Bohr-effect

Het Bohr-effect beschrijft de afgifte van zuurstof door het hemoglobine aan de lichaamscellen.

Koolzuurgas (CO₂) speelt daarbij een belangrijke rol. Het Bohr-effect laat zien dat, wanneer we te veel ademen en daardoor te veel koolzuurgas verliezen, het hemoglobine maar weinig zuurstof los laat. Te weinig zuurstof bereikt dan de hersenen, spieren, nieren, hart, etc (dat noemt met hypoxia).

Dit fenomeen is rond 1905 ontdekt door de Deense hoogleraar fysiologie Christian Bohr (zie foto). Artsen leren er over tijdens hun studie, maar vergeten het daarna meestal weer (behalve anesthesisten: die weten veel over de rol van CO₂ in het lichaam).

Christian Bohr was trouwens de vader van Niels Bohr (die de Nobelprijs voor de natuurkunde ontvangen heeft).

Ik zal proberen de essentie van het Bohr-effect stap voor stap uit te leggen.

(1) het bloed neemt zuurstof op

Wanneer bloed langs de longblaasjes stroomt, neemt het zuurstof op. De zuurstof wordt opgezogen door de rode bloedcellen, en hecht zich daar aan hemoglobine.

(2) Het bloed reist door het lichaam

Daarna pompt het hart het zuurstofrijke bloed door het lichaam. Het bloed stroomt langs alle lichaamscellen. Soms zullen die cellen erg actief zijn en veel nieuw zuurstof nodig hebben (je fiets een berg op), en soms hebben ze weinig nieuwe zuurstof nodig (je slaapt). 

Kijk eens naar het plaatje hieronder. Stel je voor dat je zo’n rode bloedcelvol zuurstof bent en door zo'n bloedvat stroomt. Steeds verder en verder.

Stel je dan de vraag: “Hoe weet ik wanneer ik zuurstof los moet laten, en hoeveel?”.

Een goede vraag. Soms moet je veel zuurstof loslaten, en soms weinig.

Een rode bloedcel wacht als het ware op informatie om te bepalen hoeveel zuurstof het los moet laten.

(3) CO₂ geeft die informatie

Cellen die actief zijn verbruiken zuurstof (O₂) en glucose om energie te maken, en maken daarbij water (H₂O) en koolzuurgas (CO₂).

Het koolzuurgas (CO₂) wordt afgegeven wordt aan het langsstromende bloed.

Wanneer de concentratie koolzuurgas (CO₂) in het bloed sterk stijgt, “weten” de rode bloedcellen dat de cellen waar ze op dat moment langs stromen erg actief zijn, en meer zuurstof nodig hebben.

(4) Het hemoglobine laat meer zuurstof los

Bij een hoge concentratie CO₂ in het bloed laten de rode bloedcellen dus meer zuurstof los.

Een prachtig systeem. De tekening hieronder laat dit nog eens zien.

Linksboven zie je de inademing: Lucht met veel zuurstof (die blauwe balletjes) komt de longen binnen, en het zuurstof springt van de longen naar de rode bloedcellen (die karretjes die rondrijden).

Daaronder het hart, dat zorgt dat het bloed rondgepompt wordt.

Rechtsonder zie je de rode bloedcellen die langs een actieve spier stromen. Die spier maakt veel koolzuurgas (die gele blobjes), en dat koolzuurgas maakt als het ware de deur van het karretje (de rode bloedcel) open zodat het zuurstof naar de spier toe kan gaan.

Linksonder zie je het bloed dat langs een luie spier stroomt: zo'n spier maakt weinig koolzuurgas, heeft weinig nieuw zuurstof nodig, en krijgt dus ook maar weinig zuurstof.

En nu wordt het spannend

Mensen die chronisch hyperventileren hebben een chronisch tekort aan zuurstof in hun lichaamscellen (hypoxia). Dat zal ik met deze tekening uitleggen.

Je ziet onder een bloedbaan, en links een paar longblaasjes. Die dikke rode ballen in het bloed zijn rode bloedcellen, vol met hemoglobine.

1. Hyperventilatie: je ademt veel CO₂ weg

Wanneer je te veel ademt, ademt je extra veel koolzuurgas (CO₂) uit. Koolzuurgas wordt in de tekening weergegeven met die kleine groene balletjes.

2. De basisconcentratie CO₂ in het bloed daalt

Je ademt nooit alle koolzuurgas uit je bloed weg: Er blijft altijd een basisconcentratie koolzuurgas achter. Hoeveel dat is, kunnen ze meten in het ziekenhuis. Het hoort rond de 40 mmHG (milimeter kwikdruk) te zijn - dan heb je een rustige ademhaling. Ik heb mensen gezien waarbij het tot ver onder de 30 mmHG gedaald was.

Wanneer je hyperventileert, zal de basisconcentratie CO₂ in het bloed dus sterk dalen.

3. Het hemoglobine kan zijn zuurstof niet meer loslaten

Stel, dit koolzuurgas-arme, zuurstofrijke bloed stroomt langs lichaamscellen die actief zijn. Die cellen willen dan graag nieuwe zuurstof (die blauwe balletjes in de tekening) ontvangen. De toename van koolzuurgas in het bloed moet de prikkel aan het hemoglobine geven om zuurstof los te laten.

Maar je begint met een geweldige achterstand: De concentratie CO₂ is erg laag. Eerst moet die concentratie oplopen naar het normale niveau (40 mmHG) waarbij nog maar weinig zuurstof losgelaten wordt. Pas wanneer het daar duidelijk boven komt (vanaf 45 mmHG) gaat het hemoglobine veel zuurstof loslaten.

     Het resultaat is dat de lichaamscellen van mensen die hyperventileren chronisch te weinig zuurstof ontvangen.