Ervoor zorgen dat de ventilatie en perfusie van de longen goed op elkaar zijn afgestemd is van vitaal belang voor de continue toevoer van zuurstof en de afvoer van kooldioxide uit het lichaam.

In dit artikel bespreken we hoe ventilatie en perfusie op elkaar kunnen worden afgestemd, hoe dit kan gebeuren en hoe dit kan worden gecorrigeerd.

Ventilatie-Perfusieverhouding

De ventilatiesnelheid (V) verwijst naar het volume gas dat door de longen wordt ingeademd en uitgeademd in een bepaalde tijdsperiode, meestal een minuut. Het kan worden berekend door het getijdevolume (volume ingeademde en uitgeademde lucht in één enkele ademteug) te vermenigvuldigen met de ademhalingsfrequentie. Bij een gemiddelde man bedraagt de ademhalingsfrequentie ongeveer 6 l/min.

De perfusie (Q) van de longen verwijst naar het totale volume bloed dat de longcapillairen in een bepaalde tijdsperiode bereikt.

De ideale V/Q-verhouding zou 1 zijn voor een maximaal efficiënte longfunctie. De verhouding varieert echter afhankelijk van het betrokken deel van de longen. Als men bijvoorbeeld rechtop staat, is de verhouding ruwweg 3,3 in de top van de long, en slechts 0,63 in de basis. Dit wil zeggen dat de ventilatie naar de apex toe groter is dan de perfusie, en dat de perfusie naar de basis toe groter is dan de ventilatie.

De verschillende verhoudingen voor de verschillende gebieden zijn het gevolg van waar elk gebied ligt ten opzichte van het hart, waarbij gebieden van de long onder het hart door de zwaartekracht meer perfusie hebben dan ventilatie, waardoor de V/Q-verhouding daalt. Als zodanig ligt de totale waarde in de gemiddelde menselijke long dichter bij 0,8.

De zwaartekracht bewerkstelligt deze veranderingen in ventilatie en perfusie via twee verschillende mechanismen:

• De pleurale druk wordt verhoogd aan de basis van de longen, wat resulteert in meer compliante alveoli en verhoogde ventilatie
• De hydrostatische druk wordt verlaagd aan de apex van de long, wat resulteert in verminderde flow en verminderde perfusie

Als de perfusie toeneemt met de zwaartekracht, zijn het de apicale en middelste zones van de long die de grootste relatieve toename van hun perfusiesnelheid zien bij een verhoogde cardiac output, zoals tijdens inspanning.

Ventilatie-Perfusie Mismatch

Als er een mismatch is tussen de alveolaire ventilatie en de alveolaire bloedstroom, zal dit te zien zijn in de V/Q-verhouding. Als de V/Q-verhouding daalt als gevolg van onvoldoende ventilatie, zal de gasuitwisseling binnen de betrokken alveoli worden belemmerd. Als gevolg hiervan daalt de capillaire partiële druk van zuurstof (pO2) en stijgt de partiële druk van kooldioxide (pCO2).

Om dit te beheersen, zorgt hypoxische vasoconstrictie ervoor dat bloed wordt omgeleid naar beter geventileerde delen van de long. In de meeste fysiologische toestanden zal het hemoglobine in deze goed geventileerde alveolaire haarvaten echter reeds verzadigd zijn. Dit betekent dat de rode cellen niet in staat zullen zijn extra zuurstof te binden om de pO2 te verhogen. Als gevolg hiervan blijft het pO2-niveau van het bloed laag, wat als prikkel fungeert om hyperventilatie te veroorzaken, wat resulteert in normale of lage CO2-niveaus.

Een mismatch in ventilatie en perfusie kan ontstaan door ofwel verminderde ventilatie van een deel van de long, ofwel verminderde perfusie.

Clinische relevantie – verminderde ventilatie van de longen

Verlaagde ventilatie kan om een aantal redenen optreden, maar in het bestek van dit artikel zullen we ons richten op de meest voorkomende. Verminderde ventilatie beïnvloedt in de eerste plaats het zuurstofgehalte, omdat kooldioxide beter oplosbaar is en blijft diffunderen ondanks de stoornis. Het eerste effect van verminderde beademing is dus type 1 respiratoir falen (T1RF), met verlaagde pO2 en een normale/lage pCO2.

Alle oorzaken van T1RF kunnen zich ontwikkelen tot type 2 respiratoir falen met lage pO2 en verhoogde pCO2 als ze voldoende ernstig zijn.

Bij longontsteking zijn de alveoli gevuld met exsudaat, waardoor de luchttoevoer naar de alveoli wordt belemmerd en de diffusieweg voor de ademgassen wordt verlengd.

Astma en chronisch obstructieve longziekte (COPD) kunnen ook leiden tot een verminderde ventilatie. Bij astma wordt dit veroorzaakt door gladde spiercontractie, waardoor de weerstand tegen de luchtstroom naar de alveoli toeneemt. Bij COPD leidt structurele beschadiging van de luchtwegen door ontstekingsveranderingen tot een verminderde gasuitwisseling, die kan verergeren bij een acute exacerbatie.

Het effect van verminderde ventilatie is hypoxie. Omdat de rest van de long echter nog CO2 kan verwijderen, treedt geen hypercapnie op, tenzij de ventilatie ernstig wordt beperkt.

Clinische relevantie – Verminderde perfusie van de longen

Pulmonale embolie kan leiden tot verminderde perfusie van de longen. Delen van de pulmonale circulatie worden geblokkeerd, waardoor de bloedstroom naar de longblaasjes wordt beperkt. Als gevolg daarvan moet bloed worden omgeleid naar andere delen van de longen. Aangezien de andere gebieden een verhoogde bloedtoevoer krijgen, zal de V/Q-verhouding <1 zijn. In dit geval treedt nog steeds hypoxie op omdat het overgrote deel van de long nog steeds werkt met een V/Q van <1.