Samenvatting Fysiologie : Long

Rol van het ademhalingsstelsel/respiratoir systeem :

Belangrijkste functie is gasuitwisselingo Van zuurstof en koolstofdioxide o Tussen omgeving en alveolio Tussen gemengd veneus bloed in de longo O2 wordt opgenomen in het bloed en CO2 wordt er afgestaan in de alveolaire lucht

Gemengd veneus bloed wordt gearterialiseerdo CO2 wordt uitgeademd zodat we geen acidose krijgen

We ademen 12-15 keer per min dus een ademhalingscyclus duurt 2-5so Totale ademhalingscyclus : optellen van de in en expiratoire faseo Inademingsfase is iets korter dan de tijd om uit te ademen

Er is een continue bloedcirculatie doorheen de long o Het volledige hartdebiet 5l/mino Bij inspanning tot 25l/min

In en uitademen langs dezelfde banen Arterieel bloed loopt langs de pulmonale venen Omgevingslucht is een gasmengsel dat voor 20.93% uit O2 en voor 78% uit stikstof (N2)

bestaato Gasmengsel wordt ingeademd via de luchtwegen tot in de alveolaire ruimte waarop

O2 in de longcapillairen wordt opgenomeno Via het L hart en de systemische bloedsomloop geschiedt het O2transport (DO2)

naar alle lichaamsweefsels en organen, uit bloedbaan treden) waar O2-verbruik (VO2) plaatsvindt in het aëroob metabolisme

o Hierbij wordt naast energie ook CO2 geproduceerd (V CO2)o ❑ betekent per tijdseenheid

Het CO2 transport geschiedt via de systemische venen naar het Rhart, de A pulmonalis en de longcapillairen

o pulmonaire of kleine bloedsomloopo CO2 wordt afgestaan de alveolaire ruimte en via de luchtwegen uitgeademd

Bij rust bedraagt : o VO2 : 250 ml/mino V CO2 : 200 ml/min

o V O2V CO 2

= respiratory exchange ratio, respiratoir quotient, R

= 0.8 normaal evenwichtig samengesteld dieet = 0.7 dieet uitsluitend uit lipiden

Bij verbranding van lipiden komt er relatief minder CO2 vrij = 1 dieet uitsluitend uit koolhydraten

Evenveel O2 verbruik als dat er CO2 vrijkomt De functie van het ademhalingsstelsel bevat naast de pulmonale/externe gasuitwisseling,

ook het transport van deze gassen van en naar alle lichaamsweefsels en organen, waar de interne/cellulaire respiratie plaatsvindt

o Voor dit transport is er een adequaat functionerend cardiovasculair systeem noodzakelijk

Als 1 schakel faalt, faalt gans de keten want alle onderdelen zijn onderling functioneel verbonden

CO2 volgt een passieve diffusiegradiënt Zuurstofbehoefte en CO2 productie varieert en onze ademhaling moet zich continu

verandereno Gebeurt zeer snel

Om bloedgassen constant te houden homeostaseo Dynamisch systeem

Er is een adequaat functionerend ademcontrolesysteemnodig voor de homeostase van O2 en CO2 en de zuurtegraad

o Er zijn 4 controllers o De belangrijkste effector-organen zijn de ademspiereno 4 soorten sensoren

Proprioceptoren en longreceptoren Rechtstreeks effector actie voelen

Centrale en perifere chemoreceptoren Voelen het arterieel bloed

Bestanddelen van het ademhalingsstelsel

Ademhalingsstelsel bestaat uit 2 zich vertakkende netwerken in de longeno Luchtwegen (uitmondend in de alveolaire ruimte)

Voor luchtaanvoer : ventilatieo Pulmonale bloedsomloop

Voor bloedaanvoer : perfusie RhartApulmonaleslongcapillairenVpulmonalesLvoorkamer

De interface/koppeling is de alveolocapillaire membraan waar door passieve diffusie de gasuitwisseling plaatsvindt

o Alveolocapillaire membraan : grote opp en geringe dikte Beschikt over 2pompen

o Voor de ventilatie: ademspieren en thoraxwando Voor de perfusie : Rhart

Ventilatie wordt bestuurd door een feedback ademcontrolesysteem :

o Ademcentrum : diverse neuronen gelegen in de hersenstamo Afferente zenuwbanen vertrekkend uit diverse sensoren of receptoreno Efferente/motorische zenuwbanen naar de effectororganen, ademspieren

Voornaamste functie van het feedbacksysteem bestaat erin de ventilatie zodanig continu bij te sturen dat de O2 en CO2 gehaltes in het arteriële bloed constant blijven homeostase

In de longen vinden 3 processen plaats : o Ventilatie Vo Diffusieo Perfusie Q

Ventilatie

De ventilatie van lucht, of elk ander gasmengsel verloopt via de luchtwegeno Onderverdeeld in een

Conductie of geleidingszone Respiratoire of gasuitwisselingszone

Weibel model van luchtwegvertakking : o De eerste 16 generaties vormen de conductiezoneo De laatste 7 generaties vormen de transitie en respiratoire zoneo BR: bronchusBL : bronciolusTBL : terminale BL RBL : respiratoire BL AD :

alveolaire ductus AS : alveolair zakje, sacculus met alveolair epitheel dat dan de alveolo-capillaire membraan vormt

De conductiezone of anatomische dode ruimte VD,anat

o De bovenste luchtwegen Van neus/mond tot larynx

o De lagere luchtwegen Trachea Diverse generaties bronchi Diverse generaties bronchioli De terminale bronchioli

o Omdat geen enkele van deze structuren alveoli bevat, geschiedt er geen gasuitwisseling Geen alveolaire uitstulpingen Vandaar dode ruimte

o De ventilatie geschiedt er door massa/bulk flowo Het volume bedraagt ong 150mL

2 mL / kg lichaamsgewicht De gasuitwisselingszone

o Lucht komt beetje tot stilstand, moleculen moeten op eigen kracht door de passieve diffusiegradiënt verplaatsen

Transport van lucht zonder dat er veranderingen gebeuren Respiratoire bronchioli Alveolaire ducti Blind eindigende alveolaire zakjes

o Al deze structuren bevatten steeds meer alveoli in hun wanden, zodat er gasuitwisseling kan plaatsvinden

o De anatomisch functionele eenheid wordt acinus genoemd : 1 terminale bronchiolus Al zijn verdere vertakkingen

Tussenin hebben we nog een transitionele zone/overgangszoneo De luchtwegen vertakken zich dichotoon meestal asymmetrisch

Telkens in 2 dochtertakkeno De dochtertakken zijn steeds korter en nauwer dan de moedertak

Hun gezamelijke doorsnede is groter dan die van de moedertako Naar de periferie van de long neemt

de gezamelijke doormeter toe Quasi exponentieel

De luchtstroomsnelheid progressief afo De ventilatie in de periferie van de acini gebeurt door gasdiffusie ipv bulkflow

Dus de snelheid van luchtstroom is veel hoger in de trachea* dan in de volgende generaties°o *Turbulente luchtstroom tegen een hoge weerstando ° laminaire luchtstroom

Dus als de globale luchtdoorstroommogelijkheid groter wordto Zal de snelheid van de luchtstroom lager wordeno Is er een lage luchtweerstand

Spontane expiratie : passief Appositiezone is het gedeelte bij diafragmaduwing De rustademhaling, tidal breathing

o Bestaat uit 2 fasen : Inademing/inspiratie Uitademing/expiratie

o Het in en uitgeademde volume/teugvolume/tidal volume VT

Bedraagt bij rust 500mLo De ademfrequentie fb 15/mino Minuutventilatie : VE

VT . fb = 7.5 L/mino Rustig inademen vangt aan vanaf

Het eindexpiratoir volume/ functionele residuele capaciteit FRC Bereikt dan het eindinspiratoir longvolume : FRC+VT

o Bij rustig uitademen keert het longvolume terug naar de FRC

3L afhankelijk van geslacht, leeftijd en lichaamslengte

o de inademingsduur TI bedraagt 1/3 van de totale duur van de ademcyclus TTOT=TI+TE= 60 sec/fb Wordt zonder pauze gevolgd door de uitademingsafase

o De uitademingsfase duurt langer dan de inademing TE > TI

Omdat ze gevolgd wordt door een eindexpiratoire pauze

o De ventilatie is geen luchtcirculatie maar en op en afgaande getijdenbeweging De 500mL VT die ingeademd wordt en toegevoegd wordt aan de FRC bestaat uit

150mL VD,anat

o Gasmengsel dat na de voorafgaande uitademing in de anatomische dode ruimte achterbleef

