.jpg){kind=logo}
Zuurgraad van het bloed bij COPD
F&W Expert Opinion 2013; 9: 1Dr. E. (Elske) Kusters, klinisch chemicus Bronovo ziekenhuis
Hoe zat het ook weer? Wat is de pH eigenlijk en hoe houdt ons lichaam die op het juiste niveau? In dit stukje een korte uitleg. Ten slotte worden kort de gevolgen van COPD op de regulatie van de pH van het bloed besproken.
pH
De pH is een maat voor de zuurgraad en de pH wordt bepaald door de concentratie van protonen (H+-ionen). Omdat de concentratie van H+-ionen kan variëren over een hele brede range, is de maat pH bedacht: dit is negatieve logaritme van de concentratie protonen (-log [H+]). In de verschillende lichaamsvloeistoffen varieert de pH van 1 (maagzuur) tot 8 (pancreassap)[1]. Deze pHs komen overeen met H+-concentraties van 0,1 mol/L (pH = 1) tot 0,00000001 mol/L (pH = 8). Bij een concentratie H+ groter dan 10-7 mol/L, en dus een pH lager dan 7 noemen we een vloeistof zuur. Een basische vloeistof heeft een lagere concentratie H+-ionen dan 10-7 mol/L en een pH groter dan 7. Een pH van 7 noemen we ‘neutraal’.
Regulatie van pH
De pH van ons bloedplasma wordt strikt gereguleerd door ons lichaam. In gezonde personen is de pH tussen de 7,35 en 7,45. Bij de regulatie van deze pH zijn verschillende orgaansystemen betrokken: de longen kunnen zuur in de vorm van koolzuur (koolstofdioxide, CO2) uitscheiden en vasthouden middels ademhaling en de nieren kunnen H+ vasthouden of uitscheiden.
CO2 wordt geproduceerd in ons lichaam bij verbranding in bijvoorbeeld de spieren. Het wordt in het bloed opgenomen en gaat daar een reactie aan met water, H2O. Dit splitst zich in H+ (sterk zuur) en HCO3- (bicarbonaat, zwak basisch). Hierdoor maakt CO2 het bloed netto zuurder. In de longen verloopt de reactie omgekeerd en wordt CO2, en dus zuur, uitgeademd. Als de pH van het bloed afwijkt, kunnen we dus (onbewust) zuur uitademen (‘afblazen’), of juist vasthouden.
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3-
In de nieren wordt het bloed gefilterd en worden afvalstoffen verwijderd, maar de nieren hebben ook een belangrijke functie bij de regulatie van de pH. De nieren reguleren namelijk, op basis van de pH van het bloed, hoeveel base (bicarbonaat, HCO3-) en zuur (H+) worden uitgescheiden. De nieren reguleren de pH voornamelijk via bicarbonaat: is het lichaam te zuur, dan wordt voornamelijk bicarbonaat vastgehouden, is het lichaam te basisch, dan wordt bicarbonaat juist uitgescheiden.
Acidose en alkalose
Als de pH van het bloed afwijkt van de normale waarden, dan is dit niet goed voor het welzijn. Veel processen in ons lichaam verlopen alleen goed bij een voor ons lichaam normale zuurgraad. Is de pH in het bloed te laag (lager dan 7,35, te zuur), noemen we dit een acidose. Bij een te hoge pH (hoger dan 7,45, te basisch) heeft de patiënt een alkalose. Een gezond lichaam zal de zuurgraad van het bloed bij afwijkingen herstellen via de longen en de nieren.
Een alkalose ontstaat als iemand veel zuur verliest, zoals bij heftig braken. Het maagsap bevat veel maagzuur en als je dat in forse hoeveelheden verliest wordt het lichaam te basisch. Een acidose kan ontstaan als iemand veel base verliest of veel zuur vasthoudt. Dit gebeurt bijvoorbeeld als iemand veel diarree heeft (base verliest) of als zijn/haar longen niet in staat zijn voldoende CO2 af te blazen.
