Zašto je organizmu potreban kiseonik? Terapija kiseonikom je jedinstvena procedura za zdravlje i lepotu

S gladovanjem kisikom, poremećena je opskrba mozga kisikom preko krvnih stanica

Kokteli, sprejevi, jastuci, aparati, pa čak i mezoterapija su sve popularne metode terapije kiseonikom. U posljednjoj deceniji povećao se broj stanovnika velikih gradova koji aktivno koriste sredstva za sprječavanje gladovanja kisikom.

Ali da li je zaista važno koliko? kiseonika u ćelijama da li ispunjava određeni nivo? Ili su oni koji žele da povećaju nivo kiseonika u krvi postali žrtve marketinških trikova oglašivača i proizvođača novonastalih, ali beskorisnih ideja?

Utjecaj povećanog kisika u stanicama na čovjeka

Podložni gladovanju kiseonikom (medicinski se naziva hipoksija), gradsko stanovništvo pati od

• pospanost,
• česte glavobolje,
• stres,
• brze promjene raspoloženja,
• nemoć,
• žućkast, siv ili blijed ten,
• zamagljen vid,
• nedostatak sna itd.

Ponekad hipoksija sama po sebi postane simptom ili posljedica drugih bolesti, poput kardiovaskularnog zatajenja ili bronhitisa.

Da li je moguće da je kriv jednostavan nedostatak kiseonika u organizmu? Hajde da to shvatimo.

Prvo, odlučimo zašto je osobi potreban kiseonik? S jedne strane, čak i dijete može odgovoriti na ovo pitanje: mi udišemo kiseonik. S druge strane, tačan odgovor je mnogo dublji, a utiče na vitalne procese cijelog ljudskog tijela.

prvo, kiseonik je uključen u stvaranje stanične energije. Pretvara hranljive materije (lipide, masti) u čistu energiju za normalno funkcionisanje ćelija koje čine tkiva svih naših organa. Neće biti kiseonika ćelijski nivo naše tijelo bi postepeno prestajalo da radi svoj posao, zbog čega bi se imunitet, raspoloženje, performanse i dobrobit osobe pogoršavali.

drugo, kisik pomaže u uklanjanju toksičnih tvari iz tela. Jeste li primijetili da obično u holivudskim filmovima, kada se žrtva prevozi u kolima hitne pomoći, na njega stave masku za kiseonik? To se radi kako bi se povećale šanse pacijenta za preživljavanje povećanjem otpornosti tijela.

I na kraju, kiseonik "nosi" hemoglobin do ćelija, bez koje ne može.

Okruženje bez kiseonika će ubiti osobu za 5 minuta, i smanjen nivo kiseonik će imati snažan i verovatno nepovratan efekat loš uticaj na našem telu.

Dakle, saznali smo da je to upravo zahvaljujući dovoljnom sadržaju kiseonika u telu možemo nastaviti normalno, sretan život, puna radosnih trenutaka i želje za djelovanjem i razvojem. Ali postoji nekoliko kategorija građana koji su najviše...

Kiseonik je važan za bilo koji živi organizam, čak ni morska bića ne mogu u potpunosti bez njega. Međutim, među njima je jednom potreban kisik više od drugih. Na primjer, kitovi su bliže površini vode od meduza iz ovog jednostavnog razloga.

Iako smo primijetili da svaki stanovnik grada treba povećanje kiseonika u ćelijama, u zavisnosti od vrste aktivnosti i posebne situacije, postoje ljudi kojima je od vitalnog značaja da održavaju ravnotežu kiseonika u ćelijama.

1. Sportisti (profesionalci i amateri).

Tajna uspjeha sportiste je u svakodnevnom i često iscrpljujućem treningu, koji ponekad troši resurse tijela u poređenju sa životom. obicna osoba. , potrebno je više kisika za održavanje zadanog tempa.

Trenažni proces koristi snagu cijelog tijela. Tokom njega se oslobađa i mliječna kiselina (laktat), koja u višku može poremetiti aktivnost jetre, bubrega, centralnog nervni sistem, mozak i srce. Kiseonik neutrališe nuspojave laktat, koji omogućava sportistima, profesionalnim i amaterskim, da nastave sa treninzima i postižu vidljive rezultate.

1. Trudnice.

Nedostatak kiseonika kod bebe u maternici nastaje usled niskog sadržaja kiseonika u posteljici, koji tamo dolazi iz krvi trudnice. Nedostatak kiseonika kod trudnice u gotovo svim slučajevima utiče na bebu u njenoj utrobi. Otprilike 15% trudnica ima dijagnozu nedostatka kiseonika. Za buduću majku Važnije je od bilo koga lečiti hipoksiju, jer u teškom obliku, gladovanje kiseonikom može dovesti do

• prijevremeni porod,
• intrauterina smrt fetusa,
• mrtvorođenče,
• invaliditet novorođenčeta.

uglavnom, fetalna hipoksija kod trudnice se razvija kao rezultat nje pogrešna slikaživot (upotreba droga i alkohola, pušenje), stresne situacije, zdravstveni problemi (srce, jetra, bubrezi, krvni sudovi, respiratornih organa) i intoksikacija tijela.