350mL verse omgevingslucht

VT= VD,anat+VA ❑⇔ V D

V T=150500

≈ 0.3

o Uitleg fig 7 met vierkantjes : Elk vierkantje : 100mL Tijdens de rustige inademing wordt 150mL dode ruimtegas en 350mL verse lucht

toegevoegd aan de FRC Op het einde van de inademing heeft dit teugvolume zich volledig met alveolair gas

vermengd 150mL verse lucht vullen de dode ruimte op en worden tijdens de uitademing eerst

uitgeademd gevolgd door 351mL alveolair gas Op het einde van de uitademing is de dode ruimte gevuld met alveolair gas, dat bij de

volgende inademing eerst zal ingeademd worden Formules :

o Ademfrequentie verhogen door dieper in en uit te ademen Op IZ kan je de dode ruimte kleiner maken door te intuberen

o VR . fb = fb (VD+VA)o Zeer belangrijke voor het examen

V A↓↑→PaCO2↓

↑ en pH ↓↑

o TLC = VC + RV = FRC + IC = IRV + VT+ERV+RV

o FRC = RV + ERVo VC = IRV + VT + ERV

= IC + ERVo IC = IRV + VT

o Verschil tussen capaciteit en volume Capaciteit kan nog onderverdeeld worden in kleinere volumen terwijl je een

volume niet meer kan verkleineno Onderscheid tussen respiratoire* en metabole° acidose/alkalose

* als PaCO2 verandert ° als HCO3

−¿ ¿ verandert De minuutventilatie bestaat uit 2 elementen

o De dode ruimte ventilatie VD

Niet nuttig voor de gasuitwisseling want samengesteld uit eindexpiratoire gasseno Alveolaire ventilatie VA

Nuttig voor de gasuitwisseling want bestaande uit vers aangevoerde omgevingsluchto VE = VD+VA

VA = VE - VA

= fb (VT – VD)

= fb . VT (1-V D

V T)

= VE (1-V D

V T)

Residueel volume is het volume in de longen na maximale uitademing 2L

o Hieruit blijkt dat VA recht evenredig is met de fb en het VT

Omgekeerd evenredig is met de V D

V T ratio

o De VA is de belangrijkste determinant van de arteriële CO2spanning (PaCO2) Bij constante metabole activiteit is de PaCO2 omgekeerd evenredig met de VA

Dus constante CO2 productie of VCO2

PaCO2 = k . VCO2

V A = 40 mmHg

Belangrijke formule voor het exameno Alveolaire hyperventilatie leidt tot

Hypocapnie Gedaalde PaCO2 < 35mmHg

Respiratoire alkalose Toename pH > 7.45

o Normale pH = 7.4o Alveolaire hypoventilatie leidt tot

Hypercapnie Toegenomen PaCO2 > 45 mmHg

Respiratoire acidose Gedaalde pH < 7.35

o Uit de Henderson-Hasselbalch vgl weten we dat PaCO2 en pH zijn omgekeerd tot elkaar verhouden

pH = pK +Log ¿¿ Op het einde van elke in en uitademing is er geen luchtstroom in de luchtwegen waar te nemen

o Omdat de druk aan de luchtwegopening gelijk is aan de druk in de alveoli Gelijk aan de atmosferische of omgevingsdruk 760 mmHg in absolute waarden

Bij overeenkomst wordt het als referentie of nulpunt beschouwdo Om lucht te verplaatsen dient een drukgradiënt gecreëerd te worden tussen de

luchtwegopening* en de alveolaire ruimte° *Pmouth=Patm

°Palv

o Alle drukken binnenin het respiratoir systeem worden uitgedrukt in cmH2O boven of onder het referentiepunt

Vb : Palv van + 5cmH2O dan betekent dit dat die 5cmH2O hoger is dan de atmosferische druk van 760mmHg

Vb : Ppl van -10cmH2O is 10cmH2O lager dan de atmosferische druk Drukken die hoger liggen = supra-atmosferisch Drukken die lager liggen = subatmosferisch

Tijdens rustig inademen trekken de inspiratoire spieren synchroon samen : o Diafragma is de voornaamste inspiratoire agonisto De externe intercostaalspieren fixeren en stabiliseren de thoraxwand

Thoraxwand zet uit Pleurale druk Ppl daalt tot een meer negatieve waarde en wordt subatmosferisch Palv < Patm

Creëren van onderdruk om spieren in werking te stelleno Door deze drukgradiënt stroomt lucht van de mond naar de alveoli en neemt het

longvolume toe Gecreëerd door de contractie van de inspiratoire spieren FRC FRC + VR

o De inademing verloopt steeds actief Door tussenkomst van de inspiratoire spieren en kost dus inspiratoire spierarbeid Nodig om elastische, frictionele en inertiële krachten teoverwinnen Pmus = Pel + Pfr + Pinertie

Beweging van de thoraxwand tussen eindexpiratie en eindinspiratieo Tijdens de inspiratoire contractie daalt het diafragma naar caudaal, pistonbeweging

Craniocaudale verplaatsing Druk in het abdomen neemt toe De voorste buikwand verplaatst zich naar voren

o Tevens duwt het diafragma de onderste ribben naar buiten, zodat de onderste thoraxhelft in alle richtingen uitzet

Anteroposterieur en laterolateraal Bucket-handle beweging

o De intercostaalspieren trekken gelijktijdig samen en beletten dat de negatieve druk die in de thoraxholte ontstaat door contractie van het diafragma de thoraxwand naar binnen zou zuigen

Stabilisator functieo De bovenste ribben en het sternum worden door de musculi scaleni en

sternocleidomastoideus naar boven en voor getrokken Hulpademhalingsspieren Bucket handle beweging

Paralyse intercostaalspieren : diafragma werkto Bovenste gedeelte klapt sameno Onderste gedeelte zet uit door diafragmabewegingo Volumewinst wordt teniet gedaan door volume verlies

Rustig uitademen verloopt passiefo Zonder tussenkomst van ademspiereno Zonder dat er spierarbeid geleverd wordto Op het einde van de inademing is de long gerekt tot een volume boven FRC

FRC + VT

o Zodra de inspiratoire spieren loslaten heeft de long, zoals elke elastische structuur, de neiging terug te vallen naar haar evenwichtspositie(FRC) tgv haar elastic recoil Pel,L

o Hierdoor stijgt de Palv supra-atmosferisch Palv > Patm

De lucht uit de alveoli kan dan naar de mond/neus terugstromen Enkel afgeremd door de frictionele weerstand

o wil men sneller en krachtiger uitademen, dan is de spierarbeid van de expiratoire spieren noodzakelijk

fig 9 : rustademhalingo De stippellijn in het onderste pleurale drukdiagram is de druk nodig om de

longelasticiteit te overwinneno Door er de alveolaire drukcurve bij op te stellen wordt de complexe curve van de

pleurale druk verkregen volle lijn Nodig om de luchtstroomweerstand te overwinnen

Diffusie

De diffusie van O2 uit de alveolaire ruimte doorheen de alveolocapillaire membraan naar het capillaire bloed verloopt passief

o En vice versa voor CO2

o Omdat er een drukgradiënt* bestaat tussen de alveolaire ruimte en het capillaire bloed *Of een verschil in partiële druk of gasspanning De drukken die hier van toepassing zijn , zijn de :

Partiële druk van CO2 en O2 in het alveolair gasmengselo PaO2 en PaCO2

Gemengd veneus bloedo PVO2 en PVCO2

o De partiële druk van een gas is gelijk aan de totale gasdruk vermenigvuldigd met de fractionele conc van dat gas in het gasmengsel

Pgas = Ptot . Fgas

De diffusie wordt bepaald door de wet van Fick

o V gas ≈AT

. D . (P1−P2)

A = 50-100m² gasuitwisselingsoppervlakte T < 1µm dikte van de membraan (P1-P2) drukgradiënt D = voor CO2 veel meer oplosbaar dan O2 in een waterig milieu

CO2 = 20 . O2 diffusieconstanteo De hoeveelheid gas die per tijdseenheid doorheen een membraan zoals de alveolocapillaire

membraan diffundeert (V gas) is Recht evenredig met A, D en de drukgradiënt Omgekeerd evenredig met T

o De diffusieconstante wordt bepaald door de oplosbaarheid en het moleculair gewicht (MG) van het gas :

D=oplosbaarheid√MG

de diffusiecapaciteit vande long :DL≅A .DT

=TC transferfactor

Bijgevolg is : DL=˙V gas

(P1−P2 )∈¿ mmolmL/min mmHg min kPa

21% O2 in ingeademde lucht : FIO2 = fractionele concentratie van O2 in de lucht Op weg van de alveolaire ruimte naar de hemoglobine (Hb) in de RBC dient O2 te diffunderen doorheen

achtereenvolgens o De laag surfactanso Epithelial lining fluido Alveolair epitheel en haar basale membraano Interstitieel longweefselo Basale membraan van het capillair endotheelo Het capillair endotheelo Bloedplasmao Wand van de RBCo Cytoplasma van de RBCo Haemgroep van de Hb

