Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

22.2: Ademhaling
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Breathing
 
TRANSCRIPT

22.2: Breathing

22.2: Ademhaling

The process of breathing, inhaling and exhaling, involves the coordinated movement of the chest wall, the lungs, and the muscles that move them. Two muscle groups with important roles in breathing are the diaphragm, located directly below the lungs, and the intercostal muscles, which lie between the ribs. When the diaphragm contracts, it moves downward, increasing the volume of the thoracic cavity and creating more room for the lungs to expand. When the intercostal muscles contract, the ribs move upward and the rib cage expands, similarly expanding the thoracic cavity.

Each lung is surrounded by two membranes called plurae, which are separated by fluid. This fluid creates an adhesive force that causes the lungs to stretch as the thoracic cavity expands. The increased volume in the lungs reduces the pressure. When the pressure drops below atmospheric pressure, this produces a pressure gradient that moves air from the higher-pressure atmosphere into the lower-pressure lungs.

When the diaphragm and intercostal muscles relax, the volume of the lungs decreases, increasing the pressure in the lungs. As pressure increases beyond atmospheric pressure, the resulting pressure gradient pushes air out of the body. In this way, the cycle of inhaling and exhaling is maintained.

Pressure-Volume Relationship

Boyle’s law states that, at a given temperature in a closed space, the pressure of a gas increases as the volume of its container decreases. Stated differently, pressure is inversely proportional to the volume. This law, combined with the movement of gas from higher-pressure to lower-pressure areas, explains why air is brought into the lungs when the diaphragm contracts.

How Do Lungs Increase in Volume?

The diaphragm contracts, moving downward and increasing the thoracic volume, but how does this increase the volume of the lungs? While bronchi and bronchioles are stiff and do not expand (although they can become blocked or inflamed), alveoli, tiny air sacs in the lungs, allow the lungs to increase in volume.

Restrictive vs. Obstructive Diseases

Pulmonary diseases decrease the flow of gas to and from the lungs and can be divided into two categories: restrictive and obstructive. Restrictive diseases, such as pulmonary fibrosis (scarring of the lung), restrict the expansion of the lungs. Obstructive diseases, like asthma, emphysema, and chronic bronchitis, obstruct the airway, limiting gas exchange.

Surfactant

The inner surfaces of alveoli are lined with fluid that contains surfactant, a mixture of phospholipids and lipoproteins. Surfactant reduces the surface tension of the alveolar fluid, preventing alveoli from collapsing and making it easier for alveoli to inflate with air.

Premature babies sometimes do not produce enough surfactant in their lungs, causing respiratory distress syndrome (RDS). Without sufficient surfactant, it takes a lot of energy to keep the alveoli open and filling repeatedly with air, making it difficult for babies with RDS to breath.

Het proces van ademen, inademen en uitademen omvat de gecoördineerde beweging van de borstwand, de longen en de spieren die ze bewegen. Twee spiergroepen met een belangrijke rol bij de ademhaling zijn het middenrif, dat zich direct onder de longen bevindt, en de intercostale spieren, die tussen de ribben liggen. Wanneer het diafragma samentrekt, beweegt het naar beneden, waardoor het volume van de thoracale holte toeneemt en er meer ruimte ontstaat voor de longen om uit te zetten. Wanneer de intercostale spieren samentrekken, bewegen de ribben naar boven en zet de ribbenkast uit, op dezelfde manier de borstholte.

Elke long is omgeven door twee membranen, plurae genaamd, die worden gescheiden door vloeistof. Deze vloeistof creëert een kleefkracht die ervoor zorgt dat de longen uitrekken als de borstholte uitzet. Door het grotere volume in de longen wordt de druk verlaagd. Wanneer de druk onder de atmosferische druk daalt, produceert dit een drukgradiënt die lucht van de hogere drukatmosfeer naar de longen met lage druk verplaatst. Wanneer het middenrif en de intercostale spieren ontspannen, neemt het volume van de longen af, waardoor de druk in de longen toeneemt. Als de druk boven de atmosferische druk stijgt, duwt de resulterende drukgradiënt lucht uit het lichaam. Op deze manier wordt de cyclus van in- en uitademen gehandhaafd.

Druk-volume relatie

De wet van Boyle stelt dat bij een bepaalde temperatuur in een gesloten ruimte de druk van een gas toeneemt naarmate het volume van de container afneemt. Anders gezegd, de druk is omgekeerd evenredig met het volume. Deze wet, gecombineerd met de beweging van gas van gebieden met een hogere druk naar een gebied met een lagere druk, verklaart waarom lucht in de longen wordt gebracht wanneer het middenrif samentrekt.

Hoe neemt het volume van de longen toe?

Het diafragma trekt samen, beweegt naar beneden en vergroot het thoracale volume, maar hoe vergroot dit het volume van de longen? Terwijl bronchiën en bronchiolen stijf zijn en niet uitzetten (hoewel ze kunnen blokkerened of ontstoken), longblaasjes, kleine luchtzakjes in de longen, laten het volume van de longen toenemen.

Beperkende versus obstructieve ziekten

Longziekten verminderen de gasstroom van en naar de longen en kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën: restrictief en obstructief. Beperkende ziekten, zoals longfibrose (littekenvorming in de longen), beperken de uitzetting van de longen. Obstructieve ziekten, zoals astma, emfyseem en chronische bronchitis, belemmeren de luchtwegen en beperken de gasuitwisseling.

Oppervlakteactieve stof

De binnenoppervlakken van longblaasjes zijn bekleed met vloeistof die oppervlakteactieve stof bevat, een mengsel van fosfolipiden en lipoproteïnen. Surfactant vermindert de oppervlaktespanning van de alveolaire vloeistof, voorkomt dat de longblaasjes instorten en maakt het gemakkelijker voor longblaasjes om met lucht op te blazen.

Premature baby's produceren soms niet genoeg oppervlakteactieve stof in hun longen, waardoor het respiratory distress syndrome (RDS) ontstaat. Zonder voldoende oppervlakteactieve stof kost het veel energie om te werkenp de longblaasjes openen en vullen zich herhaaldelijk met lucht, waardoor het moeilijk wordt voor baby's met RDS om te ademen.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter