Biologie bovenbouw · Grades 10–12

8Hart en longen tijdens inspanning

Ren vier trappen op en sta boven stil. Je borst gaat op en neer — veertig ademteugen per minuut in plaats van twaalf, elk drie keer zo diep — en je hart bonkt op honderdzeventig. Niets aan de trap vroeg je om daartoe te besluiten; het lichaam regelde het in seconden, omdat de spieren uit Hoofdstuk 7 tien keer meer zuurstof eisten dan een minuut eerder. Dit hoofdstuk gaat over het aanvoersysteem — longen, hart, bloedvaten — en over hoe zijn opbrengst bij het begin van een inspanning wordt vermenigvuldigd.

8.1 Ventilatie

Definitie 8.1 (Ventilatie)

De longventilatie is het luchtvolume dat per minuut de longen in en uit gaat: het volume van één ademteug (het ademvolume) vermenigvuldigd met het aantal ademteugen per minuut (de ademfrequentie). In rust ongeveer $0.5\,\mathrm{L}$ , twaalf tot vijftien keer per minuut: $6\text{ to }8\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . In de longen bereikt de lucht zo’n 300 miljoen longblaasjes, dunwandige zakjes omwikkeld met haarvaten, waar zuurstof in het bloed overgaat en koolstofdioxide eruit.

Propositie 8.2 (Ventilatie tijdens inspanning)

Tijdens inspanning stijgen zowel het ademvolume als de frequentie: een fitte volwassene kan $2.5\,\mathrm{L}$ veertig keer per minuut ademen, $100\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ of meer, vijftien keer de rustwaarde. De stijging begint binnen de eerste seconden van de inspanning, nog vóór enige verandering in het bloed, en komt uit op een niveau dat evenredig is met de zuurstof die wordt verbruikt.

Bewijs. Op dit niveau zonder bewijs aangenomen. ∎

Een spirogram: het luchtvolume in de longen tegen de tijd. Rustig ademen verplaatst 0.5\, L per ademteug rond een middenstand; een maximale inademing gevolgd door een maximale uitademing doorloopt de vitale capaciteit, ongeveer 4.5\, L; de 1.2\, L die nooit kan worden uitgedreven, is het restvolume. — Een spirogram: het luchtvolume in de longen tegen de tijd. Rustig ademen verplaatst $0.5\,\mathrm{L}$ per ademteug rond een middenstand; een maximale inademing gevolgd door een maximale uitademing doorloopt de vitale capaciteit, ongeveer $4.5\,\mathrm{L}$ ; de $1.2\,\mathrm{L}$ die nooit kan worden uitgedreven, is het restvolume.

Voorbeeld 8.3 (Een spirogram lezen)

In de figuur duren vier ademteugen $16\,\mathrm{s}$ : 15 ademteugen per minuut van $0.5\,\mathrm{L}$ , dus $7.5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . De maximale uitslag loopt van $5.7\,\mathrm{L}$ tot $1.2\,\mathrm{L}$ : een vitale capaciteit van $4.5\,\mathrm{L}$ . Een ademvolume van $2.5\,\mathrm{L}$ tijdens inspanning gebruikt meer dan de helft van die capaciteit, en daarom voelt zwaar ademen ook zo aan.

Longvolumes meten: de proefpersoon ademt door een mondstuk in een spirometer, met een klem op de neus, en het instrument legt het volume van elke ademteug vast.

8.2 Het hart en de twee bloedsomlopen

Definitie 8.4 (Hartminuutvolume)

Het hart is een dubbele pomp met vier holten. De rechterkant ontvangt het bloed dat van de organen terugkomt en stuurt het naar de longen (de kleine bloedsomloop); de linkerkant ontvangt het van de longen terug en stuurt het naar de organen (de grote bloedsomloop). Kleppen tussen de holten en bij de uitgangen maken de stroom eenrichting. Het hartminuutvolume $Q$ is het volume bloed dat elke kant per minuut pompt: het volume dat per slag wordt uitgestoten, het slagvolume $V_s$ , vermenigvuldigd met de hartfrequentie $f$ ,

Q = f \times V_s .

In rust, $70$ slagen per minuut van $70\,\mathrm{mL}$ : ongeveer $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ — het hele bloedvolume één keer per minuut.

De dubbele bloedsomloop. Blauw: bloed dat arm is aan zuurstof, door het rechterhart naar de longen gepompt. Rood: bloed dat rijk is aan zuurstof, door het linkerhart naar de organen gepompt. De twee kanten kloppen samen en pompen hetzelfde volume per minuut.

Propositie 8.5 (Hartminuutvolume tijdens inspanning)

Tijdens inspanning stijgt de hartfrequentie mee met het geleverde vermogen, tot een maximum van ruwweg $220$ min de leeftijd in jaren, en ook het slagvolume stijgt, bij een ongetraind mens met ongeveer de helft en bij een getraind mens meer. Het hartminuutvolume van een jonge volwassene gaat van $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ in rust naar $20\text{ to }25\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ bij maximale inspanning, en naar $35\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ of meer bij een duursportkampioen, wiens slagvolume $180\,\mathrm{mL}$ kan overschrijden.

Bewijs. Op dit niveau zonder bewijs aangenomen. ∎

Hartfrequentie, slagvolume en hartminuutvolume van een twintigjarige bij toenemend vermogen. Het slagvolume vlakt bij matige inspanning af; daarboven stijgt het minuutvolume alleen nog door de frequentie, en die vlakt zelf af bij 220 - 20 = 200. — Hartfrequentie, slagvolume en hartminuutvolume van een twintigjarige bij toenemend vermogen. Het slagvolume vlakt bij matige inspanning af; daarboven stijgt het minuutvolume alleen nog door de frequentie, en die vlakt zelf af bij $220 - 20 = 200$ .

Voorbeeld 8.6 (Minuutvolume bij $200\,\mathrm{W}$ )

Uit de figuur: $f = 170$ per minuut, $V_s = 115\,\mathrm{mL}$ , dus $Q = 170 \times 0.115 \approx 19.6\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ : vier keer het minuutvolume in rust. Het hart verplaatst het hele bloedvolume van het lichaam vier keer per minuut.

8.3 Het bloed brengen waar het nodig is

Propositie 8.7 (Herverdeling van de bloedstroom)

In rust ontvangen de spieren ongeveer een vijfde van het hartminuutvolume; darm, lever en nieren nemen de helft. Bij zware inspanning verwijden de kleine slagaders van de werkende spieren zich en vernauwen die van de darm en de nieren: de spieren ontvangen dan meer dan vier vijfde van een minuutvolume dat zelf is verviervoudigd — zo’n $20\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ in plaats van $1\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ , twintig keer meer. Het aandeel van de hersenen blijft in absolute zin gelijk, en dat van de huid stijgt om de warmte af te voeren.

Bewijs. Op dit niveau zonder bewijs aangenomen. ∎

Waar het hartminuutvolume heen gaat, in rust (5\, L/ min) en bij maximale inspanning (24\, L/ min). Het aandeel van de spieren gaat van een vijfde naar meer dan vier vijfde; de hersenen houden hun 0.75\, L/ min onafgebroken. — Waar het hartminuutvolume heen gaat, in rust ( $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ) en bij maximale inspanning ( $24\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ). Het aandeel van de spieren gaat van een vijfde naar meer dan vier vijfde; de hersenen houden hun $0.75\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ onafgebroken.

Propositie 8.8 (Aanvoer en onttrekking van zuurstof)

Elke liter slagaderlijk bloed draagt ongeveer $200\,\mathrm{mL}$ zuurstof, vrijwel alles gebonden aan de hemoglobine van de rode bloedcellen. In rust nemen de organen ongeveer $50\,\mathrm{mL}$ uit elke liter; tijdens inspanning nemen de werkende spieren er tot $150\,\mathrm{mL}$ uit, drie keer meer. De zuurstof die per minuut wordt verbruikt is het hartminuutvolume vermenigvuldigd met de hoeveelheid die per liter wordt onttrokken — dus geven de vijfvoudige stijging van het minuutvolume en de drievoudige stijging van de onttrekking samen de vijftienvoudige stijging van het zuurstofverbruik uit Hoofdstuk 7.

Bewijs. Op dit niveau zonder bewijs aangenomen. ∎

Voorbeeld 8.9 (De zuurstofbalans getoetst)

Rust: $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ $\times$ $50\,\mathrm{mL}/\mathrm{L}$ $= 250\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ , het verbruik in rust. Maximale inspanning van een getrainde leerling: $23\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ $\times$ $150\,\mathrm{mL}/\mathrm{L}$ $= 3.45\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ — een $\dot V\!\mathrm{O_2}$ max van $50\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ per kilogram bij $69\,\mathrm{kg}$ , precies het cijfer van het vorige hoofdstuk.

8.4 Hoe de reactie wordt geregeld

Propositie 8.10 (Zenuw- en hormoonregeling)

Het hart en de ademhalingsspieren worden aangestuurd door zenuwcentra onderin de hersenen. Twee stelsels zenuwen bereiken het hart: het ene vertraagt het en is in rust actief; het andere versnelt het en versterkt elke slag. Bij het begin van een inspanning wordt het bevel van de hersenen aan de spieren naar die centra gekopieerd — het hart versnelt binnen één of twee slagen — en sensoren in de spieren en gewrichten melden de beweging. Naarmate de inspanning voortduurt, meten sensoren in de slagaders vervolgens de koolstofdioxide en de zuurgraad van het bloed en stellen zij de ventilatie en de hartfrequentie zo bij dat die dicht bij hun rustwaarden blijven. De bijnieren voegen het hormoon adrenaline toe, dat de versnelling versterkt en de slagaders van de spieren verwijdt.

Bewijsmateriaal. De vertragende zenuw van een dier doorsnijden verhoogt zijn rusthartfrequentie van 70 naar ongeveer 100; hem prikkelen legt het hart stil. De versnellende zenuw prikkelen verdubbelt de frequentie. Iemand die te horen krijgt dat er een inspanning aankomt, vertoont een stijgende hartfrequentie nog vóór hij beweegt; een proefpersoon die lucht met extra koolstofdioxide inademt, verhoogt zijn ventilatie binnen een minuut, en iemand bij wie de koolstofdioxide van het bloed tijdens de inspanning kunstmatig constant wordt gehouden, verhoogt haar toch bij het begin van de beweging — de twee mechanismen, vooruitlopen en bijsturen, zijn allebei echt. ∎

Methode 8.11 (De zuurstofaanvoer berekenen)

Ventilatie: ademvolume $\times$ frequentie. Slechts ongeveer 70% van elke ademteug bereikt de longblaasjes; de rest vult de luchtwegen.
Hartminuutvolume: $Q = f \times V_s$ , in liter per minuut als $V_s$ in liter staat.
Zuurstof die per minuut wordt verbruikt: $Q \times$ (zuurstof onttrokken per liter bloed).
Stroom naar een orgaan: zijn aandeel in $Q$ . Vergelijk absolute stromen, geen aandelen — een kleiner aandeel van een groter minuutvolume kan meer bloed zijn.
Toets: het verbruik kan niet boven de $\dot V\!\mathrm{O_2}$ max uitkomen, en $f$ niet boven ongeveer $220 -$ de leeftijd.

Opmerking 8.12 (Waar de grens ligt)

De ventilatie kan boven $150\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ komen en het bloed dat de longen verlaat is bij maximale inspanning nog vrijwel verzadigd: de longen zijn niet het knelpunt. Het slagvolume is dat wel: het bepaalt hoeveel bloed, en dus hoeveel zuurstof, elke slag aanvoert. Duurtraining vergroot het hart en zijn slagvolume — en daarom klopt een getraind hart in rust op 45 in plaats van 70 voor dezelfde $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ , en daarom stijgt $\dot V\!\mathrm{O_2}$ max met training.

8.5 Oefeningen

Oefening 8.1 ★

Bereken de ventilatie van iemand die $0.6\,\mathrm{L}$ veertien keer per minuut ademt; en vervolgens die van dezelfde persoon die $2.2\,\mathrm{L}$ vijfendertig keer per minuut ademt.

Oplossing

Oplossing van Oefening 8.1.

$0.6 \times 14 = 8.4\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; $2.2 \times 35 = 77\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

Oefening 8.2 ★

Definieer het hartminuutvolume en geef de formule ervan. Bereken het voor een hartfrequentie van 65 per minuut en een slagvolume van $75\,\mathrm{mL}$ .

Oplossing

Oplossing van Oefening 8.2.

Het volume bloed dat één kant van het hart per minuut pompt: $Q = f \times V_s$ . $65 \times 0.075 \approx 4.9\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

Oefening 8.3 ★

Volg de weg van een rode bloedcel van de rechterboezem terug naar de rechterboezem, met de namen van de holten en de twee bloedsomlopen.

Oplossing

Oplossing van Oefening 8.3.

Rechterboezem, rechterkamer, longslagader, longen (kleine bloedsomloop), longaderen, linkerboezem, linkerkamer, aorta, organen (grote bloedsomloop), aderen, rechterboezem.

Oefening 8.4 ★

Geef uit de spirogramfiguur het ademvolume, de vitale capaciteit en het restvolume.

Oplossing

Oplossing van Oefening 8.4.

Ademvolume $0.5\,\mathrm{L}$ ; vitale capaciteit $4.5\,\mathrm{L}$ ; restvolume $1.2\,\mathrm{L}$ .

Oefening 8.5 ★

Wat is de maximale hartfrequentie van een zestienjarige? En van een zestigjarige?

Oplossing

Oplossing van Oefening 8.5.

Ongeveer $220 - 16 = 204$ en $220 - 60 = 160$ slagen per minuut.

Oefening 8.6 ★★

Bereken uit de figuur van de hartfrequentie het hartminuutvolume bij $100\,\mathrm{W}$ en bij $300\,\mathrm{W}$ , en de factor daartussen.

Oplossing

Oplossing van Oefening 8.6.

$100\,\mathrm{W}$ : $120 \times 0.105 \approx 12.6\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; $300\,\mathrm{W}$ : $198 \times 0.115 \approx 22.8\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; een factor 1.8.

Oefening 8.7 ★★

In rust ontvangen darm en nieren 50% van $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; bij maximale inspanning 4% van $24\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Bereken beide stromen. Wat verandert sterker, het aandeel of de absolute stroom?

Oplossing

Oplossing van Oefening 8.7.

Rust: $2.5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; inspanning: $0.04 \times 24 \approx 1.0\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Het aandeel daalt twaalfvoudig, de absolute stroom slechts met een factor 2.6, omdat het minuutvolume zelf is gegroeid.

Oefening 8.8 ★★

Een proefpersoon heeft een hartminuutvolume van $18\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ en haar spieren onttrekken $140\,\mathrm{mL}$ zuurstof per liter. Bereken haar zuurstofverbruik. Zit zij dicht bij het plafond van een getrainde leerling?

Oplossing

Oplossing van Oefening 8.8.

$18 \times 0.14 = 2.5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ : ongeveer drie kwart van de $3.45\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ van een getrainde leerling — dicht daarbij voor een kleiner persoon.

Oefening 8.9 ★★

Waarom blijft de bloedstroom naar de hersenen op $0.75\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ terwijl die naar de darm tijdens inspanning met twee derde wordt teruggebracht? Denk aan wat elk orgaan kan verdragen.

Oplossing

Oplossing van Oefening 8.9.

De hersenen kunnen zelfs geen seconden zonder zuurstof en glucose, dus wordt hun aanvoer beschermd. De darm en de nieren kunnen de vertering en de filtering een uur stilleggen zonder schade, en hun aandeel wordt aan de spieren uitgeleend.

Oefening 8.10 ★★

Een getrainde wielrenster heeft een rusthartfrequentie van 42 en een minuutvolume in rust van $5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Bereken haar slagvolume en vergelijk het met dat van een ongetraind mens.

Oplossing

Oplossing van Oefening 8.10.

$V_s = 5000/42 \approx 120\,\mathrm{mL}$ , tegenover ongeveer $70\,\mathrm{mL}$ : haar vergrote hart levert het minuutvolume in rust met veel minder slagen.

Oefening 8.11 ★★

Leg uit waarom de hartfrequentie al vóór de eerste pas van een wedstrijd begint te stijgen, en wat er zou gebeuren met een loper wiens regeling alleen op het meten van koolstofdioxide in het bloed werkte.

Oplossing

Oplossing van Oefening 8.11.

Het bevel van de hersenen om te bewegen, en hun vooruitlopen op de inspanning, worden naar de hartcentra en de bijnieren gestuurd voordat de spieren in actie komen. Een loper die alleen op het meten van koolstofdioxide vertrouwde, zou met een minuutvolume in rust starten, de eerste minuut op gisting lopen, en door melkzuur gedwongen worden te vertragen voordat de aanvoer bij was.

Oefening 8.12 ★★★

Twee proefpersonen bereiken dezelfde maximale hartfrequentie van 195. De een heeft een maximaal slagvolume van $110\,\mathrm{mL}$ , de ander $160\,\mathrm{mL}$ . Bereken bij dezelfde zuurstofonttrekking van $150\,\mathrm{mL}/\mathrm{L}$ hun maximale zuurstofverbruik, en zeg wat Opmerking 8.12 over hun trainingsverleden voorspelt.

Oplossing

Oplossing van Oefening 8.12.

$195 \times 0.110 \times 0.150 \approx 3.2\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ en $195 \times 0.160 \times 0.150 \approx 4.7\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Het slagvolume is wat training vergroot: de tweede proefpersoon is de duurgetrainde.

Oefening 8.13 ★★★

Lucht bestaat voor 21% uit zuurstof. Een proefpersoon ventileert bij maximale inspanning $100\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ en verbruikt $3.5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ zuurstof. Welk deel van de ingeademde zuurstof gebruikt zij werkelijk? Wat gebeurt er met de rest?

Oplossing

Oplossing van Oefening 8.13.

Ingeademde zuurstof: $0.21 \times 100 = 21\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; gebruikt: $3.5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ , dus 17%. De rest wordt weer uitgeademd — uitgeademde lucht bevat nog ongeveer 16% zuurstof, en daarom werkt mond-op-mondbeademing.

Oefening 8.14 ★★★

Een geneesmiddel blokkeert de versnellende zenuwen en de werking van adrenaline op het hart, en beperkt de hartfrequentie tot 110. Voorspel het effect ervan op het hartminuutvolume bij maximale inspanning, op de $\dot V\!\mathrm{O_2}$ max, en op wat de patiënt kan doen.

Oplossing

Oplossing van Oefening 8.14.

Het minuutvolume komt hoogstens op $110 \times 0.12 \approx 13\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ in plaats van 24: de $\dot V\!\mathrm{O_2}$ max daalt met bijna de helft, tot ongeveer $2\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . De patiënt kan rustig lopen en fietsen, maar geen zware inspanning volhouden.

Oefening 8.15 ★★★

Bij iemand op grote hoogte draagt het slagaderlijke bloed $150\,\mathrm{mL}$ zuurstof per liter in plaats van $200$ . Bereken bij hetzelfde maximale hartminuutvolume en dezelfde onttrekking van 75% van de aangevoerde zuurstof het verlies aan $\dot V\!\mathrm{O_2}$ max in procenten. Stel één aanpassing voor die het lichaam in de weken daarna maakt.

Oplossing

Oplossing van Oefening 8.15.

De aanvoer per liter daalt met een kwart, de onttrekking blijft verhoudingsgewijs gelijk: $\dot V\!\mathrm{O_2}$ max daalt met 25%. In de weken daarna maakt het lichaam meer rode bloedcellen, waardoor de zuurstof die per liter wordt gedragen weer richting $200\,\mathrm{mL}$ gaat.

8.6 Probleem: De inspanningstest

Probleem 8.1

Weekendprobleem — een inspanningstest bij de cardioloog: hartfrequentie, slagvolume, ventilatie en zuurstofonttrekking gemeten bij oplopend vermogen, en de vermenigvuldiging die zij samen bereiken

Tom, 17 jaar, massa $68\,\mathrm{kg}$ , trapt op een laboratoriumfiets terwijl zijn hartfrequentie, ventilatie en uitgeademde lucht worden vastgelegd. Uitkomsten:

vermogen (W)	0	75	150	225	300
hartfrequentie (per min)	62	105	140	175	198
slagvolume (mL)	72	100	116	120	120
ademvolume (L)	0.5	1.2	1.8	2.3	2.6
ademteugen per min	13	18	24	32	44
$\mathrm{O_2}$ onttrokken per liter bloed (mL)	52	90	120	145	155

Deel I — Het hart.

Bereken het hartminuutvolume van Tom bij elk vermogen.
Met welke factor is het minuutvolume bij $300\,\mathrm{W}$ gestegen? Welk deel van die factor komt van de frequentie en welk deel van het slagvolume?
Boven welk vermogen houdt het slagvolume op te stijgen? Wat verhoogt het minuutvolume daarboven nog als enige?
Vergelijk de maximale hartfrequentie van Tom met de vuistregel.
Zijn minuutvolume in rust is ongeveer $4.5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Als zijn bloedvolume $5\,\mathrm{L}$ is, hoelang duurt één volledige rondgang in rust, en bij $300\,\mathrm{W}$ ?

Deel II — De longen.

Bereken de ventilatie bij elk vermogen.
Met welke factor is zij bij $300\,\mathrm{W}$ gestegen? Welke van de twee factoren, volume of frequentie, draagt meer bij?
De vitale capaciteit van Tom is $5.0\,\mathrm{L}$ . Welk deel daarvan gebruikt elke ademteug bij $300\,\mathrm{W}$ ?
De ventilatie steeg met een grotere factor dan het hartminuutvolume. Betekent dat dat de longen de prestatie begrenzen? Gebruik Opmerking 8.12.
Slechts 70% van elke ademteug bereikt de longblaasjes. Bereken de alveolaire ventilatie in rust en bij $300\,\mathrm{W}$ .

Deel III — De zuurstof.

Bereken het zuurstofverbruik van Tom bij elk vermogen, uit het hartminuutvolume en de zuurstof die per liter wordt onttrokken.
Druk de waarde bij $300\,\mathrm{W}$ uit in milliliter per minuut per kilogram. Is dat een $\dot V\!\mathrm{O_2}$ max, en van wat voor proefpersoon?
Met welke factor is het verbruik van rust tot $300\,\mathrm{W}$ gestegen? Splits die op in de factor van het hart en de factor van de onttrekking.
Bereken met $20\,\mathrm{kJ}$ per liter zuurstof het metabole vermogen bij $300\,\mathrm{W}$ en het rendement van de spieren (mechanisch vermogen gedeeld door het metabole vermogen boven de rust).
Teken, of beschrijf, het zuurstofverbruik tegen het mechanische vermogen. Is het recht? Waar ligt het plafond?

Deel IV — De regeling en het oordeel.

De hartfrequentie van Tom kwam op 75 terwijl hij zat te wachten tot de test begon. Verklaar dat.
Bij $300\,\mathrm{W}$ is zijn slagaderlijke bloed nog voor 95% met zuurstof verzadigd. Wat zegt dat over de uitwisseling in de longblaasjes, en over waar de grens van zijn $\dot V\!\mathrm{O_2}$ max ligt?
De cardioloog merkt op dat de spieren nu ongeveer $20\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ bloed ontvangen. Welk deel van het minuutvolume is dat, en waar is de rest van de verdeling in rust gebleven?
Na zes maanden training is het maximale slagvolume van Tom $140\,\mathrm{mL}$ bij dezelfde maximale frequentie en onttrekking. Bereken zijn nieuwe $\dot V\!\mathrm{O_2}$ max.
Geef het resultaat: de drie getallen (hart, onttrekking, ventilatie) waarmee het lichaam van Tom zijn zuurstofaanvoer in rust vermenigvuldigde, en welk daarvan de training veranderde.

Oplossing

Oplossing van Probleem 8.1.

