Fysiologie van de ademhaling – de longblaasjes (alveoli)

Dankzij de longen kan het lichaam zuurstof uit de lucht opnemen en kooldioxide afgeven. Deze gaswisseling (diffusie) vindt in de longblaasjes plaats, waarvan elke long er gemiddeld ruim 150 miljoen heeft. Aangezien koolzuur circa 20 maal sneller diffundeert dan zuurstof zal bij diffusiestoornissen de zuurstoftoevoer het eerst in het gedrang komen. Enkele voorbeelden van deze stoornissen zijn longoedeem en longemfyseem. In de fysiologie van de ademhaling zijn drie factoren van cruciaal belang: de longblaasjes (alveoli), de adembewegingen en de ventilatoire longruimten (longcapaciteit). Zij zijn de hoofdrolspelers in dit zeer ingewikkelde samenspel, hoewel uiteraard alle fysiologische lichaamsprocessen direct of indirect verband met elkaar houden en dus relatief even belangrijk zijn.

Inhoud

• De luchtwegen – van neus tot longblaasjes
• De longblaasjes
• Gaswisseling
• Capillair netwerk (haarvaatjes)
• Bloedsomloop
• Longblaasjes en longemfyseem
• Gebrekkige gaswisseling

De luchtwegen – van neus tot longblaasjes

Feitelijk beginnen de luchtwegen al in de neusgaten. In de fysiologie van de ademhaling hangt alles met elkaar samen. Een voorbeeld daarvan is dat het trilhaareptheel in de neus als een soort stofzuiger fungeert en de lucht zuivert van bijvoorbeeld stofdeeltjes om te voorkomen dat ze in de longen terechtkomen. Bovendien waarschuwt de neus als reukorgaan voor verontreinigde lucht. Aangezien het neusoppervlak relatief groot is, wordt de lucht bij elke inademing verwarmd en van waterdamp voorzien. Op die wijze krijgen de longen lucht aangevoerd die als het ware geoptimaliseerd is.

Ademhalingsorganen
Alle ademhalingsorganen – en daarnaast alle fysiologische (chemische) processen in het lichaam – zijn direct of indirect van elkaar afhankelijk en beïnvloeden elkaar, vergelijkbaar met een machine (het lichaam) waarvan ook de kleinste onderdelen een functie hebben en noodzakelijk zijn om de machine vlekkeloos te laten functioneren. De neus is daarvan een voorbeeld.

Bronchiën
Achter de neusgaten komt de lucht via de achterste neusopeningen in de neuskeelholte terecht, passeert de stemspleet en stroomt de van kraakbeenringen voorziene luchtpijp (trachea) in. De luchtpijp splitst zich bij de bifurcatio in twee hoofdbronchiën, die zich vervolgens vertakken in steeds kleinere 'luchtbuisjes'. De kleinste vertakkingen noemt men bronchioli, die overgaan in longtrechtertjes en uiteindelijk in longblaasjes (alveoli). De linkerlong bestaat uit twee longkwabben (lobi) en de rechterlong uit drie kwabben. Alleen de eerste vertakkingen van de hoofdbronchiën zijn nog voorzien van kraakbeenringen.

Omgekeerde boom
De longen (pulmones) worden vaak vergeleken met een omgekeerde boom, waarvan de stam de luchtpijp (trachea) symboliseert, de grote takken de bronchiën en de steeds kleinere takken de bronchioli, eindigend bij het gebladerte ofwel de longblaasjes (alveoli) waar door middel van diffusie de gaswisseling (zuurstof-kooldioxide) plaatsvindt. In de fysiologie van de ademhaling zijn, ondanks de samenhang van alle lichaamsprocessen, drie hoofdrolspelers te onderkennen: de longblaasjes, de adembewegingen en de ventilatoire ruimten van de longen als geheel, ofwel de longcapaciteit.

De longblaasjes

De longblaasjes (alveoli) vormen een van de interessantste factoren in de fysiologie van de ademhaling. De bronchioli, ofwel de kleinste 'luchtbuisjes', gaan over in zogeheten longtrechtertjes of holten. De wand ervan, verdeeld in (long)blaasjes, bestaat uit eencellig plaatepitheel met aan de buitenzijde ervan elastische vezels tot in de monding van de longblaasjes. Elke bronchiolus loopt als het ware dood in de ongeveer zes kanaaltjes die uitmonden in de longtrechtertjes, waarbij elk alveolair kanaal zich splitst in drie of meer longtrechtertjes of alveolaire zakjes. Dit web van vertakkingen houdt maar niet op, want elk longtrechtertje bevat ongeveer 10 longblaasjes. Door bepaalde oorzaken zijn bij longemfyseem (COPD) de genoemde (gladde) elastische vezels teloorgegaan en ontstaat er kortademigheid, aangezien de elasticiteit van het longweefsel steeds gebrekkiger wordt en het de ademhaling gaat belemmeren.

Gaswisseling

Elk longblaasje, waarvan elke long er gemiddeld ruim 150 miljoen heeft, is zeer nauw omsponnen – als het driedimensionale web van een spin – met een zogeheten capillair netwerk (haarvaatjes). Deze capillairen zijn semipermeabel waardoorheen gassen kunnen diffunderen. Dit zorgt ervoor dat de afstand tussen de lucht en het bloed minuscuul klein is. Het totale respiratieoppervlak in de longblaasjes omvat dankzij de talloze vertakkingen ongeveer 70 tot 80 vierkante meter. Om daar een indruk van te geven: het oppervlak van de huid is ongeveer 1,5 m².

