Boundless Anatomy and Physiology

Pressure Changes During Pulmonary Ventilation

Ventilation is the rate at which gas enters or leaves the lung.

Learning Objective

Differentiate among the types of pulmonary ventilation: minute, alveolar, dead space

Key Takeaways

Key Points

  • Ventilation is the rate at which gas enters or leaves the lung.
  • The three types of ventilation are minute ventilation, alveolar ventilation, and dead space ventilation.
  • The alveolar ventilation rate changes according to the frequency of breath, tidal volume, and amount of dead space.
  • PA verwijst naar de alveolaire partiële druk van een gas, terwijl Pa verwijst naar de partiële druk van dat gas in arterieel bloed.
  • Gasuitwisseling vindt plaats door passieve diffusie, omdat PAO2 groter is dan PaO2 in zuurstofarm bloed.

Key Terms

  • ventilatie: Het lichamelijke proces van ademhalen, het inademen van lucht om zuurstof te leveren, en het uitademen van verbruikte lucht om koolstofdioxide te verwijderen.
  • partiële druk: De druk uitgeoefend door een gas, hetzij in lucht of opgelost, die de concentratie van dat gas aangeeft.

De soorten ventilatiesnelheden

In de ademhalingsfysiologie is de ventilatiesnelheid de snelheid waarmee gas de long binnenkomt of verlaat. De ventilatie wordt over het algemeen uitgedrukt als luchtvolume maal ademhalingsfrequentie.

Het luchtvolume kan verwijzen naar het ademteugvolume (de hoeveelheid die in een gemiddelde ademteug wordt ingeademd) of naar iets specifiekers, zoals het volume van de dode ruimte in de luchtwegen. De drie belangrijkste typen beademingsfrequenties die in de respiratoire fysiologie worden gebruikt, zijn:

  1. Minuutventilatie (VE): De hoeveelheid lucht die per minuut de longen binnenkomt. Het kan worden gedefinieerd als \text{VE}={Tidal Volume}\times{Breaths Per Minute}
  2. Alveolaire ventilatie (VA): De hoeveelheid gas per tijdseenheid die de alveoli bereikt en betrokken raakt bij de gasuitwisseling. Het is gedefinieerd als \text{VA}=(\text{Tidal Volume}-text{Dead Space Volume}right)\times{Respiratoire Snelheid}
  3. Dead space ventilation (VD): De hoeveelheid lucht per tijdseenheid die niet bij de gasuitwisseling betrokken is, zoals de lucht die in de geleidende zones blijft. Deze wordt gedefinieerd als VD = VD, maal Respiratoire Snelheid.

Extra kan de minuutventilatie worden beschreven als de som van de alveolaire en de dode ruimte ventilatie, op voorwaarde dat de ademhalingsfrequentie die wordt gebruikt om ze af te leiden in termen van ademhalingen per minuut is.

De drie typen ventilatie zijn mathematisch met elkaar verbonden, zodat veranderingen in de ene ventilatiesnelheid de verandering van de andere kan veroorzaken. Dit is het duidelijkst bij veranderingen van het dode ruimte volume. Ademen door een snorkelslang en het hebben van een longembolie vergroten beide de hoeveelheid dode ruimte (respectievelijk door anatomische en alveolaire dode ruimte), waardoor de alveolaire ventilatie zal afnemen.

Alveolaire ventilatie is het belangrijkste type ventilatie om te meten hoeveel zuurstof er daadwerkelijk in het lichaam komt, waardoor negatieve terugkoppelingsmechanismen in gang kunnen worden gezet om te proberen de alveolaire ventilatie te vergroten, ondanks de toename van de dode ruimte. In het bijzonder zal het lichaam over het algemeen proberen de toegenomen dode ruimte te bestrijden door de frequentie van de ademhalingen te verhogen om te proberen voldoende alveolaire ventilatie te handhaven.

Partiële druk van gassen

Dit is een diagram van de gasuitwisseling in de longen. Het laat zien hoe de aveoli kooldioxide uit het bloed verwijdert en vervolgens zuurstof aan het bloed toevoegt.

