de capillair stroomt. Dit komt door de lage concentratie ingeademde CO en het snelle binden aan hemoglobine, wat resulteert in een trage stijging van de vrije CO-concentratie [3](#page=3). * **Invloed van flow**: Veranderingen in de bloeddoorstroming (Q) hebben geen significante invloed op de totale opname van CO bij een normale flow. Dit komt doordat de opname voornamelijk afhankelijk is van de diffusiecapaciteit (DLCO). Om meer CO op te nemen, moet de diffusiecapaciteit verhoogd worden, wat aangeeft dat CO-opname diffusie-gelimiteerd is [4](#page=4). > **Tip**: Bij diffusie-limitatie is het opnameproces nog niet compleet aan het einde van de passage door de capillair. De curve van gasconcentratie in het bloed versus afstand in de capillair laat dit zien doordat deze niet gelijk komt met de alveolaire concentratie. ### 3.3 Perfusie-limitatie Perfusie-limitatie treedt op wanneer de bloeddoorstroming (perfusie) de beperkende factor is voor de opname of afgifte van een gas. In dit scenario bereikt het gas in het bloed, door de snelle diffusie en de continue aanvoer van vers bloed, reeds de alveolaire concentratie voordat het bloed de capillair heeft verlaten [3](#page=3). #### 3.3.1 Lachgas (N2O) Bij het inademen van lachgas (N2O), dat niet bindt aan hemoglobine, stijgt de partiële druk van N2O (PN2O) in het bloed zeer snel. Na ongeveer 10% van de afstand door de capillair is de PN2O in het bloed gelijk aan de PN2O in de alveool. Dit betekent dat de diffusie van N2O volledig is en er geen drijvende kracht meer is voor verdere diffusie [4](#page=4) [5](#page=5). * **Invloed van DLN2O**: Een verandering in de diffusiecapaciteit voor N2O (DLN2O) heeft geen invloed op de totale opname van N2O, omdat de diffusie al volledig is [5](#page=5). * **Invloed van flow**: De opname van N2O is direct afhankelijk van de bloeddoorstroming (Q). Een hogere flow betekent dat er meer vers bloed zonder N2O wordt aangevoerd, wat de totale opname van N2O verhoogt. Dit maakt N2O-opname perfusie-gelimiteerd [5](#page=5). > **Tip**: Bij perfusie-limitatie is het gas aan het einde van de passage door de capillair volledig geëquilibreerd met de alveolaire concentratie. De curve van gasconcentratie in het bloed versus afstand in de capillair bereikt de alveolaire concentratie. ### 3.4 Extremen en verschuivingen in limitatie Hoewel CO en N2O typische voorbeelden zijn van respectievelijk diffusie- en perfusie-gelimiteerde gassen, kunnen de limieten onder extreme omstandigheden verschuiven [5](#page=5). * CO kan diffusie-gelimiteerd worden bij zeer lage perfusie of perfusie-gelimiteerd worden bij zeer hoge perfusie, hoewel dit laatste in fysiologische omstandigheden onwaarschijnlijk is [5](#page=5). * N2O kan diffusie-gelimiteerd worden bij extreem hoge bloedflows, omdat het bloed dan niet genoeg tijd heeft om volledig te verzadigen [5](#page=5). De kenmerken van de limitatie kunnen visueel worden weergegeven: * **Diffusie-gelimiteerd**: De curve van gasconcentratie in het bloed stijgt langzaam en komt niet volledig gelijk met de alveolaire concentratie aan het einde van de passage [5](#page=5). * **Perfusie-gelimiteerd**: De curve van gasconcentratie in het bloed bereikt de alveolaire concentratie op een bepaald punt in de passage, waarna deze gelijk blijft [5](#page=5). ### 3.5 Zuurstof (O2) en Koolstofdioxide (CO2) Voor zuurstof (O2) en koolstofdioxide (CO2) geldt dat de opname en afgifte in de longen over het algemeen **perfusie-gelimiteerd** zijn onder normale omstandigheden [5](#page=5). #### 3.5.1 Zuurstof (O2) Bij gezonde personen is de diffusie van zuurstof naar het bloed zeer efficiënt. Het zuurstofgehalte in het bloed dat de capillairen binnenkomt, is hoger dan nul. Na ongeveer 25-30% van de afstand door de capillair is de partiële druk van zuurstof (PO2) in het alveolaire lucht gelijk aan de PO2 in het bloed, waardoor de diffusie stopt wegens een gebrek aan drijvende kracht [6](#page=6). * **Invloed van inspanning**: Tijdens inspanning neemt de bloeddoorstroming (perfusie) toe, waardoor de contacttijd van het bloed met zuurstof in