Gaswisseling en uitscheiding

Gaswisseling is de verplaatsing van de gassen zuurstof en koolstofdioxide tussen het inwendige en het uitwendige milieu. Gaswisseling en uitscheiding zijn belangrijk voor het constant houden van het interne milieu: homeostase.

Snel navigeren door HOOFDSTUK 3 van VWO 6

Paragraaf 1: Gaswisseling

  • Je kunt van delen van het ademhalingsstelsel de functies en kenmerken noemen.
  • Je kunt beschrijven hoe zuurstof en koolstofdioxide door bloed worden getransporteerd.
  • Je kunt bij insecten en vissen beschrijven hoe gaswisseling plaatsvindt en hoe zuurstof naar de cellen wordt getransporteerd.

In alle organismen is transport van stoffen noodzakelijk om voedingsstoffen, zuurstof en afvalstoffen te verplaatsen. Bij eencelligen gebeurt dit via diffusie en osmose, maar bij grotere meercellige organismen is een transportstelsel nodig. Dit stelsel kan een open of gesloten bloedsomloop hebben, afhankelijk van het organisme.


Bouw van een transportstelsel

  • Eencelligen nemen stoffen direct op via het celmembraan door diffusie en osmose.
  • Meercellige organismen hebben een transportstelsel om stoffen over langere afstanden efficiënt te vervoeren.
  • Open bloedsomloop: Hier stroomt de hemolymfe vrij door het lichaam en komt direct in contact met de organen, zoals bij insecten.
  • Gesloten bloedsomloop: Het bloed stroomt in bloedvaten en blijft gescheiden van de lichaamsvloeistoffen. Dit komt voor bij gewervelde dieren en zorgt voor een efficiënter transport.

Bij gewervelde dieren is de bloedsomloop vaak dubbel, wat betekent dat het bloed twee keer per omloop door het hart stroomt:

  • Kleine bloedsomloop: Voert zuurstofarm bloed van het hart naar de longen, waar het zuurstof opneemt en koolstofdioxide afgeeft, waarna het terugkeert naar het hart.
  • Grote bloedsomloop: Pompt zuurstofrijk bloed vanuit het hart naar de organen en weefsels, waar zuurstof en voedingsstoffen worden afgegeven en afvalstoffen worden opgenomen.

Bloed en bloedvaten

Het hart is de pomp van het circulatiesysteem en houdt de bloedsomloop op gang. De bloedvaten hebben verschillende functies:

  • Slagaders (arteriën): Transporteren bloed van het hart naar de organen. Ze hebben dikke, elastische wanden om de hoge druk te weerstaan.
  • Haarvaten (capillairen): Verbinden slagaders met aders en zorgen voor de uitwisseling van stoffen tussen het bloed en de weefsels. De dunne wanden maken diffusie van zuurstof, koolstofdioxide en voedingsstoffen mogelijk.
  • Aders (venen): Voeren bloed terug naar het hart. Ze hebben kleppen die voorkomen dat bloed terugstroomt.

Bloed bestaat uit verschillende componenten:

  • Bloedplasma: Bevat water, opgeloste stoffen, en plasma-eiwitten zoals albumine en globuline, die helpen bij transport en afweer.
  • Rode bloedcellen (erytrocyten): Bevatten hemoglobine, dat zuurstof bindt en door het lichaam transporteert.
  • Witte bloedcellen (leukocyten): Spelen een rol in het immuunsysteem en bestrijden ziekteverwekkers.
  • Bloedplaatjes (trombocyten): Zijn essentieel voor de bloedstolling, waarbij fibrinogeen wordt omgezet in fibrine om bloedverlies te voorkomen.

Regulatie van het transportstelsel

De bloeddruk wordt beïnvloed door de pompkracht van het hart en de elasticiteit van de bloedvaten.

  • De hersenen en het autonome zenuwstelsel reguleren de bloeddruk via terugkoppelingsmechanismen.
  • Adrenaline, een hormoon dat wordt afgegeven door de bijnieren, verhoogt de hartslag en bloeddruk bij stress of inspanning.
  • Atherosclerose is een aandoening waarbij cholesterol zich ophoopt in de bloedvaten, wat kan leiden tot een vernauwde bloedsomloop, hoge bloeddruk en een verhoogd risico op hart- en vaatziekten.

