Het bloed transporteert met behulp van eiwit hemoglobine zuurstof van de longen naar de weefsels. De meeste cellen van de weefsels gebruiken dit zuurstof om koolhydraten en vetten te verbranden. Bij deze verbranding komt energie en koolstofdioxide (CO2) vrij. De energie gebruikt de cel om belangrijke celprocessen goed te kunnen laten verlopen. Het CO2 wordt afgegeven aan het bloed. Het bloed transporteert het CO2 van de weefsels naar de longen. In de longen geeft het bloed het CO2 af en wordt het CO2 uitgeademd. Het bloed vervoert op drie verschillende manieren CO2. Een klein beetje CO2 wordt getransporteerd in opgeloste vorm. Een deel van het CO2 wordt gebonden aan hemoglobine en getransporteerd door het hemoglobine. Het grootste deel van het CO2 wordt getransporteerd als bicarbonaat. Om CO2 om te zetten in bicarbonaat is carboanhydrase nodig.
CO2 wordt voor een klein deel in opgeloste vorm door het bloed getransporteerd
Bij de verbranding van koolhydraten en vetten in de verschillende cellen komt onder andere CO2 vrij. De cellen geven dit CO2 af aan het langsstromende bloed. Ongeveer 10 tot 15% van het CO2 dat wordt afgegeven aan het bloed lost direct op in het bloedplasma. Van deze 10-15% van het opgeloste CO2 reageert de helft met plasma-eiwitten tot carbaminos. Minder dan 1% van het opgeloste CO2 reageert spontaan met water tot bicarbonaat.
De rode bloedcel speelt een belangrijke rol in CO2-transport
De rode bloedcel (erytrocyt) speelt een belangrijke rol in het transport van CO2. Vijfentachtig tot 90% van het door de cellen afgegeven CO2 wordt namelijk verwerkt door de rode bloedcel. De rode bloedcel verwerkt het afgegeven CO2 op drie verschillende manieren:
- Vijf procent van de totale hoeveelheid CO2 wordt opgelost in het bloedplasma
- Twintig procent van de totale hoeveelheid CO2 wordt gebonden aan hemoglobine
- Vijfenzestig procent van de totale hoeveelheid CO2 wordt door carboanhydrase omgezet in bicarbonaat
Carboanhydrase en CO2-transport
Wanneer CO2 door de weefsels wordt afgegeven aan het bloed reageert het zeer traag met het water (H2O) dat in bloedplasma aanwezig is tot diwaterstofcarbonaat (H2CO3). Diwaterstofcarbonaat splitst zeer snel tot bicarbonaationen en waterstofionen. Het oplossen van CO2 in water is echter eveneens een traag proces. Ook lost CO2 slecht op in een waterig milieu. Denk maar aan koolzuur (ook CO2) in een fles frisdrank. Zodra je de fles frisdrank open draait, ontsnapt direct koolzuurgas. Bicarbonaationen blijven echter netjes opgelost in een waterig milieu.
Er kan dus maar een kleine hoeveelheid CO2 worden opgelost in het bloedplasma. Wanneer het CO2 niet opgelost blijft, ontstaan gasbelletjes die vervolgens een bloedvat kunnen blokkeren. Zo’n blokkade van een bloedvat door een gasbelletje wordt een gasembolie genoemd. Het CO2 moet echter wel vervoerd worden door het bloed richting de longen. Om dit mogelijk te maken moet CO2 samen met water sneller omgezet worden in bicarbonaationen en waterstofionen.
Om deze reactie tussen CO2 en water te versnellen, heeft het lichaam een ingenieus systeem. De rode bloedcel bevat namelijk het enzym carboanhydrase. Enzymen zijn katalysatoren. Katalysatoren zijn stoffen die reacties versnellen zonder daarbij verloren te gaan. Ook carboanhydrase versnelt de reactie tussen CO2 en water, zonder daarbij zelf verloren te gaan. Hierdoor ontstaan sneller bicarbonaationen en waterstofionen en kan het CO2 sneller vanuit de weefsels richting het bloed diffunderen.
Ter hoogte van de longen (alveoli longblaasjes) reageren de waterstofionen en bicarbonaationen weer met elkaar. Hierbij ontstaat water en CO2. CO2 wordt vervolgens uitgeademd.
Het Haldane-effect
Door de daling van de CO2-spanning ter hoogte van de longen laat ook CO2 los van de bloedeiwitten. Dit effect wordt het Haldane-effect genoemd. Het CO2 wat loskomt van de bloedeiwitten komt eerst in oplossing terecht en wordt vervolgens aan de alveoli (longblaasjes) afgegeven.
Bronnen:
William D. McArdle, Victor L. Katch, & Frank I. Katch (2014) Exercise Physiology, Nutrition, Energy, and Human Performance, LWW Philadelphia