In- en uitademen wordt bewerkstelligd door activatie en relaxatie van de ademhalingsspieren, waarvan het diafragma (middenrif) de belangrijkste ademhalingsspier is. Het diafragma staat in rusttoestand bol, vlakt af tijdens de inspiratie en gaat tijdens de expiratie weer naar zijn oorspronkelijke rusttoestand. Daarnaast kunnen de hulpademhalingsspieren, zoals de intercostaalspieren (spieren tussen de ribben), gebruikt worden. De hulpademhalingsspieren worden ingeschakeld als iemand bijvoorbeeld moeite heeft met ademhalen. De ademhalingsspieren zorgen ervoor dat er een drukverschil ontstaat tussen de buitenlucht en de longen, waardoor lucht de longen in- en uit kan gaan.

De borstkas (ribbenkast) heeft van nature de neiging om uit te zetten, terwijl de longen het liefst in elkaar willen vallen. De longen zijn omgeven door de pleura (longvlies) (AFBEELDING 1). De pleura is een dubbelgevouwen vlies, waarbij twee lagen worden onderscheiden. De binnenste laag is de viscerale pleura en zit vast aan de longen. De buitenste laag is de pariëtale pleura en zit onder andere vast aan de borstkas en het diafragma. De ruimte tussen deze lagen wordt de pleuraholte genoemd waarin een klein laagje vocht zit. Dit vocht smeert de oppervlakken van de pleura en zorgt ervoor dat ze tijdens het ademen over elkaar kunnen glijden.

Doordat er aan beide kanten van de pleura wordt getrokken (aan één zijde door de borstkas en aan de andere zijde door de longen) wordt de druk in de pleuraholte kleiner (AFBEELDING 2). De druk binnenin de longen wordt bepaald door de druk die heerst in de alveoli. In de alveoli heerst in rusttoestand, als iemand net heeft uitgeademd en wil gaan inademen, dezelfde druk als de buitenlucht (760 mmHg). Dat komt omdat de alveoli in direct contact staan met de buitenlucht. De druk in de pleuraholte, ook wel de intrapleurale druk genoemd, is in rusttoestand lager (756 mmHg). Hogere druk gaat altijd richting een lagere druk. Dat betekent dat de longen worden aangetrokken tot de lagere druk die in de pleura heerst en op deze manier open worden gehouden. Hetzelfde principe geldt voor de borstkas; de borstkas staat in contact met de aangrenzende buitenlucht. De borstkas heeft daardoor een druk van 760 mmHg. Dit is hoger dan de intrapleurale druk. De borstkas wordt daardoor aangetrokken door de lagere intrapleurale druk en wordt hierdoor tegengehouden om uit te zetten. Het is dus een evenwicht van krachten: aan de ene kant trekken zowel de longen als de borstkas aan de pleurabladen, waardoor de intrapleurale druk lager wordt. Aan de andere kant zorgt het drukverschil ervoor dat de longen en de borstkas worden aangetrokken tot de pleuraholte.

Bij een pneumothorax (klaplong) komt er lucht in de intrapleurale ruimte terecht, waardoor de intrapleurale druk hetzelfde wordt als die van de buitenlucht (760 mmHg). Hierdoor kan de borstkas zich uitzetten en valt een long in elkaar.

Dit is een stap voor stap overzicht wat er precies gebeurt tijdens de in- en uitademing (AFBEELDING 3):

• Rusttoestand: ademhalingsspieren zijn gerelaxeerd. Intrapleurale druk is 756 mmHg en in de alveoli, die in contact staan met de buitenlucht, heerst een druk van 760 mmHg. Er is geen luchtflow aanwezig.

• Inademing: activatie van ademhalingsspieren. Door activatie van de ademhalingsspieren wordt er harder getrokken aan de pariëtale pleura —> intrapleurale druk wordt negatiever (bijv. 754 mmHg) waardoor de longen nog meer worden opengetrokken —> druk in alveoli wordt lager t.o.v. buitenlucht doordat er meer ruimte vrijkomt in alveoli —> buitenlucht stroomt richting alveoli.

• Uitademing: ademhalingsspieren relaxeren —> intrapleurale druk gaat weer richting 756 mmHg —> de longen veren passief terug naar hun oorspronkelijke positie —> druk in alveoli wordt hoger t.o.v. buitenlucht omdat de ruimte in alveoli weer kleiner wordt —> lucht stroomt richting de buitenlucht.

