Respiratoire Fysiologie 25_26 deel1 (1_4).pdf

# Algemene inleidende begrippen van de ademhaling Dit deel introduceert de basisconcepten van de inwendige en uitwendige ademhaling, de functionele zones van de luchtwegen (geleidings- en uitwisselingszone) en de mechanismen voor het klaren van de luchtwegen, tezamen met belangrijke fysische aspecten van gassen. ## 1.1 De inwendige en uitwendige ademhaling In alledaagse taal betekent ademen het verversen van de lucht in de longen door middel van afwisselende in- en uitademingsbewegingen, ook wel ventilatie genoemd. Fysiologisch gezien omvat ademhaling echter gasuitwisselingsprocessen [3](#page=3). * **Inwendige ademhaling:** Dit verwijst naar de oxidatieve fosforylatie die plaatsvindt in de mitochondriën van cellen [3](#page=3). * **Uitwendige ademhaling:** Dit betreft de uitwisseling van zuurstof (O₂) en koolstofdioxide (CO₂) tussen de atmosfeer en de cellen, aangepast aan het celmetabolisme, wat resulteert in een constante partiële druk van O₂ ($P_{aO₂}$) en $P_{aCO₂}$ [3](#page=3). De uitwendige ademhaling omvat drie processen [5](#page=5): 1. Longventilatie 2. Gasuitwisseling in de longen en weefsels 3. Gastransport in het bloed tussen longen en weefsels Gasuitwisseling gebeurt via passieve diffusie. Twee pompen zijn nodig om de concentratieverschillen te verzekeren [5](#page=5): * De thoraxwand met ademspieren, die zorgt voor O₂-rijke/CO₂-arme lucht in de longen. * Het hart, dat zorgt voor O₂-arm/CO₂-rijk bloed in de longen. Vereisten voor een goede ademhaling zijn [6](#page=6): * Voldoende pompwerking van de thorax/ademspieren en het hart. * Voldoende gasuitwisseling. Problemen hierbij, zoals bij veel longziekten, leiden tot ventilatieproblemen, die compensatoir vaak onvoldoende zijn. * Adequate transportcapaciteit van het bloed. De longen hebben ook andere functies, zoals het verwijderen van giftige verbindingen (bv. alcohol, aceton) metabole activiteit (bv. omzetten van angiotensine I naar angiotensine II, inactiveren van serotonine, bradykinine, noradrenaline en bepaalde geneesmiddelen) het filteren van microtrombi, en fungeren als een bloedreservoir [6](#page=6). ## 1.2 Geleidingszone en uitwisselingszone De luchtwegen kunnen functioneel worden opgedeeld in twee zones [7](#page=7): ### 1.2.1 De geleidingszone De geleidingszone strekt zich uit tot de terminale bronchiolen. In deze zone vindt geen gasuitwisseling plaats, waardoor deze wordt beschouwd als de 'dode ruimte'. Dit volume bedraagt ongeveer 150 ml, wat overeenkomt met een deel van het teugvolume van 500 ml. De lucht in de geleidingszone wordt bij het inademen terug de alveolen in geblazen bij het uitademen. De functie van deze zone is het geleiden van lucht naar de uitwisselingszone. Daarnaast conditioneert de geleidingszone de lucht door deze op te warmen, te filteren en te bevochtigen, wat resulteert in 'tracheale lucht' die verschilt van atmosferische lucht qua partiële druk van stikstof ($P_{N₂}$) en O₂ ($P_{O₂}$) [7](#page=7). ### 1.2.2 De uitwisselingszone De uitwisselingszone, ook wel de respiratoire zone of diffusiecompartiment genoemd, is waar gasuitwisseling plaatsvindt tussen de lucht en het bloed. Dit gebeurt via het alveolo-capillaire membraan, dat bestaat uit het epitheel van de alveolen en het endotheel van de capillairen. Door de minimale dikte van dit membraan is een vlotte gasuitwisseling mogelijk. Deze zone vormt het grootste volume van de longen (2,5 - 3 L) en beslaat een oppervlakte van 50 tot 100 m², waarbij de capillairen ongeveer 300 miljoen alveolen omspoelen. Eén alveool met zijn capillairen vormt een respiratoire eenheid. De afstand van de mond tot de terminale bronchiolen is ongeveer 25 cm, terwijl de afstand van de eerste respiratoire bronchiolen tot de alveolaire zakken slechts 0,5 cm bedraagt [9](#page=9). ## 1.3 Functionele aspecten van de luchtwegen ### 1.3.1 Luchtstroomkarakteristieken Naarmate men verder distaal in de luchtwegen komt, neemt de totale dwarse doorsnede (CSA) toe. De CSA van de trachea is ongeveer 2,5 cm², terwijl die bij de alveolaire zakken met een factor 5000 toeneemt (met uitzondering van de eerste 3-4 generaties) [10](#page=10). Door de toenemende CSA neemt de luchtstroomsnelheid af naarmate men verder komt in de geleidingszone en is deze veel lager in de uitwisselingszone, waar diffusie dominant wordt. Dit resulteert in een hogere luchtstroomweerstand in de geleidingszone vergeleken met de uitwisselingszone. Pathologisch kan de weerstand in de bronchiolen echter sterk toenemen, omdat ze klein van diameter zijn en veel gladde spiercellen bevatten die vernauwing kunnen veroorzaken, wat leidt tot verstopping [11](#page=11). De tracheobronchiale boom, de geleidingszone, omvat de trachea en de bronchi, die zich dichotoom vertakken over 23 generaties. Het volume van deze zone is ongeveer 150 ml en de lengte ongeveer 25 cm. De bronchiolen, inclusief de terminale bronchiolen waar geen gasuitwisseling plaatsvindt, behoren ook tot de geleidingszone. De respiratoire bronchiolen markeren het begin van de uitwisselingszone, die verder bestaat uit alveolaire gangen, alveolaire zakken en alveolen (vanaf de 17e generatie). Het volume van de uitwisselingszone is ongeveer 2350 ml en de lengte is 0,5 cm . Functioneel wordt onderscheid gemaakt tussen de geleidingszone met snelle luchtstroom en de uitwisselingszone met trage luchtstroom voor gasuitwisseling . ### 1.3.2 Klaring van de luchtwegen De luchtwegen hebben een efficiënt klaringmechanisme om ongeveer 0,5 tot 1 miljoen partikels per minuut te verwijderen. Dit gebeurt via twee mechanismen : a) **Aerodynamische filtratie:** Dit mechanisme is gebaseerd op inertie en snelheid van de ingeademde lucht. Grotere deeltjes worden afgevangen in de nasofarynx. Deeltjes met een diameter van 2-5 µm worden voornamelijk in de bronchiolen afgezet. Deeltjes kleiner dan 2 µm bereiken de respiratoire bronchiolen en alveolen, waar ze door alveolaire macrofagen worden opgeruimd en naar de lymfe worden afgevoerd . > **Tip:** Bij aërosoltherapie is de afzetting van deeltjes afhankelijk van de grootte van de deeltjes, de snelheid van de luchtstroom en de diepte van in- en uitademing. Deeltjes komen het diepst in de luchtwegen bij langzaam en diep inademen na een maximale uitademing . b) **Mucociliair transportsysteem:** Dit systeem bestaat uit slijm (een gel-achtige, oppervlakkige en kleverige laag, en een minder visceuze sol-laag) en trilharen. De trilharen bewegen de slijmlaag, inclusief de ingevangen partikels, richting de epiglottis om ingeslikt te worden . Het mucociliaire transport zorgt voor een volledige klaring binnen 24 uur. De efficiëntie hiervan kan verminderen bij koude, droge lucht (wat leidt tot indikking van het slijm). Chronische ontstekingen, zoals bij roken, leiden tot meer slijmbekercellen en minder trilhaardcellen, wat het transport vermindert. Bij onvoldoende transportcapaciteit treedt de hoestreflex op. Bepaalde hoestonderdrukkers, zoals codeïne, kunnen de normale reinigingsfunctie verstoren door interferentie met dit proces. Er is geen mucociliair transport in de alveolen; hier zijn het de macrofagen die voor de klaring zorgen . ## 1.4 Belangrijke fysische aspecten van gassen ### 1.4.1 Partiële druk (gasspanning) De partiële druk van een gas ($P_{gas}$) wordt berekend door de totale gasspanning te vermenigvuldigen met de fractie van dat gas . Voorbeeld: De partiële druk van zuurstof ($P_{O₂}$) in droge lucht op zeeniveau is: $P_{O₂} = \text{totale gasspanning} \times \text{fractie } O₂ = 760 \text{ mm Hg} \times 21\% = 160 \text{ mm Hg}$ . Droge lucht bestaat uit ongeveer 21% O₂, 78% N₂, 1% inerte gassen en 0,04% CO₂ . In de hoogte, waar de totale luchtdruk afneemt, neemt ook de partiële druk van O₂ af, zelfs als de fractie O₂ gelijk blijft. Op de top van de Mount Everest is de luchtdruk bijvoorbeeld 252 mm Hg, waardoor de $P_{O₂}$ 53 mm Hg is (252 mmHg x 21%). Dit zorgt voor een altijd hoge drijfkracht om zuurstof op te nemen, met weinig inspanning . ### 1.4.2 Bevochtigde lucht vs. droge lucht De hoeveelheid waterdamp in de lucht hangt af van het contactoppervlak met water en de temperatuur; de maximale partiële druk van waterdamp ($P_{H₂O}$) neemt toe met de temperatuur. In de luchtwegen wordt de lucht snel verzadigd met waterdamp door contact met het slijmvlies, wat resulteert in een $P_{H₂O}$ van 47 mm Hg bij 37°C. Waterdamp verdunt de andere gassen, waardoor hun partiële druk daalt . De $P_{O₂}$ in de luchtwegen, na verzadiging met waterdamp, is bijvoorbeeld: $P_{O₂} = (760 \text{ mm Hg} - 47 \text{ mm Hg}) \times 21\% = 150 \text{ mm Hg}$ . Op grote hoogte, zoals op de Mount Everest, is de verdunnende invloed van waterdamp relatief belangrijker: $P_{O₂} = (252 \text{ mm Hg} - 47 \text{ mm Hg}) \times 21\% = 43 \text{ mm Hg}$ . ### 1.4.3 Partiële druk gas (gasspanning) in vloeistof In een vloeistof, zoals bloed, is de partiële druk van een gas gerelateerd aan de concentratie van het gas en de oplosbaarheidscoëfficiënt ervan. In evenwicht tussen een vloeistof en een gasfase (bv. bloed en alveolaire lucht) is de partiële druk van een gas in beide fasen gelijk. De beweging van gasmoleculen tussen de vloeistof en gasfase is afhankelijk van het partiële drukverschil, niet van het concentratieverschil . ### 1.4.4 Gasvolumes en correctiefactoren Volgens de algemene gaswetten geldt de wet van Boyle ($P \times V = \text{constant}$ bij constante temperatuur) en de wet van Gay-Lussac ($V/T = \text{constant}$ bij constante druk) . Er zijn drie typen voorwaarden voor gasvolumes : * **ATPS (Ambiant Temperature and Pressure, Saturated):** Geldt bij omgevingstemperatuur, omgevingsdruk en verzadigd met waterdamp (bv. in een spirometerklok). * **BTPS (Body Temperature and Pressure, Saturated):** Geldt bij lichaamstemperatuur (37°C), omgevingsdruk en verzadigd met waterdamp (bv. in de longen). * **STPD (Standard Temperature (0°C) and Pressure (760 mmHg), Dry):** Geldt bij standaard temperatuur en druk, en droge lucht. Om gasvolumes tussen deze condities te corrigeren, worden de volgende formules gebruikt : $$ V_{BTPS} = V_{ATPS} \times \frac{T_{BTPS}}{T_{ATPS}} \times \frac{P_{ATPS} - P_{H_2O}}{P_{BTPS}} $$ $$ V_{BTPS} = V_{ATPS} \times \frac{(273+37)}{(273+t°C)} \times \frac{(P_{atm} - P_{water})}{(P_{atm} - 47 \text{ mmHg})} $$ $$ V_{STPD} = V_{ATPS} \times \frac{T_{STPD}}{T_{ATPS}} \times \frac{P_{ATPS} - P_{H_2O}}{P_{STPD}} $$ $$ V_{STPD} = V_{ATPS} \times \frac{273}{(273+t°C)} \times \frac{(P_{atm} - P_{water})}{760 \text{ mmHg}} $$ Er worden ook standaardsymbolen gebruikt in de fysiologie van de ademhaling . --- # Longventilatie en ademhalingsweerstanden Dit hoofdstuk beschrijft de mechanica van de ademhaling, de adembewegingen, de volumes en capaciteiten van de longen, en de verschillende weerstanden die overwonnen moeten worden tijdens het ademhalingsproces, evenals de regionale verschillen in ventilatie en de concepten van dode ruimte en alveolaire ventilatie. ### 2.1 De adembewegingen De ademhaling verloopt via mechanische bewegingen die leiden tot veranderingen in de drukken in de thorax en de longen, waardoor lucht wordt aangezogen of uitgeblazen. #### 2.1.1 Longen in rust – FRC In rust is de ademhaling een passief proces waarbij de ademhalingsspieren ontspannen zijn. Het longvolume op het einde van een rustige uitademing wordt de Functioneel Residuele Capaciteit (FRC) genoemd. Op dit punt is de alveolaire druk gelijk aan de atmosferische druk (0 cm H2O). De intrapleurale druk (druk in de ruimte tussen longvlies en borstvlies) is negatief (ongeveer -5 cm H2O) waardoor de longen enigszins geëxpandeerd blijven en de thoraxwand naar binnen wordt getrokken. Deze negatieve intrapleurale druk is essentieel om de longen en de thoraxwand in een gespannen toestand te houden [14](#page=14) [15](#page=15) [16](#page=16). Bij een pneumothorax, waarbij lucht in de pleuraholte komt, wordt de intrapleurale druk gelijk aan de atmosferische druk. Dit leidt tot een collaps van de long en een uitzetting van de borstwand [16](#page=16). De FRC kan veranderen afhankelijk van de elasticiteit van de longen en de thoraxwand. Bij longfibrose is de FRC verminderd door verhoogde elastische krachten, terwijl bij emfyseem de FRC vergroot is, wat leidt tot een tonvormige thorax en verminderd uitzettingsvermogen (hyperinflatie) [17](#page=17). #### 2.1.2 De inademing De inademing is een actief proces dat wordt aangedreven door de contractie van de inspiratoire spieren. De belangrijkste spieren hierbij zijn het middenrif en de externe tussenribspieren. De contractie van het middenrif zorgt voor een significante volumevergroting van de thorax. De contractie van de tussenribspieren trekt het sternum naar voren en de ribben omhoog, wat eveneens bijdraagt aan de volumevergroting van de thorax. Bij een zeer diepe of geforceerde inademing worden ook hulpspieren, zoals de halsspieren, ingeschakeld. De volumevergroting van de thorax leidt tot een drukverlaging in de longen ten opzichte van de atmosferische druk, waardoor lucht de longen instroomt [18](#page=18). #### 2.1.3 De uitademing De normale, rustige uitademing is een passief proces dat plaatsvindt door de elastische terugtrekking van de longen en de thoraxwand, vergelijkbaar met het ontspannen van een elastiek. Een geforceerde uitademing is echter een actief proces waarbij de interne tussenribspieren en de buikspieren samentrekken. Deze spieren trekken de ribben naar beneden en verhogen de abdominale druk, wat het middenrif omhoog duwt en zo bijdraagt aan de luchtafvoer [19](#page=19). #### 2.1.4 Drukveranderingen door adembewegingen Adembewegingen veroorzaken veranderingen in de intrapleurale druk en de intrapulmonale (alveolaire) druk [20](#page=20). * **Intrapulmonale of alveolaire druk:** Tijdens rust is de alveolaire druk gelijk aan de atmosferische druk. Bij inademing wordt de alveolaire druk subatmosferisch (negatief) ten opzichte van de atmosferische druk, wat leidt tot inwaartse gasstroom. Bij uitademing wordt de alveolaire druk supratmosferisch (positief), wat resulteert in uitwaartse gasstroom. De drukgradiënt wordt geleidelijk gecompenseerd, waardoor de ademhaling stopt wanneer de alveolaire druk weer atmosferisch is. Positieve druk beademing, zoals bij kunstmatige beademing, duwt lucht in de longen. Diepere ademhaling en geforceerde uitademing met gesloten luchtwegen (zoals bij de Valsalva manoeuvre) kunnen aanzienlijke drukverschillen creëren [21](#page=21). * **Intrapleurale druk:** Bij inademing neemt de intrapleurale druk af (wordt negatiever). De maximale negatieve intrapleurale druk wordt aan het einde van de inademing bereikt. De verandering in intrapleurale druk ten opzichte van het volumeverschil van de longen bepaalt de longcompliantie. Bij uitademing keert de intrapleurale druk terug naar de rustwaarde. Bij geforceerde uitademing kan de intrapleurale druk zelfs positief worden [22](#page=22) [23](#page=23). * **Transmurale druk:** De transmurale druk is het verschil tussen de druk binnenin een structuur en de druk daarbuiten. Voor de longen is dit het verschil tussen de alveolaire druk en de intrapleurale druk. Deze druk bepaalt de expansie van de longen [15](#page=15) [23](#page=23). #### 2.1.5 Regionale verschillen (ongelijkmatige ventilatie) De ventilatie in de longen is niet uniform verdeeld. Normaal gesproken is de ventilatie aan de basis van de longen groter dan aan de top, voornamelijk door de invloed van de zwaartekracht. De alveoli aan de basis starten