Gaswisseling en uitscheiding

Je neemt voortdurend stoffen op uit je omgeving. Afvalstoffen die ontstaan bij de stofwisselingsprocessen in je cellen kun je soms hergebruiken, maar meestal scheid je ze uit. Je longen, huid, lever en nieren zijn uitscheidingsorganen. De opname en afgifte van gassen heet gaswisseling. Opname en uitscheiding handhaven de homeostase van het inwendige milieu.

Snel navigeren door HOOFDSTUK 5 van HAVO 5

Paragrafen

1.
2.
3.
4.
5.
6.
Begrippen
Oefenen

Leerdoelen










Paragraaf 1:

  • J
 

Het ademhalingsstelsel speelt een cruciale rol in de gaswisseling, het proces waarbij zuurstof (O₂) wordt opgenomen uit de lucht en koolstofdioxide (CO₂) wordt afgegeven. Dit proces is essentieel voor de celstofwisseling, omdat zuurstof nodig is voor de verbranding van glucose in de cellen, waardoor energie vrijkomt. Zonder een efficiënte gaswisseling zou het lichaam niet kunnen functioneren en zouden afvalstoffen zich ophopen, wat schadelijk is voor de gezondheid.

De Opbouw van het Ademhalingsstelsel

Het ademhalingsstelsel bestaat uit verschillende onderdelen die samenwerken om lucht in en uit het lichaam te transporteren. De lucht stroomt via de neusholte of mondholte naar binnen en passeert vervolgens de keelholte en het strottenhoofd. Hierna gaat de lucht door de luchtpijp, die zich vertakt in twee bronchiën. De bronchiën splitsen zich verder in steeds fijnere luchtpijptakjes, die uiteindelijk uitkomen bij de longblaasjes. Hier vindt de daadwerkelijke gaswisseling plaats.

De Functie van de Neusholte

De lucht die via de neusholte wordt ingeademd, wordt direct aangepast aan de omstandigheden in het lichaam. De neusholte is bekleed met neusslijmvlies, waarin slijmproducerende cellen en trilhaarcellen zitten. Neusharen filteren grotere stofdeeltjes uit de lucht, terwijl kleinere deeltjes en ziekteverwekkers blijven kleven aan het slijm van het neusslijmvlies. De trilharen transporteren dit slijm naar de keelholte, waar het doorgeslikt wordt en in de maag terechtkomt. Daarnaast zorgt het bloed in de bloedvaten van het neusslijmvlies ervoor dat de lucht wordt verwarmd en bevochtigd, waardoor de luchtwegen minder snel uitdrogen en beter beschermd zijn tegen infecties. Bovendien keuren zintuigcellen in de neus de binnenstromende lucht op geur, wat helpt om potentieel schadelijke stoffen te detecteren.

De Structuur en Werking van de Luchtwegen

De luchtpijp speelt een belangrijke rol in het transport van lucht naar de longen. De binnenkant is bekleed met trilhaarepitheel, dat helpt bij het verwijderen van stof en andere deeltjes. Om te voorkomen dat de luchtpijp dichtklapt, wordt deze opengehouden door hoefijzervormige kraakbeenringen. De luchtpijp vertakt zich in twee bronchiën, die eveneens kraakbeenringen bevatten en bekleed zijn met trilhaarepitheel. Deze bronchiën splitsen zich verder in kleinere bronchiolen, die geen kraakbeenringen hebben, maar spierweefsel bevatten. Dit spierweefsel maakt het mogelijk om de bronchiolen te vernauwen of te verwijden, wat invloed heeft op de hoeveelheid lucht die per ademhaling wordt in- en uitgeademd.

Gaswisseling in de Longblaasjes

De daadwerkelijke gaswisseling vindt plaats in de longblaasjes, kleine holtes aan het einde van de bronchiolen. De wand van een longblaasje is slechts één cellaag dik en wordt omgeven door een netwerk van longhaarvaten. Hierdoor kunnen gassen efficiënt uitgewisseld worden. De binnenkant van de longblaasjes is bedekt met een dun laagje vocht, wat de diffusie van zuurstof naar het bloed vergemakkelijkt.