de capillairen verkort. Zelfs met deze verkorte contacttijd blijft de zuurstofopname onder normale omstandigheden perfusie-gelimiteerd. Het verhogen van de bloedflow is de primaire manier om meer zuurstof op te nemen [6](#page=6). * **Verschuiving naar diffusie-limitatie (pathologisch)**: * Bij patiënten met een verminderde diffusiecapaciteit (bijvoorbeeld door pulmonale fibrose, verdikte alveolaire membranen, of vocht in de longen) kan bij verhoogde bloedflow toch diffusie-limitatie optreden (#page=6, 7). Dit resulteert in een onvolledige saturatie van zuurstof in de capillairen, wat leidt tot een daling van de O2-opname [6](#page=6) [7](#page=7). * Op grote hoogte, waar de partiële druk van zuurstof (PO2) in de ingeademde lucht lager is, wordt de diffusie van zuurstof trager door een lagere drijvende kracht. Tijdens inspanning op grote hoogte kan de versnelde bloedflow ervoor zorgen dat de 100% zuurstofverzadiging niet wordt bereikt, waardoor de situatie van perfusie-limitatie kan verschuiven naar diffusie-limitatie. Het innemen van zuurstof via een fles kan dit probleem verhelpen. Het gebruik van EPO om het aantal rode bloedcellen en daarmee de Hb-concentratie te verhogen, kan de zuurstofopname en -afgifte verbeteren [6](#page=6) [7](#page=7). #### 3.5.2 Koolstofdioxide (CO2) De diffusie van CO2 verloopt in omgekeerde richting van O2. Het bloed komt de longen binnen met een hogere partiële druk van CO2 (ongeveer 46 mmHg) dan de alveolaire lucht (ongeveer 40 mmHg). CO2 wordt afgegeven totdat de druk in het bloed gelijk is aan de alveolaire druk, waarna de CO2-diffusie stopt. Net als bij O2, is de opname/afgifte van CO2 over het algemeen perfusie-gelimiteerd bij gezonde personen [5](#page=5) [7](#page=7). ### 3.6 Pathologische omstandigheden die diffusie verminderen Verschillende pathologische aandoeningen kunnen de diffusiecapaciteit van gassen verminderen, met name de DLCO (diffusiecapaciteit voor koolmonoxide, een maat voor de diffusiecapaciteit van de alveolaire-capillaire membraan) [7](#page=7). * **Pulmonale fibrose**: Verdikking van de alveolaire wand door amorf weefsel bemoeilijkt de diffusie [7](#page=7). * **Verminderd oppervlak**: Aandoeningen zoals COPD en resectie van longweefsel leiden tot een verminderd oppervlak voor gasuitwisseling [7](#page=7). * **Ernstige rokerslongen**: Dit kan ook leiden tot diffusieproblemen [7](#page=7). Bij patiënten met dergelijke aandoeningen is een verminderde DLCO een teken van pathologie, aangezien bij gezonde personen O2 en CO2 altijd perfusie-gelimiteerd zijn. Het leven met één long is mogelijk tot ongeveer 30% van de normale longcapaciteit [7](#page=7). --- # Pathologische omstandigheden Pathologische omstandigheden kunnen de diffusiecapaciteit van de longen aanzienlijk verminderen, wat leidt tot problemen met de gasuitwisseling [7](#page=7). ### 6.1 Vermindering van de diffusiecapaciteit (DLCO) De diffusiecapaciteit van de longen, ook wel DLCO genoemd, is een maat voor hoe goed gassen (zoals zuurstof en koolstofdioxide) kunnen passeren tussen de alveoli en het bloed. Bij gezonde personen is de gasuitwisseling meestal beperkt door perfusie (de bloedstroom), maar onder pathologische omstandigheden kan diffusie de beperkende factor worden [7](#page=7). ### 6.2 Specifieke longaandoeningen die de diffusie beïnvloeden #### 6.2.1 Pulmonale fibrose Pulmonale fibrose is een aandoening waarbij het longweefsel verdikt raakt door de vorming van amorf weefsel. Deze verdikking van de alveolaire wanden creëert een membraan met grote weefselbrokken, wat de diffusie van gassen belemmert. Bij patiënten met pulmonale fibrose wordt een verminderde DLCO waargenomen [7](#page=7). #### 6.2.2 COPD en resectie van longweefsel Ziekten zoals COPD (Chronic Obstructive Pulmonary Disease) en de chirurgische verwijdering van longweefsel (resectie) leiden tot een vermindering van het totale oppervlak van de alveoli. Een kleiner oppervlak betekent een lagere diffusiecapaciteit, omdat er minder gebied beschikbaar is voor gasuitwisseling. Ernstige rokerslongen kunnen ook leiden tot