1. $62 \times 0.072 \approx 4.5$ ; $105 \times 0.100 = 10.5$ ; $140 \times 0.116 \approx 16.2$ ; $175 \times 0.120 = 21.0$ ; $198 \times 0.120 \approx 23.8\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

2. $23.8/4.5 \approx 5.3$ : de frequentie draagt $198/62 \approx 3.2$ bij, het slagvolume $120/72 \approx 1.7$ , en $3.2 \times 1.7 \approx 5.3$ .

3. Boven ongeveer $225\,\mathrm{W}$ blijft het slagvolume op $120\,\mathrm{mL}$ ; alleen de hartfrequentie verhoogt het minuutvolume nog.

4. $220 - 17 = 203$ : zijn 198 valt binnen de nauwkeurigheid van de regel.

5. $5/4.5 \approx 1.1\,\mathrm{min}$ , ongeveer $67\,\mathrm{s}$ ; bij $300\,\mathrm{W}$ , $5/23.8 \approx 0.21\,\mathrm{min}$ , ongeveer $13\,\mathrm{s}$ .

6. $0.5 \times 13 = 6.5$ ; $1.2 \times 18 = 21.6$ ; $1.8 \times 24 = 43.2$ ; $2.3 \times 32 = 73.6$ ; $2.6 \times 44 \approx 114\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

7. $114/6.5 \approx 18$ : het ademvolume steeg 5.2 keer, de frequentie 3.4 keer; het volume draagt meer bij.

8. $2.6/5.0 = 52\%$ van de vitale capaciteit per ademteug.

9. Nee: de ventilatie heeft een grote reserve en het bloed dat de longen verlaat blijft verzadigd. De grens is het slagvolume van het hart, dat bepaalt hoeveel zuurstof elke slag aanvoert.

10. $0.7 \times 6.5 \approx 4.6\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ en $0.7 \times 114 \approx 80\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

11. $4.5 \times 0.052 \approx 0.23$ ; $10.5 \times 0.090 \approx 0.95$ ; $16.2 \times 0.120 \approx 1.94$ ; $21.0 \times 0.145 \approx 3.05$ ; $23.8 \times 0.155 \approx 3.7\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

12. $3700/68 \approx 54\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ per kilogram. De frequentie heeft haar maximum bereikt en de toename van 225 naar $300\,\mathrm{W}$ is klein: dit is zijn $\dot V\!\mathrm{O_2}$ max, die van een fitte, getrainde leerling.

13. $3.7/0.23 \approx 16$ : de factor 5.3 van het hart vermenigvuldigd met de $155/52 \approx 3.0$ van de onttrekking.

14. $3.7 \times 20 = 74\,\mathrm{kJ}$ per minuut, ongeveer $1230\,\mathrm{W}$ ; in rust $0.23 \times 20/60 \approx 77\,\mathrm{W}$ ; boven de rust ongeveer $1150\,\mathrm{W}$ , dus is het rendement $300/1150 \approx 26\%$ .

15. Ruwweg een rechte lijn van $0.23$ naar $3.05\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ tussen 0 en $225\,\mathrm{W}$ , daarna buigend: de laatste $75\,\mathrm{W}$ voegen slechts $0.65\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ toe. Het plafond ligt rond $3.7\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

16. Vooruitlopen: de verwachting van de inspanning bij de hersenen wordt aan de hartcentra en de bijnieren doorgegeven, en verhoogt de frequentie nog vóór enige beweging.

17. De longblaasjes voorzien het bloed zelfs bij maximale ventilatie en maximaal minuutvolume volledig van zuurstof; de longen zijn niet de grens. De grens is de hoeveelheid bloed die het hart per minuut kan versturen.

18. $20/23.8 \approx 84\%$ . De darm en de nieren, die de helft van het minuutvolume in rust namen, ontvangen nu ongeveer $1\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ ; hun slagaders zijn vernauwd en de stroom is naar de spieren geleid.

19. $198 \times 0.140 \times 0.155 \approx 4.3\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ , ongeveer $63\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ per kilogram.

20. Het hartminuutvolume vermenigvuldigd met 5.3, de zuurstofonttrekking met 3, de ventilatie met 18; de training veranderde het slagvolume van het hart, en daarmee het plafond.

Begrippen gedefinieerd in dit hoofdstuk

Bekijk alle 479 begrippen in de begrippenlijst