1. Novorođenčad i dojenčad.

Medicinska statistika o gladovanju kiseonikom pokazuje da skoro 89% novorođene dece pati od asfiksije, vrste hipoksije. Odmah nakon porođaja, doktori imaju nekoliko minuta za čišćenje Airways bebu i dozvolite mu da samostalno udiše vazduh. Zatim koriste Apgar rezultat za procjenu težine hipoksije. Ako su rezultati zadovoljavajući, novorođenče će se promatrati još 7-10 dana, jer se u tom periodu mogu brzo identificirati i ukloniti različite patologije. U slučaju da nije bilo moguće dijagnosticirati ili liječiti na vrijeme nedostatak kiseonika kod bebe , tada se može suočiti s mnogim zdravstvenim problemima, u rasponu od oštećenja pamćenja i kognitivnih sposobnosti do paralize. Pravovremena dijagnoza u ranoj fazi trudnoće može spasiti život ne samo bebi, već i njegovoj majci.

Stanje normalnosti i hipoksija kod dojenčadi

Da sumiramo gore navedeno, možemo reći da je pitanje “ Da li je potrebno povećati kiseonik u ćelijama?„U našem modernom tempu života, to nikako ne bi trebalo da stoji. Metode zasićenja tjelesnih ćelija kisikom nisu uvijek samo reklamni trik, neke od njih daju efektne rezultate, a sami odlučite koju ćete odabrati. Vodite računa o svom zdravlju pre nego što bude prekasno.

Kiseonik- jedan od najčešćih elemenata ne samo u prirodi, već iu sastavu ljudskog tijela.

Posebna svojstva kiseonika kao hemijski element Tokom evolucije živih bića, učinili su ga neophodnim partnerom u osnovnim životnim procesima. Elektronska konfiguracija molekule kiseonika je takva da ima nesparene elektrone, koji su visoko reaktivni. Posjedujući stoga visoka oksidirajuća svojstva, molekul kisika se koristi u biološkim sistemima kao svojevrsna zamka za elektrone, čija se energija gasi kada su povezani s kisikom u molekulu vode.

Nema sumnje da je kiseonik „kod kuće“ za biološke procese kao akceptor elektrona. Rastvorljivost kisika u vodenoj i lipidnoj fazi također je vrlo korisna za organizam čije su ćelije (posebno biološke membrane) izgrađene od fizički i kemijski različitih materijala. To mu omogućava da relativno lako difundira u bilo koje strukturne formacije ćelija i učestvuje u oksidativnim reakcijama. Istina, kisik je nekoliko puta topljiviji u mastima nego u vodenoj sredini, a to se uzima u obzir kada se kisik koristi kao terapeutsko sredstvo.

Svaka ćelija našeg tijela zahtijeva neprekinutu opskrbu kisikom, gdje se koristi u raznim metaboličkim reakcijama. Da biste ga isporučili i sortirali u ćelije, potreban vam je prilično moćan transportni aparat.

U normalnim uslovima, ćelije tela treba da opskrbe oko 200-250 ml kiseonika svake minute. Lako je izračunati da je potreba za njim po danu znatna (oko 300 litara). Uz naporan rad, ova potreba se udesetostruči.

Difuzija kiseonika iz plućnih alveola u krv nastaje usled alveolarno-kapilarne razlike (gradijenta) tenzije kiseonika, koja pri udisanju normalnog vazduha iznosi: 104 (pO 2 u alveolama) - 45 (pO 2 u plućnim kapilarama ) = 59 mm Hg. Art.

Alveolarni vazduh (sa prosječnim kapacitetom pluća od 6 litara) ne sadrži više od 850 ml kisika, a ova alveolarna rezerva može opskrbiti tijelo kisikom za samo 4 minute, s obzirom da je prosječna potreba organizma za kisikom u normalnim uvjetima oko 200 ml. po minuti.

Izračunato je da ako se molekularni kisik jednostavno otopi u krvnoj plazmi (a u njoj se slabo otapa - 0,3 ml u 100 ml krvi), tada je potrebno povećati brzinu, kako bi se osigurala normalna potreba stanica za njim. vaskularni protok krvi do 180 l u minuti. U stvari, krv se kreće brzinom od samo 5 litara u minuti. Isporuku kiseonika u tkiva vrši divna supstanca - hemoglobin.

Hemoglobin sadrži 96% proteina (globina) i 4% neproteinska komponenta(hem). Hemoglobin, poput hobotnice, hvata kiseonik sa svoja četiri pipa. Ulogu “pipaka” koji specifično hvataju molekule kisika u arterijskoj krvi pluća igra hem, odnosno dvovalentni atom željeza koji se nalazi u njegovom središtu. Gvožđe je "pričvršćeno" unutar porfirinskog prstena pomoću četiri veze. Ovaj kompleks gvožđa sa porfirinom naziva se protohem ili jednostavno hem. Druge dvije željezne veze su usmjerene okomito na ravan porfirinskog prstena. Jedan od njih ide u proteinsku podjedinicu (globin), a drugi je slobodan, direktno hvata molekularni kiseonik.