diffusieproblematiek [7](#page=7). > **Tip:** Het is mogelijk om met één long te leven, zolang er minimaal 30% van de oorspronkelijke longcapaciteit overblijft [7](#page=7). ### 6.3 Effect van hoogte en O2-suppletie Als men op grote hoogte inspanning verricht, kan de hogere bloedstroom de alveolaire zuurstofconcentratie niet volledig bereiken, wat leidt tot ademnood en verzuring van het bloed. Om dit te compenseren, kan men zuurstof inademen via een fles. Het gebruik van EPO (erytropoëtine) leidt tot een verhoogde productie van rode bloedcellen (RBC) en hemoglobine (Hb). Dit verhoogt de zuurstofopname en -afgifte, waardoor de capaciteit om op grote hoogte te presteren toeneemt [7](#page=7). ### 6.4 Diffusie van CO2 De diffusie van koolstofdioxide (CO2) verloopt in de omgekeerde richting van zuurstof. De CO2-concentratie in de alveoli is lager (ongeveer 40 mmHg) dan in het bloed dat de longen bereikt (ongeveer 46 mmHg). CO2 diffundeert vanuit het bloed naar de alveoli totdat de partiële drukken gelijk zijn. Wanneer de gradiënt voor CO2-diffusie afneemt, zal de diffusie van CO2 uiteindelijk stilvallen [7](#page=7). --- ## 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 netto transport van moleculen van een zone met hoge concentratie naar een zone met lage concentratie, gedreven door willekeurige moleculaire bewegingen en zonder energieverbruik. | | Concentratiegradiënt | Het verschil in concentratie van een stof tussen twee gebieden, wat fungeert als de drijvende kracht voor diffusie. | | Passief transport | Het verplaatsen van stoffen over celmembranen zonder direct energieverbruik door de cel, vaak voortgedreven door concentratiegradiënten. | | Wet van Fick | Een wet die de snelheid van diffusie beschrijft, afhankelijk van de concentratiegradiënt, het diffusieoppervlak en de dikte van de barrière. | | Diffusiecapaciteit (DL) | Een maat die aangeeft hoe makkelijk of moeilijk een gas over een membraan (zoals de alveolaire wand) kan diffunderen, beïnvloed door eigenschappen van het gas en de wand. | | Alveolaire wand | De dunne structuur die de luchtzakjes (alveoli) in de longen omringt en scheidt van de bloedcapillairen, essentieel voor gasuitwisseling. | | Moleculair gewicht (MW) | Het gewicht van een molecuul; een groter moleculair gewicht leidt over het algemeen tot een lagere diffusiesnelheid. | | Oplosbaarheid in water (s) | De mate waarin een gas kan oplossen in water; gassen die slecht oplossen, diffunderen moeilijker over de vochtige alveolaire wand. | | Oppervlakte van de wand (A) | De totale oppervlakte van de gasuitwisselingsmembraan; een groter oppervlak vergroot de diffusiecapaciteit. | | Dikte van de wand (d) | De dikte van de barrière waartegen diffusie plaatsvindt; een dikkere wand vermindert de diffusiesnelheid. | | Principe van Fick | Een principe dat de totale opname of afgifte van een gas in de longen beschrijft, rekening houdend met zowel diffusie als bloeddoorstroming (perfusie). | | Bloedflow (Q) | De hoeveelheid bloed die per tijdseenheid door een bepaald vat of deel van het circulatiesysteem stroomt. | | Diffusie-limitatie | Een situatie waarin de snelheid van gasuitwisseling primair wordt beperkt door de snelheid waarmee het gas kan diffunderen door de membraan. | | Perfusie-limitatie | Een situatie waarin de snelheid van gasuitwisseling primair wordt beperkt door de hoeveelheid bloed (perfusie) die beschikbaar is om het gas te transporteren. | | Hemoglobine (Hb) | Een eiwit in rode bloedcellen dat zuurstof en koolmonoxide bindt, essentieel voor het transport van deze gassen in het bloed. | | CO-intoxicatie | Vergiftiging veroorzaakt door koolmonoxide, ontstaan doordat CO zich zeer sterk bindt aan hemoglobine, waardoor zuurstoftransport wordt belemmerd. | | Pulmonale fibrose | Een longaandoening gekenmerkt door de verdikking en littekenvorming van het longweefsel, wat de diffusiecapaciteit vermindert. | | COPD (Chronische Obstructieve Longziekte) | Een groep longaandoeningen die ademhalingsmoeilijkheden veroorzaken, vaak gekenmerkt door verminderd longoppervlak en/of vernauwde luchtwegen. |