Gasuitwisseling in de longen: Diagram van de gasuitwisseling in de longen.

Wanneer gassen tijdens de beademing in de bloedbaan oplossen, wordt dit over het algemeen beschreven door de partiële druk van de gassen. Meer specifiek verwijst de partiële druk naar de relatieve concentratie van die gassen door de druk die zij in opgeloste toestand uitoefenen.

In de ademhalingsfysiologie verwijzen PAO2 en PACO2,naar de partiële drukken van zuurstof en kooldioxide in de alveoli.

PaO2 en PaCO2 verwijzen naar de partiële drukken van zuurstof en kooldioxide in arterieel bloed. Verschillen in partiële druk van gassen tussen de alveolaire lucht en de bloedstroom zijn de reden dat gasuitwisseling plaatsvindt door passieve diffusie.

Onder normale omstandigheden is PAO2 ongeveer 100 mmHg, terwijl PaO2 80-100 mmHg is in de systemische slagaders, maar 40-50 mmHg in het zuurstofarme bloed van de longslagader dat naar de longen gaat.

Opgemerkt zij dat gassen zich verplaatsen van gebieden met hoge druk naar gebieden met lage druk, dus de grotere druk van zuurstof in de alveoli vergeleken met die van het zuurstofarme bloed verklaart waarom zuurstof tijdens de gasuitwisseling passief in de bloedbaan kan diffunderen.

Omgekeerd is de PACO2 35 mmHg, terwijl de PaCO2 ongeveer 40-45 mmHg is in de systemische slagaders en 50 mmHg in de pulmonale slagader. De partiële druk, en dus de concentratie kooldioxide, is groter in de haarvaten van de alveoli dan in de alveolaire lucht, zodat kooldioxide tijdens de gasuitwisseling passief uit de bloedbaan in de alveoli diffundeert.

Omdat PaCO2 een indicator is van de concentratie kooldioxide in het arteriële bloed, kan het bovendien worden gebruikt om de pH van het bloed te meten en gevallen van respiratoire acidose en alkalkose te identificeren.

Inademing

Inademing is de stroom van lucht in een organisme die het gevolg is van een drukverschil tussen de atmosfeer en de alveolus.

Leerdoel

Het mechanisme van inademing

Key Takeaways

Key Points

  • Bij de mens is inademing de stroom van lucht in een organisme vanuit de externe omgeving, door de luchtwegen, en in de alveoli.
  • Inademing begint met het begin van een contractie van het diafragma, die resulteert in uitzetting van de borst- en borstholte en een afname van de druk (ook wel toename van de onderdruk genoemd).
  • Er zijn veel hulpspieren betrokken bij de inademing, zoals de uitwendige intercostale spieren, de scalenusspieren, de musculus sternocleidomastoideus en de musculus trapezius.
  • Alleen ademen met de hulpspieren in plaats van met het diafragma wordt als inefficiënt beschouwd, en levert veel minder lucht op tijdens het inademen.
  • De negatieve druk in de borstholte is voldoende om de longen open te houden, ondanks de inherente elasticiteit van het weefsel. De borstholte neemt in volume toe waardoor de druk in de long zelf daalt (een gedeeltelijk vacuüm).
  • Zolang de druk in de longblaasjes lager is dan de atmosferische druk, zal de lucht naar binnen blijven bewegen, maar zodra de druk gestabiliseerd is, stopt de luchtverplaatsing.

Key Terms

  • inspiratie: Het naar binnen trekken van lucht in de longen, bij zoogdieren bereikt door het omhoog brengen van de borstwanden en het afplatten van het middenrif.
  • Hulpspieren: Spieren die helpen bij het uitzetten van kleine delen van de borstholte, die ofwel naast het diafragma werken ofwel het diafragma vervangen als het diafragma gewond raakt.
  • intrapleurale druk: De druk binnenin de borstholte, die negatief is ten opzichte van de buitenlucht en nog negatiever wordt tijdens inspiratie.