[1] http://www.nvkc.nl/tijdschrift/content/2002/nr%205/2002-5-p226.pdf
COPD en hypercapnie
Bij de longziekte COPD (Chronic Obstructive Pulmonary Disease, chronisch obstructieve longziekte) is er sprake van een aanhoudende blokkade van de longen om gassen uit te wisselen tussen het bloed en de ademlucht. Zowel het opnemen van zuurstof als het afblazen van CO2 is beperkt bij een COPD-patiënt. Doordat CO2 opstapelt (‘hypercapnie’), verzuurt het bloed. De nieren compenseren dit door meer bicarbonaat (base) vast te houden: netto wordt de pH zo weer (bijna) normaal.
Dit is echter een broos evenwicht. Bijvoorbeeld bij bewegen heeft het lichaam meer zuurstof nodig en produceert het meer koolzuur. Bij beweging zal een COPD-patiënt daardoor niet alleen zuurstof tekort komen, dus benauwd worden, maar ook zal hypercapnie ontstaan door het stapelen van CO2 als gevolg van het onvoldoende kunnen afblazen. Hierdoor verzuurt het bloed van de patiënt weer, wat een bijdrage levert aan het onwelbevinden dat zich ontwikkelt. Bovendien leidt hypercapnie tot tachycardie: het hart probeert sneller te pompen om meer bloed langs de longen te leiden voor het afvoeren van CO2. Als de concentratie CO2 verder stijgt, ontstaan ernstiger effecten, zoals insulten en coma. Doordat hypercapnie het bewustzijn en de ademhalingsbeweging doet afnemen, kan stapeling van CO2 zelfs leiden tot het volledig stoppen van de ademhaling.
Stapelen van CO2 door gebruik zuurstof
Bij sommige COPD-patiënten die therapeutisch zuurstof gebruiken ontwikkelt zich een toegenomen stapeling van CO2. Welk mechanisme hieraan ten grondslag ligt is nog niet zeker. Er zijn twee theorieën in omloop[i].
Het ademhalingscentrum in de hersenen regelt de ademhalingsfrequentie en het respiratoir volume. Dit gebeurt in gezonde personen vooral op geleide van de CO2-concentratie in het bloed. Maar doordat het ademhalingscentrum van COPD-patiënten continu wordt blootgesteld aan hoge CO2-concentraties, wordt het minder gevoelig voor CO2 en levert de zuurstofconcentratie de belangrijkste sturing. Bij het toedienen van hoge concentraties zuurstof neemt de zuurstofconcentratie in het bloed toe en wordt het ademhalingscentrum minder geprikkeld of zelfs geremd, waardoor CO2 steeds verder stapelt.
De alternatieve uitleg is dat bij COPD-patiënten met therapeutisch zuurstofgebruik de zieke longblaasjes relatief beter doorbloed raken dan de minder zieke longblaasjes. Als gevolg hiervan stroomt een groter deel van het bloed door de longblaasjes waar CO2 slechter wordt uitgewisseld, waardoor minder CO2 het lichaam verlaat.
Mechanisch wegnemen van CO2
Als een ernstige en acute hypercapnie ontstaat, staan de nieuwste technieken toe om extracorporeel, met een machine, CO2 te verwijderen uit het bloed[ii],[iii]. Bij ernstige exacerbaties van COPD kan via een venoveneuze katheter CO2 worden weggenomen, waardoor de acidose verdwijnt (zie Figuur 1). Dit voorkomt dat een patiënt bij een ernstige exacerbatie van zijn COPD invasief moet worden beademd. Deze techniek is nog in ontwikkeling en wordt nog niet op grote schaal gebruikt.
Figuur 1: Afname van CO2 en normalisatie van pH door toepassen van extracorporele CO2 verwijdering. Overgenomen uit N.K. Burki et al., A novel extracorporeal CO2 removal system: results of a pilot study of hypercapnic respiratory failure in patients with COPD. Chest. 2013 Mar;143(3):678-86.
[i] Rodriguez-Roisin R. Pulmonary gas exchange In: Gibson GJ, Geddes DM, Costabel U, Sterk PJ, Corrin B, editors. Respiratory Medicine London, Elsevier Science, 2003; pp. 130–146.
[ii] F.A. Intven, J.G. van der Hoeven and L.M.A. Heunks, Extracorporele CO2-verwijdering: nieuwe toepassingen? Ned Tijdschr Geneeskd. 2013;157:A5300.
