Deoxygenatie

De Deoxygenatie is de dissociatie van zuurstofmoleculen van hemoglobinemoleculen in menselijk bloed. De zuurstoftoevoer naar het lichaam is gebaseerd op een cyclus van oxygenatie en deoxygenatie. Deze cyclus wordt verstoord door verschijnselen als rookvergiftiging.

Wat is deoxygenatie?

Bij chemische deoxygenatie komen de zuurstofatomen vrij uit een atomaire binding. Geneeskunde verwijst de term naar de afbraak van de zuurstofbindingen op hemoglobine. Hemoglobine is het rode bloedpigment dat tweewaardige ijzeratomen bevat. Bij de menselijke ademhaling dient hemoglobine als transportmedium dankzij deze ijzerbinding met affiniteit voor zuurstof.

Alle organen en weefsels in het lichaam hebben zuurstof nodig. Het bloed transporteert de zuurstofatomen naar de dunste takken van de bloedbaan en voorziet zo alle weefsels.

Zuurstof heeft slechts een beperkte oplosbaarheid. Daarom is het niet alleen vrij in het bloedplasma aanwezig, maar ook in hemoglobinegebonden vorm. Deze binding wordt ook wel oxygenatie genoemd en is het tegenovergestelde van deoxygenatie.

De bindingsaffiniteit van hemoglobine voor zuurstof verandert in de verschillende milieus van het lichaam. Wanneer de affiniteit afneemt, vindt deoxygenatie plaats. De zuurstofatomen worden afgegeven aan de individuele weefsels en organen van het lichaam. Het binden van hemoglobine wordt ook wel deoxyhemoglobine genoemd. Evenzo wordt zuurstofgebonden hemoglobine oxyhemoglobine genoemd.

Functie en taak

Oxygenatie en deoxygenatie werken samen in het menselijk organisme om de weefsels van essentiële zuurstof te voorzien. Fysiek opgeloste zuurstof speelt bijvoorbeeld een rol bij de uitwisseling tussen het bloedplasma en de alveoli van de longen. De zuurstofuitwisseling vindt plaats tussen het plasma en het interstitium door diffusie. Fysiek opgeloste zuurstof speelt ook een rol in dit proces.

Om de zuurstoftoevoer naar alle cellen te behouden, is vanwege de beperkte oplosbaarheid echter ook binding aan hemoglobine een essentieel proces. Wanneer het hemoglobine zuurstofrijk is, verandert de conformatie. Met deze positieverandering wordt het centrale ijzeratoom ruimtelijk herschikt in het rode bloedpigment en neemt de hemoglobine een dynamische functionele toestand aan.

Zonder zuurstofbinding is hemoglobine eigenlijk deoxyhemoglobine en heeft het dus een gespannen T-vorm. Met oxygenatie verandert de vorm van de hemoglobine in een ontspannen R-vorm. We hebben het dan over oxyhemoglobine. De affiniteit van hemoglobine voor zuurstof verandert met de respectievelijke vorm en ruimtelijke ordening van de moleculen. In zijn ontspannen vorm heeft het rode bloedpigment een grotere affiniteit voor zuurstof dan in zijn gespannen vorm.

Ook de pH-waarde heeft invloed op de affiniteit. Hoe hoger de pH-waarde in het betreffende lichaamsmilieu, hoe hoger de zuurstofbindingsaffiniteit van de hemoglobine. Bovendien beïnvloeden de temperaturen de hechtingseigenschappen. De bindingsaffiniteit voor zuurstof neemt bijvoorbeeld toe naarmate de temperatuur daalt.

Bovendien is de zuurstofbindingsaffiniteit afhankelijk van het kooldioxidegehalte. Deze afhankelijkheid van de kooldioxideconcentratie wordt samen met de pH-afhankelijkheid het Bohr-effect genoemd. De bindingsaffiniteit van hemoglobine voor zuurstof neemt af met toenemende kooldioxide-niveaus en een lage pH-waarde. Bij een laag kooldioxidegehalte en een hoge pH-waarde neemt de affiniteit toe. Om deze reden oxygeneert het hemoglobine in de alveolaire haarvaten van de longen tijdens het ademen, omdat er een dalend kooldioxidegehalte is en de pH van het bloed stijgt.

In het bloedsysteem van de rest van het lichaam zijn er echter relatief hoge CO2-concentraties bij lage pH-waarden. De bindingsaffiniteit van het rode bloedpigment neemt af. De zuurstof dissocieert van de hemoglobinemoleculen en deoxygenatie vindt plaats.

Zonder deoxygenatie zou het bloed daarom geen effectief transportmedium voor zuurstof zijn. Als de zuurstofmoleculen permanent aan het ijzer in de hemoglobine gebonden zouden blijven, zouden noch de lichaamsweefsels, noch de organen profiteren van het transport.

Ziekten en aandoeningen

In het geval van koolmonoxidevergiftiging wordt de zuurstofbindende functie van hemoglobine aangetast. Als een patiënt bijvoorbeeld in een brandscenario teveel rookgas heeft ingeademd, zet zich in plaats van zuurstof koolmonoxide af op de ijzermoleculen van de hemoglobine. Als gevolg hiervan is er minder oxyhemoglobine in het plasma. Er is nauwelijks zuurstof in het lichaam, omdat de zuurstofaffiniteit van het rode bloedpigment afneemt met de CO-concentratie. De deoxygenatie van hemoglobine wordt bevorderd met de dalende affiniteit. Hypoxie treedt op. Het lichaam wordt dan niet meer voldoende van zuurstof voorzien.

Bij ernstige vergiftiging is er sprake van anoxie. Een voorbeeld van zo'n fenomeen is het volledige gebrek aan zuurstof in de weefsels van het lichaam. Hoewel anoxie bijna altijd verband houdt met het inademen van rook, kan de oorzaak van hypoxie ook bloedarmoede of embolie zijn. Patiënten met sikkelcelanemie lijden bijvoorbeeld aan chronische bloedarmoede. Uw abnormale hemoglobine heeft de neiging samen te klonteren, waardoor de bloedvaten verstopt raken en niet langer goed zuurstof krijgt. Daarom kan sikkelcelanemie ook hypoxie veroorzaken. Hetzelfde geldt voor de zogenaamde alfa-thalassemie, waarbij de synthese van de alfaketens in de eiwitcomponent van hemoglobine wordt verstoord.

In de context van hypoxie is er altijd een verstoord celmetabolisme in het lichaam. De lichaamscellen worden altijd beschadigd door onvoldoende toevoer van zuurstof. De ernst van de gevolgen van het gebrekkige aanbod hangt bijvoorbeeld af van hoe snel dit verholpen kan worden. Het toedienen van zuurstof is een belangrijke stap bij de behandeling van de meeste tekorten. Bloedtransfusies zijn meestal essentieel in het geval van bloedvormingsziekten of hemoglobinestoornissen.