De gaswisseling gebeurt door middel van diffusie:

  • Zuurstof (O₂) uit de ingeademde lucht diffundeert vanuit de longblaasjes naar het bloed in de longhaarvaten. Hier bindt het zich aan hemoglobine in de rode bloedcellen, zodat het via de bloedsomloop naar de organen en weefsels getransporteerd kan worden.
  • Koolstofdioxide (CO₂), dat een afvalproduct is van de celstofwisseling, diffundeert vanuit het bloed in de longhaarvaten naar de lucht in de longblaasjes, waarna het wordt uitgeademd.

Dit proces wordt bevorderd door het verschil in zuurstofspanning en koolstofdioxidespanning tussen de lucht in de longblaasjes en het bloed in de haarvaten. Omdat de lucht in de longblaasjes constant wordt ververst door de ademhaling, blijft dit concentratieverschil behouden en kan de gaswisseling efficiënt blijven verlopen.

Het Belang van een Groot Gaswisselingsoppervlak

Een efficiënte gaswisseling vereist een groot oppervlak. Daarom zijn er miljoenen longblaasjes in de longen, die samen een enorm gaswisselingsoppervlak vormen. Dit maakt het mogelijk om een grote hoeveelheid zuurstof op te nemen en koolstofdioxide af te voeren. Dankzij de dunne wanden van de longblaasjes en longhaarvaten kan diffusie snel plaatsvinden, wat essentieel is voor een goede ademhaling en zuurstofvoorziening van het lichaam.

Door deze ingenieuze opbouw en werking van het ademhalingsstelsel kan het lichaam continu voorzien worden van zuurstof en worden afvalstoffen zoals koolstofdioxide efficiënt verwijderd. Dit mechanisme is van levensbelang voor alle lichaamscellen en ondersteunt de homeostase van het interne milieu. 

Paragraaf 2:

  • J

Om een efficiënte gaswisseling te garanderen, moet er voortdurend verse lucht naar de longblaasjes worden aangevoerd en gebruikte lucht worden afgevoerd. Dit proces heet longventilatie en bestaat uit inademing en uitademing. De beweging van lucht door het ademhalingsstelsel wordt mogelijk gemaakt door een samenwerking van verschillende structuren, zoals de ribben, het middenrif, de tussenribspieren, het borstvlies en het longvlies.

De Structuur van de Borstholte

De longen bevinden zich in de borstholte, die aan de onderkant wordt begrensd door het middenrif. Dit is een koepelvormige spier die een belangrijke rol speelt bij de ademhaling. De zijwanden van de borstholte worden gevormd door de ribben en de tussenribspieren. Elke long is omgeven door twee vliezen: het longvlies, dat met de longen is vergroeid, en het borstvlies, dat vastzit aan de ribben, de tussenribspieren en het middenrif. Tussen deze vliezen bevindt zich een dunne laag vloeistof, waardoor de vliezen over elkaar kunnen schuiven zonder los te komen. Dit zorgt ervoor dat de beweging van de borstkas direct wordt overgebracht op de longen.

Het Belang van Drukverschillen

De longen bevatten elastisch longweefsel, dat altijd een beetje uitgerekt is doordat er aan wordt getrokken door de borstkas. Hierdoor heerst er in de ruimte tussen het longvlies en het borstvlies een lagere druk dan in de buitenlucht. Dit drukverschil zorgt ervoor dat de longen niet inklappen en dat lucht gemakkelijk naar binnen kan stromen bij een ademhaling.

De Mechanismen van Inademing en Uitademing

Longventilatie gebeurt door het vergroten en verkleinen van het longvolume, wat leidt tot drukverschillen tussen de longen en de buitenlucht.

Inademing (Inspiratie)

Bij rustige inademing trekken de buitenste tussenribspieren samen, waardoor de ribben en het borstbeen omhoog en naar voren bewegen. Tegelijkertijd trekt het middenrif samen en wordt platter, waardoor de borstholte groter wordt. Dit zorgt ervoor dat de druk in de longblaasjes lager wordt dan de druk in de buitenlucht, waardoor lucht naar binnen stroomt.

