Stoornissen in de cellulaire zuurstofvoorziening

Het functioneren van alle lichaamssystemen is gericht op de cellulaire stofwisseling. De cellen zijn immers de bouwstenen van het lichaam. De aanvoer van zuurstof is in dat opzicht van wezenlijk belang. Elke lichaamscel heeft bouwstoffen nodig voor de groei, ofwel de celdeling. In bepaalde cellen wordt 'reservevoedsel' opgeslagen voor slechte tijden, bijvoorbeeld gedurende een ziekteperiode. Bij de cellulaire afbraak van stoffen ontstaan schadelijke nevenproducten die door de nieren worden uitgescheiden. Bij gezonde mensen is de opbouw (anabolisme) in evenwicht met de afbraak (katabolisme). Dat wordt homeostase genoemd. Het functioneren van de cellen valt of staat echter met de aanvoer van zuurstof. Het is onontbeerlijk voor de stofwisseling (metabolisme).

Wat is cellulaire verbranding?

Bij de cellulaire verbranding gaat brandstof, zoals glucose, een verbinding aan met zuurstof. Er ontstaan dan verbrandingsproducten en er komt warmte en energie/arbeidsvermogen vrij, maar ook water en kooldioxide. Energie is nodig voor de dagelijkse bezigheden, maar ook voor de interne levensverrichtingen, zoals de hartfunctie, de spijsvertering en de hersenactiviteit. De opwekking van intracellulaire energie is mede daarop gericht. Ook moeten er in de cel talrijke organische stoffen worden aangemaakt om de groei van de lichaamscellen te waarborgen. De cellulaire verbranding, ofwel biochemische omzetting van stoffen, maakt deel uit van het metabolisme.

Bron: FotoshopTofs, Pixabay

Biokatalysatoren (enzymen)

De cellulaire verbranding verloopt zeer langzaam en onder zo'n lage temperatuur (ca. 37 °C) dat dit soort metabolische reacties buiten het lichaam simpelweg onmogelijk is. Voor elke biochemische fase van de verbranding is dan ook een specifiek enzym nodig. Deze fermenten zijn eiwitten die bepaalde reacties katalyseren. Om die reden worden ze biokatalysatoren genoemd.

Biochemische processen
Alle denkbare biochemische reacties vinden alleen plaats dankzij enzymen. Om dit te bewerkstelligen moet elke lichaamscel brandstof en zuurstof aangevoerd krijgen, waarbij de afvalstoffen, waaronder kooldioxide, via de extracellulaire ruimte (weefselvloeistof) in de haarvaten wordt gediffundeerd. Het geheel van biochemische processen in de cellen, waarbij enzymen een cruciale rol spelen, wordt stofwisseling of metabolisme genoemd.

Gaswisseling en celademhaling

De bouwstoffen voor de cellen – zoals aminozuren – worden via het bloed aangevoerd. Dat geldt ook voor de brandstoffen (o.a. koolhydraten en vetten). Zuurstof is onmisbaar voor het intracellulaire verbrandingsproces (metabolisme). Bij zuurstofgebrek kan er immers geen of onvoldoende energie worden opgewekt en vinden er in de cel geen biochemische processen plaats. De opname en afgifte van zuurstof en kooldioxide geschiedt in de longblaasjes en lichaamscellen door middel van diffusie, waarbij moleculen zich bewegen van plaatsen met een hogere concentratie naar plaatsen met een lagere concentratie.

Opheffen van concentratieverschillen
Diffusie is een zeer dynamisch proces dat bestaat uit het opheffen van concentratieverschillen. In het lichaam wordt de diffusie van gassen op drie niveaus gerealiseerd:
[OLIST]Uitwisseling van zuurstof en kooldioxide met behulp van de longblaasjes en het bloed (capillairen), ofwel gaswisseling.
Uitwisseling van zuurstof en kooldioxide tussen het bloed en de weefselvloeistof (extracellulaire ruimte).
Uitwisseling ven de genoemde gassen tussen het weefselvocht en de cellen, ofwel de celademhaling.[/OLIST]

Stoornissen in de zuurstofvoorziening

Er zijn tal van ziekten die de zuurstofvoorziening in de cellen frustreren, zoals bloedarmoede (anemie). Het meest in het oog springend zijn echter de longziekten, zoals bronchiëctasieën, longemfyseem en chronische bronchitis. Door de belemmerde ademhaling (dyspnoe) is de zuurstofopname en koolzuurafgifte in het geding. Hart- en vaatziekten veroorzaken soortgelijke stoornissen. Door hartfalen (decompensatio cordis) treedt bijvoorbeeld longstuwing op, wat de zuurstofopname via de longblaasjes bemoeilijkt.

Cardiovasculaire homeostase

In een gezond lichaam is er sprake van evenwicht tussen anabolisme, ofwel de vorming van lichaamseigen moleculen met behulp van kleinere organische eenheden, zoals aminozuren. En katabolisme, ofwel afbraak, waarbij moleculen zoals proteïnen (eiwitten) worden afgebroken in kleinere bouwstoffen (aminozuren). Dat wordt homeostase genoemd. Naast de nieren en andere organen is het cardiovasculair systeem zeer belangrijk om dat evenwicht te handhaven.

Bron: Mwooten, Pixabay

Hart en longen

Het hart pompt het bloed door de vaten, waardoor zuurstof en voedingsstoffen bij de cellen kunnen komen en kooldioxide en andere afvalstoffen worden afgevoerd naar de longen en nieren. Bovendien is de ademhaling aangepast aan de lichaamsbehoefte. Zuurstof wordt verbruikt in de cellen, waarbij kooldioxide vrijkomt. Het stijgen van de koolzuurspiegel in het bloed zorgt voor ademdrang en vormt de voornaamste ademprikkel. Het is een van de vele aspecten van het cardiovasculaire systeem om de interne homeostase te bewerkstelligen.

Nieren

Ook de nieren hebben een belangrijke functie in het handhaven van een optimaal intern milieu voor de lichaamscellen, ofwel het weefselvocht dat de cellen omspoelt en dat zo constant mogelijk wordt gehouden (homeostase). In dat opzicht hebben de nieren zowel een uitscheidende als regulerende functie. Wanneer de zuurstof-kooldioxide-homeostase in het geding is, en er een respiratoire acidose dreigt, worden er zuren geproduceerd. De nieren voeren die zuren af om de pH van de extracellulaire vloeistof te stabiliseren. Dat geldt overigens ook bij metabole acidose als gevolg van een verstoorde stofwisseling.