Mensen ademen zuurstof in en ademen koolstofdioxide uit. Dit proces klinkt eenvoudig, maar de details zijn eigenlijk vrij complex. Tijdens het ademproces, zetten mensen suiker om in energie. Koolstofdioxide is een afvalproduct van dit proces. Koolstofdioxide komt vrij in het bloed, reist naar de longen en wordt uitgeademd. Omdat kooldioxide een zwak zuur is, des te meer koolstofdioxide in het bloed, des te zuurder het bloed wordt.
Kooldioxide
Kooldioxide heeft de chemische formule CO2. Dit betekent dat er voor elk molecuul koolstof twee zuurstofmoleculen zijn. Wanneer opgelost in water, vormt kooldioxide koolzuur, H2CO3. Koolzuur kan twee waterstofatomen of protonen verliezen. Het verlies van protonen in een oplossing is wat die oplossing zuur maakt.
Carbonaatbuffersysteem
Het carbonaatbuffersysteem regelt de pH-niveaus in het bloed. PH is een maat voor de zuurgraad. Hoe lager de pH, hoe zuurder een oplossing is. Koolstofdioxide is een essentieel onderdeel van het carbonaatbuffersysteem. Wanneer koolstofdioxide in het bloed wordt opgelost, ontstaat een buffer die bestaat uit bicarbonaat-ionen, HCO3-, koolzuur, H2CO3 en kooldioxide, CO2. Alle drie bestaan ze in evenwicht met elkaar. Het koolzuurgedeelte van de buffer kan hydroxide-ionen neutraliseren, wat de pH van het bloed verhoogt, terwijl het bicarbonaatgedeelte van het systeem waterstofionen kan neutraliseren, wat de pH van het bloed verlaagt.
Cellulaire ademhaling
Tijdens cellulaire ademhaling ademen mensen zuurstof in. Het lichaam gebruikt deze zuurstof als onderdeel van het proces van het omzetten van suiker en andere moleculen in energie. Een afvalproduct van dit proces is koolstofdioxide. Koolstofdioxide komt vrij in het bloed. Naarmate de niveaus van koolstofdioxide toenemen, verschuift het evenwicht van de carbonaatbuffer. Er wordt meer koolzuur H2CO3 gemaakt, dat vervolgens de zuurgraad van het bloed verhoogt.
Regulatie van de zuurgraad van het bloed
Omdat de afgifte van kooldioxide in het bloed het carbonaatbufferevenwicht verschuift, moet het lichaam de overtollige kooldioxide verwijderen om de pH-waarde te reguleren. Daarom vervoert het bloed de koolstofdioxide naar de longen waar het wordt uitgeademd. De snelheid en diepte van de ademhaling regelen de hoeveelheid koolstofdioxide die wordt uitgeademd. Sneller, dieper ademhalen ademt meer koolstofdioxide uit.
Acidose en alkalose
De regeling van de pH van het bloed is een nauwkeurig proces. Wanneer het bloed te veel of twee weinig zuur heeft, zijn de resultaten bekend als respectievelijk acidose en alkalose. Long- of ademhalingsstoornissen kunnen respiratoire acidose en respiratoire alkalose veroorzaken door een disregulatie van de hoeveelheid uitgeademd koolstofdioxide tijdens de ademhaling. Te weinig uitgeademde kooldioxide verhoogt de zuurgraad van het bloed, terwijl te veel uitgeademde kooldioxide de zuurgraad van het bloed verlaagt.