Polipeptidni lanci hemoglobina su raspoređeni u prostoru tako da se njihova konfiguracija približava sfernoj. Svaka od četiri globule ima "džep" u koji se nalazi hem. Svaki hem je sposoban da uhvati jednu molekulu kiseonika. Molekul hemoglobina može vezati najviše četiri molekula kiseonika.

Kako hemoglobin "funkcioniše"?

Posmatranja respiratornog ciklusa "molekularnih pluća" (kako je poznati engleski naučnik M. Perutz nazvao hemoglobin) otkrivaju neverovatne karakteristike ovog pigmentnog proteina. Ispostavilo se da sva četiri dragulja rade zajedno, a ne samostalno. Svaki od dragulja je, takoreći, obaviješten o tome da li je njegov partner dodao kisik ili ne. U deoksihemoglobinu, svi "pipci" (atomi gvožđa) vire iz ravni porfirinskog prstena i spremni su da vežu molekul kiseonika. Nakon što je uhvatio molekul kisika, željezo se uvlači unutar porfirinskog prstena. Prvu molekulu kiseonika je najteže vezati, a svaki sledeći postaje sve bolji i lakši. Drugim riječima, hemoglobin djeluje prema poslovici „apetit dolazi s jelom“. Dodatak kiseonika čak menja svojstva hemoglobina: on postaje jača kiselina. Ova činjenica ima veliki značaj u transportu kisika i ugljičnog dioksida.

Pošto se zasiti kiseonikom u plućima, hemoglobin u crvenim krvnim zrncima prenosi ga kroz krvotok do ćelija i tkiva tela. Međutim, prije zasićenja hemoglobina, kisik se mora otopiti u krvnoj plazmi i proći kroz membranu crvenih krvnih zrnaca. U praksi, posebno kada se koristi terapija kiseonikom, važno je da lekar uzme u obzir potencijalne sposobnosti eritrocitnog hemoglobina da zadrži i isporuči kiseonik.

Jedan gram hemoglobina u normalnim uslovima može vezati 1,34 ml kiseonika. Rezonirajući dalje, možemo izračunati da sa prosječnim sadržajem hemoglobina u krvi od 14-16 ml%, 100 ml krvi veže 18-21 ml kisika. Ako uzmemo u obzir volumen krvi, koji u prosjeku iznosi oko 4,5 litara kod muškaraca i 4 litre kod žena, onda je maksimalna aktivnost vezivanja hemoglobina eritrocita oko 750-900 ml kisika. Naravno, to je moguće samo ako je sav hemoglobin zasićen kiseonikom.

Prilikom udisanja atmosferskog zraka hemoglobin je nepotpuno zasićen - 95-97%. Možete ga zasititi koristeći ga za disanje čisti kiseonik. Dovoljno je povećati njegov sadržaj u udahnutom zraku na 35% (umjesto uobičajenih 24%). U ovom slučaju, kapacitet kiseonika će biti maksimalan (jednak 21 ml O 2 na 100 ml krvi). Kiseonik se više neće moći vezati zbog nedostatka slobodnog hemoglobina.

Mala količina kiseonika ostaje rastvorena u krvi (0,3 ml na 100 ml krvi) i u tom obliku se prenosi u tkiva. U prirodnim uslovima, potrebe tkiva se zadovoljavaju kiseonikom vezanim za hemoglobin, jer je kiseonik rastvoren u plazmi neznatna količina - svega 0,3 ml u 100 ml krvi. To dovodi do zaključka: ako je tijelu potreban kisik, onda ne može živjeti bez hemoglobina.

Tokom svog života (to je otprilike 120 dana), crvena krvna zrnca obavljaju ogroman posao, prenoseći oko milijardu molekula kiseonika iz pluća u tkiva. Međutim, hemoglobin ima zanimljivu osobinu: ne apsorbira uvijek kisik s istom pohlepom, niti ga daje okolnim stanicama s istom voljom. Ovo ponašanje hemoglobina određeno je njegovom prostornom strukturom i može se regulisati i unutrašnjim i vanjskim faktorima.

Proces zasićenja hemoglobina kisikom u plućima (ili disocijacije hemoglobina u stanicama) opisan je krivuljom u obliku slova S. Zahvaljujući ovoj ovisnosti, normalna opskrba stanica kisikom je moguća čak i uz male razlike u krvi (od 98 do 40 mm Hg).

