Alle cellen produceren energie voor hun vitale processen. Om energie te produceren verbranden cellen voedingsstoffen. Bij deze verbranding zijn brandstof en zuurstof nodig. Bij de verbranding komt koolstofdioxide vrij. Het ademhalingsstelsel zorgt ervoor dat het bloed naar de weefsels zuurstofrijk is. Ook zorgt het ademhalingsstelsel voor het afgeven van de geproduceerde koolstofdioxide aan de buitenlucht. Het ademhalingsstelsel bestaat uit de bovenste en onderste luchtwegen. De in- en uitademing zorgen voor het verversen van lucht in de longen. In de longen vindt de daadwerkelijke gaswisseling plaats. Er zijn verschillende ziekten van het ademhalingsstelsel. Verkoudheid, griep, COPD en longkanker zijn bekende ziekten van het ademhalingsstelsel.
Bouw en functies van het ademhalingsstelsel
Het ademhalingsstelsel bestaat grofweg uit de bovenste en onderste luchtwegen. De bovenste luchtwegen zijn:
- Mondholte
- Neusholte
- Strottenhoofd (larynx)
- Keelholte (pharynx)
De onderste luchtwegen zijn:
- Luchtpijp (trachea)
- Bronchiën
- Bronchiolen
- Longen
De meest bekende en belangrijkste functie van het ademhalingsstelsel is het mogelijk maken van gaswisseling in de longblaasjes (alveoli) tussen bloed en lucht in de longen. Zuurstof wordt vanuit de lucht opgenomen in het bloed wat door de longen stroomt en koolstofdioxide wordt afgegeven vanuit het bloed aan de lucht in de longen. Andere functies van het ademhalingsstelsel zijn spreken en ruiken.
De inademing en uitademing
Er kan alleen gaswisseling plaatsvinden als de lucht in de longen regelmatig wordt ververst. De ademhaling (respiratie) die uit inademing (inspiratie) en uitademing (expiratie) bestaat, maakt deze gaswisseling mogelijk. Om het proces van respiratie te begrijpen, is een klein beetje inzicht nodig van de anatomie. Om de longen zitten en aan de borstholte zitten vliezen. Deze vliezen worden pleura (longvliezen) genoemd. Tussen de pleura zit een klein filmpje vocht. Dit filmpje vocht zorgt er enerzijds voor dat er geen wrijving ontstaat bij de respiratie, anderzijds zorgt het filmpje vocht dat de pleura aan elkaar vast blijven zitten. Dit zorgt ervoor dat wanneer de borstholte groter, of kleiner wordt de longen ook groter of kleiner worden. Wanneer de longen groter worden, daalt de druk in de longen en stroomt er lucht in de longen. Wanneer de longen kleiner worden, stijgt de druk in de longen en wordt er lucht uit de longen geperst. Rond de borstholte zitten spieren. Deze spieren zijn:
- Middenrif (diafragma)
- Externe tussenribspieren (m intercostalis exterior)
- M. sternocleidomastoideus
- M. scaleni
- M. pectoralis minor
- M. serratus anterior
- Interne tussenribspieren (m intercostalis internus)
- M. thoracis
- M. rectus abdominis
Bij rustige inademing wordt tussen de 5 en 6 liter lucht per minuut in- en uitgeademd (ademminuutvolume; AMV) met ongeveer 12 tot 16 inademingen. Bij rustige inademing is alleen de eerste spier betrokken. Wanneer het diafragma samentrekt wordt de borstholte en dus de longen groter en stroomt er lucht de longen in. Bij geforceerde inademing bij bijvoorbeeld inspanning kan het AMV toenemen tot 170 liter per minuut en zijn de spieren 1 tot en met 6 betrokken.
Rustige uitademing is een volkomen passief proces. De longen zijn namelijk zeer elastisch en bij inademing wordt de long uitgerekt. Wanneer het middenrif echter ontspant, springen de long terug in hun kleinere oorspronkelijke vorm en wordt de lucht uit de long geperst. Bij geforceerde uitademing zijn de spieren 7 tot en met 9 betrokken.
De rol van druk en diffusie in de ademhaling
Ademhaling komt neer op een eenvoudig samenspel van druk en diffusie. Op zeeniveau heerst een druk van 760mm Hg en bestaat de lucht met name uit stikstof en zuurstof. Stikstof maakt ongeveer 79% en zuurstof ongeveer 21% uit van de totale hoeveelheid lucht. De partiële druk van stikstof is dus 563mmHg en van zuurstof 159mmHg. Doordat de lucht in de longen vochtig wordt gemaakt, daalt daar de druk van stikstof en zuurstof. Omdat lucht stroomt van een hoge (hoge concentratie) naar een lage druk (lage concentratie), zal ook het zuurstof stromen van een hoge druk naar een lage druk. In het arteriële bloed van de longen is de partiële druk van zuurstof laag, hierdoor zal het zuurstof vanuit de longblaasjes (alveoli) van de longen naar het arteriële bloed stromen. Het veneuze bloed wat de longen verlaat, zal hierdoor verzadigd zijn met zuurstof.