van een lager rustvolume, waardoor ze meer kunnen uitzetten en dus meer bijdragen aan de ventilatie [24](#page=24). Pathologische ongelijkmatige ventilatie kan optreden door obstructies in de luchtwegen, zoals slijmproppen, die kunnen leiden tot het inklappen van bronchiolen tijdens uitademing, wat de gasuitwisseling ernstig kan verstoren [24](#page=24). ### 2.2 Longvolumes en longcapaciteiten De ademhaling kan worden gekarakteriseerd door de verschillende volumes en capaciteiten van de longen. Deze worden gemeten met een spirometer, met uitzondering van het residuele volume (RV) [25](#page=25). #### 2.2.1 De vier klassieke longvolumes * **Tijdelijk of teugvolume (Tidal Volume, TV, VT):** Het volume lucht dat bij elke normale ademhaling wordt verplaatst (ongeveer 500 ml) [25](#page=25). * **Inspiratoire reserve volume (IRV):** Het extra volume lucht dat bij maximale inademing kan worden opgenomen (ongeveer 3 liter) [25](#page=25). * **Expiratoire reserve volume (ERV):** Het extra volume lucht dat bij maximale uitademing kan worden uitgeblazen (ongeveer 1 liter) [25](#page=25). * **Residueel volume (RV):** Het volume lucht dat na maximale uitademing in de longen achterblijft (ongeveer 1 liter). Dit volume kan niet rechtstreeks worden gemeten met een spirometer, maar wordt bepaald met methoden zoals de heliumverdunningsmethode of een totale lichaamsplethysmograaf [25](#page=25) [26](#page=26). #### 2.2.2 De longcapaciteiten Longcapaciteiten zijn sommen van twee of meer longvolumes: * **Functioneel Residuele Capaciteit (FRC):** Het longvolume in rust na een rustige uitademing (ERV + RV) [27](#page=27). * **Vitale Capaciteit (VC):** Het maximaal verplaatsbare volume lucht bij één adembeweging (TV + IRV + ERV) [27](#page=27). * **Totale Long Capaciteit (TLC):** Het longvolume na maximale inademing (VC + RV) [27](#page=27). * **Inspiratoire Capaciteit (IC):** Het maximale inademvolume na een rustige uitademing (TV + IRV) [27](#page=27). Longvolumes en -capaciteiten zijn gemiddeld 20% lager bij vrouwen dan bij mannen. Grotere, atletische individuen hebben doorgaans grotere longvolumes. Gemeten volumes worden gecorrigeerd naar lichaams temperatuur, druk en verzadiging (BTPS) voor fysiologische vergelijkingen [28](#page=28). #### 2.2.3 Dynamische parameters Naast statische longvolumes en -capaciteiten zijn dynamische parameters belangrijk voor het beoordelen van de ventilatiefunctie. * **1-seconde waarde (FEV1) en Tiffeneau-index:** De FEV1 is het maximale volume lucht dat in één seconde kan worden uitgeademd na een maximale inademing. De Tiffeneau-index is de verhouding FEV1/FVC (Vitale Capaciteit), waarbij FVC het totale uitademvolume is bij het bepalen van de FEV1. Een Tiffeneau-index lager dan 70% wijst op obstructieve longziekten zoals astma of COPD. Bij restrictieve longziekten zijn de absolute waarden van FEV1 en FVC verlaagd, maar de Tiffeneau-index is normaal of verhoogd [28](#page=28) [29](#page=29). * **Piekstroom (PEF(R)):** De maximale luchtsnelheid gemeten tijdens een geforceerde, snelle uitademing. Dit wordt gemeten met een pneumotachograaf en is nuttig voor zelfmonitoring bij astmapatiënten [29](#page=29). * **Maximale Voluntary Ventilation (MVV):** Het maximale gasdebiet tijdens een korte periode van willekeurige hyperventilatie. De MVV is afhankelijk van lichaamsbouw, geslacht en leeftijd [30](#page=30). #### 2.2.4 Dode ruimte en alveolaire ventilatie Het ademminutenvolume is het totale luchtvolume dat per minuut wordt verplaatst. Dit volume bestaat uit twee delen [30](#page=30): * **Dode ruimte ventilatie:** Lucht die niet deelneemt aan gasuitwisseling, zoals in de anatomische dode ruimte (geleidingszone van de luchtwegen) [30](#page=30). * **Alveolaire ventilatie:** Lucht die deelneemt aan gasuitwisseling in de alveoli [30](#page=30). De **anatomische dode ruimte** is de ruimte in de geleidingszone. De **alveolaire dode ruimte** bestaat uit geventileerde alveolen met onvoldoende doorbloeding, zoals na een longembolie. De **fysiologische dode ruimte** is de som van de anatomische en alveolaire dode ruimte [30](#page=30). De **formule van Bohr** kan worden gebruikt om de fysiologische dode ruimte (VD) te bepalen op basis van het CO2-gehalte in de uitgeademde lucht en de alveolaire lucht [31](#page=31). $$V_D = V_T \frac{P_aCO_2 - P_E CO_2}{P_aCO_2}$$ Waarbij: * $V_D$ = fysiologische dode ruimte * $V_T$ = teugvolume * $P_aCO_2$ = alveolaire partiële CO2-druk (gemiddeld in gezonde longen) * $P_E CO_2$ = partiële CO2-druk in uitgeademde lucht De **alveolaire ventilatie (VA)** wordt berekend als het verschil tussen het teugvolume en de dode ruimte, vermenigvuldigd met de ademhalingsfrequentie: $$V_A = (V_T - V_D) \times \text{ademfrequentie}$$ Oppervlakkige, snelle ademhaling is inefficiënt omdat de dode ruimte ventilatie een relatief groot deel van het totale teugvolume inneemt [32](#page=32). ### 2.3 Ademhalingsweerstanden en ademarbeid Ademhalen vereist arbeid om verschillende weerstanden te overwinnen. Deze weerstanden kunnen worden onderverdeeld in dynamische (wrijvings-) en statische (elastische) weerstanden. De ademarbeid vertegenwoordigt het energieverbruik van de ademhalingsspieren. In rust is dit slechts ongeveer 1% van het totale zuurstofverbruik, maar kan oplopen tot 3% bij maximale inspanning. De ademarbeid is verhoogd bij aandoeningen zoals emfyseem, astma en congestief hartfalen [32](#page=32). #### 2.3.1 Dynamische of wrijvingsweerstand De dynamische weerstand wordt veroorzaakt door de wrijving van lucht die door de luchtwegen stroomt. De luchtsnelheid (flow) is direct gerelateerd aan het drukverschil tussen de mond en de alveoli, en omgekeerd aan de wrijvingsweerstand. De wet van Poiseuille beschrijft de weerstand in buisvormige structuren, waar de weerstand omgekeerd evenredig is met de vierde macht van de straal van de luchtweg (W = 8hl/πr⁴). Dit betekent dat een kleine vernauwing van de luchtwegen de weerstand aanzienlijk kan verhogen. De diameter van de luchtwegen wordt beïnvloed door transmurale druk en de tonus van de bronchomotoren [32](#page=32) [33](#page=33). * **Dynamische luchtwegencompressie:** Tijdens geforceerd uitademen kan de intrapleurale druk de druk in de luchtwegen overschrijden, wat leidt tot compressie van de luchtwegen en een toegenomen weerstand. Bij zeer diep uitademen kunnen delen van de luchtwegen zelfs tijdelijk sluiten ("air trapping"), wat de gasuitwisseling kan belemmeren. Bij emfyseem, waar de elastische terugtrekking van de longen verminderd is, is er minder radiale steun voor de kleine luchtwegen, waardoor ze gemakkelijker inklappen tijdens het uitademen. De dynamische luchtwegencompressie resulteert in een curve van luchtdebiet versus longvolume die afhankelijk is van de inspanning [34](#page=34) [35](#page=35). * **Gevolgen van dynamische luchtwegencompressie:** De piek expiratoire flow wordt vaak vroeg bereikt. Bij astma kan dit leiden tot een piepende ademhaling tijdens uitademing door verhoogde weerstand. Lokale afsluiting van luchtwegen kan leiden tot ongelijke ventilatie en stoornissen in de gasuitwisseling [36](#page=36). * **Tonus bronchomotoren:** De diameter van de luchtwegen wordt gereguleerd door het autonome zenuwstelsel. Parasympathische stimulatie (via acetylcholine) leidt tot bronchoconstrictie, terwijl sympathische stimulatie (via b2-receptoren en adrenaline) leidt tot bronchodilatatie. CO2 heeft ook een bronchodilaterend effect. Irriterende stoffen en allergenen (zoals histamine, prostaglandines en leukotriënen) kunnen leiden tot bronchoconstrictie, oedeem, hypersecretie van slijm en epitheelzwelling, wat de luchtwegweerstand verhoogt [37](#page=37). * **Evaluatie van luchtwegenweerstand:** De luchtwegenweerstand kan worden geëvalueerd