Naast de membraancomponent DM wordt de diffusiecapaciteit van de long voor O2 (DL)o Ook bepaald door de capaciteit van Hb om O2 te binden in de korte tijdspanne dat de RBC in

de longcapillairen vertoeven : Transittijd +/- 0.75sec

1DL

= 1DM

+ 1θ .V C

θ = de hoeveelheid gas in mL / min die bindt met 1 mL bloed /mmHg gasspaning

V C= capillair bloedvolume θ. VC komt overeen met de reactiesnelheid van het diffunderend gas met de

beschikbare Hbo De tijd nodig voor O2 om te binden aan Hb

De drukgradiënt voor diffusie van O2 en CO2

o De pariële druk van O2 in droge ingeademde lucht (PIO2) het product van de totale gasdruk Fractionele concentratie van O2 in de ingeademde lucht FIO2

o PIO2 = PB . FIO2 = 760 . 0.2093 = 159 mmHgo In de bovenste luchtwegen wordt de ingeademende lucht in een fractie van een seconde

Opgewarmd tot lichaamstemperatuur 37°C Bevochtigd tot volledige verzadiging

o Het ingeademd gasmengsel bevat nu naast O2 en N2 ook waterdamp (H2O) dat ook een partiële druk uitoefent

47mmHg bij 37°C en 100% vochtigheidsgraad

o Bijgevolg is in de trachea en verderop in de luchtwegen de PIO2 = (PB – H2O) . FIO2 = (760-47) . 0.2093 = 149 mmHg

o Verderop in de alveoli komt er nog een 4de gascomponent bij, CO2, dat uit het gemengd veneuze bloed in de alveolaire ruimte is gediffundeerd

Oefent er een partiële gasdruk uit : PaCO2

o Wegens de aanwezigheid van CO2 in het alveolair gasmengsel daalt de alveolaire partiële O2 druk er verder :

PAO2 ≅ PIO2 - P ACO2

R≅ 149− 40

0.8≅ 100mmHg

PACO2 ≅ PaO2 in normale longen R = 0.8 bij een normaal evenwichtig samengesteld dieet

o De PVO2 bedraagt 40 mmHgo De drukgradiënt voor diffusie van O2 is het verschil tussen de alveolaire en gemengd veneuze

PO2 : PAO2 - PVO2 = 100-40 = 60 mmHg

o De drukgradiënt voor diffusie van CO2 is het verschil tussen de gemengd veneuze en alveolaire PCO2 :

PVCO2 – PACO2 = 46 -40 mmHg = 6mmHg

o Alhoewel de drukgradiënt voor diffusie van CO2 ongeveer 10x lager is dan die voor O2, diffundeert CO2 toch 20x sneller dan O2 (in omgekeerde irchting) omdat CO2 veel meer oplosbaar is dan O2

CO2 diffundeert van veneus bloed naar de alveolaire ruimte

Kleine a = arterieel grote A = alveolair

Meting van de diffusiecapaciteit van de long DL

o Gemeten door gebruik te maken van koolstofmonoxide in plaats van O2

o Men meet de DLCO ook wel transfer factor genoemd TLCOo Na volledig en diep inademen van een gasmengsel met een gekende concentratie aan CO

wordt de proefpersoon gevraagd : Gedurende 10sec de adem in te houden op een longvolume VApneu dicht bij de

longcapaciteit TLCo Tijdens die periode van apneu krijgt CO de kans om uit de alveolaire ruimte te diffunderen in

het capillair bloedo Tijdens de daaropvolgende uitademing wordt de CO concentratie in een (eind-expiratoir) staal

van de uitgeademde lucht gemeteno Door de in en uitgeademde CO-concentraties met elkaar te vgl kan men berekenen hoeveel

CO tijdens de apneuperiode in het bloed werd opgenomeno De aldus berekende TLCO wordt uitgedrukt in mL /min/mmHgo Om te normaliseren voor het longvolume waarop de meting geschiedt wordt de transfer

factor gedeeld door Vapneu

Zo verkrijgt men de transfercoëfficiënt KCO of Krogh factor De alveolo-arteriële zuurstofspanningsgradiënt

o Zelfs in normale longen omzeilt een klein gedeelte van het gemengd veneuze bloed de gasuitwisselingszone en vloeit het rechtstreeks naar de linker voorkamer

Fysiologische rechts-links shunt Leidt ertoe dat de PaO2 iets lager is dan de eindcapillaire PO2

Pc’O2 dat zelf gelijk is aan PAO2

o Er ontstaat dus een klein verschil tussen de PAO2 en de PaO2

De alveolo-arteriële zuurstofspanningsgradiënt PA-aO2 :

PA-aO2 = PAO2 – PaO2 = (P IO2−PACO2

R )−PaO2

Bedraagt normaal 5 à 10 mmHg Wnnr toegenomen wijst dit op

o gasuitwisselingsstoornissen thv de alveolocapillaire membraano Ventilatie-perfusie onevenwicht/mismatching in de long

Zuurstofsaturatie SO2 :o Bedraagt meer dan 95% in arterieel bloed SaO2

Afhankelijk van de PaO2 volgens de sigmoïdvormige zuurstofdissociatiecurveo Bedraagt 75% in gemengd veneus bloed SVO2

o Fig 13 : zuurstofdissociatiecurve volle lijn Bij pH 7.4 , PCO2 40mmHg en 37°C De totale zuurstofinhoud CaO2 is de som van Hb-gebonden en opgeloste O2

Als de barometrische druk zakt zakt ook de PIO2

Sigmoide relatie Vanaf 60 leidt het niet echt meer tot een steile verhoging van de saturatie

o Plateauvormig Steile stijging onder de 50

Bij lage PaO2 : verhogen van PO2 door O2 toediening Om lage saturatie te doen stijgen tot boven de 90%

o Veilige zone De arteriële PO2 moet altijd boven de 60 blijven om de saturatie ietwat goed

te houdeno De zuurstofdissiciatiecurve verschuift naar rechts in geval van

Koorts > 37°C Acidose pH < 7.45

Komt de saturatie eigenlijk ten goede ???? Hypercapnie PaCO2 > 40mmHg Toegenomen 2,3-difosfoglyceraat (2,3-DPG) in de RBC

Komt voor bij toestanden die leiden tot chronische hypoxemieo Te weinig O2 binnenkrijgen, als je bv op hoge hoogte leeft

o Een verschuiving naar rechts betekent dat voor eenzelfde PaO2 waarde de SaO2 waarde lager is Hb laat O2 gemakkelijker los in de weefsels

o Omgekeerd betekent een verschuiving naar links tgv Hypothermie Alkalose Hypocapnie Dat voor eenzelfde PaO2 de SaO2 hoger is

Dat Hb het O2 steviger vasthoudt en dus minder gemakkelijk loslaat in de weefsels

o De verschuiving naar L of R kan uitgedrukt worden door de P50 : Dit is de PaO2 waarbij de SaO2 50% bedraagt In no bedraagt de P50 ong 27mmHg Bij R verschuiving is de P50 toegenomen Bij L verschuiving is de P50 afgenomen

Zuurstofinhoud, oxygen content van arterieel bloed CaO2

o Bestaat ui 2 componenten Overgrote gedeelte uit aan hemoglobine gebonden O2

Minimaal gedeelte uit O2 opgelost in het bloedplasmao CaO2 = ( 1.34 . Hb . SaO2 ) + (0.003 . PaO2 )o Bij een normaal persoon bedraagt de CaO2 20 mL /100mL bloed 20% volume

Hb-gehalte van 15gr/dL SaO2 97% PaO2 van 100 mmHg

o Immers bij 100% O2 verzadiging ( SaO2 = 1) kan er per gr Hb 1.34 mL O2 per 100mL bloed gebonden worden

En per mmHg PaO2 kan 0.003 mL O2 in 100mL bloed opgelost wordeno Zuurstof komt dus in het bloed vooral voor gebonden aan Hb, terwijl slechts een kleine

hoeveelheid opgelost is in het plasma 0.3% volume bij een PaO2 van 100 mmHg

Zuurstoftransport DO2

o Is het product van zuurstofinhoud en hartdebiet QT

DO2 = CaO2 . QT

Anemie is dus ook erg voor de longen Het is een zware longziekte

o Hangt dus af van een adequate werking van 3 orgaanstelsels : Een adequate gasuitwisselingsfunctie van de long

Deze bepaalt immers de PaO2 en de SaO2

Een optimaal Hb-gehalte en een adequaat functionerend beenmerg 14-16 gr/100mL bloed

Een adequate hartpompfunctieo Opdat O2 bovendien correct zou verdeeld worden over de diverse organen en

lichaamsweefsels is een adequeet perifeer vaatstelsel noodzakelijk Zuurstofdistributie

Koolstofdioxidetransport o CO2 wordt in het bloed onder 3 vormen getransporteerd

Opgelost in het plasma Omdat CO2 20x meer oplosbaar is dan O2 is de fractie CO2 die onder opgeloste

vorm in het bloedplasma getransporteerd wordt niet onbeduidendo In tegenstelling tot de fractie opgelost O2