Transport bij planten

Planten hebben een transportsysteem om water, mineralen en suikers door de plant te vervoeren:

  • Xyleem (houtvaten): Transporteert water en mineralen van de wortels naar de bladeren door middel van capillaire werking en verdamping.
  • Floëem (bastvaten): Vervoert suikers (zoals glucose in de vorm van sacharose) en andere organische stoffen vanuit de bladeren naar de rest van de plant.
  • Huidmondjes (stomata): Reguleren de verdamping van water en de gasuitwisseling met de omgeving.

Afvalstoffen en uitscheiding

Het lichaam verwijdert afvalstoffen via verschillende organen:

  • Lever: Breekt giftige stoffen af, zoals ammoniak, en zet deze om in ureum.
  • Nieren: Filteren afvalstoffen uit het bloed en produceren urine.
  • Longen: Scheiden koolstofdioxide en waterdamp uit via de ademhaling.
  • Huid: Verwijdert zouten via zweetklieren.

Paragraaf 2: Longventilatie

  • Je kunt uitleggen op welke wijze longventilatie tot stand komt.
  • Je kunt beschrijven hoe het longvolume verandert tijdens ventilatiebewegingen.
  • Je kunt beschrijven hoe de ademfrequentie wordt geregeld.

Gaswisseling is het proces waarbij zuurstof en koolstofdioxide worden uitgewisseld tussen een organisme en zijn omgeving. Dit is essentieel voor cellulaire ademhaling, waarbij zuurstof wordt gebruikt om energie vrij te maken uit glucose. Het transport van zuurstof en koolstofdioxide verloopt via diffusie, wat afhankelijk is van factoren zoals oppervlakte, diffusieafstand en concentratieverschillen.


Gaswisseling bij insecten

Insecten gebruiken een speciaal systeem, de tracheeën, voor gaswisseling:

  • Tracheeën zijn sterk vertakte buizen die zuurstof direct naar de lichaamscellen brengen.
  • Stigmata zijn openingen in het lichaam waardoor lucht de tracheeën binnenkomt.
  • Door diffusie en ventilatiebewegingen wordt zuurstof aangevoerd en koolstofdioxide afgevoerd.
  • Doordat tracheeën rechtstreeks in contact staan met de cellen, is het transport van zuurstof naar de weefsels zeer efficiënt.

Factoren die de gaswisseling bij insecten bevorderen:

  • Groot gaswisselingsoppervlak: de vele vertakkingen van de tracheeën vergroten het contact met de cellen.
  • Kleine diffusieafstand: zuurstof hoeft slechts over een korte afstand te diffunderen naar de cellen.
  • Groot concentratieverschil: door actieve ventilatie wordt verse lucht in de tracheeën gepompt.

Gaswisseling bij vissen

Vissen halen zuurstof uit water met behulp van kieuwen, gespecialiseerde ademhalingsorganen die een groot oppervlak hebben voor gasuitwisseling:

  • Kieuwen bestaan uit kieuwbogen met kieuwplaatjes en kieuwlamellen.
  • Haarvaten in de kieuwlamellen nemen zuurstof op uit het water en geven koolstofdioxide af.

De efficiëntie van de gaswisseling bij vissen wordt vergroot door:

  • Groot diffusieoppervlak: de vele kieuwlamellen vergroten het contact tussen water en bloed.
  • Kleine diffusieafstand: de dunne wand van de kieuwlamellen vergemakkelijkt de gaswisseling.
  • Groot concentratieverschil: de zuurstofconcentratie in het bloed is lager dan in het water, waardoor zuurstof naar het bloed diffundeert.
  • Tegenstroomprincipe: het bloed in de haarvaten stroomt in de tegenovergestelde richting van het water, waardoor er een continue opname van zuurstof mogelijk is.

Gaswisseling bij longdieren

Longdieren, zoals zoogdieren en vogels, gebruiken longen als ademhalingsorganen:

  • Longblaasjes (alveoli) zijn de functionele eenheden van de longen en zorgen voor gaswisseling met het bloed.
  • De longhaarvaten nemen zuurstof op en geven koolstofdioxide af.
  • De luchtpijp, bronchiën en bronchiolen transporteren lucht naar de longblaasjes.

Factoren die de gaswisseling bij longdieren bevorderen:

  • Groot diffusieoppervlak: miljoenen longblaasjes zorgen voor een groot contactoppervlak met het bloed.
  • Kleine diffusieafstand: de dunne wand van de longblaasjes en de haarvaten maakt snelle diffusie mogelijk.
  • Groot concentratieverschil: de continue aanvoer van verse lucht en afvoer van koolstofdioxide handhaaft een hoge zuurstofconcentratie in de longen.