Položaj krivulje u obliku slova S nije konstantan, a njena promjena ukazuje na bitne promjene u biološkim svojstvima hemoglobina. Ako se kriva pomakne ulijevo i njen zavoj se smanji, onda to ukazuje na povećanje afiniteta hemoglobina za kisik i smanjenje obrnutog procesa - disocijacije oksihemoglobina. Naprotiv, pomak ove krivulje udesno (i povećanje zavoja) ukazuje na potpuno suprotnu sliku - smanjenje afiniteta hemoglobina za kisik i bolje oslobađanje istog u tkiva. Jasno je da je pomicanje krivulje ulijevo preporučljivo za hvatanje kisika u plućima, a udesno za njegovo otpuštanje u tkiva.

Krivulja disocijacije oksihemoglobina mijenja se u zavisnosti od pH okoline i temperature. Što je niži pH (pomak u kiselu stranu) i što je temperatura viša, hemoglobin slabije hvata kiseonik, ali se bolje daje tkivima tokom disocijacije oksihemoglobina. Otuda zaključak: u vrućoj atmosferi, zasićenje krvi kisikom se događa neučinkovito, ali s povećanjem tjelesne temperature, istovar oksihemoglobina iz kisika je vrlo aktivan.

Crvena krvna zrnca također imaju svoje regulatorne uređaje. To je 2,3-difosfoglicerinska kiselina, nastala tokom razgradnje glukoze. Od ove supstance zavisi i „raspoloženje“ hemoglobina u odnosu na kiseonik. Kada se 2,3-difosfoglicerinska kiselina akumulira u crvenim krvnim zrncima, ona smanjuje afinitet hemoglobina za kisik i potiče njegovo oslobađanje u tkiva. Ako ga nema dovoljno, slika je suprotna.

Zanimljivi događaji se dešavaju i u kapilarima. Na arterijskom kraju kapilare, difuzija kisika se događa okomito na kretanje krvi (iz krvi u ćeliju). Kretanje se dešava u pravcu razlike parcijalnih pritisaka kiseonika, odnosno u ćelije.

Ćelije daju prednost fizički rastvorenom kiseoniku i on se prvi koristi. Istovremeno, oksihemoglobin se oslobađa svog tereta. Što organ intenzivnije radi, to mu je potrebno više kiseonika. Kada se kiseonik oslobodi, oslobađaju se pipci hemoglobina. Zbog apsorpcije kiseonika u tkivima, sadržaj oksihemoglobina u venska krv pada sa 97 na 65-75%.

Pražnjenje oksihemoglobina istovremeno potiče transport ugljičnog dioksida. Potonji, koji nastaje u tkivima kao konačni produkt sagorijevanja tvari koje sadrže ugljik, ulazi u krv i može uzrokovati značajno smanjenje pH okoliša (zakiseljavanje), što je nespojivo sa životom. Zapravo, pH arterijske i venske krvi može fluktuirati u izuzetno uskom rasponu (ne više od 0,1), a za to je potrebno neutralizirati ugljični dioksid i ukloniti ga iz tkiva u pluća.

Zanimljivo je da nakupljanje ugljičnog dioksida u kapilarama i blagi pad pH okoline samo doprinose oslobađanju kisika oksihemoglobinom (krivulja disocijacije se pomiče udesno, a zavoj u obliku slova S se povećava). Hemoglobin, koji igra ulogu samog sistema pufera krvi, neutralizira ugljični dioksid. U tom slučaju nastaju bikarbonati. Dio ugljičnog dioksida je vezan samim hemoglobinom (što rezultira stvaranjem karbhemoglobina). Procjenjuje se da je hemoglobin direktno ili indirektno uključen u transport do 90% ugljičnog dioksida iz tkiva u pluća. U plućima se javljaju obrnuti procesi, jer oksigenacija hemoglobina dovodi do povećanja njegovih kiselih svojstava i oslobađanja u okruženje joni vodonika. Potonji, spajajući se s bikarbonatima, formiraju ugljičnu kiselinu koju enzim karboanhidraza razlaže u ugljen-dioksid i vodu. Ugljični dioksid oslobađaju pluća, a oksihemoglobin, vezujući katione (u zamjenu za otcijepljene ione vodika), kreće se u kapilare perifernih tkiva. Tako bliska veza između opskrbe tkiva kisikom i uklanjanja ugljičnog dioksida iz tkiva u pluća nas podsjeća da kada se kisik koristi u medicinske svrhe Ne treba zaboraviti još jednu funkciju hemoglobina - oslobađanje tijela od viška ugljičnog dioksida.

Arterijsko-venska razlika ili razlika u pritisku kiseonika duž kapilare (od arterijskog do venskog kraja) daje predstavu o potrebi tkiva za kiseonikom. Dužina kapilarnog putovanja oksihemoglobina varira u različitim organima (a njihove potrebe za kisikom nisu iste). Stoga, na primjer, napetost kisika u mozgu opada manje nego u miokardu.