Bedraagt ong 10 % van het totale CO2 transport Onder vorm van bicarbonaat

CO2 reageert met H2O wat leidt tot vorming van H2CO3

Deze reactie vindt voor het grootste deel plaats in de RBC omdat deze hoeveelheden van het enzym koolzuuranhydrase bevatten

H2CO3 dissocieert dan in HCO3−¿ ¿ en H+

Vervolgens diffundeert bicarbonaat uit de RBC in het plasmao Tegelijkertijd diffunderen Cl- ionen uit het plasma in de RBC om de

elektrische neutraliteit aan weerszijden van de celmembraan te bewaren

o chloorshift Bicarbonaat is het belangrijkste CO2 transportmechanisme

Gebonden aan eiwitten Bindt op terminale aminegroepen van eiwitten in het plasma en in de RBC

o Vooral op Hb in de RBC Er worden carbamino-compounds gevormd

o Vb : carbamino-hemoglobine

Perfusie of doorbloeding Q

De pulmonale of kleine bloedsomloopo Bestaat uit

Een pomp : rechterhart Relatief dunwandig Eerder een volume dan een drukpomp

o Dit in tegenstelling met de Lkamer Bloedvaten :

A pulmonalis en haar vertakkingen o Die het gemengd veneuze bloed afvoeren naar de longcapillaireno Wordt gearterialiseerd

Pulmonale venulen en Venen : o Voeren het arteriële bloed naar de L voorkamer

o Is een vaatstelsel waar relatief lage druk en lage weerstand heerst Er is slechts een gering drukverval tussen de ingang en de uitgang

A pulmonalis L kamero De pulmonale arteriën en arteriolen zijn geen weerstandsvaten

Bevatten relatief weinig glad spierweefsel in hun wand Weinig gemusculariseerd

o Bloeddruk van de pulmonale bloedsomloop : 25/8 De gemiddelde (mean) druk in de

A pulmonalis (PAP) = 15mmHg L voorkamer (PLA) = 5mmHg

o Gespierder omdat het bloed moet pompen in een hoge drukcirculatie De gem drukgradiënt bedraagt dus slechts 10 mmHg

De pulmonale vaatweerstand PVR is het quotiënt van deze drukgradiënt en het hartdebiet

o PVR = (PAP−PLA)

QT≅ 10mmHg6 L/min

1.7 mmHgmin/L 100 dynes.sec.cm-5

o SRV = (Paorta−PRA)

QT≅ 100−2mmHg

6 L/min = systemic vascular resistance

Door deze eigenschappen van lage druk en lage weerstand is de pulmonale bloedsomloop in staat het volledige hartdebiet op te vangen, en dit zonder noemenswaardige drukstijgingen

o Zelfs bij toename van het hartdebiet zoals bij inspanningo 2 mechanismen zijn hiervoor verantwoordelijk

Distensie/uitzetting van de relatief compliante/uitrekbare pulmonale vaten In de lagergelegen of dependente longgebieden

Rekrutering/openstellen van vernauwde of afgesloten pulmonale vaten In de hogergelegen of niet-dependente longgebieden

Pulmonale capillairen liggen in de alveolaire wand en zijn blootgesteld aan de druk in de alveolio Hun kaliber wordt bepaald door de transmurale druk van deze alveolaire vaten

Pcap-Palv

Grotere/ ‘extra-alveolaire’ vaten die doorheen het longparenchym lopen, ondergaan radiale tractie van het longparenchym op hun wanden

o Hun kaliber wordt bepaald door het longvolumeo Bij toename van het longvolume dilateren deze vaten passief en neemt hun weerstand af

De grote in de longhilus buiten het longparenchym gelegen vaten zijn blootgesteld aan de pleurale druk Naast de pulmonale bloed bloedsomloop die hoofdzakelijk dient voor de gasuitwisseling bevat de long

een tweede doorbloedingssysteemo Bronchiale bloedsomloopo Onderdeel van de systemische bloedsomloopo Voorziet de bronchiale takken van O2 en energetische substraten

Hypoxische vasoconstrictieo Lokale reductie van de PAO2 beneden de 70 mmHg leidt tot lokale vasoconstrictie/vernauwing

van de pulmonale arteriolen, zelfs in de geïsoleerde/gedenerveerde long Alveolaire hypoxie Door lokale alveolaire hypoventilatie Hierdoor daalt de lokale perfusie

Perfusie past zich aan aan de ventilatie Deze lokale respons is nuttig omdat bloed wordt afgeleid van hypoxische regio’s naar

niet-hypoxische regio’s

VQ

matching verbetert

Rechts-links shunt-effect daalto Veralgemeende hypoxie leidt echter tot veralgemeende pulmonale vasoconstrictie met

Toename van de PAP : pulmonale arteriële hypertensie Overbelasting van de rechterkamer tot gevolg

Door longtumor Door obstructie van de longbronchus

o Dus samengevat : Gedaalde VA shunt gedaalde PAO2 (arteriële hypoxie) Gedaalde VA Gedaalde PAO2 gedaalde Q shunt (alveolaire hypoxie) Nut : hogere mismatching

o Bij normale personen heb je kleine gebieden van mismatching Perfecte matching nodig, als je teveel mismatching hebt maar toch en normale

perfusie en ventilatie val je dood

Regionale verschillen in ventilatie en perfusie

Zelfs in normale longen worden niet alle delen of regio’s in dezelfde mate geventileerdo Hetzelfde geldt voor de longdoorbloeding

Omwille van de zwaartekracht is de ventilatie per eenheid longvolume groter in dependente dan in niet-dependente regio’s

o In een zittende of staande houding wordt de longbasis beter geventileerd dan de longapexo Hetzelfde geldt voor de longperfusie

Hier is de verticale gradiënt tussen dependente en niet-dependente regio’s nog groter dan het geval is voor de ventilatie

Als gevolg van de verticale gradiënten in ventilatie V en pefusie Q, en hun verschil in helling is de o VA/Q ratio in dependente longregio’s lager en <1 dan de ratio in niet-dependente longregio’s (>

1) De dependente longregio’s vertonen een fysiologisch shunt-like effect

o Dus een te hoge Q voor hun mate van VA

De niet-dependente longregio’s vertonen een alveolair dode ruimte effect VD,alv

o Vb : linker long in R zijligo Te hoge VA voor hun mate van Qo De som van VD,anat en VD,alv is de fysiologische dode ruimte VD,fys

Fig 19 : examenvraag ! o X = verticale gradiënto X1= gradiënt groter dan x2

o ∆ op rechterkant liggen : ∆1= rechter long ∆2= linker long

o Het is een isotopen onderzoek door gamma camera’s Fig 20 : long vergeleken met veer

o In rusttoestand FRC zijn de niet-dependente alveoli groter dan de dependente Net zoals de afstand tussen de bovenste windingen van de veer groter zijn dan die van

de ondersteo Bij inademing tot TLC vergroten de ondergeleven alveoli tov de bovengelegen alveoli

De ventilatie onderaan is groter dan bovenaano Dus bij

FRC : Vapax > Vbasis

Inademing/inspiratoire capaciteit = tidal volume + inspiratoir reserve volume

Vapex= Vbasis

TLC : Vapex < Vbasis

Intermezzo

1. Shunt en dode ruimtes

Rechts-links shunt : o Komt overeen met de passage van veneus bloed van het rechter naar het linkerhart zonder

dat dit veneus bloed gearterialiseerd wordt Zonder dat het CO2 afgeeft en O2 opneemt

o Er ontstaat dan veneuze bijmenging waardoor de PaO2 iets lager is dan de Pc’O2

Pc’O2 is de zuurstofspanning van het eindcapillaire bloedo Kunnen intracardiaal voorkomen weliswaar op voorwaarde dat de druk in het Rhart boven die

in het Lhart uitstijgto Kunnen intrapulmonaal voorkomen

Agv een fistel = rechtstreekse verbinding tussen Apulmonalis en V pulmonalis tako In no bestaat er een kleine rechts-links shunt

Veneus bloed dat via de bronchiale venen rechtstreeks naar de L voorkamer terugstroomt

Rechts-links shunt-like effect :o Niet overal in de normale long is de VA/Q verhouding exact gelijk aan 1

Niet overal is de lokale VA exact gematched met de lokale Qo Er bestaan gebieden waar de ratio < 1 is

Waar de lokale VA te laag is in verhouding tot de lokale Q Waar lokale overperfusie heerst

o Vb : thv dependente longregio’s Omgekeerd bestaan er gebieden in de normale long waar de ratio > 1

o Waar de lokale VA te hoog is in verhouding tot de lokale Q Of waar de lokale Q te laag is voor de lokale VA

o Deze overgeventileerde gebieden vertonen een dode ruimte effect VD,alv = alveolaire dode ruimte

2. Longvolumes en longcapaciteiten (samengestelde volumes)

Pg 27 leren Pg52-54 bekijken

o Voor de juiste symboliek te kunnen hanteren

Ademmechanica

In en uitademen (ventilatie) vereist ook de tussenkomst van krachten om verzet tegen beweging te overwinnen

