Long - Definitie, structuur, functie en gasuitwisseling bij gewervelden
Alles over de long: structuur, functie en gasuitwisseling bij gewervelden — hoe longblaasjes zuurstof opnemen, CO2 verwijderen en ademhaling mogelijk maken.
De long is een orgaan in veel gewervelde dieren (dieren met een wervelkolom of ruggengraat). Het neemt bloedzuurstof op uit de lucht, en stoot kooldioxide uit. De meeste gewervelde dieren met longen hebben er twee.
Bij dieren zijn de longen het gebied waar de gasuitwisseling plaatsvindt. Zonder gasuitwisseling zou zuurstof niet vanuit de longen in het bloed terechtkomen, zodat de lichaamscellen niet de zuurstof zouden kunnen krijgen die nodig is voor de ademhaling.
De longblaasjes zijn vochtig zodat zuurstof zich vanuit de long door de longblaasjes kan verplaatsen naar de bloedvaten en de rode bloedcellen. Kooldioxide gaat vanuit het bloed naar de longblaasjes. Het met zuurstof gevulde bloed gaat terug naar het hart en het kooldioxide in de longblaasjes wordt uit de longen geduwd en in de lucht die we uitademen.
Structuur van de longen
Longen zijn opgebouwd uit meerdere, gelaagde onderdelen die samen zorgen voor effectieve ventilatie en grote contactoppervlakken voor gasuitwisseling. Belangrijke onderdelen zijn:
- Luchtwegen: neus, mond, keel (farynx), strottenhoofd (larynx), luchtpijp (trachea) en bronchialen. De trachea vertakt in de bronchiën die in steeds kleinere vertakkingen (bronchiolen) overgaan.
- Bronchiolen en alveolaire ruimten: de kleinste luchtwegvertakkingen eindigen in de longblaasjes (longblaasjes of alveoli). Deze blaasjes vormen het grootste deel van het oppervlak voor gasuitwisseling.
- Longvaten: een fijn netwerk van haarvaten omgeeft de alveoli; bloed stroomt hier dicht langs het luchtvolume zodat diffusie kan plaatsvinden.
- Pleura en borstkas: de longen liggen in de thoraxholte en worden omsloten door de longvliezen (pleura). De beweeglijkheid van de borstkas en het middenrif (diafragma) maakt ventilatie mogelijk.
Op microscopisch niveau
De wanden van de alveoli zijn extreem dun en bekleed met een vochtlaag en gespecialiseerde cellen die surfactant produceren. Surfactant vermindert de oppervlaktespanning, voorkomt het inklappen van de alveoli bij uitademing en verbetert de gasuitwisseling. De barrière tussen lucht en bloed bestaat uit enkele cellagen (epitheel van de alveolus, basaalmembraan en endotheel van het capillair) waardoor diffusie snel verloopt.
Functie en ademhalingsmechanica
De primaire functies van de longen zijn:
- Zuurstofopname (O2): zuurstof diffundeert vanuit de ingeademde lucht over de alveolaire membraan naar het bloed.
- Kooldioxideafgifte (CO2): CO2 diffundeert in tegengestelde richting en wordt uitgeademd.
- Warmte- en waterregulatie en een rol in het handhaven van de zuurgraad van het bloed (pH) via CO2-regulatie.
Bij zoogdieren wordt ventilatie voornamelijk geregeld door beweging van het diafragma en de tussenribspieren: bij inademing trekt het diafragma samen en vergroot de borstholte, waardoor de longdruk daalt en lucht naar binnen stroomt (negatieve drukventilatie). Uitademen is vaak passief door elastische terugkaatsing van longweefsel; bij inspanning kunnen uitademingsspieren actief samentrekken.
Gasuitwisseling: fysica en biochemie
Gasuitwisseling gebeurt door diffusie, gedreven door verschil in partiële drukken (Dalton-principe). Enkele kernpunten:
- O2 en CO2 bewegen passief van gebieden met hoge naar lage partiële druk.
- De snelheid van diffusie hangt af van oppervlak, dikte van de membraan en het drukverschil (Fick's wet).
- Het grootste deel van O2 in het bloed wordt gebonden aan hemoglobine in rode bloedcellen; slechts een klein deel is opgelost in plasma.
- CO2 wordt in het bloed getransporteerd als opgelost gas, gebonden aan eiwitten en vooral als bicarbonaat (HCO3−) na omzetting door het enzym carbonaatanhydrase.
- De Bohr- en Haldane-effecten spelen een belangrijke rol: lokale veranderingen in pH en CO2 concentratie beïnvloeden de affiniteit van hemoglobine voor O2, waardoor afgifte in weefsels en opname in de longen wordt geoptimaliseerd.
Ventilatie-perfusie (V/Q) verhouding
Efficiënte gasuitwisseling vereist een goede balans tussen ventilatie (luchtstroom) en perfusie (bloedstroom) van de longvlakken. Afwijkingen in deze verhouding (bijvoorbeeld blokkades in luchtwegen of bloedvaten) leiden tot verminderde oxygenatie en kunnen klinische symptomen veroorzaken.