Ovdje je, međutim, potrebno napraviti rezervu i podsjetiti da se miokard i ostala mišićna tkiva nalaze u posebnim uslovima. Mišićne ćelije imaju aktivan sistem za hvatanje kiseonika iz krvi koja teče. Ovu funkciju obavlja mioglobin, koji ima istu strukturu i radi na istom principu kao i hemoglobin. Samo mioglobin ima jedan proteinski lanac (a ne četiri, kao hemoglobin) i, ​​shodno tome, jedan hem. Mioglobin je kao četvrtina hemoglobina i hvata samo jedan molekul kiseonika.

Jedinstvena struktura mioglobina, koja je ograničena samo na tercijarni nivo organizacije njegovog proteinskog molekula, povezana je sa interakcijom sa kiseonikom. Mioglobin veže kiseonik pet puta brže od hemoglobina (ima visok afinitet prema kiseoniku). Kriva zasićenja mioglobina (ili disocijacije oksimioglobina) kisikom ima oblik hiperbole, a ne S-oblika. Tu leži ono veliko biološko značenje, od mioglobina, koji se nalazi u dubinama mišićno tkivo(gde je parcijalni pritisak kiseonika nizak), pohlepno grabi kiseonik čak i pod uslovima niske napetosti. Stvara se svojevrsna rezerva kisika koja se po potrebi troši na stvaranje energije u mitohondrijima. Na primjer, u srčanom mišiću, gdje ima dosta mioglobina, tokom dijastole se formira rezerva kisika u stanicama u obliku oksimioglobina, koji tokom sistole zadovoljava potrebe mišićnog tkiva.

Očigledno konstantan mehanički rad mišićnih organa potrebni dodatni uređaji za hvatanje i rezervisanje kiseonika. Priroda ga je stvorila u obliku mioglobina. Moguće je da nemišićne stanice također imaju neki još nepoznati mehanizam za hvatanje kisika iz krvi.

Općenito, korisnost rada hemoglobina crvenih krvnih zrnaca određuje se po tome koliko je bio u stanju da prenese u ćeliju i prenese molekule kisika u nju i ukloni nakupljeni kisik. kapilare tkiva ugljen-dioksid. Nažalost, ovaj radnik ponekad ne radi punim kapacitetom i bez svoje krivice: oslobađanje kiseonika iz oksihemoglobina u kapilari zavisi od sposobnosti biohemijskih reakcija u ćelijama da troše kiseonik. Ako se troši malo kiseonika, tada se čini da „stagnira“ i zbog svoje niske rastvorljivosti u tečnom mediju više ne dolazi iz arterijskog korita. Doktori primjećuju smanjenje arteriovenske razlike kisika. Ispostavilo se da hemoglobin beskorisno nosi dio kisika, a osim toga, nosi manje ugljičnog dioksida. Situacija nije prijatna.

Poznavanje šema rada sistema za transport kiseonika u prirodnim uslovima omogućava lekaru da izvuče niz korisnih zaključaka za ispravnu upotrebu terapije kiseonikom. Podrazumijeva se da je potrebno zajedno sa kisikom koristiti sredstva koja stimuliraju zitropoezu, povećavaju protok krvi u zahvaćenom tijelu i pomažu korištenje kisika u tkivima tijela.

Istovremeno, potrebno je jasno znati za koje se svrhe kisik troši u stanicama, osiguravajući njihovo normalno postojanje?

Na svom putu do svog mjesta učešća u metaboličkim reakcijama unutar ćelija, kiseonik savladava mnoge strukturne formacije. Najvažnije od njih su biološke membrane.

Svaka ćelija ima plazma (ili vanjsku) membranu i bizarnu raznolikost drugih membranskih struktura koje vezuju subcelularne čestice (organele). Membrane nisu samo pregrade, već formacije koje obavljaju posebne funkcije (transport, razgradnja i sinteza tvari, proizvodnja energije itd.), koje su određene njihovom organizacijom i sastavom biomolekula uključenih u njih. Uprkos varijabilnosti oblika i veličine membrana, one se pretežno sastoje od proteina i lipida. Druge tvari koje se također nalaze u membranama (na primjer, ugljikohidrati) povezane su kemijskim vezama s lipidima ili proteinima.

Nećemo se zadržavati na detaljima organizacije proteinsko-lipidnih molekula u membranama. Važno je napomenuti da svi modeli strukture biomembrana („sendvič“, „mozaik“ itd.) pretpostavljaju prisustvo u membranama bimolekularnog lipidnog filma koji zajedno drže proteinski molekuli.

Lipidni sloj membrane je tekući film koji se stalno kreće. Kiseonik, zbog svoje dobre rastvorljivosti u mastima, prolazi kroz dvostruki lipidni sloj membrana i ulazi u ćelije. Dio kiseonika se prenosi na unutrašnje okruženjećelije putem transportera kao što je mioglobin. Vjeruje se da je kisik u ćeliji u rastvorljivom stanju. Vjerovatno se više otapa u lipidnim formacijama, a manje u hidrofilnim. Podsjetimo da struktura kisika savršeno zadovoljava kriterije oksidacijskog sredstva koje se koristi kao zamka elektrona. Poznato je da se glavna koncentracija oksidativnih reakcija javlja u posebnim organelama, mitohondrijima. Figurativna poređenja koja su biohemičari dali mitohondrijima govore o svrsi ovih malih (veličine 0,5 do 2 mikrona) čestica. Zovu se i “energetske stanice” i “elektrane” ćelije, čime se naglašava njihova vodeća uloga u formiranju energetski bogatih spojeva.

