De ademhaling (respiratie) wordt mogelijk gemaakt door de wet van Boyle. De wet van Boyle stelt dat bij een gelijkblijvende temperatuur het volume van een gas (lucht is een mengsel van gassen) toeneemt, of afneemt, wanneer de druk respectievelijk afneemt, of toeneemt. Door de specifieke anatomische eigenschappen van de longen in relatie tot de borstholte, kan de luchtdruk en het volume van gassen aangepast worden door het volume van de borstholte te variëren.
Respiratie (ademhaling) bestaat uit inademing (inspiratie) en uitademing (expiratie)
De ademhaling, ook wel respiratie genoemd bestaat uit de inademing (inspiratie) en uitademing (expiratie). In rust respireert een mens tussen de 12 en 16 liter lucht per minuut. Het aantal in- en uitademingen per minuut wordt het ademminuutvolume (AMV) genoemd. Tijdens zeer zware inspanning kan het AMV oplopen tot 270 liter lucht.
De wet van Boyle speelt een belangrijke rol in de ademhaling
De wet van Boyle stelt dat bij een gelijkblijvende temperatuur het volume van een gas (lucht is een mengsel van gassen) toeneemt, wanneer de druk afneemt. Het omgekeerde is ook waar; het volume van een gas neemt af, wanneer de druk toeneemt. Van dit belangrijke natuurkundige principe wordt in de ademhaling dankbaar gebruik gemaakt. Om dit beter te begrijpen is begrip nodig van de anatomie van de borstholte in relatie tot de ademhaling. Daarna wordt beschreven wat het effect van de grootte van de borstholte heeft op de ademhaling.
van de borstholte in relatie tot de ademhaling
De twee longen zijn omgeven door longvliezen, ook wel viscerale pleura genoemd. Aan de binnenzijde van de borstholte, de borstwand zitten ook vliezen; pariëtale pleura, of borstvliezen genoemd. Tussen de longvliezen en borstvliezen zit een dun laagje vocht. Dit laagje vocht zorgt ervoor dat vliezen aan elkaar vast hechten, als twee glasplaten waar vocht tussen zit. De vliezen kunnen goed ten opzichte van elkaar glijden, maar kunnen niet van elkaar af worden getrokken. Dit betekent dat wanneer de borstholte groter wordt, de longen groter worden en wanneer de borstholte kleiner wordt, de longen kleiner worden.
Functionele anatomie van de inademing
Bij een rustige inademing, maakt het diafragma (middenrif) door aan te spannen de borstholte en longen groter. Wanneer het diafragma de grootte van de borstholte verandert, wordt dat buikademhaling genoemd. Wanneer met name spieren rondom de ribbenkast de grootte van de borstholte veranderen, wordt dat borstademhaling genoemd. Bij een zware inademing maakt het diafragma samen met externe tussenribspieren (m intercostalis exterior), m. sternocleidomastoideus, m. scaleni, m. pectoralis minor en m. serratus anterior de borstholte en longen groter.
Functionele anatomie van de uitademing
Bij een rustige uitademing zorgt de elasticiteit van de longen ervoor dat de borstholte en longen kleiner worden. Bij een zware uitademing zorgt de elasticiteit van de long samen met interne tussenribspieren (m intercostalis internus), m. thoracis en m. rectus abdominis ervoor dat de borstholte en longen kleiner worden.
Respiratie is het gevolg van veranderingen in de grootte van de borstholte
Een goed begrip van de wet van Boyle en de anatomie van de borstholte maakt het nu mogelijk om het proces van in- en uitademing te begrijpen.
Wet van Boyle en inademing
De luchtdruk buiten de longen is op zeeniveau 760mm Hg. Bij het begin van de inademing is de druk in de longen ook 760mm Hg. Wanneer bij inademing de borstholte echter groter wordt, neemt de druk in de longen af tot ongeveer 757-758mm Hg. Bij een afname van de luchtdruk moet volgens de wet van Boyle het volume van de lucht wel toenemen. Hierdoor stroomt er lucht de longen in.
Wet van Boyle en uitademing
Bij de uitademing is er sprake van het precies omgekeerde proces. De borstholte wordt kleiner. De luchtdruk in de longen neemt hierdoor toe tot ongeveer 762-763mm Hg. Hierdoor wordt het volume van de lucht in de longen kleiner en stroomt er lucht uit de longen.
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