Transport van zuurstof en koolstofdioxide
Zoals in het vorige deel al is beschreven, komt het transport van zuurstof tussen de alveoli en arterieel bloed in de longen door diffusie tot stand. Dit is echter niet het gehele verhaal. De concentratie van zuurstof in arterieel bloed in de longen blijft namelijk laag, doordat het hemoglobine van de rode bloedcellen heel erg snel zuurstof bindt. Hierdoor blijft de concentratie van zuurstof in bloedplasma laag en wordt de diffusie bevorderd. De rode bloedcel vervoert het zuurstof naar de weefsels. In de weefsels trekt een ander zuurstofbindend eiwit het zuurstof van het hemoglobine af en de weefsels gebruiken het zuurstof voor de energieproductie en geven koolstofdioxide af aan het bloed. Het veneuze bloed wat de weefsels verlaat, wordt uiteindelijk via de longslagaders die uit het rechter ventrikel (hartkamer) komen de longen ingepompt. In de longen wordt het koolstofdioxide middels diffusie afgegeven.
Functie van de longen testen; longfunctieonderzoek
Bij bepaalde longziekten, of bij een sportmedische keuring kan het nodig zijn om de longfunctie in kaart te brengen. Het in kaart brengen van de longfunctie kan onder andere uitgevoerd worden door een longfunctielaborant, sportarts en inspanningsfysioloog.
Bij het testen van de longfunctie wordt een spirometer gebruikt. Bij het testen van de longfunctie kunnen longvolumina en longcapaciteit worden onderscheiden. De longvolumina geven aan wat de elasticiteit van de alveoli en borstkas is. De longcapaciteit geeft aan in hoeverre de luchtwegen functioneren.
Regulatie van de ademhaling
De respiratie wordt gereguleerd door ademhalingscentra in het verlengde merg van het zenuwstelsel en het hormoonstelsel. Het zenuwstelsel registreert met behulp van mechanoreceptoren de rek van longen en met behulp van chemoreceptoren de concentratie van koolstofdioxide in het bloed. Op basis van rek op de longen en de koolstofdioxideconcentratie van het bloed reguleren de ademhalingscentra, ademfrequentie en ademdiepte. Ook hormonen hebben invloed op de ademhaling. Zo zorgen (nor)adrenaline voor een verwijding van de luchtwegen en stimuleren ademfrequentie en ademdiepte.
Ziekten van het ademhalingsstelsel
Zoals bij elk orgaanstelsel zijn er ook bij het ademhalingsstelsel een aantal ziekten te onderscheiden. Hieronder worden de meer bekende ziekten en hun oorzaak van het ademhalingsstelsel beschreven:
- Verkoudheid. Verkoudheid is een onschuldige bovenste luchtweginfectie veroorzaakt door een virus.
- Keelontsteking (faryngitis) is ook een bovenste luchtweginfectie en is een ontsteking van de keelholte (farynx) en wordt veroorzaakt door een verkoudheidsvirus, de ziekte van Pfeiffer, of een streptokok (soort bacterie).
- Ontstoken amandelen (tonsillitis) is ook een bovenste luchtweginfectie en wordt veroorzaakt door een virus, of een streptokok.
- Pleuritis (Pleuris) is een onderste luchtweginfectie en is een infectie van de longvliezen (pleura). Pleuritis wordt veroorzaakt door een virus, bacterie of irritatie.
- Longontsteking (pneumonie) is een onderste luchtweginfectie van de alveoli vaak veroorzaakt door een bacterie.
- Bronchitis is een ontsteking van de bronchiën. Er zijn twee vormen te onderscheiden. Acute bronchitis wordt veroorzaakt door een virus, bacterie en allergie. Chronische bronchitis wordt vaak veroorzaakt door langdurig roken.
- Bronchiolitis is een ontsteking van de bronchiolen. Bronchiolitis wordt vaak veroorzaakt door een virus.
- Griep (Influenza) is een ontsteking van de onderste luchtwegen veroorzaakt door het griepvirus.
- Astma is een vernauwing van de luchtwegen door slijmvorming veroorzaakt door een allergische reactie.
- Chronische Obstructive Pulmonaire Disease (Chronische Obstructieve Longziekten; COPD) wordt meestal veroorzaakt door langdurig roken en kenmerkt zich door verlies van longblaasjes, slijmvorming en luchtwegvernauwing.
- Longkanker is een ernstige ziekte en wordt meestal veroorzaakt door roken.
- Longembolie is een afsluiting van een bloedvat (of meerdere bloedvaten) van de longen. Deze afsluiting wordt vaak veroorzaakt door een bloedstolsel.
- Klaplong (pneumothorax) is een ingeklapte long. Een pneumothorax kent verschillende oorzaken.
Bronnen:
JE. Hall, 2013, Pocket Companion to Textbook of Medical Physiology, Elsevier Inc
GA Thibodeau, Patton KT 2012, Anatomy & Physiology, Mosby/Elsevier
EN Marieb, Hoehn K 2012, Human Anatomy & Physiology, Pearson/Benjamin Cummings