Fysiologie van de ademhaling – de adembewegingen

De adembewegingen vormen samen met de longblaasjes en de ventilatoire ruimten (longcapaciteit) een hecht driemanschap. Naast tal van andere fysiologische factoren zijn het vooral deze aspecten die een effectieve gaswisseling op gang houden. Ze waarborgen de opname van zuurstof in het bloed en de afgifte van kooldioxide aan de lucht (longen). De gaswisseling verloopt door middel van diffusie. De adembewegingen staan direct onder invloed van het ademcentrum in het verlengde merg. De prikkel tot ademhalen wordt immers vooral ingezet door een verhoogd CO2-gehalte (pCO2) in het bloed. Hoe hoger de CO2-spanning, hoe dringender de prikkel tot ademhalen.

Inhoud

• Beknopte anatomie van de longen
• Pleurabladen
• Middenrif (diafragma)
• Longen en borstkas
• De adembewegingen
• Inademing en uitademing
• De tussenribspieren
• Koolzuurspanning (pCO²) in het bloed
• Chemoreceptoren
• Andere prikkels

Beknopte anatomie van de longen

De longen worden vaak vergeleken met een omgekeerde boom, waarbij de stam de luchtpijp (trachea) verzinnebeeldt met eindeloos veel vertakkingen en eindigend in de longblaasjes (alveoli), gesymboliseerd door de boomblaadjes. In de alveoli vindt de diffusie plaats van zuurstof uit de lucht naar het bloed en kooldioxide dat vanuit het bloed wordt afgegeven aan de lucht. De longen als geheel zijn bekleed met het longvlies (pleura visceralis), wat ook geldt voor de borstholte die bekleed is met het borstvlies (pleura parietalis) en waarin de longen zijn ingebed. Tussen deze twee vliezen, of pleurabladen, heerst luchtledigheid. Het is een met capillair vocht gevulde spleet – of pleurale ruimte – tussen de twee pleurabladen die beide vergroeid zijn met enerzijds de borstkas en anderzijds de longen.

Pleurabladen

De pleurabladen (pleura visceralis en pleura parietalis) schuiven langs elkaar heen. Dit gebeurt moeiteloos, bij elke adembeweging, als twee glasplaten met een beetje water ertussen. De pleurabladen kunnen plaatselijk verkleefd zijn, wat zeer pijnlijk is, zoals bij een pleuritis (borstvliesontsteking). De borstholte, waarin zich de longen en het hart bevinden, is gescheiden van de buikholte door middel van het diafragma of middenrif.

Middenrif (diafragma)

Het diafragma is een weefselplaat die de vorm heeft van een koepel. De randen ervan bestaan uit spieren. Het middelste gedeelte is de peesplaat (centraal peesblad). Het middenrif vormt de scheiding tussen de borst- en buikholte. Door het middenrif gaan onder andere de slokdarm, de aorta en de grote lymfbuis. Tevens is het middenrif de belangrijkste ademhalingsspier. Andere spieren die van groot belang zijn voor de adembewegingen zijn de grote borstspieren en tussenribspieren. De hulpademhalingsspieren zijn onder andere de schouder- en halsspieren.

Longen en borstkas

Dankzij de luchtledigheid tussen de pleurabladen worden de longen bij elke inademing uitgespannen, ofwel uitgerekt. Als de pleurabladen worden aangeprikt door een scherp voorwerp, bijvoorbeeld als gevolg van een trauma, zal er lucht tussen de vliezen komen en klapt de van nature elastische long samen, ook wel klaplong genoemd. Anders gezegd: hoewel de longen als het ware los in de borstkas liggen, zullen ze de bewegingen van de borstkas moeten volgen. Dankzij het dunne laagje vocht (20 μm) tussen het binnenste en buitenste pleurablad reageren de longen moeiteloos op de gevraagde fysiologische drukverschillen. Vloeistof kan immers alleen worden uitgerekt (denk aan het voorbeeld van de glasplaat) als er een zeer grote trekkracht op wordt uitgeoefend.