Bij diepe inademing worden extra spieren, zoals de halsspieren, ingeschakeld om de borstkas nog verder uit te zetten. Hierdoor wordt een nog groter longvolume gecreëerd en kan er meer lucht worden ingeademd.

Uitademing (Expiratie)

Bij rustige uitademing ontspannen de tussenribspieren en keert het middenrif terug naar zijn oorspronkelijke koepelvormige positie. Hierdoor verkleint de borstholte, waardoor de druk in de longen stijgt en lucht vanzelf naar buiten stroomt.

Bij diepe uitademing worden de binnenste tussenribspieren en de buikspieren aangespannen, waardoor de borstkas en het longvolume sneller en krachtiger kleiner worden. Dit verhoogt de druk in de longblaasjes, waardoor lucht krachtig wordt uitgeademd.

Longvolumes en Capaciteiten

Het longvolume kan variëren afhankelijk van de ademhalingstechniek en de fysieke conditie van een persoon. Er zijn verschillende termen om de hoeveelheid lucht in de longen te beschrijven:

  • Ademvolume: De hoeveelheid lucht die je inademt en uitademt tijdens een rustige ademhaling (ongeveer 0,5 liter per ademhaling).
  • Vitale capaciteit: De maximale hoeveelheid lucht die je kunt inademen en vervolgens volledig kunt uitademen (gemiddeld 4-5 liter bij volwassenen).
  • Restvolume: De lucht die na een maximale uitademing nog in de longen achterblijft (ongeveer 1,5 liter).
  • Totaal longvolume: De som van de vitale capaciteit en het restvolume.

Niet alle lucht die wordt ingeademd, bereikt de longblaasjes. Een deel blijft achter in de luchtpijp, bronchiën en bronchiolen. Dit wordt de dode ruimte genoemd en bedraagt ongeveer 150 ml per ademhaling.

Regulatie van de Ademhaling

De snelheid en diepte van de ademhaling worden geregeld door het ademcentrum in de hersenstam. Dit centrum reageert vooral op veranderingen in de concentratie van koolstofdioxide in het bloed. Wanneer de koolstofdioxideconcentratie stijgt, bijvoorbeeld door inspanning, wordt het ademhalingsritme versneld om meer koolstofdioxide uit te ademen en zuurstof op te nemen. Dit proces zorgt ervoor dat het interne milieu van het lichaam stabiel blijft.

Dankzij de samenwerking van spieren, vliezen en drukverschillen verloopt de longventilatie soepel en kan de gaswisseling optimaal plaatsvinden. Dit is essentieel voor de energievoorziening van het lichaam en het afvoeren van afvalstoffen.  

Paragraaf 3:

  • J

De lever is een groot en essentieel orgaan dat zich rechtsboven in de buikholte bevindt, direct onder het middenrif. De lever bestaat uit talloze zeshoekige leverlobjes, die elk ongeveer één millimeter in doorsnede zijn. Op de hoekpunten van een leverlobje bevinden zich vertakkingen van de poortader, leverslagader en galgang. In het midden van elk leverlobje bevindt zich een vertakking van de leverader. Dit complexe netwerk zorgt voor een efficiënte stofwisseling en de regulatie van het bloedplasma.

Bloedtoevoer en Homeostase

De lever speelt een cruciale rol bij de homeostase door controle uit te oefenen op de samenstelling van het bloed. Het bloed afkomstig uit het darmkanaal stroomt via de poortader naar de lever, waardoor voedingsstoffen en mogelijke giftige stoffen direct kunnen worden verwerkt. Het bloed uit de leverslagader voorziet de levercellen van zuurstof. Via de leverader wordt het gezuiverde bloed vervolgens teruggevoerd naar de holle ader, waarna het door het lichaam wordt verspreid.