Er vallen 3 belemmeringen te overwinnen : o Inertie : verwaarloosbaar in de normale longo Dynamische frictionele weerstand : vooral van de luchtwegen Raw

o Statische elasticiteit: vooral van long en thoraxwand EL en ECW

Deze belemmeringen noemt men gezamenlijk de mechanische eigenschappen van het ademhalingsstelsel

De kracht nodig om deze mechanische eigenschappen te overwinnen, wordt vooral geleverd door de ademspieren Pmus

o Deels ook door elastische E opgestapeld in de elastische structuren van de longen en de thoraxwand

o Vb : bij inademen moeten de inspiratoire spieren arbeid leveren om lucht te verplaatsen

Bij rustig uitademen is geen expiratoire spierkracht nodig omdat de lucht dan verplaatst wordt door de elastische kracht die tijdens de voorafgaande inademing opgebouwd werd in de elastische structuren van de long Pel,L

o Pmus = E . V + R . V + I . V R . V + I . V dynamisch ! V versnelling

o E (elastance) = 1C

Moeilijk uitrekbaar

o C (compliance) = ∆V∆P

→∆ P=∆VC

=E .∆V

Helling van de curveo E en C hebben met volumewijzigingen te maken = statisch

o R (frictionele weerstand) = drukverschil

debiet=∆ P

V→∆ P=R . V

Om luchtstroom op gang te houden heb je een druk nodig Om wrijving tegen te gaan Geen luchtverplaatsing = geen frictionele weerstand

o R heeft met luchtstroom V te maken = dynamischo I (inertance) heeft met versnelling te maken

Verwaarloosbaar bij rustig ademen long rekt tot op bepaald moment

o om meer te rekken heb je heel veel druk nodig gewicht verhogen :

o Veer wordt uitgerokken, lengte neemt toeo Te veel gewicht , veer breekt

Laag longvolume is meer compliant dan hoog longvolume

1. Statische mechanische eigenschappen

Elasticiteit : o Is de eigenschap van een structuur om aan vervorming te weerstaan

Terug te keren naar haar oorspronkelijke vorm of afmeting nadat ze vervormd werd door een externe kracht

o Hoe groter de kracht nodig om een structuur te vervormen, hoe groter haar elasticiteit

Hoe kleiner die kracht, hoe groter haar compliantieo Elasticiteit en compliantie zijn elkaars tegengestelde :

De wet van Hooke zegt dat de vervorming van een elastische structuur proportioneel is met de toegepaste kracht of distending pressure (∆ Ptm)

o Tot de eleastische limiet bereikt wordto ∆V ∆ Ptm

o Ptm= transmurale druk Het verschil in druk is tussen het inwendige van de structuur en haar buitenzijde Ptm= Pin-Puit

C= ∆V∆ Ptm

∈L/cmH 2O

o Longcompliantie : CL = ∆V∆ PL

PL = Palv-Ppl

= Pel,L = elastic recoil pressure

o Thoraxwandcompliantie CCW=∆V∆ PCW

PCW= transthoracale druk = Ppl-Pbs

Pbs = druk thv het lichaamsoppervlak (body surface)

o Compliantie van het totale respiratoir systeem CRS=∆V∆ PR S

PRS = transrespiratoire systeemdruk = Palv-Pbs

o PRS is de som van de PL en PCW omdat de long en de thoraxwand in serie geschakeld zijn :

PRS = PL+PCW

= (Palv-Ppl) + (Ppl-Pbs) = Palv-Pbs

o Hoe groter ∆V voor een bepaalde ∆ P, hoe groter de compliance, hoe rekbaarder het systeem

Statische drukvolumecurve van de longo Na volledige inademing tot TLC , 100% VC, word op verschillende niveaus van deflatie

telkens de statische PL gemeten Tot RV of 0% VC

o Op de statische PL te meten wordt de uitademing/deflatie telkens voor enkele seconden onderbroken door de persoon te laten relaxeren tegen een gesloten mondklep

o De druk die dan thv de mond gemeten wordt kan gelijkgesteld worden aan de Palv op dat longvolume

Op voorwaarde dat de glottis open is en er een vrije verbinding tussen de mond en de alveoli bestaat

o Tegelijkertijd meet men de oesofageale druk dmv een ballonsonde via de neus ingebracht in de slokdarm

Poes benadert de Ppl

o Het verschil (Palv-Poes) is de statische PL op dat longvolume Dus de Pel,L

o Door dit manoeuvre stap voor stap te herhalen vanaf TLC tot RV en de gemeten PL te plotten op de xas tegen het overeenkomstig longvolume op de yas

Verkrijgt men de statische deflatie drukvolumecurve van de long Deze curve is alineair : steil bij laag longvolume en vlak bij hoog longvolume De helling ∆V /∆ P van deze curve is de longcompliantie

Deze helling is steil dus de CL is groot bij laag longvolume en in het gewone adembereik

o Betekent dat er weinig ademarbeid of kracht dient ontwikkeld te worden om rustig te ademen

o Kleine drukveranderingen leveren relatief grote volumeveranderingen op

Bij hoog longvolume , > 75%VC, is de helling vlak dus de CL laago De long wordt stugger naargelang we dieper inademen

Benadert haar elastische limieto Meer ademarbeid of kracht nodig om het longvolume verder te doen

toenemeno Fig 23: deflatie drukvolumecurve van de long

Xas = transmurale druk Positief over gans het VC bereik

MV : minimaal volume van de long bij PL = 0 Wnnr de long uit de thorax zou genomen worden

De helling is de compliantie die duidelijk afhankelijk is van het longvolume Op FRC kost het heel weinig moeite, lage longdruk, om een groot volume in te ademen

Long gedraagt zich zeer compliant Eenzelfde tidal volume inademen op een hogere longvolume zal veel moeilijker gaan

Meer druk nodig Minder compliance

Oppervlaktespanningo Ter hoogte van de alveoli bestaat er een interface tussen

de lucht in de alveoli het laagje vocht aanwezig op het alveolair epitheel oppervlak

epithelial lining fluid de moleculen van deze vloeistoffilm worden tot elkaar aangetrokken

waardoor een oppervlaktespanning ontstaato elastische huid

o T = surface tension Draagt in belangrijke mate bij tot de elasticiteit van de long Heeft tot gevolg dat bolvormige structuren, de neiging

vertonen te collaberen/krimpen waardoor een interne druk gegenereerd word

Zoals de alveoli Wet van Laplace : P = 4T/r

o r = straal van de bolvormige structuuro fig 24 :

A : oppervlaktespanning T is de kracht uigeoefend doorheen een denkbeeldige lijn in een vloeistofoppervlak

B : oppervlaktekrachten in een zeepbel trachten te oppervlakte te verkleinen waardoor een druk in het lumen wordt opgebouwd

C : volgens de wet van laplace is de druk in kleinere alveoli hoger dan in grotere alveoli

Waardoor de kleinere leeglopen in de grotere en dus collabereno De T thv de alveolaire lucht-vloeistof interface draagt bij tot de elasticiteit van de long

Aangetoond door het feit dat de long veel complianter is wnnr ze gevuld is met een fysiologische zoutoplossing

NaCl 0.9% Waardoor de lucht-vloeistof interface en dus de oppervlaktespanning T

verdwijnt Fig 25 : PV curve gevuld met lucht (R) en vocht (L)

Met vocht gevuld is de long veel complianter : steilere helling + Lverschuiving en naar boven geshift

T draagt dus zeker bij tot de longelasticiteit Plat in beide richtingen af naar een plateau

o Hysterese : in en uitademen hebben een andere curveo Een rechtstreeks gevolg van de T is dat kleinere alveoli de tendens hebben om te collaberen en

zich te ledigen in de grotere alveoli Immers hoe kleiner de straal, hoe groter de inwendige P voor eenzelfde T Dat dit bij normale longen niet gebeurt is te wijten aan de aanwezigheid van

surfactans Een substantie die de oppervlaktespanning verlaagt Bestaat voor 10% uit surfactansspecifieke glycoproteïnen (SP A.B.C) en voor

90% uit fosfolipiden (DPPC )o DPPC = dipalmitoyl phosphatidyl choline

Geproduceerd door de type II alveolaire epitheelcelleno Bevatten osmiofiele gelamelleerde lichaampjeso Hoewel deze geen neuronale verbindingen vertonen kan de productie

van surfactans opgedreven worden door de N vagus beta-adrenerge agonisten

wnnr de perfusie van een longregio onderbroken wordt ontstaat er een lokaal tekort aan surfactans

o waardoor lokaal de T toeneemt en de aangedane regio collabeert surfactans reduceert de T vooral bij afname van het alveolair volume

o Omdat DPPC moleculen dan dichter bij elkaar liggen en meer afstoten Voordelen van surfactans zijn :

o Verlaging van de alveolaire T waardoor de CL verhoogt en de te leveren ademarbeid daalt

o Toename van de stabiliteit der alveoli Ander mechanisme hiervoor is interdependence