De longcompliantie is een maat voor de rekbaarheid van de longen om zich uit te zetten en in te krimpen (zie ‘extra’ voor de officiële definitie van longcompliantie). Bij een lage longcompliantie is er sprake van weinig rek. Hierdoor wordt het lastiger om de longen uit te kunnen zetten, maar vallen vervolgens makkelijk terug naar hun oorspronkelijke rusttoestand. Bij een hoge longcompliantie zijn de longen juist in staat gemakkelijk uit te zetten, maar veren de longen minder snel terug naar hun oorspronkelijke rusttoestand. Er zijn twee belangrijke componenten die de longcompliantie bepalen:

• Surfactant. Dit is een stof die door type II pneumocyten van de alveoli wordt aangemaakt en ervoor zorgt dat de oppervlaktespanning binnenin de alveoli wordt verkleind. De oppervlaktespanning is het resultaat van de aantrekkingskrachten tussen vloeistofmoleculen onderling bij een vloeistof-gasovergang. Voorbeeld met water: aan de oppervlakte staan watermoleculen in contact met lucht. De aantrekkingskracht tussen watermoleculen onderling is echter sterker dan de aantrekkingskracht tussen watermoleculen en lucht. Hierdoor ontstaat er een spanning aan het oppervlak. In de alveoli is er vocht en lucht aanwezig, waardoor er ook sprake is van oppervlaktespanning. Door de sterke aantrekkingskrachten van vloeistofmoleculen onderling zouden alveoli zonder surfactant in elkaar vallen. De longcompliantie zou zonder surfactant sterk verlaagd zijn, doordat het lastig is om de longen uit te kunnen rekken.

• Elastisch bindweefsel. Dit bindweefsel bestaat uit elastine- en collageenvezels die de longen in staat stellen terug te veren nadat ze uitgerekt zijn. Een grote hoeveelheid elastisch bindweefsel zorgt ervoor dat de longen minder rekbaar worden (lagere longcompliantie). Voorbeeld: er is weinig kracht nodig om een elastiekje uit te rekken, maar er is veel meer kracht nodig om honderd elastiekjes tegelijk uit te rekken.

Extra
De officiële definitie van de longcompliantie is als volgt. De longcompliantie is de verhouding tussen een verandering in longvolume vergeleken met een verandering in transpulmonale druk. De transpulmonale druk is het verschil in druk wat heerst in de alveoli vergeleken met de intrapleurale druk. Voorbeeld: in de alveoli heerst in rusttoestand een druk van 760 mmHg en een intrapleurale druk van 756 mmHg. Dit verschil (4 mmHg) wordt de transpulmonale druk genoemd. Bij een lage longcompliantie is er een grotere transpulmonale druk nodig om de longen uit te zetten en vice versa.

De totale longcapaciteit (TLC) van een volwassene is ongeveer zes liter (AFBEELDING 4). Dit totaalvolume kan worden opgedeeld in meerdere longvolumina. Tip: een capaciteit is altijd een som van volumina.

• Teugvolume (TV): het volume wat een persoon normaal gesproken inademt, ligt rond 500mL.

• Inspiratoir reservevolume (IRV): het volume wat nog ingeademd kan worden na een normale inademing (ongeveer 3000mL).

• Expiratoir reservevolume (ERV): het volume wat nog uitgeademd kan worden na een normale uitademing (ongeveer 1000 mL).

• Residuaal volume (RV): het volume wat nog in de longen overblijft na een krachtige uitademing (ongeveer 1200 mL).

• Functionele residuale capaciteit (FRC): residuaal volume + expiratoir reservevolume. Het volume wat in de longen aanwezig is na een normale uitademing.

• Inspiratoire capaciteit: teugvolume + inspiratoir reservevolume. De maximale hoeveelheid lucht dat kan worden ingeademd na expiratie van het teugvolume.

• Vitale capaciteit (VC): teugvolume + inspiratoir reservevolume + expiratoir reservevolume. Het volume wat krachtig uitgeademd kan worden na een maximale inademing.

• Totale longcapaciteit: inspiratoire capaciteit + functionele residuale capaciteit. De maximale hoeveelheid lucht die zich in beide longen samen kunnen bevinden (6000 mL).

Auteurs

Auteur: Lars Nijman, geneeskundestudent
Student reviewer: Bernice Roggeband, geneeskundestudent
Specialist reviewer: W. Evers, longarts

Links voor verdieping

https://www.amboss.com/us/knowledge/Respiratory_physiology

Referenties

Widmaier, E. P. (2016). Vander’s Human Physiology (14de editie). McGraw-Hill Education.

Costanzo, L. S. (2018). Physiology (6de editie). Elsevier.

Le, T. (2020). First Aid for the USMLE step 1 (30ste editie). McGraw-Hill Education.