Verschillen tussen gewervelden
Niet alle gewervelden hebben identieke longen of ademhalingsmechanismen:
- Amfibieën: eenvoudige longzakjes en vaak aanvullende gasuitwisseling via de huid (cutane respiratie).
- Reptielen: variabele longstructuren; sommige hebben grote onvertakte zakken (faveolae) in plaats van zeer veel alveoli.
- Vogels: hebben een uniek systeem van parabronchi en luchzakken dat zorgt voor een unidirectionele luchtstroom en zeer efficiënte gasuitwisseling, zelfs tijdens hoge metabole eisen (bijvoorbeeld tijdens het vliegen).
- Zoogdieren: complexe, vertakte bronchiën met miljoenen alveoli; diafragmatische ventilatie en groot oppervlak voor diffusie kenmerken dit systeem.
Stoornissen en klinische aspecten
Veel aandoeningen kunnen de functie van de longen verminderen, bijvoorbeeld:
- Infecties: longontsteking (pneumonie) kan alveoli vullen met vocht en ontstekingscellen, wat gasuitwisseling belemmert.
- Chronische aandoeningen: COPD, emfyseem en astma beïnvloeden luchtwegen en de elasticiteit van longweefsel.
- Vaatproblemen: longembolie vermindert perfusie en veroorzaakt V/Q-onderscheid.
Preventie (zoals vaccinatie en rookstop), vroege diagnose en behandeling zijn belangrijk om longfunctie te behouden.
Samenvattend
De longen zijn essentiële organen bij veel gewervelden voor de opname van zuurstof en de afgifte van kooldioxide. Hun structuur — van grote luchtwegen tot microscopische longblaasjes — en de nauwe samenwerking met het vaatstelsel maken efficiënte gasuitwisseling mogelijk. De precieze anatomie en mechanica verschillen tussen diergroepen, maar het doel blijft hetzelfde: het handhaven van de cellulaire ademhaling en daarmee het leven.
Menselijke longen en hart
Vogel long
De longen van vogels zijn kleiner dan die van zoogdieren, en hebben geen longblaasjes, maar miljoenen para-bronchi. Deze para-bronchi komen uit in minuscule haarvaten of zeer kleine bloedvaatjes en zij lopen dicht langs de bloedvaten van het lichaam, zodat diffusie kan plaatsvinden en de zuurstof en het kooldioxide worden uitgewisseld. De zuurstof en het kooldioxide in de longen van vogels worden voortdurend in en uit het bloed verspreid, niet zoals bij zoogdieren, waar de diffusie alleen in de longblaasjes kan plaatsvinden. Lucht gaat niet in en uit de longen zoals bij zoogdieren. In plaats daarvan duwen gespierde luchtzakken de lucht vooruit door de vogellongen.
Reptiel long
De longen van reptielen gaan open en dicht doordat de ribben eromheen ze naar beneden drukken en vervolgens met behulp van spieren opengaan. De lever zit ook vast aan de onderkant van de longen en wanneer een spier die aan de lever vastzit, zich verrekt, beweegt de lever weg van de longen en trekt ze mee, waardoor ze groter worden.
Amfibie long
De longen van kikkers zijn zeer eenvoudig in vergelijking met de meeste andere longen, het zijn gewoon ballonnen, met een vochtige buitenkant die diffusie mogelijk maakt. Maar kikkers bewegen niet veel en hebben dus niet veel zuurstof nodig, maar ze kunnen ook zuurstof opnemen via hun vochtige buitenhuid als er een grote behoefte aan zuurstof is (bv. vecht- of vluchtreactie)
Vragen en antwoorden
V: Wat is de functie van de long bij gewervelde dieren?
A: De long haalt zuurstof uit de lucht en stoot kooldioxide uit.
V: Hoeveel longen hebben de meeste gewervelde dieren?
A: De meeste gewervelde dieren met longen hebben er twee.
V: Wat gebeurt er in de longen tijdens de gasuitwisseling?
A: De longen zijn het gebied waar gasuitwisseling plaatsvindt. Zonder gasuitwisseling zou er geen zuurstof vanuit de longen in het bloed terechtkomen, zodat de lichaamscellen niet de zuurstof zouden krijgen die voor de ademhaling nodig is.
V: Wat zijn alveoli?
A: Alveoli zijn vochtige structuren in de longen die ervoor zorgen dat zuurstof vanuit de long door de alveoli naar de bloedvaten en rode bloedcellen kan stromen.
V: Wat is de functie van kooldioxide in de longen?
A: Kooldioxide gaat vanuit het bloed naar de alveoli.
V: Waar gaat het met zuurstof gevulde bloed naartoe nadat het de longen heeft verlaten?
A: Het met zuurstof gevulde bloed gaat terug naar het hart.
V: Waar gaat kooldioxide heen nadat het de longen heeft verlaten?
A: De kooldioxide in de longblaasjes wordt uit de longen geduwd en komt in de lucht terecht die we uitademen.
Zoek in de encyclopedie