Het opnemen van zuurstof en afgeven van koolstofdioxide door het lichaam noemen we ademhaling. Met behulp van de ingeademde zuurstof wordt glucose omgezet in koolstofdioxide en water. Bij deze omzetting komt energie vrij in de vorm van arbeidsvermogen en warmte.
De mens is een meercellig organisme wat betekent dat lichaamscellen niet direct in contact staan met de omgeving en er dus speciale organen nodig zijn voor de opname van zuurstof en de afgifte van koolstofdioxide. Deze organen noemen we het ademhalingsstelsel en bestaat uit de longen en het bloedvatenstelsel.
De ademhaling (respiratie) wordt verdeeld in een;
- interne respiratie; dit is de uitwisseling van de ademhalingsgassen tussen lichaamscellen en het bloed
- externe respiratie; dit is de uitwisseling van de ademhalingsgassen tussen de buitenlucht en het bloed in de longen
Celademhaling
Binnen de afzonderlijke cellen vinden allerlei processen plaats waardoor het lichaam in staat wordt gesteld goed te functioneren. De functies en processen binnen het lichaam kunnen plaatsvinden doordat in de afzonderlijke lichaamscellen energie vrijkomt in de vorm van arbeidsvermogen. Alle processen in het lichaam kosten energie en deze wordt geleverd in door verbranding van glucose waarbij zuurstof wordt verbruikt. Dit noemen we aërobe dissimilatie. Koolstofdioxide en water noemen we de verbrandingsproducten van de celademhaling.
Binnen spierweefsels kan energie ook worden vrijgemaakt door anaërobe dissimilatie van glucose. Bij een overmatige spieractiviteit is de hoeveelheid door het bloed aangevoerde zuurstof namelijk onvoldoende voor het in stand houden van de celademhaling. Onder deze omstandigheden zullen spiercellen de vereiste energie verkrijgen door middel van melkzuurgisting. Bij melkzuurgisting wordt in verhouding minder energie vrijgemaakt per molecuul glucose dan bij celademhaling.
Diffusie
Hoe kan zuurstof een lichaamscel binnengaan en koolstofdioxide de cel weer verlaten? Dit kan gebeuren omdat moleculen van een vloeistof of gas zich van een hoge concentratie naar een lage concentratie bewegen. We noemen dit proces diffusie.
Diffusie is een proces waarmee in het lichaam vele stoffen worden vervoerd. Zo wordt zuurstof via diffusie van de longblaasjes naar het bloed gediffundeerd, en diffundeert koolstofdioxide vanuit het bloed richting de longblaasjes.
De diffusierichting hangt af van de concentratieverschillen. Stoffen diffunderen altijd met de concentratie gradient mee. Dat wil zeggen dat door diffusie stoffen altijd stomen van een gebied met een hoge concentratie opgeloste stoffen naar een gebied met een lage concentratie opgeloste stoffen.
In de longblaasjes is na een inademing de concentratie zuurstof hoog ten opzichte van de concentratie zuurstof in het bloed. Door dit concentratieverschil diffundeert zuurstof van de longblaasjes het bloed in. De concentratie koolstofdioxide is in het bloed (van de longhaarvaten) hoger dan de concentratie koolstofdioxide in de longenblaasjes (na een inademing). Door deze concentratieverschillen diffundeert koolstofdioxide van het bloed naar de longblaasjes.
Het ademhalingsstelsel van de mens
Het ademhalingsstelsel van de mens bestaat uit de bovenste en onderste luchtwegen.
De bovenste luchtwegen bestaan uit:
- Neusholte
- Mondholte
- Keelholte
- Strottenhoofd
De onderste luchtwegen bestaan uit:
- Luchtpijp
- Vertakkingen van de luchtpijp
- Longtrechtertjes met longblaasjes
Ademhalingsbewegingen
Alhoewel de longen aan de binnenzijde een erg groot oppervlakte hebben (in totaal 100 vierkante meter) is het vanzelfsprekend nodig dat de lucht in de longen regelmatig wordt ververst. Om de lucht in de longen voortdurend te verversen moeten er ademhalingsbewegingen gemaakt worden waarbij afwisselend lucht wordt ingeademd en uitgeademd.
Bij het inademen wordt de inhoud van de longen groter en bij het uitademen weer kleiner. Longen kunnen alleen groter of kleiner worden wanneer de tussenribspieren en middenrifspieren van de borstkast uitzetten of samentrekken.
Als de middenrifspieren samentrekken wordt het middenrif vlakker waardoor de borstholte groter wordt. Tegelijkertijd spannen de tussenribspieren aan. Bij het samentrekken van de tussenribspieren wordt de afstand tussen de ribben kleiner waardoor omhoog getrokken worden. Ook hierdoor neemt de inhoud van de borstkas toe. Dit proces noemen we de inademing.
Wanneer de tussenribspieren en middenrifspieren zich ontspannen zakt de borstkas onder invloed van de zwaartekracht weer omlaag. De inhoud van de borstkas wordt nu kleiner zodat de longen inkrimpen en er lucht wordt uitgeademd.
Regeling van de ademhaling
Het zuurstofverbruik in de cellen is niet steeds constant. Zo wordt bij lichamelijke inspanning meer zuurstof verbruikt dan normaal. Bovendien wordt bij lichamelijke inspanning meer koolstofdioxide gevormd.
Om in de wisselende zuurstofbehoefte te voorzien wordt de ademhaling voortdurend gereguleerd. Dit gebeurt voor een deel bewust door de grote hersenen n voor een deel onbewust door het ademcentrum in de hersenstam. Het ademcentrum ontvangt daartoe prikkels vanuit speciale zintuigcellen (chemoreceptoren).
Regeling van de ademhaling vindt plaats:
- Wanneer de koolstofdioxideconcentratie van het bloed te veel stijgt
- Bij een daling van de pH van het bloed door anaërobe dissimilatie in de spieren
- Bij een daling van de zuurstofconcentratie van het bloed
Hyperventilatie
Mensen die lijden aan hyperventilatie halen te veel en te diep adem. Door het snelle en diepe ademen verliest de persoon te veel koolstofdioxide en daardoor stijgt de pH van het bloed. Daardoor neemt de ademhalingsprikkel af waardoor de persoon benauwd wordt. Dit wordt nog eens versterkt door een hoge zuurstofspanning in het bloed.
Een tijdelijke oplossing voor hyperventilatie is het ademen door een plastic zak, hierdoor wordt de uitgeademde koolstofdioxide weer opnieuw ingeademd waardoor het gehalte koolstofdioxide in het bloed weer stijgt en de pH weer zakt.
Aanbevolen literatuur Ademhaling