Paragraaf 3: De lever

  • Je kunt de bouw, werking en functies van de lever beschrijven en je kunt uitleggen hoe het interne milieu min of meer constant wordt gehouden door de lever (homeostase).

De lever is een belangrijk orgaan dat betrokken is bij de stofwisseling, afbraak van afvalstoffen en het constant houden van het interne milieu (homeostase). De lever ontvangt bloed via twee bloedvaten: de leverslagader, die zuurstofrijk bloed aanvoert, en de poortader, die bloed met voedingsstoffen uit het darmkanaal transporteert.


Bouw en doorbloeding van de lever

De lever is opgebouwd uit leverlobjes, zeshoekige structuren waarin bloed vanuit de poortader en leverslagader naar het centrum stroomt, waar het in de leverader wordt afgevoerd.

  • In de hoekpunten van een leverlobje bevinden zich vertakkingen van de galgang, leverslagader en poortader.
  • Bloed stroomt van de rand van het lobje naar het midden via haarvaten tussen de levercellen.
  • Gal stroomt in de tegenovergestelde richting en wordt via de galgang afgevoerd naar de galblaas.

Functies van de lever

  1. Galproductie en vetstofwisseling

    • De lever produceert gal, dat wordt opgeslagen in de galblaas en helpt bij de vetvertering door galzuren die vetten emulgeren.
    • De lever speelt een rol bij de vorming en afbraak van cholesterol.
    • Vetten kunnen worden omgezet in andere vetzuren of in monosachariden.
  2. Koolhydraatstofwisseling

    • De lever reguleert de glucoseconcentratie in het bloed.
    • Onder invloed van insuline wordt glucose omgezet in glycogeen, dat wordt opgeslagen in de lever.
    • Wanneer de bloedglucoseconcentratie daalt, wordt glycogeen onder invloed van glucagon weer omgezet in glucose.
  3. Eiwitstofwisseling

    • De lever kan niet-essentiële aminozuren vormen door transaminering.
    • Bij de afbraak van overtollige aminozuren vindt desaminering plaats, waarbij ammoniak vrijkomt. Dit wordt door de lever omgezet in ureum, dat via de nieren wordt uitgescheiden.
  4. Afbraak en opslag van stoffen

    • De lever breekt dode rode bloedcellen af. Hierbij komt ijzer vrij, dat wordt opgeslagen of hergebruikt.
    • Galkleurstoffen, die ontstaan bij de afbraak van hemoglobine, worden via de gal uitgescheiden.
    • Detoxificatie: De lever zet giftige stoffen zoals alcohol, drugs en medicijnen om in minder schadelijke stoffen of slaat ze op. Sommige stoffen, zoals kwik, kunnen niet worden afgebroken en worden in de lever opgeslagen.
  5. Synthese van plasma-eiwitten

    • De lever produceert plasma-eiwitten, zoals albumine (voor het handhaven van de colloïd-osmotische druk) en fibrinogeen (voor de bloedstolling).

Paragraaf 4: De nieren

  • Je kunt de bouw, werking en functie van de nieren en de urinewegen beschrijven.

  • Je kunt uitleggen hoe het interne milieu min of meer constant wordt gehouden door de nieren (homeostase).

Bij een transplantatie wordt een orgaan, weefsel of cellen van een donor naar een ontvanger overgebracht. Dit kan noodzakelijk zijn wanneer een orgaan onherstelbaar beschadigd is. Bloedtransfusie is een specifiek type transplantatie waarbij bloed of bloedproducten worden overgedragen van een donor naar een patiënt.


Orgaantransplantatie

  • Donororganen kunnen afkomstig zijn van levende of overleden donoren.
  • Belangrijke organen die worden getransplanteerd zijn de nier, lever, hart, longen en de alvleesklier.
  • Bij weefseltransplantaties gaat het bijvoorbeeld om hoornvlies, huid of beenmerg.

Voor een succesvolle transplantatie moet er zoveel mogelijk weefselcompatibiliteit zijn tussen de donor en ontvanger, wat wordt bepaald door de HLA-antigenen (Human Leukocyte Antigens).