Ovdje je vjerovatno vrijedno napraviti malu digresiju. Kao što znate, jedna od osnovnih karakteristika živih bića je efikasno vađenje energije. Ljudsko tijelo koristi eksterne izvore energije - nutrijente (ugljikohidrate, lipide i proteine) koje uz pomoć hidrolitičkih enzima gastrointestinalnog trakta se drobe na manje komade (monomeri). Potonji se apsorbiraju i isporučuju u ćelije. Energetsku vrijednost imaju samo one tvari koje sadrže vodonik, koji ima veliku zalihu slobodne energije. Glavni zadatak ćelije, odnosno enzima sadržanih u njoj, je da obradi supstrate na način da se iz njih ukloni vodik.

Gotovo svi enzimski sistemi koji imaju sličnu ulogu lokalizirani su u mitohondrijima. Ovdje se oksidiraju fragment glukoze (pirogrožđana kiselina), masne kiseline i ugljični skeleti aminokiselina. Nakon završne obrade, preostali vodonik se „odstranjuje“ sa ovih supstanci.

Vodik, koji se odvaja od zapaljivih materija uz pomoć posebnih enzima (dehidrogenaza), nije u slobodnom obliku, već u vezi sa posebnim nosačima - koenzimima. To su derivati ​​nikotinamida (vitamin PP) - NAD (nikotinamid adenin dinukleotid), NADP (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat) i derivati ​​riboflavina (vitamin B 2) - FMN (flavin mononukleotid) i FAD (flavinadenin dinukleotid).

Vodonik ne gori odmah, već postepeno, u porcijama. U suprotnom, ćelija ne bi mogla da koristi svoju energiju, jer kada bi vodik stupio u interakciju sa kiseonikom, došlo bi do eksplozije, što se lako demonstrira u laboratorijskim eksperimentima. Da bi vodonik u dijelovima oslobađao energiju sadržanu u njemu, u unutrašnjoj membrani mitohondrija postoji lanac nosača elektrona i protona, inače nazvan respiratorni lanac. Na određenom dijelu ovog lanca, putevi elektrona i protona se razilaze; elektroni skaču kroz citohrome (koji se, kao i hemoglobin, sastoje od proteina i hema), a protoni izlaze u okolinu. Na završnoj tački respiratornog lanca, gdje se nalazi citokrom oksidaza, elektroni "klize" na kisik. U tom slučaju energija elektrona se potpuno gasi, a kisik, koji veže protone, svodi se na molekul vode. Voda energetska vrijednost jer tijelo više ne predstavlja.

Energija koju daju elektroni koji skaču duž respiratornog lanca pretvara se u energiju hemijskih veza adenozin trifosfata - ATP, koji služi kao glavni akumulator energije u živim organizmima. Budući da su ovdje spojena dva čina: oksidacija i stvaranje energetski bogatih fosfatnih veza (prisutne u ATP-u), proces stvaranja energije u respiratornom lancu naziva se oksidativna fosforilacija.

Kako dolazi do kombinacije kretanja elektrona duž respiratornog lanca i hvatanja energije tokom tog kretanja? Još nije sasvim jasno. U međuvremenu, djelovanje bioloških pretvarača energije omogućilo bi rješavanje mnogih pitanja vezanih za spas oboljelih. patološki proces tjelesne ćelije, po pravilu, doživljavaju energetsko gladovanje. Prema mišljenju stručnjaka, otkrivanje tajni mehanizma stvaranja energije u živim bićima dovest će do stvaranja tehnički perspektivnijih generatora energije.

Ovo su perspektive. Za sada je poznato da se hvatanje energije elektrona dešava u tri sekcije respiratornog lanca i, stoga, sagorevanjem dva atoma vodika nastaju tri ATP molekula. Koeficijent korisna akcija energija takvog transformatora je blizu 50%. S obzirom na to da je udio energije koja se opskrbljuje ćeliji tokom oksidacije vodonika u respiratornom lancu najmanje 70-90%, postaju jasnija šarena poređenja koja su dodijeljena mitohondrijima.

ATP energija se koristi u raznim procesima: za sklapanje složene strukture(npr. proteini, masti, ugljeni hidrati, nukleinske kiseline) od građenja proteina, obavljanja mehaničke aktivnosti (kontrakcija mišića), električnog rada (pojava i distribucija). nervnih impulsa), transport i akumulacija supstanci unutar ćelija itd. Ukratko, život bez energije je nemoguć, a čim je dođe do oštrog nedostatka, živa bića umiru.