met spirometrie (FEV1/FVC), piekstroommeting en flow-volume curves [38](#page=38). #### 2.3.2 Statische (of elastische) weerstanden (compliantie) De statische weerstand is gerelateerd aan de elastische eigenschappen van de longen en de thoraxwand. Compliantie (compliance) is de mate waarin de longen en thoraxwand kunnen uitzetten onder invloed van een drukverschil. Het wordt gedefinieerd als de verandering in volume per eenheid van drukverschil: $$\text{Compliantie} = \frac{\Delta V}{\Delta P}$$ Normaal gesproken zijn de longen en de thoraxwand zeer compliant, wat betekent dat er weinig weerstand is tegen vervorming. De totale compliantie van het ademhalingssysteem is de som van de longcompliantie en de thoraxwandcompliantie [38](#page=38). * **Compliantie van de long:** De compliantie van de long wordt beïnvloed door de hoeveelheid en het type bindweefselvezels (elastine en collageen). Een verhoogde hoeveelheid collageen, zoals bij longfibrose, leidt tot een verminderde longcompliantie. Bij emfyseem, waar elastische vezels zijn afgebroken, is de longcompliantie juist verhoogd [39](#page=39). * **Invloed van oppervlaktespanning:** De alveolaire vloeistoffilm oefent oppervlaktespanning uit, wat een weerstand biedt tegen rekking en de longcompliantie verlaagt [39](#page=39). * **Surfactant:** Dit is een stof die door type II alveolaire cellen wordt geproduceerd. Surfactant verlaagt de oppervlaktespanning, waardoor de longcompliantie toeneemt, de transsudatie van vocht uit de longcapillairen wordt verminderd en de stabiliteit van de alveoli wordt bevorderd door het voorkomen van collaps. Premature baby's die te weinig surfactant produceren, lijden aan het "hyaliene membraanziekte" of "infant/neonatal respiratory distress syndrome" (IRDS of NRDS), gekenmerkt door stijve longen en verhoogde ademarbeid [40](#page=40). * **Compliantie van de thorax:** De compliantie van de thoraxwand is afhankelijk van de rekbaarheid van alle componenten van de borstkas en kan worden verminderd bij extreme zwaarlijvigheid, reumatische aandoeningen, pleuraziekten en misvormingen van de wervelkolom [41](#page=41). --- # Gasuitwisseling, transport en V/Q-verhouding Dit deel van de studiehandleiding focust op de mechanismen van gasuitwisseling in de longen, het transport van gassen in het bloed, en de relatie tussen ventilatie en perfusie. ### 3.1 Alveolaire lucht De samenstelling van de alveolaire lucht verschilt van de ingeademde lucht, met een lagere partiële zuurstofdruk ($PAO_2 < PIO_2$) en een hogere partiële koolstofdioxidedruk ($PACO_2 > PICO_2$). Dit komt door de continue instroom van verse lucht (ongeveer 350 ml per ademcyclus uit het ademteugvolumen minus dode ruimte) en de aanwezige 2500 ml "staande" alveolaire lucht (rustcapaciteit) [44](#page=44). De samenstelling van de alveolaire lucht wordt beïnvloed door: * De samenstelling van de ingeademde lucht [44](#page=44). * Alveolaire ventilatie ($V_A$), wat de mate van luchtverversing aangeeft [44](#page=44). * Het metabolisme, specifiek de zuurstofverbruik ($VO_2$) en de koolstofdioxideproductie ($VCO_2$) [44](#page=44). Als de alveolaire ventilatie toeneemt ten opzichte van het metabolisme, zal de $PAO_2$ stijgen en de $PACO_2$ dalen. Omgekeerd, bij een verminderde ventilatie of verhoogd metabolisme, zullen de $PAO_2$ dalen en de $PACO_2$ stijgen [44](#page=44). De partiële drukken in de alveolaire lucht kunnen worden uitgedrukt met de volgende vergelijkingen: $$PACO_2 = PICO_2 + \left(\frac{VCO_2}{V_A}\right) \times K$$ [45](#page=45). $$PAO_2 = PIO_2 - \left(\frac{VO_2}{V_A}\right) \times K$$ [45](#page=45). Waarbij $K$ een constante is. Het respiratoir quotiënt ($R$) is gedefinieerd als de verhouding van de koolstofdioxideproductie tot het zuurstofverbruik: $$R = \frac{VCO_2}{VO_2}$$ [45](#page=45). Normaal gesproken is de $R$ ongeveer 0,8. Dit leidt tot de volgende relatie [45](#page=45): $$PAO_2 = PIO_2 - \frac{PACO_2}{R}$$ [45](#page=45). Bij normale ventilatie en metabolisme (in rust) zijn de partiële zuurstofdruk ($PaO_2$) en koolstofdioxidedruk ($PaCO_2$) in het arteriële bloed snel in evenwicht met de alveolaire waarden: $PACO_2 \approx 40$ mm Hg en $PAO_2 \approx 100$ mm Hg [46](#page=46). * **Hypoventilatie:** $PAO_2$ daalt en $PACO_2$ stijgt [46](#page=46). * **Hyperventilatie:** $PAO_2$ stijgt en $PACO_2$ daalt [46](#page=46). ### 3.2 Gasuitwisseling doorheen het alveolo-capillaire membraan Gasuitwisseling vindt plaats via passieve diffusie, gedreven door partiële drukgradiënten, over het alveolo-capillaire membraan. De snelheid van diffusie wordt beïnvloed door de samenstelling van de alveolaire lucht en de mate van contact tussen alveolaire lucht en bloed (afstand, oppervlakte, contacttijd) [43](#page=43). #### 3.2.1 Zuurstof Onder normale omstandigheden wordt zuurstof in ongeveer 1 seconde opgenomen in het bloed, wat voldoende is voor verzadiging van het hemoglobine, zelfs bij maximale inspanning waarbij de contacttijd slechts 250 ms is. (#page=46, 47) Echter, bij longziekten die het alveolo-capillaire membraan verdikken (zoals interstitiële longziekten of longoedeem), kan bij inspanning een disbalans ontstaan waarbij de $PaO_2$ lager is dan de $PAO_2$, wat leidt tot een zuurstoftekort [46](#page=46) [47](#page=47). #### 3.2.2 Koolstofdioxide De gasuitwisseling van koolstofdioxide volgt dezelfde principes als zuurstof. ### 3.3 Transport doorheen het alveolo-capillaire membraan De opname van een gas in het bloed door het membraan kan worden uitgedrukt met de volgende vergelijking: $$V_x = DL_x \times (P_A - P_c)$$ [49](#page=49). Waarbij $V_x$ de volumestroom van gas $x$ is, $DL_x$ de diffusiecapaciteit van gas $x$ is, en $(P_A - P_c)$ het verschil tussen de partiële druk in de alveolaire ruimte ($P_A$) en in het capillair bloed ($P_c$) is [49](#page=49). #### 3.3.1 Debiet- of diffusie-gelimiteerde opname De opname van een gas kan worden begrensd door het debiet van het bloed (debet-gelimiteerd) of door de diffusiemogelijkheden van het membraan (diffusie-gelimiteerd) [48](#page=48). * **Debiet-gelimiteerd transport:** Het eindcapillaire gehalte van het gas is gelijk aan de alveolaire waarde ($P_{eindcap} = P_A$), en de opname wordt beperkt door de doorbloeding. Een voorbeeld hiervan is $N_2O$, dat snel in evenwicht komt door vlotte diffusie en een geringe oplosbaarheid in het bloed [48](#page=48). * **Diffusie-gelimiteerd transport:** Het eindcapillaire gehalte van het gas is lager dan de alveolaire waarde ($P_{eindcap} < P_A$), en de opname wordt beperkt door de diffusiemogelijkheden van het membraan. Koolmonoxide ($CO$) is een voorbeeld. Door de hoge affiniteit van hemoglobine voor $CO$ wordt de $PaCO$ nooit gelijk aan de $PACO$, en de opname is slechts gering veranderd na longpassage [48](#page=48). Onder normale omstandigheden is het zuurstoftransport debiet-gelimiteerd. Echter, bij inspanning kan dit diffusie-gelimiteerd worden door een te korte contacttijd. Koolstofdioxide transport is zelden diffusie-gelimiteerd door de kleine partiële drukgradiënt en de hoge diffusiesnelheid [49](#page=49). #### 3.3.2 Opname van een gas De diffusiecapaciteit van het membraan ($DL$) voor een gas ($V_x$) wordt bepaald door: $$V_x = DL_x \times (P_A - P_c)$$ [49](#page=49). Voor zuurstof geldt: $$VO_2 = DLO_2 \times (PAO_2 – PcO_2)$$ [49](#page=49). #### 3.3.3 Drukgradiënt De diffusiesnelheid is direct evenredig met de partiële drukgradiënt. De drukgradiënt is het grootst aan het begin van het capillair en neemt progressief af richting het einde. Het inademen van zuurstofrijke lucht verkleint de drukgradiënt en daarmee de diffusiesnelheid. Bij anemie is de zuurstofbindende capaciteit van hemoglobine verminderd, wat leidt tot een sneller evenwicht tussen $PaO_2$ en $PAO_2$, maar de algehele zuurstofopname neemt af [49](#page=49). #### 3.3.4 Longdiffusiecapaciteit van een gas De longdiffusiecapaciteit ($DL$) wordt beïnvloed door: * **Determinanten:** * De grootte van het contactoppervlak tussen alveolen en bloed (normaal 50-100 m²). Dit oppervlak kan verminderd zijn bij pathologieën zoals emfyseem of longembolieën. Bij inspanning worden meer capillairen gemobiliseerd, wat het oppervlak vergroot [50](#page=50). * De eigenschappen van het gas: * Oplosbaarheid: $CO_2$ is ongeveer 25 keer beter oplosbaar in water dan $O_2$ [50](#page=50). * Molecuulgrootte: De diffusiesnelheid is omgekeerd evenredig met de wortel van de molecuulgrootte, waardoor de diffusiecoëfficiënt van $CO_2$ 20 keer groter is dan die van $O_2$. Hierdoor is $CO_2$ sneller in evenwicht, zelfs bij zware inspanning, en zullen longziekten eerder leiden tot een verminderde $PaO_2$ dan tot een verhoogde $PaCO_2$ [50](#page=50). * De dikte van het membraan: Een grotere dikte van het alveolo-capillaire membraan vermindert de diffusiecapaciteit. Normaal is dit membraan minimaal dik (twee celagen) en vrij van interstitieel vocht, wat ideaal is voor diffusie. Bij longoedeem of interstitiële longziekten neemt de dikte toe, wat de diffusie verstoort [51](#page=51). * **Bepalen van de longdiffusiecapaciteit:** De diffusiecapaciteit voor zuurstof ($DLO_2$) kan indirect worden bepaald. De diffusiecapaciteit voor koolmonoxide ($DLCO$) is wel te bepalen, omdat de diffusie-eigenschappen van $CO$ vergelijkbaar zijn met die van $O_2$ en de partiële druk van $CO$ in het capillair bloed ($PcCO$) nul is: $$VCO = DLCO \times (PACO - PcCO)$$ [51](#page=51). Aangezien $PcCO = 0$: $$VCO = DLCO \times PACO$$ [51](#page=51). De $VCO$ en $PACO$ kunnen worden gemeten in de uitgeademde lucht [51](#page=51). ### 3.4 Het respiratoir quotiënt (RQ) Het respiratoir quotiënt ($RQ$) is de verhouding van de geproduceerde koolstofdioxide tot het verbruikte zuurstof in evenwichtstoestand [52](#page=52). * Koolhydraten: $RQ = 1,00$ [52](#page=52). * Vetten: $RQ \approx 0,70$ [52](#page=52). * Eiwitten: $RQ \approx 0,82$ [52](#page=52). Normaal gesproken is het gemiddelde RQ ongeveer 0,8 [52](#page=52). * Bij hyperventilatie daalt het RQ omdat er meer $CO_2$ wordt uitgeademd [52](#page=52). * Bij zware inspanning kan het RQ stijgen tot wel 2,00 door: * Meer uitademen van $CO_2$ [52](#page=52). * Verbruik van melkzuur (anaeroob) wat $CO_2$ productie geeft zonder zuurstofverbruik [52](#page=52). ### 4 Longdoorbloeding De longdoorbloeding is onderdeel van de kleine bloedsomloop en staat in serie met de grote circulatie. Het debiet in de longcirculatie is gelijk aan het aortadebiet. Kenmerkend zijn de lage perfusiedruk en lage weerstand, met een grote invloed van de zwaartekracht [54](#page=54). #### 4.1 Druk, volume en debiet in de longcirculatie De pulmonale vasculaire weerstand is zeer laag, en omdat er geen arteriolen zijn, vervalt de druk nagenoeg lineair door de longcirculatie. De capillaire druk in de longen (ongeveer 10 mm Hg) is lager dan de colloïd-osmotische druk, wat leidt tot minimale capillaire filtratie en dus weinig interstitieel vocht. Dit resulteert in een dun alveolo-capillair membraan, wat ideaal is voor gasuitwisseling [54](#page=54) [55](#page=55). Een verhoogde capillaire druk (bijvoorbeeld bij mitralisstenose of linkerventrikel falen) kan leiden tot longoedeem en longcongestie, wat zich kan uiten in orthopnoe. Het longbloedvolume is groter in liggende dan in staande positie (800 ml vs 450 ml) [55](#page=55). #### 4.2 Invloed van de zwaartekracht In rechtopstaande houding is de doorbloeding in de longtop veel lager dan aan de longbasis. Dit komt doordat de hydrostatische drukgradiënt van de apex naar de basis (ongeveer 30 cm H2O, oftewel 22 mm Hg) de arteriële druk beïnvloedt. In de longtop kan de arteriële druk lager zijn dan de alveolaire druk, wat leidt tot geen doorbloeding. Dit kan leiden tot alveolaire dode ruimte. Bij kunstmatige ventilatie wordt de relatieve invloed van de zwaartekracht gemaskeerd, vooral bij liggende patiënten [55](#page=55) [56](#page=56). #### 4.3 Regulatie van de longcirculatie De longcirculatie is gevoelig voor vasoactieve stoffen. De globale doorbloeding wordt voornamelijk passief beïnvloed. Bij inspanning neemt het hartdebiet toe, wat leidt tot een stijging van de pulmonale arteriële druk. Dit resulteert in mobilisatie van bloedvaten, waardoor de cross-sectionele oppervlakte toeneemt en de weerstand laag blijft [56](#page=56). De lokale doorbloeding wordt actief gereguleerd door **hypoxische vasoconstrictie**, wat typisch is voor de longcirculatie. Dit fenomeen, geaccentueerd door een verhoogde $PCO_2$, leidt tot het afleiden van bloed weg van ondergeventileerde naar beter geventileerde longdelen. Hierdoor wordt de lokale doorbloeding aangepast aan de lokale ventilatie, wat de ventilatie-perfusie (V/Q) verhouding optimaliseert. Globale hypoxie (bv. op grote hoogte) kan echter leiden tot globale vasoconstrictie, pulmonale hypertensie en eventueel acuut cor pulmonale [57](#page=57). #### 4.4 Rechts-links shunts (“veneuze bijmenging”) Normaal gesproken stroomt zuurstofarm bloed vanuit de weefsels naar de longen voor oxygenatie, en vervolgens naar het linkerhart. Een klein percentage van het bloed (ongeveer 2%) omzeilt de longcirculatie en gaat direct naar het linkerhart. Dit kan komen door [57](#page=57): * Bloed uit de bronchiale circulatie dat direct in de pulmonale venen terechtkomt [57](#page=57). * Klein deel coronaire veneuze bloed via venae cordis minimae (Thebesiaanse venen) [57](#page=57). Deze anatomische rechts-links shunts zorgen ervoor dat de $PaO_2$ iets lager is dan de $PAO_2$ [57](#page=57). Doorbloede longdelen zonder alveolaire gasuitwisseling (bv. bij longcollaps of atelectase) creëren een functionele rechts-links shunt. Bij cyanotische congenitale hartziekten (zoals Tetralogie van Fallot) is de rechts-links shunt aanzienlijk, wat leidt tot verminderde arteriële oxygenatie. Links-rechts shunts (bv. bij septumdefecten) leiden tot een circulatie van zuurstofrijk bloed opnieuw door de longen, zonder cyanose [58](#page=58). ### 6 Ventilatie – Perfusie Verhouding (V/Q) De ventilatie-perfusie verhouding ($V_A/Q$) is cruciaal voor een efficiënte gasuitwisseling. In rust is de gemiddelde alveolaire ventilatie ($V_A$) ongeveer 4,2 l/min en het longdebiet ($Q$) ongeveer 5,5 l/min, wat resulteert in een gemiddelde $V_A/Q$ van 0,8. Een ideale gasuitwisseling vereist een goede "match" tussen ventilatie en perfusie, waarbij gebieden met hoge perfusie ook goed geventileerd zijn [67](#page=67). #### 6.1 Invloed houding op V/Q De zwaartekracht heeft een grotere invloed op de perfusie dan op de ventilatie. Hierdoor daalt de $V_A/Q$ progressief van de longtop (ongeveer 3) naar de longbasis (ongeveer 0,3) in rechtopstaande houding. In liggende positie of bij hoofdstand is de invloed van de zwaartekracht verwaarloosbaar, wat resulteert in een meer uniforme $V_A/Q$ verdeling [67](#page=67). #### 6.2 Invloed V/Q op samenstelling alveolaire lucht De samenstelling van de alveolaire lucht is niet uniform en hangt af van de lokale $V_A/Q$ verhouding [68](#page=68). * $PAO_2$ is ongeveer evenredig met de $V_A/Q$ [68](#page=68). * $PACO_2$ is omgekeerd evenredig met de $V_A/Q$ [68](#page=68). Een ideale $V_A/Q$ van 0,8 leidt tot $PAO_2 \approx 100$ mm Hg en $PACO_2 \approx 40$ mm Hg. De regionale variatie in $V_A/Q$ in de long leidt tot een verschil tussen de alveolaire en arteriële zuurstofspanning (A-a gradiënt). Normaal is dit verschil klein (ongeveer 4 mm Hg), wat aangeeft dat de spreiding van $V_A/Q$ verwaarloosbaar is [68](#page=68). #### 6.3 Stoornissen van de V/Q verhouding Een verstoorde $V_A/Q$ verhouding, veroorzaakt door een relatief verminderde perfusie of ventilatie, leidt tot een grotere spreiding in $V_A/Q$ en een toename van de A-a gradiënt, zelfs als de gemiddelde $V_A/Q$ normaal is [69](#page=69). ##### 6.3.1 V/Q stoornis door relatief verminderde perfusie ($Q$) Bij een longembolie is de perfusie in een deel van de long afwezig ($Q=0$), wat resulteert in een oneindige $V_A/Q$ ratio. Dit leidt tot een alveolaire dode ruimte, waarbij de alveolaire lucht vergelijkbaar wordt met de tracheale lucht ($PAO_2 \approx 150$ mm Hg, $PACO_2 \approx 0$ mm Hg). De doorbloede longdelen zullen echter een verminderde $PAO_2$ en verhoogde $PACO_2$ hebben, wat leidt tot een significant verlaagde $PaO_2$ en verhoogde $PaCO_2$, en een vergrote A-a gradiënt [69](#page=69). ##### 6.3.2 V/Q stoornis door relatief verminderde ventilatie ($V_A$) Verminderde ventilatie kan worden veroorzaakt door: * **Verminderde compliantie** (restrictief): longoedeem, longfibrose [70](#page=70). * **Verhoogde weerstand** (obstructief): obstructie (vreemd lichaam, slijmproppen, tumor), bronchoconstrictie (astma), verdikking van de luchtwegwand (chronische bronchitis), emfyseem [70](#page=70). * **Abnormale structuur** die uitzetting van alveolen belemmert: tumor, pneumothorax, hydrothorax [70](#page=70). Bij een complete afsluiting van de luchtwegen ($V_A = 0$) ontstaat een functionele rechts-links shunt, wat leidt tot een sterk verlaagde $PaO_2$ en verhoogde $PaCO_2$. De ernst van de V/Q stoornis wordt echter gemilderd door hypoxische vasoconstrictie [70](#page=70). ##### 6.3.3 Gecompenseerde V/Q stoornis V/Q stoornissen leiden initieel tot een gasuitwisselingsprobleem met hypoxemie en hypercapnie [71](#page=71). * **Initiële fase:** Hypoxemie en hypercapnie [71](#page=71). * **Tweede fase (gecompenseerd):** Reflexmatige toename van de ventilatie ($V_A$) vermindert de $PAO_2$ en $PACO_2$ in de normaal geventileerde longdelen. De compensatie voor het zuurstoftekort is echter vaak onvoldoende, terwijl de compensatie voor een overmaat aan $CO_2$ wel effectief is. Dit resulteert in hypoxemie zonder hypercapnie, vaak met hypocapnie (typisch voor chronische longziekten) [71](#page=71). * **Derde fase (laat, ongecompenseerd):** Als de compensatoire hyperventilatie onmogelijk is (bv. door vermoeidheid van ademhalingsspieren), treedt opnieuw hypoxemie met hypercapnie op. Dit is kenmerkend voor zeer ernstige en langbestaande V/Q aandoeningen [72](#page=72). #### 6.4 Evaluatie V/Q stoornis De $PaO_2$ is een minder goede index voor V/Q stoornissen omdat deze ook afhankelijk is van de $PIO_2$. De **A-a gradiënt** is een veel bruikbaardere maatstaf. De $PaO_2$ wordt direct gemeten, terwijl de $PAO_2$ berekend moet worden via de alveolaire luchtvergelijking [72](#page=72): $$PAO_2 = PIO_2 - \frac{PACO_2}{R}$$ [72](#page=72). Aangezien $PACO_2 \approx PaCO_2$ (snel in evenwicht), is een bedside evaluatie van V/Q stoornissen mogelijk [72](#page=72). Een verhoogde A-a gradiënt kan ook wijzen op anatomische rechts-links shunts of diffusiestoornissen [73](#page=73). De bepaling van de fysiologische dode ruimte met de Bohr vergelijking kan aanvullende informatie verschaffen over V/Q stoornissen. Alveolen met een lage $V_A/Q$ dragen bij aan de dode ruimte [73](#page=73). > **Tip:** Het berekenen van de A-a gradiënt is essentieel om onderscheid te maken tussen V/Q stoornissen en andere oorzaken van hypoxemie. > > **Tip:** Onthoud dat bij V/Q stoornissen de $PaO_2$ sneller daalt dan de $PaCO_2$ stijgt, met name in de compenserende fasen. Samenvattende tabel van V/Q stoornissen: | Stoornis | Typische V/Q verhouding | Gevolg op gasuitwisseling | | :----------------- | :---------------------- | :------------------------------------------------------------ | | Verminderde $Q$ | $V_A/Q \to \infty$ | Alveolaire dode ruimte, hypoxemie, hypercapnie, ↑(A-a)DO2 | | Verminderde $V_A$ | $V_A/Q \to 0$ | Functionele rechts-links shunt, hypoxemie, hypercapnie, ↑(A-a)DO2 | | Gemengd | Variabel | Hypoxemie, mogelijk hypercapnie (afhankelijk van compensatie) | | Gecompenseerd | Variabel | Hypoxemie, hypocapnie | | Ongecompenseerd | Variabel | Hypoxemie, hypercapnie | --- # Regulatie van de ademhaling en speciale omstandigheden Dit gedeelte behandelt de chemische en neurogene regulatie van de ademhaling, evenals aanpassingen en effecten in speciale omstandigheden zoals inspanning, hypoxie, hypercapnie en de effecten van roken. De behandeling van ademhalingsproblemen, waaronder zuurstoftoediening, wordt ook besproken [74](#page=74). ### 7.1. Algemeen De ademhaling is een proces dat grotendeels automatisch en onbewust wordt gereguleerd door het ademhalingscentrum in de hersenstam. De ademhalingsspieren, waaronder het middenrif en de intercostale spieren, zijn willekeurige skeletspieren die worden aangestuurd door motoneuronen. De ademhaling kan echter beperkt willekeurig worden beïnvloed, zoals bij hyperventilatie, hypoventilatie of apnoe. Overmatig ventileren (hyperventilatie) kan leiden tot respiratoire alkalose, met symptomen als tintelingen, duizeligheid en syncope. Hyperventilatieaanvallen kunnen worden verholpen door in een plastic zak te ademen om de PaCO2 te verhogen of door door een open buis te ademen (rebreathing) [74](#page=74) [75](#page=75) [76](#page=76). Willekeurige apnoe is beperkt en kan worden doorbroken door een daling van de PaO2 of een stijging van de PaCO2. Slaapapnoe, dat kan leiden tot chronisch slaapgebrek, kan obstructief zijn (door vernauwing van de luchtwegen tijdens slaap) of centraal (door ontregeling van het ademcentrum) [75](#page=75). ### 7.2. Ademhalingscentra en ritmogenese De ademhalingscentra zijn diffuse groepen neuronen in de hersenstam, met name in de pons en medulla oblongata. Een doorsnijding tussen de medulla en het ruggenmerg leidt tot ademstop. Bepaalde zones in de medulla bevatten inspiratoire en expiratoire neuronen die via axonen de motorische neuronen van de nervus phrenicus en intercostales prikkelen. De inspiratoire neuronen werken als pacemakers en hun activiteit kan worden verminderd door opioïden. Reciproke inhibitie treedt op tussen de inspiratoire en expiratoire neuronen [77](#page=77). Impulsen vanuit de pneumotactische centra in de pons moduleren de ademcentra in de medulla, wat invloed heeft op het ademritme en -patroon. Sectie boven de pons behoudt het basale ademhalingspatroon, maar de willekeurige controle vanuit de cortex gaat verloren [78](#page=78). ### 7.3. Chemische regulatie ademhaling De chemische regulatie van de ademhaling vindt plaats via chemoreceptoren die de PaCO2, PaO2 en de pH in het arterieel bloed en de cerebrospinale vloeistof (CSV) monitoren. Deze signalen beïnvloeden het ademhalingscentrum in de medulla om de ventilatie aan te passen aan de metabole behoeften [79](#page=79). #### 7.3.1. Chemoreceptoren * **Perifere chemoreceptoren**: Gelegen in de glomus caroticum en glomus aorticum. Ze worden geprikkeld door een daling van PaO2 en pH, en een stijging van PaCO2. De PaO2 is de belangrijkste factor voor deze receptoren. Ze zorgen voor een snelle respons van de ventilatie binnen enkele seconden [79](#page=79). * **Centrale chemoreceptoren**: Diffuse groepen neuronen nabij de ademhalingscentra in de medulla. Ze zijn gevoelig voor de pH van de omliggende CSV, maar ongevoelig voor PO2. De bloed-hersenbarrière is impermeabel voor H+ en HCO3-, maar wel voor CO2. Veranderingen in PaCO2 hebben daardoor een grotere invloed op de pH van de CSV dan veranderingen in bloed pH. Een daling van de pH in de CSV stimuleert de centrale chemoreceptoren, wat leidt tot een verhoogde ventilatie. Ongeveer 80% van de CO2-respons van de ventilatie verloopt via de centrale chemoreceptoren. Dit proces is relatief traag