De onderlinge samenhang tussen aangrenzende alveoli

o Afname van transsudatie van vocht uit capillairen in alveolio Naast de oppervlakte spanning wordt de elasticiteit van de long ook nog bepaald door het

longweefsel zelf : De epitheel en endotheelcellen zijn compliant De glycoproteïnen in de weefselmatrix zijn compliant De interstitiële elastinevezels zijn compliant De collageenvezels niet gemakkelijk gerekt kunnen worden

o IRDS : Ernstige inspiratoire insufficiëntie bij de pasgeborene

Collaps longen Verhoogde transsudatie

Door het nog niet matuur zijn van het surfactant Statische drukvolumecurve van de thoraxwand

o Onder het begrip thoraxwand verstaat men Het geheel van de dorsale wervelzuil Ribrooster met de intercostaalspieren Diafragma abdomen

o Ook de thoraxwand is een elastische structuur die op elk thoracaal volume een elastische druk ontwikkelt :

PCW=Ppl-Pbs

o Op FRC is de uitwaarts gerichte en negatieve PCW exact gelijk aan de inwaarts gerichte en positieve PL

TEGENGESTELD in tekeno Boven de FRC stijgt de PCW lineair met het thoracaal volume : distensie

De CCW is er ongeveer dezelfde als de CL

o Net boven de FRC, in het normale adembereik, is de PV curve van de thoraxwand steil/compliant en nog steeds negatief

Wat betekent dat de elasticiteit van de thoraxwand hier de inademing helpto Op longvolumes boven 50% van de VC wordt inademen moeilijker omdat hier de PCW, net als

de PL, positief iso Beneden FRC wordt de PCW nog meer negatief : compressieo Fig 26 :

L werd de passieve PVcurve van de thoraxwand toegevoegd aan de grafiek van 23

Voor de PV curve van de thoraxwand komt de transmurale druk op de xas nu overeen met de PCW (transthoraxwand druk)

Statische drukvolumecurve van het respiratoir systeemo Longen en thoraxwand bewegen tezamen

Het pleuraal vocht koppelt beide structuren hydraulisch aan mekaar, zodat hun volumeveranderingen dezelfde zijn

o Op elk longvolume is de PRS de som van PL en PCW

o OP FRC zijn PL en PCW gelijk maar tegengesteld PRS = 0o Fig 27 zijn de curves van de long en thoraxwand samengeteld, waardoor de

gestreepte curve bekomen wordt Dit is de statische PVcurve van long + thoraxwand, dus van het totale respiratoire

systeem Deze curve stelt de reële elastische last voor die tijdens in vivo ademen dient

overwonnen te worden Voor inademen boven FRC is inspiratoire spierkracht nodig Om uit te ademen beneden FRC is expiratoire spierkracht nodig

2. Dynamische mechanische eigenschappen

Tijdens in en uitademen is het respiratoire systeem in beweging en ontstaat er wrijving tussen aangrenzende structuren en weefselelementen

o Er dient dan frictionele weerstand tegen luchtstroom overwonnen te worden De totale frictionele weerstand Rtot bestaat voor

o 20% uit de weefselweerstand Rtissue

Gevolg van viskeuze krachten in longweefsel en thoraxwando 80% uit luchtwegweerstand Raw

Gevolg van wrijving tussen gasmoleculen onderling en met de luchtwegwanden Wordt analoog met de wet van Ohm bepaald door het drukverschil tussen

mond en alveoli enerzijds luchtstroom/debiet anderzijds

Raw = ∆ PV

=(Pmond−Palv)

V∈cm H2O

L/sec

In de kleinere perifere luchtwegen is de weerstand groter dan in de hoge luchtwegen Omdat de globale diameter eigenlijk toeneemt

o Rtot = Rtissue + Raw

Het drukverval in de luchtwegen en dus de weerstand situeert zich o Vooral in de middelgrote bronchio Voor slechts 20% in de kleine bronchioli

Zogenoemde small airwayso Fig 28 weerstand in diverse generaties van luchtwegvertakking Huh ???

Hoog in segmentale bronchi Laag in de gezamelijke perifere bronchioli, small airways Trompetmodel

In de hogere centrale luchtwegen is de weerstand groter

Kleine luchtwegen gaan exponentieel verdubbelen Flow hoogst in bovenste luchtwegen, snelheid daalt naar de periferie toe

Dat de kleine bronchioli in relatief geringe mate bijdragen tot de Raw is te verklaren door het feit dat de small airway’s zeer talrijk zijn en bijgevolg een grote gezamelijke doormeter vertonen

o Gevolg is dat er reeds aanzienlijke pathologiënen/ obstructies in deze kleine perifere bronchioli kan aanwezig zijn vooraleer dit resulteert in en gedetecteerd kan worden door een toename van de Raw

In de luchtwegen vinden diverse types luchtstroom of stroomregimes plaats : o Laminair : in de kleine perifere en terminale bronchioli

Hun gezamelijke doormeter is zo groot waardoor de stroomsnelheid er zo laag is zodat het Reynolds getal ook zeer laag is (ong gelijk aan 1)

Reynolds getal = Re = 2r . v . d

no r = de straal van de buiso v = de stroomsnelheid van het gaso d = de densiteit van het gaso n = viscositeit van het gas

Reynolds getal bepaalt of stroomregimes in rechte, gladde buizen o Laminair zijn : Laag Reo Turbulent zijn : hoog Re

Voor laminaire stroomregimes, cilindrische buizen, geldt de wet van Poiseuille

V= ∆P .π . r4

8n . lo V = het debieto ∆ P= het drukverval langs de buiso r=de straal vandebuiso n = de viscositeit van het gaso l = lengte van de buis

het debiet wordt dus vooral bepaald door de buiso r wordt tot de 4de macht verheveno Vernauwing van de buis met 50% zal leiden tot een 16voudige afname

van het debiet Dus een 16voudige toename van R

Bij laminaire stroomregimes bepaalt ook de viscositeit van het gas/de vloeistof het debiet

De wet vereenvoudigen :

o V= ∆PR

of ∆ P=K1. V

o Een lineair verband tussen de druk en het debiet waarbij

R = 8n .lπ .r 4

o Turbulent : bovenste luchtwegen Ontstaat bij een Reynolds getal > 2000 en wordt dus vooral aangetroffen in

de trachea

De totale straal is relatief klien waardoor de stroomsnelheid en dus ook Re zeer hoog zijn

Het verband tussen∆ P en V is niet lineair maar exponentieel ∆ P= K2 . V 2

De gasdensiteit n heeft ook een belangrijke impacto Transitioneel

Tussen de trachea en de terminale bronchioli Ten gevolge van de terugslaggolven die ontstaan thv de luchtwegsplitsingen

of bifurcaties Globaal : ∆ P=K1. V + K2 . V 2

Waarbij K1 = 2.4 en K2 = 0.03 Lange smalle buizen hebben veel weerstand dus grote drukken en kracht nodig om daar lucht door te

krijgen

a. Factoren die de luchtwegweerstand Raw beïnvloedeN

Longvolumeo Bij toename van het longvolume V neemt de elastic recoil pressure van de long toeo Dit veroorzaakt een toename van de radiale tractie van het omringende longweefsel op de

luchtwegeno Het longweefsel, de alveolaire septa, zitten vastgehecht dmv alveolar attachments op de

buitenwand der luchtwegen Deze verbreden, r neemt toe, waardoor de Raw alineair afneemt en de

luchtwegconductantie lineair toeneemt : Gaw= 1/Raw

o Fig 30 : De Raw daalt alineair met toename van het longvolume De luchtwegconductantie is het omgekeerde van de Raw

Stijgt lineair met toename van het longvolume Fysische eigenschappen van het gas : densiteit d en viscositeit n

o Een gas e-met lage d verlaagt het Re Turbulentie neemt af Debiet neemt toe daar waar turbulente stroomregimes overheersen

o In geval van vernauwing of stenose van de trachea zal de turbulentie en dus de weerstand nog toenemen

o Men kan de luchtstroom verhogen, ademarbeid verlagen, door de patiënt met tracheastenose heliox te laten ademen ipv lucht

Mengsel van 20% O2 en 80% helium Lucht is 21% O2 in 78% N2

De densiteit van heliox is veel lager dan die van luchto Anderzijds verhoogt het inademen van viskeuze gassen de weerstand in zones waar laminaire

stroomregimes overheersen Perifere small airways

Bronchomotore tonus :

o De wand van de luchtwegen bevat glad spierweefsel dat bij contractie aanleiding geeft tot luchtwegvernauwing en toename van de Raw

bronchoconstrictieo De normale tonus van het bronchiaal spierweefsel staat onder controle van het autonoom

zenuwstelsel De parasympathicus NX innerveert met haar postganglionaire vezels rechtstreeks de

bronchiale gladde spieren Vooral in de meer centrale luchtwegen Acetylcholine release veroorzaakt er een lichte graad van bronchoconstrictie,

de normale bronchomotore tonus De orthosympathicus innerveert niet rechtstreeks het bronchiaal spierweefsel