Galproductie en Vetstofwisseling

De lever produceert gal, dat via de galgangen wordt afgevoerd en wordt opgeslagen in de galblaas. Galzuren spelen een belangrijke rol bij de vetstofwisseling door vetten en oliën te emulgeren, waardoor ze beter afbreekbaar zijn door enzymen in de darmen. Via de galbuis komt de gal in de twaalfvingerige darm, waar het de vertering van vetten ondersteunt.

Afbraak van Rode Bloedcellen en Bilirubine

De lever is betrokken bij de afbraak van rode bloedcellen. Wanneer rode bloedcellen verouderen of beschadigd raken, worden ze afgebroken in de lever. Hierbij komt hemoglobine vrij, dat wordt omgezet in bilirubine, een afvalstof die via de galwegen wordt uitgescheiden en de bruine kleur aan de ontlasting geeft. Tegelijkertijd wordt ijzer uit de hemoglobine opgeslagen in de lever en hergebruikt voor de aanmaak van nieuwe rode bloedcellen.

Koolhydraatstofwisseling

De lever speelt een essentiële rol in de koolhydraatstofwisseling door de bloedsuikerspiegel te reguleren. Wanneer er een overschot aan glucose in het bloed is, zet de lever dit om in glycogeen, dat wordt opgeslagen als een energiereserve. Bij een tekort aan glucose kan de lever het opgeslagen glycogeen afbreken en opnieuw afgeven aan het bloed. Dit proces, glycogenolyse, zorgt ervoor dat de bloedsuikerspiegel stabiel blijft.

Eiwitstofwisseling en Ammoniakafbraak

Bij de eiwitstofwisseling verwerkt de lever aminozuren uit het bloed, die via de poortader worden aangevoerd. Een deel van deze aminozuren wordt direct gebruikt voor de opbouw van eiwitten, terwijl overtollige aminozuren worden afgebroken. Bij deze afbraak wordt de stikstofgroep afgesplitst en omgezet in ammoniak, een giftige stof. De lever zet ammoniak om in ureum, dat via het bloed naar de nieren wordt getransporteerd en met de urine wordt uitgescheiden.

Vetstofwisseling en Opslag van Vetten

Naast de verwerking van vetten uit de darmen speelt de lever een rol in de vetstofwisseling door niet-essentiële vetzuren te synthetiseren uit andere vetzuren, aminozuren of monosachariden zoals glucose. Ook kan een beperkte hoeveelheid vet in de lever worden opgeslagen als energiereserve.

Ontgifting en Uitscheiding van Schadelijke Stoffen

Een van de belangrijkste functies van de lever is het ontgiften van het bloed. De levercellen breken giftige stoffen zoals alcohol, drugs, medicijnen en andere lichaamsvreemde stoffen af en maken ze onwerkzaam. Sommige gifstoffen kunnen echter niet volledig worden afgebroken. In dat geval worden ze opgeslagen in de lever, de huid of het haar. Dit geldt bijvoorbeeld voor zware metalen zoals kwik en arsenicum.

De Lever als Uitscheidingsorgaan

Net als de longen, nieren en huid is de lever een belangrijk uitscheidingsorgaan. Stoffen die niet via de nieren of longen kunnen worden uitgescheiden, worden via de gal afgevoerd. Wanneer de galwegen verstopt raken, kan de bilirubine niet worden uitgescheiden, wat leidt tot geelzucht, waarbij de huid en het oogwit een gele kleur krijgen.

Dankzij deze veelzijdige functies speelt de lever een cruciale rol bij het handhaven van een stabiel intern milieu en het verwijderen van schadelijke stoffen uit het lichaam.  

Paragraaf 4:

  • J

De nieren liggen in de buikholte, aan weerszijden van de wervelkolom. Ze zijn verantwoordelijk voor de uitscheiding van afvalstoffen en overtollige stoffen uit het bloed. De nieren krijgen zuurstofrijk bloed via de nierslagaders en voeren gezuiverd bloed af via de nieraders. Een nier bestaat uit drie hoofdonderdelen:

  • Nierschors: Hier wordt voorurine gevormd.
  • Niermerg: Hier wordt de uiteindelijke urine geconcentreerd.
  • Nierbekken: Hier wordt de urine verzameld voordat deze via de urineleiders naar de urineblaas stroomt.