Inspiratie verwijst naar inademing – het is de stroom van de ademhalingsstroom in een organisme. Bij de mens is het de beweging van omgevingslucht door de luchtwegen en in de longblaasjes.

Het proces van inspiratie

Inspiratie begint met de samentrekking van het middenrif, die resulteert in uitzetting van de borstholte en de borstvliesholte. De borstholte heeft normaal een lagere druk dan de omgevingslucht (-3 mmHg normaal en meestal -6 mmHg tijdens inademing), dus wanneer deze uitzet, daalt de druk in de longen.

Druk en volume zijn omgekeerd evenredig met elkaar, dus door de daling van de druk in de long neemt het volume van de lucht in de long toe doordat buitenlucht in de long wordt gezogen. Als het volume van de lucht in de long toeneemt, duwt de long zich tegen de uitgezette borstholte als gevolg van de daling van de intrapleurale druk (druk in de borstholte).

De kracht van de intrapleurale druk is zelfs voldoende om de longen open te houden tijdens inpiratie, ondanks de natuurlijke elastische terugslag van de long. De alveolaire zakken zetten ook uit als gevolg van het vullen met lucht tijdens inademing, wat bijdraagt aan de uitzetting binnen in de long.

Eindelijk wordt de druk binnen in de long minder negatief naarmate het volume binnen in de long toeneemt en, wanneer druk en volume stabiliseren, stopt de luchtbeweging, eindigt de inademing, en begint de uitademing (expiratie). Diepere ademhalingen hebben hogere getijdevolumes en vereisen een grotere daling van de intrapleurale druk in vergelijking met ondiepe ademhalingen.

Dit is een schematische tekening van de volledige luchtwegen, inclusief inwendige details zoals de aveoli. Het illustreert de ademhalingswegen als een complex, verbonden systeem waar weerstand in elk deel ervan problemen kan veroorzaken.

Respiratoir systeem: Weerstand in elk deel van de luchtwegen kan problemen veroorzaken.

Accessoire spieren van inspiratie

Het middenrif is de primaire spier die betrokken is bij de ademhaling, maar verschillende andere spieren spelen in bepaalde omstandigheden een rol. Deze spieren worden hulpspieren van de inademing genoemd.

  • Uitwendige intercostale spieren: Spieren tussen de ribben die de borstholte en de borstvliesholte helpen uitzetten tijdens rustige en geforceerde inademing.
  • Scalene spieren: Spieren in de nek die de bovenste ribben (en de borstholte rond de bovenste ribben) optillen om te helpen bij de ademhaling. Ze bieden een mechanisme voor inspiratie wanneer het middenrif gewond is en niet normaal kan samentrekken.
  • Sternocleidomastoideusspier: Spieren die het borstbeen verbinden met de nek en zorgen voor rotatie en draaien van het hoofd. Ze kunnen de bovenste ribben optillen zoals de scalene spieren dat kunnen.
  • Trapeziusspier: Spieren in de schouders die het schouderblad intrekken en het bovenste deel van de borstholte uitzetten.

De accessoire spieren helpen bij de ademhaling door de borstholte uit te zetten op een vergelijkbare manier als het diafragma. Zij vergroten echter een veel kleiner deel van de borstholte dan het diafragma. Daarom moeten ze niet worden gebruikt als het primaire mechanisme van inademing, omdat ze veel minder lucht opnemen dan het diafragma, wat resulteert in een veel lager getijdevolume.

Zangers hebben bijvoorbeeld veel lucht nodig om de krachtige stemproductie te ondersteunen die nodig is voor het zingen. Een veel voorkomend probleem bij beginnende zangers is dat ze ademen met de hulpspieren van de nek, schouder en ribben in plaats van met het middenrif, waardoor ze een veel kleinere luchtvoorraad hebben dan nodig is om goed te kunnen zingen.

Uitademing

Uitademing (of expiratie) is de stroom van de ademhalingsstroom uit het organisme.