Haar postganglionaire vezels grijpen wel inhiberend in op de parasympathische ganglia

Hierdoor zal bij toename van de osy activiteit de bronchomotore tonus verminderen

o Luchtwegen verwijden of dillatereno In het bloed circulerende catecholamines, afkomstig van het bijniermerg, werken rechtstreeks

in op β2-adrenerge receptoren gelokaliseerd in het bronchiaal glad spierweefsel Meer perifere luchtwegen Leiden er tot bronchodilatatie

o Het bronchiaal glad spierweefsel wordt ook beïnvloed door de PACO2

Daling ervan leidt tot bronchoconstrictieo Bronchiaal spierweefsel ook beïnvloed door mediatoren afkomstig van mastcellen en andere

inflammatoire cellen Histamine Leukotriënen Veroorzaken bronchoconstrictie

o Bij COPD en astma geven ze anticholinergica Parasympathiconergica ?????

o Hypocapnie bronchoconstrictie

3. Geforceerde/ maximale ex en inspiratie

Dit is een veel gebruikt manoeuvre voor de meting van de dynamische mechanische eigenschappen van de long en luchtwegen

De proefpersoon dient na een rustige inademing tot TLC zo snel, kracht en volledig mogelijk zijn/haar geforceerde VC (vitale capaciteit) uit te ademen tot RV bereikt wordt

o Vervolgens zo snel, krachtig en volledig mogelijk vanaf RV zijn/haar VC opnieuw in te ademen tot TLC bereikt wordt

Tijdens dit manoeuvre meet men continu de volumeverandering, de tijd en het instantaan debiet aan de mond

o Dmv een spirometer ∆Vo Dmv een debietmeter V

Mass flow sensor

Anemometer pneumotachograaf

Men verkrijgt een spirogram V/t curve of een debiet-volume lus o Belangrijke parameters kunnen bepaald worden

FVC in L FEV1 : forced expired volume in 1 second, eensecondewaarde in L FEV1/FVC ratio : tiffeneau index PEF : expiratoire piekstroom L/sec PIF : inspiratoire piekstroom L/sec FEFX : maximale of geforceerde expiratoire debieten gemeten op welbepaalde

longvolumes met name na uitademen van 25,50,75 % van de VC, in L/sec FIFX : maximale of geforceerde inspiratoire debieten gemeten op welbepaalde

longvolumes met name na inademen van 25,50,75 % van de VC, in L/seco De geforceerde inspiratoire debieten, af te lezen uit de MIFV curve zijn over gans het bereik

van de VC afhankelijk van de beschikbare en aangewende inspiratoire spierkracht

Effort dependent De weerstand in de extrathoracale bovenste luchtwegen

RUA,extrathoracaal

Duurt meestal 1-2 sec De geforceerde expiratoire debieten zijn tijdens uitademing van het eerste 1/3 van de VC eveneens

afhankelijk van o De beschikbare en aangewende expiratoire spierkrachto De weerstand in de intrathoracale centrale of proximale luchtwegen

RUA,infrathoracaal

In intrathoracaal gedeelte van de trachea en de grotere bronchiale takken Tijdens geforceerde uitademing van de laatste 2/3 van de VC worden de maximale expiratoire debieten

onafhankelijk omdat er nu dynamische compressie van de proximale intrathoracale luchtwegen ontstaato Effort independento Geforceerde expiratoire expiratie duut 5-6 sec

Bij aanvang van een geforceerde uitademing vanaf TLC wordt, door contractie van de expiratoire spieren, de druk rondom de intrathoracale luchtwegen, met name de pleurale druk sterk positief

o Vb + 38 cmH2Oo Vermits op dat ogenblik de monddruk atmosferisch is = 0, ontstaat expiratoire luchtstroom

van de alveoli naar de mondo Ten gevolge van de Raw zal de intraluminale druk Pil in de luchtwegen geleidelijk vervallen van

+38 in de alveoli tot 0 aan de mondo Ergens in de luchtweg tussen alveoli en de mond bestaat er dus een punt waar P il=Ppl

Equal pressure point EPP Waar de transmurale druk gelijk is aan nul : Pil-Ppl

Stroomopwaarts van dit EPP is de Ptm positief en zijn de luchtwegen breed open Pil > Ppl

Stroomafwaarts van het EPP is de Ptm negatief en worden de luchtwegen samengedrukt

Pil < Ppl

Er ontstaat dynamische compressie Leidt tot luchtstroombeperking

Vermits de gedeelten van de luchtweg stroomopwaarts en stroomafwaarts van het EPP in serie staan moet de maximale stroom doorheen de beide segmenten gelijk zijn

Vmax kan dus beschreven worden door de drukgradiënt en de weerstand die stroomopwaarts van het EPP van toepassing zijn

o Met name in het luchtwegsegment tussen alveoli en het EPP

˙V max=Palv−Pil , EPP

RUS

o Pil , EPP = intraluminale druk thv EPPo RUS = weerstand van het luchtwegsegment stroomopwaarts van EPP

Vermits thv het EPP Pil=Ppl kan men stellen dat

˙V max=Palv−Ppl

RUS =

P el , L

RUS

Dit betekent dat zodra zich een EPP vormt, het maximaal haalbare debiet op elk welbepaald longvolume enkel nog afhankelijk is van

Mechanische eigenschappen van de long : haar elasticiteit De stroomopwaartse luchtwegen : weerstand Vmax is dus onafhankelijk van extra aangewende expiratoire spierkracht

Aanwending van extra spierkracht verhoogt wel de Palv

Waardoor in principe V zou kunnen toenemen Maar verhoogt ook de Ppl rond de intrapulmonaal gelegen luchtwegen

stroomafwaarts van het EPPo Waardoor dynamische compressie ontstaat en R dus toeneemt en V

afneemt VC < 70% : luchtwegobstructie

o Verlies totale longelasticiteito Dus als min 70% TLC niet meer kan uitgeademd worden in 1sec

Naukeurige interpretatie van de debiet-volumelus FVloop laat toe afwijkingen te detecteren en te lokaliseren

o Daling van PEF wijst op een expiratoire spierzwakte of obstructie thv de intrathoracale bovenste luchtweg

o Daling van de eind-expiratoire debieten wijst op gedaalde Pel,L

Dus toegenomen CL Of toegenomen weerstand/obstructie van de perifere stroomopwaartse kleine

luchtwegeno Daling van de inspiratoire debieten wijst op inspiratoire spierzwakte

Of op obstructie thv de extrathoracale bovenste luchtweg Van mond/neus tot thoracic inlet

Fig 31 : De debiet volume luso MEFV : maximal expiratoir flow Volume curve

In begin zeer steil naar piek en dan lineaire daling Piek : PEF : piek expiratory flow

o MIFV : maximale inspiratoire flow volume curve

Laatste 30-25 % beschrijft RUS Andere vorm curve, sikkelvormig, de piek valt in het midden rond FIF 50% ∆ P is inspiratoire spierkracht, bepaalt hoe hoog PIF is

o VC in 4 gelijke delen verdelen : 1ste punt : FEF 25% : forced expiratory flow na uitademen van 25% Volume

o V= ∆PR

diagnostisch gebruiken samen met de curve

Weerstand in periferie als bijna alle VC uitgeademd is (75%) Fig 32 : geforceerde expiratie :

o ∆ P tussen mond en alveoli door aanspannen spieren, voor het creëren van een flow

Ademcontrole

Het normale en vooral merkwaardig constant houden van de arteriële bloedgassen in zeer uiteenlopende omstandigheden als rust, slaap en inspanning is de danken aan een fijn, getuned ademcontrolesysteem

o PaO2

o PaCO2

o pH Systeem bestaat uit

o Een centrale controller die afferente info, uit diverse types sensoren en receptoren ontvangt Zal deze info integreren en coördineert Zal hierdoor via efferente banden de activiteit van de effectororganen/ademspieren

besturen Hierdoor verandert de minuutventilatie en het effect daarvan wordt opnieuw via

sensoren doorgeseind naar de centrale controle Past output aan feedback mechanisme

1. De centrale controller

Bestaat uit diverse groepen neuronen, verspreid over de medulla oblongata (formatio reticularis) en de pons

In de klassieke beschrijving van de centrale controller onderscheidt men : o DRG : dorsale respiratoire groep neuronen met inspiratoire activiteito VRG : ventrale respiratoire groep neuronen met een expiratoire activiteito Deze neurongroepen zijn verbonden met de motorische kernen van de ademspieren in het

ruggenmerg Niveau C3-C5 voor de kern van de N phrenicus de motorische zenuw van het diafrafma Niveau D1-D12 voor de kernen van de N intercostali de motorische zenuwen van de