De Werking van de Nieren

In de nierschors en het niermerg bevinden zich ongeveer een miljoen niereenheden per nier. Elke niereenheid bestaat uit een nierbuisje en een lichaampje van Malpighi. Dit lichaampje bevat een kluwen haarvaten, de glomerulus, die wordt omgeven door het kapsel van Bowman. Hier vindt ultrafiltratie plaats: kleine moleculen zoals water, glucose, zouten en ureum worden uit het bloed gefilterd en vormen de voorurine.

De voorurine stroomt vervolgens door het nierbuisje, waar nuttige stoffen zoals glucose, water en zouten via terugresorptie worden opgenomen in het bloed. Dit proces is essentieel om de osmotische waarde van het bloed stabiel te houden. De lis van Henle speelt hierin een belangrijke rol door bij te dragen aan de concentratie van de urine.

Urineproductie en -afvoer

De uiteindelijke urine bevat afvalstoffen zoals ureum, overtollige zouten en overtollig water. De urine wordt via de verzamelbuisjes naar het nierbekken geleid en via de urineleiders afgevoerd naar de urineblaas. In de urineblaas wordt de urine tijdelijk opgeslagen totdat deze via de urinebuis wordt uitgescheiden.

Regulatie van de Water- en Zouthuishouding

De nieren spelen een belangrijke rol in het handhaven van de waterhuishouding en de osmotische waarde van het bloed. Dit wordt geregeld door het antidiuretisch hormoon (ADH), dat wordt geproduceerd door de hypofyse.

  • Wanneer de osmotische waarde van het bloed stijgt (bijvoorbeeld door vochtverlies), stimuleert ADH de terugresorptie van water in de nierbuisjes en verzamelbuisjes. Hierdoor wordt minder water uitgescheiden en blijft het bloed geconcentreerd.
  • Bij een lage osmotische waarde wordt er minder ADH afgegeven, waardoor er meer water in de urine blijft en het lichaam overtollig vocht kwijtraakt.

Het Belang van de Nieren voor de Homeostase

Naast de waterhuishouding zijn de nieren ook verantwoordelijk voor:

  • Het reguleren van de zouthuishouding door overtollige ionen uit te scheiden.
  • Het handhaven van de zuurgraad van het bloed door waterstofionen (H⁺) en bicarbonaationen (HCO₃⁻) te reguleren.
  • De uitscheiding van giftige stoffen zoals medicijnen en afbraakproducten van eiwitten.

Dankzij de samenwerking van filtratie, terugresorptie en uitscheiding dragen de nieren bij aan een stabiel intern milieu en een gezonde stofwisseling. 

Paragraaf 5:

  • J

De huid is het grootste orgaan van het menselijk lichaam en bestaat uit drie hoofdlagen: de opperhuid, de lederhuid en het onderhuidse bindweefsel. De opperhuid bestaat uit twee lagen: de hoornlaag en de kiemlaag. De hoornlaag is opgebouwd uit dode, verhoornde epitheelcellen, die bescherming bieden tegen beschadiging, uitdroging en infecties. Deze laag slijt voortdurend af en wordt in sommige gebieden extra dik, zoals bij eelt.

Onder de hoornlaag bevindt zich de kiemlaag, die uit levende epitheelcellen bestaat. De onderste cellen van deze laag delen zich continu, waardoor er nieuwe huidcellen ontstaan die naar boven schuiven, verhoornen en uiteindelijk afsterven. In de kiemlaag bevinden zich ook pigmentvormende cellen, die melanine produceren, een pigment dat de huid beschermt tegen uv-straling van de zon.