Actief en passief proces
Het binnenste longvlies volgt dus alle bewegingen van het buitenste pleurablad en past zich aan de volumeverandering in de borstkas aan. Weer anders gezegd: in de pleurale spleet is sprake van een negatieve thoraxdruk (druk van Donders). Door de elasticiteit van de longblaasjes neigen de longen ertoe zich samen te trekken. Dankzij de druk van Donders is er echter sprake van een onderdruk vergeleken met de atmosferische druk, waardoor de longen maximaal gevuld blijven. Ze worden tijdens de inademing (expansie) 'meegenomen' door de borstwand, waarbij de longblaasjes zich verwijden en er lucht wordt aangezogen via de luchtpijp en bronchiën. Bij longemfyseem is de elasticiteit van de longblaasjes deels aangetast, waardoor de ademhaling als geheel belemmerd wordt. Tijdens de uitademing veren bij een gezond persoon de longen terug en verslapt het middenrif. Dankzij het elastische longweefsel hebben de longen altijd de neiging om zich samen te trekken. De inademing is met andere woorden een actief proces. De uitademing is daarentegen passief en gaat als het ware vanzelf.

De adembewegingen

De adembewegingen vormen een van de hoofdrolspelers in de fysiologie van de ademhaling. De andere twee cruciale factoren zijn de longblaasjes en de longcapaciteit (ventilatoire ruimten). De vergroting of verruiming van de borstkas (of longinhoud) gebeurt in mechanisch opzicht door de ademhalingsspieren. De belangrijkste spier in dat proces is het middenrif of diafragma. Een karakteristiek kenmerk is dat het diafragma tijdens de inademing samentrekt en naar beneden beweegt, ofwel minder bol of koepelvormig wordt. Daaruit volgt dat de borstkas groter wordt en de buikholte kleiner.

Inademing en uitademing

Daarnaast worden de ribben met behulp van de tussenribspieren opgerekt. De borstkas zet dus uit. De longen volgen deze expansie, waarbij de longblaasjes zich verwijden en de luchtpijp lucht aanzuigt. Bij het minder bol worden van het diafragma, waarbij de buikholte dus kleiner wordt, kunnen de buikorganen alleen aan de voorzijde uitwijken, waardoor de voorste buikwand uitrekt. Zodra het middenrif tijdens de uitademing verslapt, zal de veerkracht van de buikholte – in combinatie met de veerkracht van de uitgerekte longen – ervoor zorgen dat de borstholte weer verkleint en de buikholte verruimt. De inademing is dus een actief proces. De uitademing heeft daarentegen een passief karakter. Niettemin kan de uitademing ook actief zijn. Dat gebeurt bijvoorbeeld bij blazen. De spieren van de buikwand trekken dan samen met als gevolg dat de buikholte kleiner en het middenrif omhoog wordt gedrukt. Hetzelfde gebeurt bij persen, waarbij de buikspieren eveneens worden aangespannen.

De tussenribspieren

De tussenribspieren nemen een bijzondere plaats in wat betreft de inademing. Daarbij maakt men onderscheid tussen de voorste en achterste tussenribspieren. Bij de samentrekking van de achterste tussenribspieren, dus tijdens de inademing, worden de ribben naar voren en naar boven getrokken. De borstkas verruimt dan, de longinhoud vergroot. Tijdens de uitademing verslappen de bovengenoemde spieren en waarborgen ze mede dankzij de scharnierende ribkraakbeenderen dat de borstkas terugveert, onder andere door zijn eigen gewicht. De voorste tussenribspieren, in combinatie met bepaalde rugspieren, contraheren tijdens het uitademingsproces, waarbij de ribben zakken. Het sluitstuk wordt gevormd door de uitgerekte longen die dankzij hun eigen veerkracht weer ineenkrimpen.