Afstotingsreacties en immuunonderdrukking

Het immuunsysteem herkent lichaamsvreemde eiwitten en kan het getransplanteerde orgaan aanvallen, wat leidt tot afstotingsreacties.

  • Acute afstoting treedt op binnen dagen tot weken na de transplantatie en wordt veroorzaakt door cytotoxische T-cellen.
  • Chronische afstoting kan maanden tot jaren na de transplantatie optreden door langdurige ontstekingsreacties.
  • Om afstoting te voorkomen, krijgen patiënten immuunsuppressiva zoals corticosteroïden en cytostatica. Deze onderdrukken de afweer, waardoor het risico op infecties toeneemt.

Bloedtransfusie

Bij een bloedtransfusie ontvangt een patiënt bloed van een donor. Hierbij moet rekening worden gehouden met de bloedgroepen en de resusfactor (Rh-systeem) om afstotingsreacties te voorkomen.

  1. ABO-bloedgroepsysteem

    • Bloedgroep A: heeft anti-B-antistoffen en kan bloed ontvangen van A en O.
    • Bloedgroep B: heeft anti-A-antistoffen en kan bloed ontvangen van B en O.
    • Bloedgroep AB: heeft geen antistoffen en kan bloed ontvangen van A, B, AB en O (universele ontvanger).
    • Bloedgroep O: heeft zowel anti-A als anti-B-antistoffen en kan alleen bloed ontvangen van O, maar is een universele donor.
  2. Resusfactor (Rh-systeem)

    • Rh-positieve mensen hebben het D-antigeen op hun rode bloedcellen.
    • Rh-negatieve mensen maken anti-D-antistoffen als ze worden blootgesteld aan Rh-positief bloed.
    • Bij een zwangerschap met een Rh-negatieve moeder en een Rh-positieve baby kan dit problemen veroorzaken bij een volgende zwangerschap door de productie van anti-D-antistoffen, wat leidt tot hemolytische ziekte van de pasgeborene.

Ethiek en donorregistratie

  • In veel landen kunnen mensen zich registreren als orgaan- en weefseldonor.
  • Er zijn ethische dilemma’s rondom orgaandonatie, zoals de vraag of iemand zonder expliciete toestemming donor mag zijn (opt-in vs. opt-out systeem).
  • Levende donoren kunnen een nier of een deel van hun lever doneren, maar dit brengt risico’s met zich mee.

Paragraaf 5: De huid

  • Je kunt de bouw en functie van de huid beschrijven.

  • Je kunt uitleggen hoe het interne milieu (lichaamstemperatuur) min of meer constant wordt gehouden door de huid (homeostase).

De huid is het grootste orgaan van het lichaam en speelt een essentiële rol bij bescherming, zintuiglijke waarneming en warmteregulatie. De huid bestaat uit drie lagen: de opperhuid, de lederhuid en het onderhuids bindweefsel.


Opbouw van de huid

  1. Opperhuid

    • Bestaat uit de hoornlaag en de kiemlaag.
    • Hoornlaag: een laag dode, verhoornde cellen die bescherming biedt tegen beschadiging, uitdroging en infecties.
    • Kiemlaag: bevat levende epitheelcellen die zich voortdurend delen om de hoornlaag te vernieuwen.
    • Haarzakjes in de kiemlaag produceren haren.
  2. Lederhuid

    • Bestaat uit bindweefsel met zenuwen, zintuigcellen, bloedvaten, haarspiertjes en zweetklieren.
    • Zenuwcellen registreren prikkels zoals druk, kou, warmte en pijn.
    • Bloedvaten spelen een rol bij warmteregulatie door te verwijden of vernauwen.
    • Zweetklieren scheiden zweet uit, wat bij verdamping voor afkoeling zorgt.
  3. Onderhuids bindweefsel

    • Bevat vetcellen die vet opslaan en zorgen voor isolatie en bescherming tegen kou.

Functies van de huid

  • Bescherming tegen uitdroging, mechanische schade, straling (UV-stralen) en ziekteverwekkers.
  • Zintuiglijke waarneming via gespecialiseerde zintuigcellen die warmte, kou, pijn en druk detecteren.
  • Temperatuurregeling:
    • Bij warmte: bloedvaten verwijden en zweetproductie neemt toe.
    • Bij kou: bloedvaten vernauwen, haarspiertjes trekken samen (kippenvel) en de vetlaag helpt warmte vasthouden.
  • Aanmaak van vitamine D onder invloed van zonlicht.