Vratimo se pitanju mjesta kiseonika u proizvodnji energije. Na prvi pogled, direktno učešće kiseonika u ovom vitalnom važan proces. Vjerovatno bi bilo prikladno usporediti sagorijevanje vodonika (i rezultirajuće stvaranje energije) sa proizvodnom linijom, iako respiratorni lanac nije linija za sklapanje, već za „rastavljanje“ materije.

U poreklu respiratornog lanca nalazi se vodonik. Iz njega tok elektrona juri do konačnog odredišta - kisika. U nedostatku kiseonika ili njegovom manjku, proizvodna linija ili staje ili ne radi punim kapacitetom, jer nema ko da je istovari, ili je efikasnost istovara ograničena. Nema protoka elektrona - nema energije. Prema prikladnoj definiciji izvanrednog biohemičara A. Szent-Gyorgyija, životom upravlja tok elektrona, čije kretanje određuje vanjski izvor energije - Sunce. Primamljivo je nastaviti ovu misao i dodati da budući da je život kontroliran protokom elektrona, kisik održava kontinuitet ovog toka

Da li je moguće zamijeniti kisik drugim akceptorom elektrona, rasteretiti respiratorni lanac i obnoviti proizvodnju energije? U principu je moguće. To se lako demonstrira u laboratorijskim eksperimentima. Za tijelo je još uvijek neshvatljiv zadatak odabir akceptora elektrona kao što je kisik, tako da se on lako transportuje, prodire u sve stanice i učestvuje u redoks reakcijama.

Dakle, kisik, održavajući kontinuitet protoka elektrona u respiratornom lancu, doprinosi normalnim uslovima stalna proizvodnja energije iz tvari koje ulaze u mitohondrije.

Naravno, gore prikazana situacija je donekle pojednostavljena, a mi smo to učinili kako bismo jasnije prikazali ulogu kisika u regulaciji energetskih procesa. Efikasnost takve regulacije određena je radom aparata za transformaciju energije pokretnih elektrona ( električna struja) u hemijsku energiju ATP veza. Ako su hranljive materije prisutne čak i u prisustvu kiseonika. sagorevanje u mitohondrijama "uzalud", toplotna energija koja se oslobađa u ovom slučaju je beskorisna za tijelo, a može doći do energetskog gladovanja sa svim posljedicama koje iz toga proizlaze. Međutim, takav rubni slučajevi poremećaji u fosforilaciji tokom prenosa elektrona u mitohondrijima tkiva su teško mogući i nisu se susreli u praksi.

Mnogo su češći slučajevi poremećaja proizvodnje energije koji su povezani sa nedostatkom kiseonika u ćelijama. Da li to znači trenutnu smrt? Ispostavilo se da nije. Evolucija je odlučila mudro, ostavljajući određenu rezervu energetske snage za ljudska tkiva. Osigurava ga bezkiseonički (anaerobni) put za stvaranje energije iz ugljikohidrata. Njegova efikasnost je, međutim, relativno niska, budući da je oksidacija istog hranljive materije u prisustvu kiseonika daje 15-18 puta više energije nego bez njega. Međutim, u kritičnim situacijama, tjelesna tkiva ostaju održiva upravo zahvaljujući anaerobnoj proizvodnji energije (kroz glikolizu i glikogenolizu).

Ovo je mala digresija koja govori o potencijalu stvaranja energije i postojanju organizma bez kiseonika, dodatni dokaz da je kiseonik najvažniji regulator životnih procesa i da je bez njega postojanje nemoguće.

Međutim, ništa manje važno je učešće kisika ne samo u energetskim, već iu plastičnim procesima. Na ovaj aspekt kiseonika ukazali su još 1897. naš izvanredni sunarodnik A. N. Bach i nemački naučnik K. Engler, koji su razvili stav „o sporoj oksidaciji supstanci aktiviranim kiseonikom“. Za dugo vremena ove odredbe su ostale u zaboravu zbog prevelikog interesovanja istraživača za problem učešća kiseonika u energetskim reakcijama. Tek 60-ih godina našeg stoljeća ponovo se postavlja pitanje uloge kisika u oksidaciji mnogih prirodnih i stranih spojeva. Kako se ispostavilo, ovaj proces nema nikakve veze sa stvaranjem energije.

Glavni organ koji koristi kisik da ga uvede u molekulu oksidirane tvari je jetra. U ćelijama jetre, mnoga strana jedinjenja se neutrališu na ovaj način. A ako se jetra s pravom naziva laboratorijom za neutralizaciju lijekova i otrova, onda kisik u ovom procesu ima vrlo počasno (ako ne i dominantno) mjesto.