Leerdoel

Op hoofdlijnen de mechanica van de uitademing

Key Takeaways

Key Points

  • Bij de mens is uitademing de beweging van lucht uit de bronchiën, door de luchtwegen, naar de externe omgeving tijdens de ademhaling.
  • Uitademing is een passief proces vanwege de elastische eigenschappen van de longen.
  • Tijdens een geforceerde uitademing zorgen interne intercostale spieren ervoor dat de ribbenkast zakt en het thoraxvolume afneemt, terwijl de buikspieren het diafragma omhoog duwen, waardoor de borstholte samentrekt.
  • Relaxatie van het thoracale diafragma veroorzaakt contractie van de borstholte die druk uitoefent op de longen om de lucht uit te stoten.
  • Hersencontrole van de uitademing kan worden opgesplitst in vrijwillige controle en onvrijwillige controle.

Key Terms

  • Intercostale spieren: Intercostale spieren zijn verschillende groepen spieren die tussen de ribben lopen, en helpen de borstwand te vormen en te bewegen.
  • Uitademing: De handeling of het proces van uitademen, of het naar buiten sturen in de vorm van stoom of damp; verdamping.

Uitademing, ook wel uitademing genoemd, is de stroom van de ademhalingsstroom uit het organisme. Het doel van uitademing is het verwijderen van metabolisch afval, voornamelijk koolstofdioxide uit het lichaam door gasuitwisseling. De weg voor de uitademing is de beweging van lucht uit de geleidingszone, naar de externe omgeving tijdens de ademhaling.

Dit is een schematische tekening van de gehele ademhalingswegen, inclusief inwendige details zoals de aveoli. Het illustreert de ademhalingswegen als een complex, verbonden systeem waar weerstand in elk deel ervan problemen kan veroorzaken.

Respiratoir systeem: Als het diafragma zich ontspant, trekt de borstholte samen, waardoor druk op de longen wordt uitgeoefend, waardoor het volume van de longen afneemt omdat lucht passief uit de longen wordt geduwd.

Het proces van uitademing

Uitademing is typisch een passief proces dat plaatsvindt door het ontspannen van de middenrifspier (die tijdens de inspiratie is samengetrokken). De belangrijkste reden dat uitademing passief is, is de elastische terugslag van de longen. De elasticiteit van de longen is te danken aan moleculen, elastines genaamd, in de extracellulaire matrix van het longweefsel en wordt in stand gehouden door surfactant, een chemische stof die voorkomt dat de elasticiteit van de longen te groot wordt door de oppervlaktespanning van water te verminderen. Zonder surfactant zouden de longen aan het eind van de uitademing inzakken, waardoor het veel moeilijker zou worden weer in te ademen. Omdat de long elastisch is, keert hij automatisch terug naar zijn kleinere omvang als de lucht de long verlaat.

De uitademing begint als de inademing eindigt. Net zoals de verhoogde negatieve druk van de borstholte leidt tot luchtopname tijdens de inademing, zal de borstholte tijdens de uitademing samentrekken (door ontspanning van het diafragma), waardoor druk op de longen wordt uitgeoefend en de druk in de holte minder negatief wordt. Een toename van de druk leidt tot een afname van het volume in de long, en de lucht wordt naar buiten geduwd in de luchtwegen wanneer de long weer kleiner wordt. De borstholte is zo belangrijk voor de ademhaling omdat de druk het volume van de longen verandert, en het een wrijvingsloze ruimte biedt waartegen de longen tijdens de ademhaling kunnen uitzetten en samentrekken.

Terwijl uitademing over het algemeen een passief proces is, kan het ook een actief en geforceerd proces zijn. Er zijn twee groepen spieren die betrokken zijn bij geforceerde uitademing.

  • Internal Intercostal Muscles: Spieren van de ribbenkast die helpen de ribbenkast te laten zakken, waardoor deze op de borstholte drukt en een geforceerde uitademing veroorzaakt. Merk op dat dit niet dezelfde zijn als de externe intercostale spieren die betrokken zijn bij inspiratie.
  • Buikspieren: Een aantal spieren in de buik die van onderaf druk uitoefenen op het diafragma om het uit te zetten, waardoor de borstholte samentrekt en de uitademing wordt geforceerd.