De lederhuid ligt onder de opperhuid en bevat bloedvaten, zenuwen, tastzintuigen, zweetklieren, talgklieren en haarzakjes. Talgklieren produceren talg, een vettige stof die de hoornlaag en haren soepel houdt en uitdroging tegengaat. Zweetklieren spelen een belangrijke rol in de warmteregulatie, terwijl zenuwuiteinden in de lederhuid zorgen voor gevoelssensaties, zoals druk, pijn en temperatuur.

Onder de lederhuid bevindt zich het onderhuidse bindweefsel, dat voornamelijk vetcellen bevat. Dit vet dient als isolatie, beschermt de onderliggende organen tegen stoten en fungeert als energiereserve.

Warmteregulatie en Thermoregulatie

De huid speelt een essentiële rol in de thermoregulatie, het proces waarbij de lichaamstemperatuur binnen veilige grenzen wordt gehouden. Dit proces wordt aangestuurd door de hypothalamus, een regelcentrum in de hersenen dat informatie ontvangt van koudezintuigen en warmtezintuigen in de lederhuid. De hypothalamus vergelijkt de gemeten temperatuur met de kernlichaamstemperatuur en stuurt indien nodig aanpassingen aan.

  1. Warmteafgifte bij een hoge lichaamstemperatuur

    • Bloedvaten in de huid verwijden (vasodilatatie), waardoor er meer warm bloed naar de huid stroomt en warmte makkelijker wordt afgegeven aan de omgeving.
    • Zweetklieren produceren zweet, dat via poriën naar buiten wordt afgescheiden. Door de verdamping van zweet wordt warmte aan de huid onttrokken, wat zorgt voor afkoeling.
    • Lichaamsharen liggen plat, waardoor de isolerende luchtlaag rondom de huid kleiner wordt en er meer warmte verloren gaat.

  2. Warmtebehoud bij een lage lichaamstemperatuur

    • Bloedvaten in de huid vernauwen (vasoconstrictie), waardoor er minder bloed door de huid stroomt en warmteverlies wordt beperkt.
    • Zweetproductie stopt om verdamping van warmte te minimaliseren.
    • Haarspiertjes trekken samen, waardoor de lichaamsharen rechtop gaan staan. Dit fenomeen, bekend als kippenvel, helpt bij sommige dieren om warmte vast te houden, maar heeft bij mensen weinig effect door de geringe lichaamsbeharing.
    • Rillen (spiertrillingen) kan optreden om warmte te genereren door verhoogde spieractiviteit.

Bescherming tegen Schadelijke Invloeden

De huid biedt een fysieke barrière tegen mechanische schade, micro-organismen, chemische stoffen en uv-straling. De pigmentcellen in de kiemlaag produceren melanine, dat uv-straling absorbeert en zo de kans op huidkanker verkleint. Ook draagt de talglaag bij aan de bescherming tegen bacteriën en uitdroging.

Daarnaast speelt de huid een rol in de uitscheiding van afvalstoffen via zweetklieren. Naast water en zouten bevat zweet ook feromonen, geurstoffen die een rol spelen bij communicatie tussen individuen. Huidbacteriën breken deze stoffen af, wat de karakteristieke zweetgeur veroorzaakt.

De Huid als Sensorisch Orgaan

De huid bevat verschillende typen zintuigcellen die gespecialiseerd zijn in het waarnemen van prikkels:

  • Tastzintuigen in de lederhuid registreren aanrakingen en druk.
  • Warmtezintuigen en koudezintuigen detecteren temperatuurveranderingen.
  • Pijnzintuigen reageren op extreme prikkels zoals hitte, kou of mechanische beschadiging.

Dankzij deze zintuigen fungeert de huid als een waarschuwingssysteem, waardoor het lichaam tijdig kan reageren op gevaarlijke omstandigheden.

De huid is een veelzijdig orgaan dat het lichaam beschermt tegen externe invloeden, bijdraagt aan de warmteregulatie en een rol speelt in de uitscheiding en sensoriek. Door middel van mechanismen zoals zweten, bloedvatverwijding en kippenvel zorgt de huid ervoor dat de lichaamstemperatuur stabiel blijft. Hierdoor speelt de huid een cruciale rol in het handhaven van een optimaal intern milieu.