Waarom worden cellen beschadigd als je te weinig zuurstof krijgt?

Zuurstof is de brandstof voor de efficiënte energiefabriek van de cel: de mitochondriën. Zonder voldoende zuurstof schakelen cellen over op een noodmethode die veel minder energie oplevert en grote hoeveelheden lactaat als afvalproduct achterlaat. In de cellen die de binnenwand van bloedvaten bekleden leidt dit meteen tot energietekort.

Het opgestapelde lactaat veroorzaakt vervolgens een kettingreactie. Het hecht zich aan een eiwit dat de glycolyse aanstuurt, waardoor dat eiwit stabieler wordt en de noodmethode nog verder versterkt. Tegelijk beschadigt het lactaat de mitochondriën van spiercellen in de bloedvatwand: die worden te doorlaatbaar, lekken genetisch materiaal en sturen een alarmsignaal dat de cel aanzet tot zelfdoding. Dit wordt zo een zichzelf versterkende vicieuze cirkel.

Hersencellen zijn uitzonderlijk gevoelig voor dit proces, omdat ze nauwelijks energiereserves hebben. Zuurstoftekort activeert daar meerdere schaderoutes tegelijk: geprogrammeerde celdood, verstoorde afvalverwerking, DNA-beschadiging en uitval van mitochondriën. Bovendien beschadigt het de bloed-hersenbarrière: een afdichtingseiwit in de vaatwand van de hersenen verschuift van zijn normale plek, waardoor schadelijke stoffen de hersenen kunnen binnendringen. Bij langdurig zuurstoftekort raakt ook het eigen immuunsysteem van de hersenen overactief, wat de schade verder vergroot en cognitieve achteruitgang kan veroorzaken.

Mitochondriën hebben normaal een ingebouwd kwaliteitscontrolesysteem: beschadigde exemplaren worden gesplitst en afgebroken, gezonde worden samengevoegd. Een regeleiwit dat deze splitsing stuurt raakt bij zuurstoftekort chemisch ontregeld, waardoor beschadigde mitochondriën zich ophopen. Dit speelt een rol bij schade aan hart, hersenen en andere organen.

Een bijzonder geval is zuurstoftekort in tumoren: kankercellen passen zich daaraan aan door routes te activeren die juist celdood remmen. Dit maakt ze resistenter tegen bestraling en chemotherapie, wat de behandeling bemoeilijkt. Bij zwangerschap kan zuurstoftekort in de placenta leiden tot een specifieke vorm van celdood waarbij vetmoleculen oxideren; de beschadigde cellen sturen vervolgens schadelijke stoffen de bloedbaan in, wat de bloedvaten van de moeder aantast.