Anaërobe ademhaling is het proces waarbij energie wordt aangemaakt zonder de aanwezigheid van zuurstof. Soms kan het lichaam de spieren niet voorzien van de zuurstof die nodig is om energie te produceren – zoals in een sprintsituatie. Zonder het proces van anaërobe ademhaling kan er geen energie aan de spieren worden geleverd in tijden van grote vraag.
In dit artikel wordt ingegaan op het proces van anaërobe ademhaling en de klinische betekenis ervan.
Proces van anaërobe ademhaling
Zonder de aanwezigheid van zuurstof kan de elektronentransportketen (ETC) niet doorgaan omdat er geen eindelektronenacceptor is. Daarom kan het gebruikelijke aantal ATP-moleculen niet worden aangemaakt. Stilstand van de ETC leidt tot verminderde activiteit van de reacties die aan deze stap voorafgaan, zoals de Krebs-cyclus en de glycolyse. De anaërobe route maakt gebruik van pyruvaat, het eindproduct van de glycolyse.
Zonder de functionerende ETC is er een overmaat aan NADH en pyruvaat. Pyruvaat wordt vervolgens door NADH gereduceerd tot lactaat (melkzuur), waarbij NAD+ overblijft na de reductie. Deze reactie wordt gekatalyseerd door het enzym lactaatdehydrogenase. Dit leidt in wezen tot de recycling van NAD+.
Door de recycling van NAD+ kan het proces van glycolyse doorgaan omdat de NAD+ “voorraad” is aangevuld. De glycolyse produceert netto 2 ATP-moleculen die kunnen worden gebruikt als energie om spieren te laten samentrekken enz. De 2 ATP-moleculen zijn veel minder dan door aërobe ademhaling zouden worden geproduceerd, maar het is noodzakelijk omdat er zonder anaërobe ademhaling geen andere methode van ATP-productie zou zijn.
Dit kan gebeuren in omstandigheden van ischemie. De glycolyse zal sneller verlopen en melkzuur produceren. Dit is nodig in situaties zoals lichaamsbeweging waarbij de zuurstofvraag van de spieren groter wordt dan het aanbod, bij ischemische hartziekten of wanneer een kwaadaardige tumor zijn bloedtoevoer te groot wordt.
Anaërobe glycolyse verloopt sneller dan aërobe omdat voor elke afgebroken glucose minder energie wordt geproduceerd (2ATP tegen 32ATP), zodat er meer in een sneller tempo moet worden afgebroken om aan de vraag te voldoen. Dit kan leiden tot melkzuurvergiftiging.
Verwijdering van lactaat
Het lactaat dat ontstaat als gevolg van anaërobe ademhaling moet worden verwijderd omdat het zuur is. Er zijn twee manieren om dit te doen;
- Het lactaat wordt getransporteerd naar metabolisch actieve cellen, zoals het hart en de hersenen. Hier wordt het door de bovenstaande reactie weer omgezet in pyruvaat. Het pyruvaat wordt vervolgens gebruikt in de Krebs-cyclus.
- Lactaat wordt naar de lever getransporteerd en door de bovenstaande reactie omgezet in pyruvaat. Pyruvaat wordt vervolgens gebruikt in het proces van gluconeogenese om meer glucose te maken
Klinische relevantie – Melkzuurverzuring
In sommige gevallen kan een overmatige productie van lactaat leiden tot een aandoening die bekend staat als melkzuurverzuring, een subtype van metabole acidose. Hierbij is de pH van het bloed zuurder geworden door een toename van de hoeveelheid lactaat in het lichaam. Er zijn een aantal oorzaken voor melkzuurvergiftiging, maar in het algemeen wordt het veroorzaakt doordat het lichaam niet in staat is aëroob te ademen. Enkele oorzaken zijn:
- Diabetes mellitus
- Enzymdeficiënties – bijvoorbeeld pyruvaat dehydrogenase deficiëntie
- Drugs – bijvoorbeeld, metformine en isoniazid
- Bloedingen
- Sepsis
- Mitochondriale aandoeningen
Symptomen zijn typisch voor metabole acidose en omvatten misselijkheid, braken, spierzwakte en snelle ademhaling. De behandeling is moeilijk, omdat er weinig bewijs is voor het gebruik van natriumbicarbonaatoplossingen (om de pH in evenwicht te brengen) of directe verwijdering van lactaat (via hemofiltratie). In het algemeen is de behandeling ondersteunend en afhankelijk van de oorzaak; als medicatie de oorzaak is, moet deze mogelijk worden gestaakt en voor bepaalde mitochondriale aandoeningen kan een aangepast dieet nodig zijn.