Dit gebeurt door de elastische eigenschappen van de longen, maar ook door de interne intercostale spieren die de ribbenkast laten zakken en het thoraxvolume verminderen. Als het diafragma zich tijdens de uitademing ontspant, komt het weefsel dat het heeft samengedrukt naar boven en zet het druk op de longen om de lucht uit te stoten.

Controle van uitademing

Uitademing kan vrijwillig of onvrijwillig zijn om verschillende doelen van het lichaam te dienen. Deze twee vormen van uitademing worden aangestuurd door verschillende centra in het lichaam.

Voluntieuze uitademing wordt actief gecontroleerd. Het wordt over het algemeen gedefinieerd als het vasthouden van lucht in de longen en het vrijlaten ervan in een vast tempo, wat controle mogelijk maakt over wanneer en hoeveel lucht moet worden uitgeademd. Het is nodig voor de stemproductie tijdens het spreken of zingen, waarvoor zeer specifieke controle over de lucht nodig is, of zelfs voor eenvoudigere activiteiten, zoals het uitblazen van een kaars op iemands verjaardag. De component van het zenuwstelsel die de vrijwillige uitademing regelt is de motorische cortex (de ascenderende ademhalingsroute), omdat deze de spierbewegingen regelt, maar deze route wordt niet volledig begrepen, en er zijn veel andere mogelijke plaatsen in de hersenen die er ook bij betrokken kunnen zijn.

Onvrijwillige uitademing staat niet onder bewuste controle, en is een belangrijke component voor metabolische functie. Voorbeelden hiervan zijn ademhaling tijdens de slaap of meditatie. Veranderingen in het ademhalingspatroon kunnen ook om metabolische redenen optreden, zoals door een verhoogde ademhalingssnelheid bij mensen met acidose als gevolg van negatieve feedback. Het belangrijkste neurale controlecentrum voor onwillekeurige uitademing bestaat uit de medulla oblongata en de pons, die zich in de hersenstam direct onder de hersenen bevinden. Hoewel deze twee structuren betrokken zijn bij de neurale controle van de ademhaling, hebben ze ook andere metabolische regulerende functies voor andere lichaamssystemen, zoals het cardiovasculaire systeem.

Ademhalingspatronen

Ademhaling is een autonoom proces dat lucht in en uit de longen verplaatst.

Leerdoel

Beschrijf het proces van ademhalen bij de mens

Key Takeaways

Key Points

  • Ademhalingspatronen bestaan uit het getijdevolume en de ademhalingssnelheid bij een individu.
  • Een gemiddeld ademhalingspatroon is 12 ademhalingen per minuut en 500 mL per ademhaling.
  • Eupnea is een normale ademhaling in rust.
  • Er zijn soorten veranderde ademhalingspatronen die symptomen zijn van vele ziekten.
  • Veranderde ademhalingspatronen verwijzen naar veranderingen in de ademhalingssnelheid of de hoeveelheid lucht die tijdens de ademhaling wordt uitgewisseld, en wijzen niet altijd op veranderingen in de alveolaire ventilatie.
  • Het mechanisme van het genereren van het ademhalingspatroon omvat de integratie van neurale signalen door ademhalingscontrolecentra in de medulla en pons.

Key Terms

  • veranderde ademhalingspatronen: Abnormale ademhalingspatronen die typisch wijzen op een te snelle of te trage ademhalingsfrequentie of een te groot of te klein ademhalingsvolume.
  • ademhalingsvolume: De hoeveelheid lucht die in één ademhaling wordt verplaatst of uitgewisseld.

Ademhalingspatronen hebben betrekking op de ademhalingsfrequentie, die wordt gedefinieerd als de frequentie van de ademhalingen in een bepaalde periode, evenals de hoeveelheid lucht die tijdens de ademhaling wordt verplaatst (getijdevolume). Ademhalingspatronen zijn een belangrijk diagnostisch criterium voor vele ziekten, waaronder enkele waarbij meer dan het ademhalingssysteem zelf betrokken is.

