Fysiologie van de ademhaling – de longcapaciteit

Een volwassene ventileert bij een rustige, normale ademhaling 300-500 ml lucht per ademteug. De ademfrequentie schommelt tussen de 12 en 15 ademteugen per minuut. Men kan echter veel dieper in- en uitademen. Dat is de zogeheten vitale capaciteit, die ongeveer 4500 ml bedraagt. Tijdens een longfunctieonderzoek worden tal van andere statistische gegevens verzameld over de longcapaciteit en in hoeverre die afwijkt en er schade is ontstaan in de longen, zoals bij longemfyseem (COPD). In de fysiologie van de ademhaling vormen de longcapaciteit, de longblaasjes (alveoli) en de adembewegingen een drie-eenheid. Het zijn cruciale factoren die het ademproces vormgeven en op gang houden. Daarnaast zijn er tal van andere factoren van belang, waaronder de chemoreceptoren die een rol spelen bij het meten van de zuurstof- en koolzuurspanning in het bloed.

Inhoud

• Longblaasjes, adembewegingen en longcapaciteit
• Zuurstof en kooldioxide
• Ventilatoire ruimten (longcapaciteit)
• Ademvolume (AV)
• Inspiratoir reservevolume (IRV)
• Expiratoir reservevolume (ERV)
• Residuaal volume (RV)
• Vitale capaciteit (VC)
• Totale longcapaciteit (TLC)
• Versnelde ademhaling
• Hoesten

Longblaasjes, adembewegingen en longcapaciteit

Dankzij de longen wordt zuurstof opgenomen in het bloed en kooldioxide afgegeven aan de lucht. Deze gassen staan in direct verband met de cellulaire gaswisseling en de verbranding (energie) in de cellen, ofwel de kleinste eenheden van het menselijk lichaam. Om dit proces op gang te houden is er sprake van een drie-eenheid: de alveoli (longblaasjes), de adembewegingen en de longcapaciteit, naast vele andere factoren die eveneens een belangrijke rol spelen.

Zuurstof en kooldioxide

Het kenmerk van longblaasjes is dat ze een zeer groot oppervlak tussen de lucht en het bloedvatenstelsel waarborgen. Bij een volwassene betreft het in totaal bijna een half miljard longblaasjes (alveoli) met een totale oppervlakte van ca. 60 m². Dankzij het uitgebreid capillair netwerk rondom de longblaasjes is de uitwisseling van zuurstof aan het bloed en koolzuur aan de lucht mogelijk.

Longen
De adembewegingen zorgen ervoor dat de longen geventileerd worden, dus dat er lucht met relatief veel kooldioxide wordt uitgeademd en lucht met relatief veel zuurstof wordt ingeademd. De longcapaciteit heeft te maken met de ventilatoire ruimten waarbinnen deze uitwisseling van koolzuur (kooldioxide) en zuurstof kan plaatsvinden.

Ventilatoire ruimten (longcapaciteit)

Een volwassene ventileert per ademteug 300-500 ml lucht tijdens een rustige ademhaling. Uiteraard verandert deze waarde gedurende inspanning. Er wordt dan dieper in- en uitgeademd. Maar ook bij veel aandoeningen, zoals bij infectieziekten (koorts) en COPD. De vitale capaciteit van de longen wil zeggen de hoeveelheid lucht die bij een maximale in- en uitademing verplaatst wordt. Met behulp van een spirometer meet men de hoeveelheid lucht, ofwel het longvolume, van de verschillende ventilatoire ruimten. Hierdoor krijgt de arts een beter beeld van de longfunctie en in hoeverre die afwijkt van de normale waarden, zoals bij professionele sporters die gemiddeld een groter longvolume hebben, en bij ziekten waaronder longemfyseem waarbij de longinhoud veel beperkter is. De respiratoire ruimten zijn onder te verdelen in het ademvolume (AV), de vitale capaciteit (VC), het inspiratoir reservevolume (IRV), het expiratoir reservevolume (ERV), het residuaal volume (RV) en de totale longcapaciteit (TLC).

Ademvolume (AV)

Bij een rustige ademhaling is het ademvolume ofwel de longventilatie 300-500 ml. Dit is het ademvolume van een gezond persoon in rust. Bij longziekten, of aandoeningen waarbij de longen zijn aangedaan, schommelen deze waarden sterk. De ademfrequentie wijst op het aantal keren dat er per minuut geademd wordt. Normaliter is dat ongeveer 12-15 keer. Samen vormen ze het ademminuutvolume (AMV), ofwel de hoeveelheid lucht die in rust per minuut geventileerd wordt. Dit is ongeveer 7 tot 7,5 liter.

Inspiratoir reservevolume (IRV)

Uiteraard is het mogelijk om dieper in en uit te ademen. Bij een maximale inademing wordt het inspiratoir reservevolume (IRV) aangesproken. Het IRV is 2500-3000 ml. Het is de lucht die maximaal ingeademd kan worden en die men extra inademt na een normaal ademvolume (AV).

