zuurstofvoorziening

De zuurstofvoorziening verwijst naar de binding van het rode bloedpigment aan zuurstofmoleculen. Het omgekeerde wordt ook wel deoxygenatie genoemd en vindt plaats wanneer de CO-concentraties te hoog zijn of de pH-waarde in het bloed te laag is. De voortschrijdende deoxygenatie brengt de zuurstoftoevoer van de organen in gevaar in het geval van koolmonoxidevergiftiging.

Wat is oxygenatie?

Het rode bloedpigment hemoglobine geeft de rode bloedcellen hun kleur en vervult ook belangrijke functies in de ademhalingsketen. De hemoglobine bevat een tweewaardige ijzerverbinding die kan binden aan zuurstof. Het wordt daarom ook wel zuurstof-affine genoemd. De zuurstofbinding van het rode bloedpigment wordt in medische terminologie oxygenatie genoemd.

Het bloed vervult zo de taak van transportmedium tijdens de ademhaling en brengt de zuurstof naar individuele organen en weefsels. Zuurstof is in het bloed aanwezig in zowel gebonden als fysiek opgeloste vorm. De opgeloste vorm speelt met name een rol bij de uitwisseling van zuurstof tussen de longblaasjes en het plasma. De zuurstofuitwisseling tussen het bloedplasma en het interstitium is ook afhankelijk van opgeloste zuurstof, aangezien dit proces via diffusie verloopt.

Zuurstof heeft echter slechts een beperkte oplosbaarheid. Het aan hemoglobine gebonden zuurstoftransport houdt de vitale cel-toevoer van zuurstof in stand ondanks de beperkte oplosbaarheid.

Functie en taak

Tijdens oxygenatie bindt zuurstof zich aan hemoglobine. Als gevolg hiervan verandert het molecuul van conformatie, d.w.z. de ruimtelijke ordening. Tijdens dit proces verandert het centrale ijzeratoom van het bloedpigment van positie.Op deze manier bereikt de binding een dynamische functionele toestand. In het geval van oxygenatie is er geen echte oxidatie of chemisch complexe reactie.

Ongebonden hemoglobine is ook bekend als deoxyhemoglobine en verschijnt als een gespannen T-vorm. Pas als het zich bindt aan zuurstofatomen wordt het bloedpigment omgezet in de ontspannen R-vorm, ook wel oxyhemoglobine genoemd. De affiniteit van hemoglobine voor zuurstof hangt bijvoorbeeld af van factoren zoals de conformatie van de moleculen. In de ontspannen R-vorm heeft het rode bloedpigment meer affiniteit dan in de gespannen T-vorm.

Ook de pH-waarde speelt een niet te onderschatten rol voor de zuurstofbindende affiniteit van hemoglobine. De bindingsaffiniteit van hemoglobine neemt ook toe met toenemende pH. De temperatuur heeft een even grote invloed op de bindingsaffiniteit van het rode bloedpigment. De affiniteit neemt toe bij afnemende temperaturen en gaat bijgevolg verloren als de kerntemperaturen te hoog zijn. Naast deze factoren is de bindingsaffiniteit van hemoglobine ook afhankelijk van de kooldioxideconcentratie.

De afhankelijkheid van de factoren kooldioxidegehalte en bloed-pH-waarde wordt samengevat als het zogenaamde Bohr-effect. Bij een hoge pH en een laag kooldioxidegehalte is er een hoge affiniteit. De concentratie oxyhemoglobine stijgt onder deze omstandigheden dienovereenkomstig. Hierdoor neemt de bindingsaffiniteit af bij een hoog kooldioxidegehalte en een lage pH-waarde.

De bloedbaan van het lichaam houdt van nature rekening met deze factoren bij het transport van zuurstof. Zo hebben de haarvaten van de longen een laag kooldioxidegehalte en een relatief hoge pH. De bindingsaffiniteit van hemoglobine in de longen is dienovereenkomstig hoog. Dit leidt tot de oxygenatie van het rode bloedpigment. Buiten de longcapillairen is er een relatief hoog CO2-gehalte met een lage pH-waarde. De bindingsaffiniteit van het hemoglobine neemt dienovereenkomstig af en geeft de zuurstof beetje bij beetje af, die vervolgens wordt opgenomen door de weefsels en organen.

Deze dissociatie van de zuurstof uit de hemoglobinemoleculen staat bekend als deoxygenatie en is net zo belangrijk voor de toevoer van zuurstof naar het lichaam als oxygenatie.

Ziekten en aandoeningen

In het geval van koolmonoxidevergiftiging wordt de oxidatie van de hemoglobine beperkt of zelfs volledig uitgeschakeld. Dit komt doordat de bindingsaffiniteit van hemoglobine voor koolmonoxide ongeveer 300 keer zo hoog is als de bindingsaffiniteit voor zuurstof. Op deze manier hoopt bij inademing van rook koolmonoxide zich in zeer korte tijd op in de hemoglobine, waardoor carboxyhemoglobine ontstaat. Hierdoor ontstaat een blokkade voor de opname van zuurstof en daalt het zuurstofgehalte in het bloed beetje bij beetje.

Sterke CO-vergiftiging veroorzaakt daarom hypoxie, dat wil zeggen een algemeen tekort aan lichaamsweefsel en organen met zuurstof. Wanneer het CO-gehalte in het bloed een bepaald percentage bereikt, valt de getroffen persoon flauw door dit onderaanbod. Als het niveau na een flauwte blijft stijgen, vindt de dood plaats boven een bepaalde concentratie. Bij onvoldoende toevoer van zuurstof sterft lichaamsweefsel onomkeerbaar.

Zuurstoftherapieën zijn beschikbaar om verlaagde zuurstofconcentraties in arterieel bloed te behandelen. Deze therapieën zijn ook nuttig voor longembolie. Hetzelfde geldt voor hartaanvallen, ademhalingsinsufficiëntie of hartfalen. Veel cardiopulmonale aandoeningen worden bedreigd door hypoxie.

Hypoxie dreigt ook met bloedarmoede, omdat er bij deze ziekte te weinig rode bloedcellen in het plasma zijn. Hoe minder hemoglobine, hoe minder zuurstof in gebonden vorm naar de organen kan worden getransporteerd. Bloedarmoede kan het gevolg zijn van bloedverlies, maar het kan ook worden veroorzaakt door een tekort aan ijzer of foliumzuur.

Bloedvormingsstoornissen kunnen ook leiden tot anemische verschijnselen, die gepaard kunnen gaan met verdere bloedvormingsstoornissen en andere begeleidende symptomen. Anemieën worden behandeld afhankelijk van hun oorzaak en gaan terug in de context van deficiëntieverschijnselen zodra het oorzakelijk tekort is verholpen.