[iii] N.K. Burki et al., A novel extracorporeal CO2 removal system: results of a pilot study of hypercapnic respiratory failure in patients with COPD. Chest. 2013 Mar;143(3):678-86.
pH
De pH is een maat voor de zuurgraad en de pH wordt bepaald door de concentratie van protonen (H+-ionen). Omdat de concentratie van H+-ionen kan variëren over een hele brede range, is de maat pH bedacht: dit is negatieve logaritme van de concentratie protonen (-log [H+]). In de verschillende lichaamsvloeistoffen varieert de pH van 1 (maagzuur) tot 8 (pancreassap)[1]. Deze pHs komen overeen met H+-concentraties van 0,1 mol/L (pH = 1) tot 0,00000001 mol/L (pH = 8). Bij een concentratie H+ groter dan 10-7 mol/L, en dus een pH lager dan 7 noemen we een vloeistof zuur. Een basische vloeistof heeft een lagere concentratie H+-ionen dan 10-7 mol/L en een pH groter dan 7. Een pH van 7 noemen we ‘neutraal’.
Regulatie van pH
De pH van ons bloedplasma wordt strikt gereguleerd door ons lichaam. In gezonde personen is de pH tussen de 7,35 en 7,45. Bij de regulatie van deze pH zijn verschillende orgaansystemen betrokken: de longen kunnen zuur in de vorm van koolzuur (koolstofdioxide, CO2) uitscheiden en vasthouden middels ademhaling en de nieren kunnen H+ vasthouden of uitscheiden.
CO2 wordt geproduceerd in ons lichaam bij verbranding in bijvoorbeeld de spieren. Het wordt in het bloed opgenomen en gaat daar een reactie aan met water, H2O. Dit splitst zich in H+ (sterk zuur) en HCO3- (bicarbonaat, zwak basisch). Hierdoor maakt CO2 het bloed netto zuurder. In de longen verloopt de reactie omgekeerd en wordt CO2, en dus zuur, uitgeademd. Als de pH van het bloed afwijkt, kunnen we dus (onbewust) zuur uitademen (‘afblazen’), of juist vasthouden.
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3-
In de nieren wordt het bloed gefilterd en worden afvalstoffen verwijderd, maar de nieren hebben ook een belangrijke functie bij de regulatie van de pH. De nieren reguleren namelijk, op basis van de pH van het bloed, hoeveel base (bicarbonaat, HCO3-) en zuur (H+) worden uitgescheiden. De nieren reguleren de pH voornamelijk via bicarbonaat: is het lichaam te zuur, dan wordt voornamelijk bicarbonaat vastgehouden, is het lichaam te basisch, dan wordt bicarbonaat juist uitgescheiden.
Acidose en alkalose
Als de pH van het bloed afwijkt van de normale waarden, dan is dit niet goed voor het welzijn. Veel processen in ons lichaam verlopen alleen goed bij een voor ons lichaam normale zuurgraad. Is de pH in het bloed te laag (lager dan 7,35, te zuur), noemen we dit een acidose. Bij een te hoge pH (hoger dan 7,45, te basisch) heeft de patiënt een alkalose. Een gezond lichaam zal de zuurgraad van het bloed bij afwijkingen herstellen via de longen en de nieren.
Een alkalose ontstaat als iemand veel zuur verliest, zoals bij heftig braken. Het maagsap bevat veel maagzuur en als je dat in forse hoeveelheden verliest wordt het lichaam te basisch. Een acidose kan ontstaan als iemand veel base verliest of veel zuur vasthoudt. Dit gebeurt bijvoorbeeld als iemand veel diarree heeft (base verliest) of als zijn/haar longen niet in staat zijn voldoende CO2 af te blazen.
[1] http://www.nvkc.nl/tijdschrift/content/2002/nr%205/2002-5-p226.pdf
COPD en hypercapnie
Bij de longziekte COPD (Chronic Obstructive Pulmonary Disease, chronisch obstructieve longziekte) is er sprake van een aanhoudende blokkade van de longen om gassen uit te wisselen tussen het bloed en de ademlucht. Zowel het opnemen van zuurstof als het afblazen van CO2 is beperkt bij een COPD-patiënt. Doordat CO2 opstapelt (‘hypercapnie’), verzuurt het bloed. De nieren compenseren dit door meer bicarbonaat (base) vast te houden: netto wordt de pH zo weer (bijna) normaal.