omdat CO2 eerst de bloed-hersenbarrière moet passeren [80](#page=80). #### 7.3.2. Verband longventilatie / zuur-base evenwichtstoornis Veranderingen in de ademhaling kunnen leiden tot respiratoire zuur-base stoornissen. * **Hyperventilatie** (verhoogde ventilatie) leidt tot een daling van PaCO2 en een stijging van de pH (respiratoire alkalose). De Henderson-Hasselbalch vergelijking beschrijft dit verband: `$pH = 6.10 + \log ([\text{HCO}_3^-] / 0.03 \cdot P\text{CO}_2)$` [81](#page=81). * **Hypoventilatie** (verlaagde ventilatie) leidt tot een stijging van PaCO2 en een daling van de pH (respiratoire acidose) [81](#page=81). Bij metabole zuur-base stoornissen treedt compensatie op door veranderingen in de ventilatie via de chemoreceptoren: * **Metabole acidose** (lage pH) leidt tot verhoogde ventilatie, wat de PaCO2 verlaagt en de pH corrigeert [82](#page=82). * **Metabole alkalose** (hoge pH) leidt tot verlaagde ventilatie, wat de PaCO2 verhoogt en de pH corrigeert. Deze compensatie kan worden afgeremd door hypoxemie [82](#page=82). #### 7.3.3. Invloed van CO2 en O2 op ventilatie * **Invloed van CO2**: Acuut inademen van verhoogde CO2-concentraties leidt tot een lineaire stijging van de ventilatie, voornamelijk via de centrale chemoreceptoren. Chronische hypercapnie leidt na enkele uren tot dagen tot een normalisatie van de pH in de CSV door transport van HCO3- uit het bloed, waardoor de stimulatie van de centrale chemoreceptoren afneemt en de gevoeligheid voor PaCO2 verloren gaat. De ademhaling wordt dan meer afhankelijk van de PaO2 (hypoxische drive) [83](#page=83). * **Invloed van O2-tekort (hypoxie)**: Een daling van de PaO2 onder 60 mm Hg stimuleert de perifere chemoreceptoren, wat leidt tot hyperventilatie (hypoxische drive). Dit effect is groter dan de respons op PCO2-veranderingen. Chronische hypoxemie leidt tot een geleidelijke stijging van de ventilatie, mede door een normalisatie van de pH in de CSV en verminderde centrale remming [84](#page=84). * **Gelijktijdige invloed van CO2 en O2**: Veranderingen in PCO2 en PO2 treden vaak gelijktijdig op. Bij een daling van de PaO2 wordt de ventilatie gevoeliger voor veranderingen in PaCO2. Er is sprake van een synergistisch effect dat groter is dan additief. De helling van de CO2-responscurve neemt af bij een daling van de PO2 [85](#page=85). ### 7.4. Neurogene regulatie ademhaling #### 7.4.1. Invloed vanuit andere centra in CZS Verschillende gebieden in het centrale zenuwstelsel (CZS) beïnvloeden de ademhaling: * **Motorische cortex**: Stimuleert verhoogde ventilatie bij inspanning en kan willekeurige controle uitoefenen [85](#page=85). * **Emoties**: Kunnen de ademhaling beïnvloeden [85](#page=85). * **Slik- en braakcentra**: Voorkomen aspiratie [85](#page=85). * **Spraakcentra**: Kunnen het normale ademritme onderbreken [85](#page=85). * **Reticulair Activerend Systeem**: Heeft een tonische invloed op de ademhalingscentra, wat tijdens slaap kan leiden tot vertraging van de ademhaling en apnoes [85](#page=85). #### 7.4.2. Reflexen vanuit longen en luchtwegen Afferente prikkels via de nervus vagus naar de hersenstam activeren diverse reflexen: * **Stretchreceptoren (Hering-Breuer reflex)**: Gelegen diep in de luchtwegwand. Activatie door uitrekking van de longen remt de inspiratie, wat de ademhaling minder diep maakt. Bij normale ademvolumes is dit reflex niet actief, maar bij volumes groter dan 1.5 L wel [86](#page=86). * **Irritant receptoren**: Oppervlakkig in de mucosa, activeren bij irritatie door chemische prikkels. Dit kan leiden tot bronchoconstrictie, hyperpnoe en diepe ademhalingen (zuchten). Zuchten is periodiek en voorkomt collabering van de longen [86](#page=86). * **"J-receptoren" (Juxtacapillaire receptoren)**: Nabij de longcapillairen. Stimulatie bij vocht in de alveolaire wand (bv. longoedeem) leidt tot depressie van de ademactiviteit [87](#page=87). * **Hoesten en niezen**: Typische uitadempatronen die reflectoir optreden bij irritatie van de luchtwegen om irriterende stoffen te verwijderen [87](#page=87). #### 7.4.3. Andere ademhalingsreflexen * **Proprioreceptoren**: In spieren, pezen en gewrichten, activeren reflectoir de ademhaling bij inspanning [88](#page=88). * **Duikreflex**: Prikkeling van receptoren in het aangezicht door contact met koud water leidt tot tijdelijke remming van de ademhaling [88](#page=88). * **Pijnreceptoren**: Kunnen reflectoire tachypnoe veroorzaken [88](#page=88). * **Hikken**: Spastische contractie van het middenrif en andere inademspieren met een plotse inademing en sluiting van de glottis [88](#page=88). * **Gauwen**: Een "besmettelijke" adembeweging die atelectase van ondergeventileerde alveolen kan helpen voorkomen [88](#page=88). ### 8. Ademhaling in speciale omstandigheden #### 8.1. Inspanning Tijdens inspanning neemt de zuurstofopname en CO2-productie significant toe, wat leidt tot een verhoging van de ventilatie. De longdoorbloeding stijgt evenredig met de intensiteit van de inspanning. De ventilatie neemt aan het begin van de inspanning plotseling toe door psychische stimuli en impulsen vanuit proprioreceptoren en de motorische cortex. Vervolgens stijgt de ventilatie geleidelijk door humorale factoren zoals PaO2, PaCO2, lichaamstemperatuur en K+. Bij zware inspanning stijgt de ventilatie sneller vanwege de vorming van melkzuur en de daaruit voortvloeiende daling van de PaCO2. Na de inspanning vindt er een "zuurstofschuld" plaats, waarbij de O2-opname boven de rustwaarde blijft om ATP en fosfocreatine te resynthetiseren en melkzuur te verwijderen [89](#page=89) [91](#page=91). #### 8.2. Verband ademhaling en hypoxie Hypoxie is een zuurstoftekort in de weefsels. Hypox(em)ische hypoxie, veroorzaakt door een lage PaO2, is direct gerelateerd aan de ademhaling [92](#page=92). ##### 8.3. Hypox(em)ische hypoxie * **Aanpassing aan de hoogte**: Op grote hoogte daalt de atmosferische druk (Plucht), wat resulteert in een lagere alveolaire PO2 (PAO2). Acclimatisatie treedt op via hyperventilatie (gestimuleerd door perifere chemoreceptoren), wat leidt tot een daling van PaCO2 en een stijging van de pH. Op langere termijn normaliseert de pH in de CSV en neemt de gevoeligheid voor CO2 af, waardoor de rem op hyperventilatie vermindert. Er treedt ook een stijging op in erytropoëse (productie van rode bloedcellen), angiogenese (vorming van nieuwe bloedvaten) en het aantal oxidatieve enzymen, wat leidt tot een verbeterde zuurstofopname en -transport [93](#page=93). * **Hypoxische hypoxie door ademhalingsproblemen**: Dit kan ontstaan door een stoornis in de pompfunctie van de ademhaling (hypoventilatie) of een stoornis in de gasuitwisseling (diffusiestoornis, rechts-links shunts, alveolaire hypoventilatie) [94](#page=94) [95](#page=95) [96](#page=96). * **Hypoventilatie ("pompfalen")**: Ventilatie is niet aangepast aan de behoefte, wat leidt tot een lage PaO2 en hoge PaCO2. Zuurstoftoediening verhoogt de PaO2, maar lost het PaCO2-probleem niet op [94](#page=94). * **Diffusiestoornis ("alveolo-capillair blok")**: Verdikking van het alveolo-capillaire membraan belemmert de diffusie. Dit leidt tot een lage PaO2, maar meestal geen verhoogde PaCO2 omdat CO2 efficiënter diffundeert. Zuurstoftoediening verhoogt de PaO2 [95](#page=95). * **Rechts-links shunts**: Bloed stroomt van de rechter- naar de linkerkant van het hart zonder door de longen te passeren, wat leidt tot hypoxemie die niet verbetert met 100% zuurstof [95](#page=95) [96](#page=96). * **Alveolaire hypoventilatie**: Pathologische V/Q spreiding, bijvoorbeeld door slijmproppen, leidt tot een lage PaO2 en mogelijk een verhoogde PaCO2. Zuurstoftoediening kan de hypoxemie verminderen [96](#page=96). Een daling van PaO2 door diffusiestoornissen, shunts of V/Q stoornissen