Longemfyseem
Het bovengenoemde proces van de in- en uitademing geschiedt zoals beschreven bij gezonde personen. Bij mensen met longziekten is dat anders. In geval van longemfyseem zal de uitademing nooit helemaal voltooid kunnen worden door verlies van elasticiteit van het longweefsel. In een ernstige fase van deze ziekte staat de borstkas voortdurend in de inademingsstand. De uitademing verloopt moeizaam, er komen andere spiergroepen aan bod om de cyclus effectiever te maken, waarbij onder andere de schouderspieren worden ingezet.

Koolzuurspanning (pCO²) in het bloed

Men mag gerust stellen dat ademen ‘vanzelf’ gaat, althans bij gezonde personen. Men hoeft er met andere woorden niet op te letten of deze fysiologische 'blaasbalg' werkt en blijft werken. De ademhaling is aangepast aan de zuurstofbehoefte van het lichaam. Bij inspanning zal men sneller ademen. Ook bij heftige emoties is dat het geval. Net als bij koorts. De adem kan een tijdlang worden vastgehouden, maar op een gegeven moment wordt de ademdrang te groot. In dat geval is het zuurstofgehalte (pO²) drastisch gedaald en het koolzuurgehalte (pCO²) in het bloed gestegen. Koolzuur, ofwel kooldioxide (CO²), is een afbraakproduct van de cellulaire stofwisseling. Kooldioxide bindt zich net als zuurstof aan de rode bloedlichaampjes (erytrocyten). De prikkel tot ademhalen (ademdrang) komt met name door de cumulatie van kooldioxide in het bloed, en in veel geringere mate door zuurstofgebrek.

Ademcentrum
Het ademcentrum in het verlengde merg meet de pCO². Het overschrijden van een bepaalde spanningsdrempel prikkelt de zenuwen van de ademhalingsspieren. Er volgt dan ademdrang, die uiteindelijk onbeheersbaar wordt. De adem blijven inhouden is simpelweg onmogelijk. Mensen met een ongelooflijke wilskracht zullen eerst duizelig worden, gevolgd door bewusteloosheid of een verminderd bewustzijn. Daardoor verslapt de wilskracht om de adem in te houden en begint de ademcyclus gewoon weer opnieuw.

Chemoreceptoren

Het ademcentrum of ademhalingscentrum, in het verlengde merg, wordt geprikkeld door een verhoogde koolzuurspanning (pCO²) in het bloed. Dit gebeurt door middel van chemoreceptoren. Ze reageren niet op zenuwprikkels maar op chemische stoffen, in dit geval kooldioxide. Bij een bepaalde kooldioxidespanning in het bloed wordt via het verlengde merg, waar deze chemoreceptoren zich bevinden, de ademhalingsspieren geactiveerd.

Andere prikkels

Er zijn echter prikkels die via het zenuwstelsel het verlengde merg aanzetten tot actie, zoals bij bukken (effectieve borstademhaling). Bij prikkeling van de slijmvliezen van de bovenste luchtwegen zal men gaan niezen of hoesten. Een koude douche heeft hetzelfde effect (geforceerde inademing). Daarnaast zijn er behalve kooldioxide ook andere zuren die de ademhaling prikkelen. Bekend zijn de diepe ademteugen bij de Kussmaul-ademhaling als gevolg van metabole verzuring. En de praktisch stilvallende Cheyne Stokes-ademhaling bij aandoeningen van de hersenen, zoals circulatieproblemen in het verlengde merg. Daardoor kan dit orgaan niet effectief meer reageren op de verhoogde pCO². Bij verdrinking wordt geen zuurstof meer opgenomen, waardoor het ademhalingscentrum als gevolg van zuurstofgebrek geen signalen meer doorgeeft en de ademhaling stopt.

Lees verder

• Fysiologie van de ademhaling – de longblaasjes (alveoli)
• Fysiologie van de ademhaling – de longcapaciteit
• Ademhalingsstoornissen – afwijkingen van normale ademhaling
• Ademhaling tellen en observeren
• Longemfyseem – een sluipende ziekte