Mm intercostali Beide neuronengroepen liggen in de medulla

o In de pons bevinden zich 2 andere groepen respiratoire neuronen Het apneutisch centrum AC in de lagere pons

AC stimuleert de inspiratoire DRG neuronen in de medulla

Het pneumotaxisch centrum in de hogere pons PC PC inhibeert de inspiratoire DRG neuronen in de medulla

Dus op deze manier wordt de intrinsieke periodieke afvuuractiviteit van de DRG neuronen gemoduleerd

In de meer recente beschrijving van de centrale controller onderscheidt men o 3 neuronengroepen in de medulla A, B en C

Groepen A en B zijn tonisch actief en sturen inspiratoire impulsen naar de motorische kernen van de inspiratoire ademspieren

Groep B wordt hierbij gestimuleerd door groep A Stimuleert zelf groep C

Groep C is de inspiratoire cutoff switch die inhiberende impulsen naar groep A stuurt Inademing blijft niet doorgaan maar stopt

De feedback afkomstig van diverse sensoren werkt in op deze verschillende neuronengroepen

o 1 neurongroep vooraan in de pons P(neumotaxisch)o De informatie afkomstig van de sensoren bereikt de diverse neuronengroepen van de centrale

controller via afferente sensorische zenuwbaneno Het gehele ademcontrolesysteem leidt tot een automatische ventilatie

Die vooral metabool gestuurd wordto Echter via zenuwbanen afkomstig van de hersenen* kan op deze , krachtige automatische

metabole sturing, ingegrepen worden om de ventilatie aan te passen aan bijzondere omstandigheden°

* cortex, limbisch systeem en hypothalamus °vrijwillige hyperventilatie, apneu, niet-ventilatoire functie van de effectororganen

Hoesten, niezen,spreken,slikken

2. Sensoren of receptoren

Er bestaan verschillende types sensoren of receptoreno Chemoreceptoren zijn gevoelig voor veranderingen in de PO2, PCO2 en/of pH van de vloeistof

waarin ze badeno Longreceptoren en proprioreceptoren zijn gevoelig voor beweging , druk, T°, chemische

substanties, partikels, luchtstroom of volumewijziging Begin inspanning prikkelen proprioreceptoren

Disproportionele verhoging minuutventilatie Door hyperventilatie stijging PaCO2

Centrale chemoreceptoren : o Onder het ventro-lateraal oppervlak van de medulla

Dicht bij de centrale controllero Baden in het extracellulair hersenvocht ECVo Zijn gevoelig voor veranderingen in de pH van het ECV en CSV

In geval van hypoventilatie (gedaalde VA) stijgt de PaCO2 en daalt de pH, dus toename van de H+conc in het bloed dat door de cerebrale arteriën stroomt

Respiratoire acidose, hypercapnie

Hypercapnie leidt tot cerebrale vasodilatatie, waardoor de hersenfunctie toeneemt De bloed-hersen barrière is weinig doorgankelijk voor H+ en bicarbonaationen

CO2 diffundeert er vlot doorheen Toename van het CO2 gehalte in het ECV van de hersenen en in het CSV doet er de pH

snel dalen, vooral omdat de buffercapaciteit van het ECV en CSV gering is Deze lokale pH daling wordt gevoeld door de centrale chemoreceptoren, die de

nabijgelegen A groep stimuleren Hierdoor nemen de VE en VA toe, waardoor de PaCO2 opnieuw daalt

o Dus de centrale chemoreceptoren reguleren de PaCO2 via aanvoelen van veranderingen in pH van het CSV

Perifere chemoreceptoreno Deze bevinden zich thv

De A carotis bifurcatie : carotid bodies De aortaboog : aortic bodies

o Zijn opgebouwd uit glomuscellen en baden in het arteriële bloedo Ze zijn uiterst gevoelig voor PaO2 veranderingen beneden 60mmHg

En in minder mate voor afame van de pH en toename van de PaCO2

o Hun activatie leidt via excitatie van de groep A neuronen tot een hyperbole toename van de VE

en de VA waardoor de PaO2 toeneemt en de pH en PaCO2 respectievelijk toe en afnemeno Dat de PaO2 en niet de CaO2 de specifieke stimulus is voor de perifere chemoreceptoren blijkt

uit het feit dat anemie, carboxyhemobglobinemie en methemoglobinemie geen ademstimulatie teweegbrengen

Deze toestanden leiden tot een daling van de CaO2 maar niet van de PaO2

o Forse daling van de perfusie van de carotid bodies stimuleert wel de perifere chemoreceptoren

Longreceptoreno Stretch receptoren

Mechanoreceptoren Gevoelig voor long of luchtwegdistensie : inflatie Bevinden zich in het glad spierweefsel van de luchtwegen Via de N vagus brengen ze hun info naar de centrale controller B groep De B groep activeert de C groep die op haar beurt de A groep inhibeert Dit resulteert in inhibitie van inspiratoire spieractiviteit, vooral door verlenging van de

expiratoire fase en dus dalen van de ademfrequentie : bradypneu Deze Hering Breuer inflatie reflex belet overinflatie, maar is bij volwassen pas actief bij

een VT > 1Lo Irritant receptoren

Tussen de epitheelcellen van de luchtwegmucosa Vooral bovenste luchtwegen

Gevoelig voor schadelijke gassen ,rook, stofdeeltjes, koude lucht, … Via de afferente N vagus leidenz e tot reflex bronchostrictie en/of hyperpneu

o Jreceptoren Juxta capillaire Zitten in de alveolaire wanden dus in longinterstitium

Gevoelig voor capillaire congestie en toename van extravasculair longwater/longoedeem

Via afferente Cfibers in de N vagus leidt dot ofwel tot apneu ofwel tot snel en oppervlakkig ademen

Thoraxwandreceptoreno Costochondrale gewrichten, intercostale spierpezeno Mechanoreceptoreno Gevoelig voor de staat van contractie van de inspiratoire spiereno Via de N intercostales brengen ze deze info over naar de centrale controller Bgroep wat leidt

tot inhibitie van de inademingo In de gewrichten van de ledematen zitten gelijksoortige receptoren

Bij het begin van een fysieke inspanning leiden ze tot toename van de VE buiten proportie tot de CO2 productie en O2 behoefte op dat ogenblik

Arteriële baroreceptoreno In aorta en sinus caroticuso Leiden tot dalen van de ventilatie bij hypertensie en toename van de ventilatie bij hypotensie

Bovenste luchtwegreceptoreno In de neus, nasofarynx, larynx en tracheao Mechanoreceptoren en chemisch gevoelige receptoreno Wnnr gestimuleerd leiden tot hoesten, niezen en constrictie

3. Hypercapnische en hypoxische ventilatoire respons

De integriteit van het centraal ademcontrolesysteem kan beoordeeld worden door meting van de hypercapnische en/of hypoxische ventilatoire responsen

o De mate waarin VE toeneemt in antwoord op arteriële hypercapnie, hypoxemie Hypercapnische ventilatoire respons :

o Om de PaCO2 te doen stijgen, kan men de persoon doen rebreathen Uitgeademde lucht wordt opgevangen in een ballon, van waaruit opnieuw ingeademd

wordt Hierdoor stijgt de PACO2 en dus ook de PaCO2, geleidelijk boven de 40mmHg

Hierna kan de ventilatoire respons op hypercapnie gemeten worden Bij rebreathing zullen ook de PAO2 en PaO2 dalen, zodat deze methode een gemengd

hypercapnisch-hypoxische respons meeto Om een zuiver hypercapnische respons te meten kan men de proefpersoon een gasmengsel

van 7% CO2 en 93% O2 doen inademen Hoge FIO2 belet het ontstaan van arteriële hypoxemie Normaal neemt de VE toe met 2-3L/min per mmHg toename van de PaCO2

Deze lineaire respons beoordeelt vooral de integriteit van de centrale chemoreceptoren en centrale controller

Px= Pb . Fx

PICO2 = Patm . FICO2 = 760 . 0.07 = 53.2 mmHgo normaal

53.2 > 40 (art) of 46 (ven)mmHg CO2 loopt in lichaam

o Stijging PaCO2

o Bij simultane arteriële hypoxemie is de lijn die de PaCO2/VE relatie beschrijft steiler en naar links verschoven :

Voor elke PaCO2 is de VE hoger bij hypoxemie dan in geval van normoxemie Hypoxische ventilatoire respons

o Om de PaO2 te doen dalen, laat men de proefpersoon en hypoxisch gasmengsel inademen FIO2 < 21% Verrijkt met CO2 om de PaCO2 constant te houden op 40mmHg Zonder CO2 verrijking ontstaat tgv hypoxische stimulatie van de ventilatie een arteriële

hypocapie, wat de ventilatie gaat dempeno Arteriële hypoxemie, beneden de 60mmHg veroorzaakt vooral via de perifere

chemoreceptoren een toename van de VE