kan soms gepaard gaan met een daling van PaCO2 door reflectoire hyperventilatie, wat niet optreedt bij "pompfalen" [97](#page=97). #### 8.4. Ademefficiëntie bij rokers Roken vermindert de ademefficiëntie door vernauwing van de bronchiolen, binding van koolmonoxide aan hemoglobine, verhoogde slijmsecretie, zwelling van het slijmvlies, verminderde trilhaaractiviteit en vernietiging van cilia en elastische vezels. Dit kan leiden tot emfyseem en het "gevangen" raken van lucht in de alveolen, wat de gasuitwisseling belemmert [97](#page=97). #### 8.5. Effecten van hypox(em)ie en hypercapnie * **Hypox(em)ie**: Kan leiden tot CZS-stoornissen zoals verwardheid, prikkelbaarheid, convulsies en coma. Chronische hypoxemie kan leiden tot pulmonale hypertensie en rechterhartfalen. Cyanose kan optreden bij een verhoogd gehalte aan gedeoxygeneerd hemoglobine [98](#page=98). * **Hypercapnie**: Verhoogde PaCO2 leidt tot vasodilatatie, wat hoofdpijn kan veroorzaken en CZS-stoornissen kan geven zoals verwardheid en slaperigheid. Chronische hypercapnie kan leiden tot respiratoire acidose, die wordt gecompenseerd door metabole alkalose door renale reabsorptie van HCO3- [98](#page=98). #### 8.6. Behandeling ademproblemen – toediening O2 De principes van de behandeling van ademhalingsproblemen omvatten het openhouden van luchtwegen, klaring van secreties, bronchodilatoren, antibiotica en mechanische ventilatie. Zuurstoftherapie is nuttig bij hypoxemie, behalve bij shunts [99](#page=99). **Risico's bij toedienen van O2**: * **Ademstilstand bij hypercapnische patiënten**: Bij patiënten met chronisch longfalen kan de centrale drive verdwijnen, waardoor de ademhaling afhankelijk wordt van de hypoxemie. Zuurstoftoediening onderdrukt dan de ademhaling [99](#page=99). * **Toxiciteit**: 100% zuurstof gedurende lange tijd kan leiden tot irritatie van de luchtwegen. De zuurstofconcentratie moet zo laag mogelijk worden gehouden met behoud van een Hb-saturatie van meer dan 93% [99](#page=99). * **Absorptie-atelectase**: Inhalatie van 100% zuurstof kan leiden tot het instorten van alveoli met een lage V/Q ratio [100](#page=100). * **Prematuren**: 100% zuurstof kan leiden tot blindheid door retrolentalefibroplasie [100](#page=100). * **Hyperbare O2-therapie**: Hoge zuurstofconcentraties onder druk worden gebruikt bij CO-intoxicatie, decompressieziekte, levensbedreigende infecties en ernstige anemie. Binnen 5 uur treedt er geen zuurstoftoxiciteit op [100](#page=100). --- ## 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 | Het cellulaire proces van oxidatieve fosforylatie in de mitochondriën, waarbij zuurstof wordt gebruikt om energie (ATP) te produceren en kooldioxide als bijproduct ontstaat. Dit is essentieel voor de energievoorziening van cellen. | | Uitwendige ademhaling | Het gehele proces van gasuitwisseling tussen de atmosfeer en de cellen van het lichaam, omvattende longventilatie, gasuitwisseling in de longen, en het transport van ademgassen in het bloed. Het doel is het handhaven van specifieke partiële drukken van O2 en CO2 in het bloed. | | Longventilatie | Het proces van het verversen van de lucht in de longen door middel van in- en uitademingsbewegingen, wat zorgt voor de aanvoer van verse, zuurstofrijke lucht en de afvoer van kooldioxide-rijke lucht. | | Gasuitwisseling | Het passieve diffusieproces van zuurstof en koolstofdioxide tussen de alveoli en de capillairen in de longen, en tussen de capillairen en de weefsels in het lichaam, gedreven door verschillen in partiële druk. | | Partiële druk (gasspanning) | De druk die een specifiek gas uitoefent binnen een gasmengsel, berekend als de totale druk vermenigvuldigd met de fractie van dat gas in het mengsel. Dit is de drijvende kracht voor gasdiffusie. | | Geleidingszone | Het deel van de luchtwegen, van de trachea tot de terminale bronchiolen, dat dient voor het geleiden, filteren, bevochtigen en opwarmen van ingeademde lucht, maar waarin geen gasuitwisseling plaatsvindt. Dit wordt ook wel de 'dode ruimte' genoemd. | | Uitwisselingszone (respiratoire zone) | Het deel van de luchtwegen, vanaf de respiratoire bronchiolen tot de alveolaire zakken, waar de daadwerkelijke gasuitwisseling tussen lucht en bloed plaatsvindt via het alveolo-capillaire membraan. | | Dode ruimte | Het volume lucht in de luchtwegen dat niet deelneemt aan gasuitwisseling. Dit kan anatomisch (geleidingszone) of fysiologisch (inclusief niet-geperfundeerde alveoli) zijn. | | Longvolumes | De hoeveelheid lucht die de longen kunnen bevatten of verplaatsen onder verschillende omstandigheden, zoals teugvolume, inspiratoir reserve volume, expiratoir reserve volume en residueel volume. | | Longcapaciteiten | De som van twee of meer longvolumes, zoals de functioneel residuele capaciteit (FRC), vitale capaciteit (VC), totale longcapaciteit (TLC) en inspiratoire capaciteit (IC). | | Dynamische luchtwegencompressie | Een fenomeen waarbij de luchtwegen, met name de kleinere luchtwegen, tijdens geforceerde uitademing kunnen vernauwen of zelfs dichtklappen door de hogere intrapleurale druk ten opzichte van de druk in de luchtwegen. | | Statische (elastische) weerstand | De weerstand die overwonnen moet worden om de longen en de thoraxwand uit te rekken, gerelateerd aan de elasticiteit van deze structuren. | | Compliantie | Een maat voor de rekbaarheid van de longen en/of de thoraxwand, gedefinieerd als de verandering in volume per verandering in druk ($DV/DP$). Hoge compliantie betekent dat de structuren soepel zijn. | | Surfactant | Een complex mengsel van fosfolipiden en eiwitten dat wordt geproduceerd door type II alveolaire cellen en dat de oppervlaktespanning in de alveoli verlaagt, waardoor de compliantie van de longen toeneemt en alveolaire collaps wordt voorkomen. | | Respiratoir quotiënt (RQ) | De verhouding tussen het volume koolstofdioxide geproduceerd en het volume zuurstof verbruikt in het lichaam ($VCO2/VO2$). Het varieert afhankelijk van het type voedingsstoffen dat wordt gemetaboliseerd. | | Longdoorbloeding (pulmonale circulatie) | De bloedsomloop door de longen, die in serie staat met de systemische circulatie, gekenmerkt door een lage druk en lage weerstand, en die essentieel is voor gasuitwisseling. | | Ventilatie-Perfusie (V/Q) verhouding | De verhouding tussen de hoeveelheid lucht die een alveolus bereikt (ventilatie, VA) en de hoeveelheid bloed die door de bijbehorende capillairen stroomt (perfusie, Q). Een optimale V/Q-verhouding is cruciaal voor efficiënte gasuitwisseling. | | Ademhalingscentra | Groepen neuronen in de hersenstam (pons en medulla) die de ademhalingsritmiek en -diepte controleren, en die worden beïnvloed door chemische signalen en neurogene feedback. | | Chemoreceptoren | Sensorische receptoren die reageren op veranderingen in de chemische samenstelling van lichaamsvloeistoffen, zoals de partiële drukken van zuurstof en koolstofdioxide, en de pH. Ze spelen een sleutelrol in de regulatie van de ademhaling. | | Respiratoire alkalose | Een aandoening waarbij de pH van het bloed stijgt, meestal als gevolg van hyperventilatie (overmatige ademhaling), wat leidt tot een daling van de PaCO2. | | Respiratoire acidose | Een aandoening waarbij de pH van het bloed daalt, meestal als gevolg van hypoventilatie (onvoldoende ademhaling), wat leidt tot een stijging van de PaCO2. | | Hypoxie | Een tekort aan zuurstof in de weefsels. Dit kan verschillende oorzaken hebben, waaronder problemen met de ademhaling, het bloed of de bloedcirculatie. | | Hypercapnie | Een verhoogde concentratie koolstofdioxide in het bloed (hoge PaCO2), vaak veroorzaakt door hypoventilatie. | | Atelectase | Het instorten of onvolledig uitzetten van alveoli of een deel van de long, wat de gasuitwisseling belemmert. |