Karakteristieken van de ademhalingspatronen

De ademhalingsfrequentie is de frequentie van de ademhalingen in de tijd. De tijdspanne is variabel, maar wordt gewoonlijk uitgedrukt in ademhalingen per minuut, omdat in die tijdspanne een schatting van de minieme ventilatie mogelijk is. Tijdens een normale ademhaling wordt het volume lucht dat door inademing en uitademing wordt verplaatst, het ademteugvolume (VT) genoemd; dit is de hoeveelheid lucht die in één ademhaling wordt uitgewisseld. Het getijdevolume vermenigvuldigd met de ademhalingsfrequentie is de minuutventilatie, die een van de belangrijkste indicatoren van de longfunctie is. Bij een gemiddelde menselijke volwassene bedraagt de gemiddelde ademhalingsfrequentie 12 ademhalingen per minuut, met een getijdevolume van 0,5 liter en een minuutventilatie van 6 liter per minuut, hoewel deze getallen van persoon tot persoon verschillen. Zuigelingen en kinderen hebben een aanzienlijk hogere ademhalingsfrequentie dan volwassenen.

Spirometriecurve: De normale ademhalingsfrequentie verwijst naar de cyclische in- en uitademing van het ademteugvolume (VT).

De ademhalingsfrequentie wordt gecontroleerd door onwillekeurige processen van het autonome zenuwstelsel. Met name de ademhalingscentra van de medulla en de pons controleren de totale ademhalingsfrequentie op basis van een verscheidenheid aan chemische prikkels vanuit het lichaam zelf. De hypothalamus kan ook de ademhalingsfrequentie beïnvloeden tijdens emotionele en stressreacties.

Normale en veranderde ademhalingspatronen

Eupnea is de term voor de normale ademhalingsfrequentie voor een persoon in rust. Verscheidene andere termen beschrijven abnormale ademhalingspatronen die wijzen op symptomen van vele ziekten, waarvan vele niet hoofdzakelijk ademhalingsziekten zijn. Enkele van de meer gebruikelijke termen voor veranderde ademhalingspatronen zijn:

  • Dyspneu: gewoonlijk kortademigheid genoemd. Het beschrijft een dramatisch verlaagd ademhalingsvolume en soms een verhoogde ademhalingsfrequentie, wat leidt tot een gevoel van ademnood. Het is een veelvoorkomend symptoom van onder meer angstaanvallen, longembolieën, hartaanvallen en emfyseem.
  • Hyperneu: verwijst naar een verhoogd volume van lucht dat wordt verplaatst om aan de metabolische behoeften van het lichaam te voldoen, wat al dan niet gepaard kan gaan met een verandering in de frequentie van de ademhaling. Het is een symptoom van lichaamsbeweging en aanpassing aan grote hoogte, die over het algemeen geen problemen opleveren, maar kan ook worden gezien bij mensen met bloedarmoede of septische shock, wat wel problematisch is.
  • Tachypneu: beschrijft verhoogde ademhalingsfrequentie. Vaak een symptoom van koolmonoxidevergiftiging of pnuemonie.
  • Bradypneu: beschrijft verlaagde ademhalingsfrequentie. Vaak een symptoom van hypertensie, hartritmestoornissen, of een trage stofwisseling door hypothyreoïdie.
  • Apneu: Voorbijgaande stopzetting van de ademhaling die snel daarna weer begint. Het is het belangrijkste symptoom van slaapapneu, waarbij de ademhaling tijdelijk stopt tijdens de slaap.

Deze termen beschrijven allemaal een veranderd ademhalingspatroon door een verhoogd of verlaagd (of gestopt) getijdevolume of ademhalingsfrequentie. Het is belangrijk deze termen te onderscheiden van hyperventilatie en hypoventilatie, die verwijzen naar afwijkingen in de alveolaire gasuitwisseling (en dus in de pH-waarde van het bloed) in plaats van naar een veranderd ademhalingspatroon, maar ze kunnen wel samengaan met een veranderd ademhalingspatroon. Zo komen dyspneu of tachypneu vaak voor samen met hyperventilatie tijdens angstaanvallen, hoewel niet altijd.

Plaats een reactie