Dit is echter een broos evenwicht. Bijvoorbeeld bij bewegen heeft het lichaam meer zuurstof nodig en produceert het meer koolzuur. Bij beweging zal een COPD-patiënt daardoor niet alleen zuurstof tekort komen, dus benauwd worden, maar ook zal hypercapnie ontstaan door het stapelen van CO2 als gevolg van het onvoldoende kunnen afblazen. Hierdoor verzuurt het bloed van de patiënt weer, wat een bijdrage levert aan het onwelbevinden dat zich ontwikkelt. Bovendien leidt hypercapnie tot tachycardie: het hart probeert sneller te pompen om meer bloed langs de longen te leiden voor het afvoeren van CO2. Als de concentratie CO2 verder stijgt, ontstaan ernstiger effecten, zoals insulten en coma. Doordat hypercapnie het bewustzijn en de ademhalingsbeweging doet afnemen, kan stapeling van CO2 zelfs leiden tot het volledig stoppen van de ademhaling.
Stapelen van CO2 door gebruik zuurstof
Bij sommige COPD-patiënten die therapeutisch zuurstof gebruiken ontwikkelt zich een toegenomen stapeling van CO2. Welk mechanisme hieraan ten grondslag ligt is nog niet zeker. Er zijn twee theorieën in omloop[i].
Het ademhalingscentrum in de hersenen regelt de ademhalingsfrequentie en het respiratoir volume. Dit gebeurt in gezonde personen vooral op geleide van de CO2-concentratie in het bloed. Maar doordat het ademhalingscentrum van COPD-patiënten continu wordt blootgesteld aan hoge CO2-concentraties, wordt het minder gevoelig voor CO2 en levert de zuurstofconcentratie de belangrijkste sturing. Bij het toedienen van hoge concentraties zuurstof neemt de zuurstofconcentratie in het bloed toe en wordt het ademhalingscentrum minder geprikkeld of zelfs geremd, waardoor CO2 steeds verder stapelt.
De alternatieve uitleg is dat bij COPD-patiënten met therapeutisch zuurstofgebruik de zieke longblaasjes relatief beter doorbloed raken dan de minder zieke longblaasjes. Als gevolg hiervan stroomt een groter deel van het bloed door de longblaasjes waar CO2 slechter wordt uitgewisseld, waardoor minder CO2 het lichaam verlaat.
Mechanisch wegnemen van CO2
Als een ernstige en acute hypercapnie ontstaat, staan de nieuwste technieken toe om extracorporeel, met een machine, CO2 te verwijderen uit het bloed[ii],[iii]. Bij ernstige exacerbaties van COPD kan via een venoveneuze katheter CO2 worden weggenomen, waardoor de acidose verdwijnt (zie Figuur 1). Dit voorkomt dat een patiënt bij een ernstige exacerbatie van zijn COPD invasief moet worden beademd. Deze techniek is nog in ontwikkeling en wordt nog niet op grote schaal gebruikt.
Figuur 1: Afname van CO2 en normalisatie van pH door toepassen van extracorporele CO2 verwijdering. Overgenomen uit N.K. Burki et al., A novel extracorporeal CO2 removal system: results of a pilot study of hypercapnic respiratory failure in patients with COPD. Chest. 2013 Mar;143(3):678-86.
[i] Rodriguez-Roisin R. Pulmonary gas exchange In: Gibson GJ, Geddes DM, Costabel U, Sterk PJ, Corrin B, editors. Respiratory Medicine London, Elsevier Science, 2003; pp. 130–146.
[ii] F.A. Intven, J.G. van der Hoeven and L.M.A. Heunks, Extracorporele CO2-verwijdering: nieuwe toepassingen? Ned Tijdschr Geneeskd. 2013;157:A5300.
[iii] N.K. Burki et al., A novel extracorporeal CO2 removal system: results of a pilot study of hypercapnic respiratory failure in patients with COPD. Chest. 2013 Mar;143(3):678-86.