Expiratoir reservevolume (ERV)

Het expiratoir reservevolume (ERV) wil zeggen de lucht die maximaal verplaatst wordt tijdens een geforceerde uitademing. Dit is ongeveer 1500 ml. Ook deze hoeveelheid staat los van de normale hoeveelheid lucht die verplaatst wordt bij een normaal ademvolume (AV).

Residuaal volume (RV)

Dit is de lucht die achterblijft in de longen na een maximale uitademing (ERV), ongeveer 1200 ml. Het residuaal volume of restvolume wordt tijdens een longfunctie-onderzoek bepaald of berekend aan de hand van de gemeten longvolumes. Het is de lucht die altijd achterblijft in de longen, dus ook na een geforceerde uitademing.

Vitale capaciteit (VC)

De vitale capaciteit (VC) is de lucht die na een maximale in- en uitademing geventileerd wordt, ofwel 4500-4800 ml. De vitale capaciteit is van veel factoren afhankelijk, onder andere van de conditie. Een aanzienlijke vermindering van de vitale capaciteit duidt onder andere op COPD, zoals longemfyseem, of een probleem met de flexibiliteit van de borstkas, bijvoorbeeld na een trauma, bij pleuritis of een pneumonie (longontsteking). Er blijft dan veel lucht achter na een maximale uitademing of er kan maar beperkt maximaal worden ingeademd.

Totale longcapaciteit (TLC)

De totale longcapaciteit (TLC) wordt bepaald aan de de hand van de som van het ademvolume (AV), het inspiratoir reservevolume (IRV), het expiratoir reservevolume (ERV) en het residuaal volume (RV), ofwel ongeveer 6000 ml. Alle bovengenoemde waarden verschillen individueel.

Versnelde ademhaling

Een snelle ademhaling wil niet per definitie zeggen dat de gaswisseling van zuurstof en kooldioxide verbetert. Er is in het ventilatoir longsysteem immers ook sprake van een zogeheten dode ruimte. Deze ruimte bestaat uit de neus-keelholte, de trachea en de bronchiaalboom. De lucht die zich in deze ruimten bevindt, neemt geen deel aan de longventilatie. Daarnaast zal men bij een snellere ademhaling ook oppervlakkiger inademen, omdat het simpelweg niet lukt om meer dan een bepaalde hoeveelheid lucht te verplaatsen in een korter tijdsbestek.

Longemfyseem
Karakteristiek bij longemfyseem is dat er sneller wordt ingeademd, maar de uitademing minder diep is. Daardoor zal het uiteindelijke luchtverversende gedeelte van de ademhaling steeds geringer worden. Rustig en diep ademhalen zorgt met andere woorden voor een betere gaswisseling dan snel en dus oppervlakkig ademen. Bijvoorbeeld, als er per minuut 40 keer 350 ml wordt geademd, ofwel 14.000 ml, zal de onbenutte gaswisseling 40 keer 200 ml (dode ruimte) zijn, ofwel 8000 ml. De nuttige gaswisseling bedraagt dan 6000 ml. Bij een rustige verdiepte ademhaling, bijvoorbeeld 20 maal 700 ml, bedraagt de som eveneens 14.000 ml. Maar de nutteloze gaswisseling is dan 20 x 200 ml (dode ruimte), ofwel 4000 ml. De nuttige gaswisseling is in het laatste geval 10.000 ml. Een verschil van 4000 ml. Bij patiënten die snel en oppervlakkig ademen is het dan ook zaak dat ze gestimuleerd worden om rustiger en dieper te ademen. In de meeste gevallen zal de gaswisseling dan verbeteren en de patiënt dus meer 'adem krijgen'.

Hoesten

Hoesten is een stootsgewijze ademhaling, waarbij in sommige gevallen de volledige inspiratoire en expiratoire ruimte wordt gebruikt. Hoesten bestaat uit drie fasen. Het eerste stadium kenmerkt zich door een diepe inademing, waarbij de glottis of stemspleet zich sluit. Daarna volgt de compressiefase waarbij men druk zet op de gesloten stemspleet. Hierdoor neemt de druk in de borstkas/longen (interthoracale druk) toe. Vervolgens wordt de glottis plotseling geopend en de gecomprimeerde lucht uitgestoten. De geforceerde uitademing neemt dan soms het hele expiratoire reservevolume in. De snelheid waarmee de lucht tijdens een stevige hoest door de luchtpijp raast, kan oplopen tot 100 m/sec. De snelheid van deze luchtverplaatsing is met andere woorden vergelijkbaar met de windsnelheden van een orkaan.

Lees verder

• Anatomie & fysiologie in 10 stappen – de longen
• Fysiologie van de ademhaling – de adembewegingen
• Fysiologie van de ademhaling – de longblaasjes (alveoli)
• Ademhalingsstoornissen – afwijkingen van normale ademhaling
• Longemfyseem – een sluipende ziekte