Capillair netwerk (haarvaatjes)

Dat de longen een enorm oppervlak omvatten is te verklaren door het feit dat de alveolaire wanden als tussenschotjes fungeren waardoor het oppervlak zeer omvangrijk wordt. Vergelijk het met een vierkant blokje met ribben van 1 cm, een inhoud van 1 cm³ en een oppervlakte van in totaal 6 cm². Indien men dit blokje doorsnijdt, blijft de inhoud van deze twee blokjes gelijk maar de oppervlakte wordt vergroot met 2 cm². Op deze wijze neemt het respiratieoppervlak dankzij deze onderverdeling van de alveoli gigantisch toe. Gelet op het feit dat elk longblaasje omsponnen is met een zeer fijn vertakt capillair netwerk (haarvaten), kan men zich voorstellen dat de gaswisseling een zeer effectief proces is. Het betreft de overdracht van zowel zuurstof uit de lucht (zuurstofrijk) naar het bloed (zuurstofarm) als de overdracht van kooldioxide in het bloed (CO²-rijk) naar de lucht (CO²-arm) in de longen. Beide processen vinden plaats door middel van diffusie.

Bloedsomloop

Kooldioxide diffundeert twintig keer sneller dan zuurstof. Bij diffusiestoornissen, zoals bij longemfyseem en longoedeem, zal de zuurstoftoevoer dus als eerste in het gedrang komen. Per tijdseenheid stroomt er door de longen (kleine circulatie) evenveel bloed als door de rest van het lichaam (grote circulatie). Het slagvolume van beide hartkamers is immers even groot. De 'grote circulatie' loopt van de linkerkamer door de aorta en de rest van het vaatsysteem en weer terug naar de rechterboezem. De 'kleine circulatie' loopt daarentegen van de rechterkamer door de longslagader (arteria pulmonalis) en vertakt zich in het longweefsel via het arterieel deel van het haarvatennet (zuurstofarm). Na opname en afgifte van respectievelijk zuurstof en kooldioxide in het alveolair netwerk komt het bloed in de haarvaten samen in de longader (vena pulmonaria). Het zuurstofrijke bloed vervolgt zijn weg naar de linkerboezem en de linkerhartkamer, waar de 'grote circulatie' begint en het zuurstofrijke bloed vervolgens naar alle lichaamscellen wordt vervoerd.

Longblaasjes en longemfyseem

Longemfyseem is een goed voorbeeld aangaande het belang van het optimaal functioneren van de longblaasjes. Deze aandoening gaat gepaard met hoesten, veel sputum, kortademigheid (dyspnoe) en moeizame adembewegingen, waarbij vaak de hulpademhalingsspieren worden ingezet, de patiënt met opgetrokken schouders ademt en daarbij soms zelfs ademsteun zoekt bij een stoelleuning of muur.

Oorzaken
De oorzaak van deze longziekte is doorgaans een andere aandoening, zoals chronische bronchitis en longfibrose. Roken is een van de beruchte onderliggende oorzaken. Bij longemfyseem is er sprake van een volumevergroting van de longblaasjes. Daarbij gaan de longblaaswanden teloor en treedt er verlies van elasticiteit van het longweefsel op. In het verlengde daarvan wordt het vaatbed (capillair netwerk) kleiner met als gevolg dat het totale diffusieoppervlak waar de uitwisseling van zuurstof en kooldioxide plaatsvindt verkleind wordt. Het is juist de doorgaans dramatisch verslechterde diffusie die de eindfase inluidt van veel chronische longziekten, waaronder longemfyseem, astma bronchiale en astmatische bronchitis.

Longweefsel
Naast de genoemde ademhalingsproblemen wordt de thorax of borstkas star en tonvormig. De borstkas staat bij wijze van spreken steeds in de inademingstand omdat uitademen almaar moeilijker wordt door het verlies van elasticiteit van het longweefsel. Uiteindelijk leidt dit tot cor pulmonale, ofwel een vergroting van de rechterhartkamer door verhoogde druk in zowel het longweefsel als in de longaders, wat onder andere gepaard gaat met respiratoire insufficiënties die almaar ernstigere vormen aannemen.

Gebrekkige gaswisseling

Bij longemfyseem kunnen de longen de gaswisselingsfunctie niet goed meer uitvoeren. Daardoor ontstaat er ophoping van kooldioxide (hoge pCO²) en zuurstoftekort (lage pO²) en als gevolg daarvan acidose of verzuring (lage pH-waarde). Ook dit houdt rechtstreeks verband met de volumevergroting van de longblaasjes, waardoor er in totaal minder vierkante meter respiratoir oppervlak ontstaat en verlies van elasticiteit van het longweefsel. Juist het verlies van elasticiteit is de reden waarom bij patiënten met longemfyseem uitademen steeds moeilijker wordt. De uitademing kan immers nooit helemaal voltooid worden. Hierdoor ontstaat onder andere een opeenhoping van taai slijm.

Emfysemisch longweefsel
Door het uitrekken van het emfysemisch longweefsel staat de borstkas voortdurend in de hoge inspiratiestand. Hierdoor worden hulpspiergroepen ingezet om de ademcyclus effectiever te maken. Als gevolg van de hoge pCO² dient de inademingsprikkel zich al aan tijdens de uitademing, die traag en zeer moeizaam is. De uitademing is piepend, versneld en rochelend door taai slijm.

Lees verder

• Fysiologie van de ademhaling – de longcapaciteit
• Ademhalingsstoornissen – afwijkingen van normale ademhaling
• Ademhaling tellen en observeren
• Longemfyseem – een sluipende ziekte
• Fysiologie van de ademhaling – de adembewegingen