Ukratko o lokalizaciji i dizajnu uređaja za potrošnju kisika za plastične svrhe. U membranama endoplazmatskog retikuluma, koji prodire u citoplazmu ćelija jetre, postoji kratak lanac transporta elektrona. Razlikuje se od dugog (sa velikim brojem nosilaca) respiratornog lanca. Izvor elektrona i protona u ovom lancu je reducirani NADP, koji nastaje u citoplazmi, na primjer, tokom oksidacije glukoze u pentozofosfatnom ciklusu (dakle, glukoza se može nazvati punopravnim partnerom u detoksikaciji tvari). Elektroni i protoni se prenose do posebnog proteina koji sadrži flavin (FAD) i od njega do konačne veze - posebnog citokroma zvanog citokrom P-450. Poput hemoglobina i mitohondrijalnih citohroma, on je protein koji sadrži hem. Njegova funkcija je dvostruka: veže oksidiranu supstancu i sudjeluje u aktivaciji kisika. Konačan rezultat Ovako složena funkcija citokroma P-450 izražava se u činjenici da jedan atom kisika ulazi u molekulu oksidirane tvari, drugi - u molekulu vode. Očigledne su razlike između završnih činova potrošnje kiseonika tokom stvaranja energije u mitohondrijima i tokom oksidacije supstanci u endoplazmatskom retikulumu. U prvom slučaju kisik se koristi za formiranje vode, au drugom - za stvaranje i vode i oksidiranog supstrata. Udio kiseonika koji se troši u organizmu za plastične svrhe može biti 10-30% (u zavisnosti od uslova za povoljan nastanak ovih reakcija).

Postavljati pitanje (čak i čisto teoretski) o mogućnosti zamjene kisika drugim elementima je besmisleno. S obzirom da je ovaj put iskorištavanja kisika neophodan i za razmjenu najvažnijih prirodnih spojeva – kolesterola, žučnih kiselina, steroidnih hormona – lako je shvatiti dokle sežu funkcije kisika. Ispostavilo se da regulira stvaranje niza važnih endogenih spojeva i detoksikaciju stranih supstanci (ili, kako ih sada zovu, ksenobiotika).

Treba, međutim, napomenuti da enzimski sistem endoplazmatskog retikuluma, koji koristi kiseonik za oksidaciju ksenobiotika, ima neke troškove, koji su sledeći. Ponekad, kada se kisik unese u supstancu, nastaje toksičniji spoj od originalnog. U takvim slučajevima kisik djeluje kao saučesnik u trovanju tijela bezopasnim spojevima. Takvi troškovi uzimaju ozbiljan preokret, na primjer, kada se kancerogeni stvaraju iz prokancerogena uz sudjelovanje kisika. Konkretno, dobro poznata komponenta duhanskog dima, benzopiren, koja se smatrala kancerogenom, zapravo dobiva ova svojstva kada se oksidira u tijelu i formira oksibenzpiren.

Gore navedene činjenice tjeraju nas da obratimo veliku pažnju na one enzimske procese u kojima se kisik koristi kao građevinski materijal. U nekim slučajevima potrebno je razviti preventivne mjere protiv ovog načina potrošnje kisika. Ovaj zadatak je veoma težak, ali je potrebno tražiti pristupe tome kako bi uz pomoć razne tehnike usmjeravaju regulacijske potencije kisika u smjeru potrebnom za tijelo.

Ovo posljednje je posebno važno u slučaju korištenja kisika u takvom „nekontroliranom“ procesu kao što je peroksidna (ili slobodnim radikalima) oksidacija nezasićenih masnih kiselina. Nezasićene masne kiseline su dio različitih lipida u biološkim membranama. Arhitektura membrana, njihova permeabilnost i funkcije enzimskih proteina uključenih u membrane su u velikoj mjeri determinirani omjerom različitih lipida. Peroksidacija lipida odvija se ili uz pomoć enzima ili bez njih. Druga opcija se ne razlikuje od oksidacije lipida slobodnim radikalima u konvencionalnim hemijskim sistemima i zahteva prisustvo askorbinske kiseline. Učešće kisika u peroksidaciji lipida, naravno, nije najveće Najbolji način primjene njegovih vrijednih bioloških kvaliteta. Priroda slobodnih radikala ovog procesa, koji može pokrenuti dvovalentno željezo (centar formiranja radikala), omogućava mu da brzo dovede do raspada lipidnog okosnica membrana i, posljedično, do smrti stanice.

Međutim, takva katastrofa se ne dešava u prirodnim uslovima. Ćelije sadrže prirodne antioksidanse (vitamin E, selen, neki hormoni) koji prekidaju lanac peroksidacije lipida, sprječavajući stvaranje slobodnih radikala. Ipak, korištenje kisika u peroksidaciji lipida, prema nekim istraživačima, ima i pozitivne aspekte. IN biološki uslovi Peroksidacija lipida je neophodna za samoobnavljanje membrane, budući da su lipidni peroksidi spojevi topljiviji u vodi i lakše se oslobađaju iz membrane. Zamijenjeni su novim, hidrofobnim molekulama lipida. Samo prekomjernost ovog procesa dovodi do kolapsa membrana i patoloških promjena u tijelu.

Vrijeme je da se sagledamo. Dakle, kiseonik je najvažniji regulator vitalnih procesa, koji koriste ćelije organizma kao neophodnu komponentu za stvaranje energije u respiratornom lancu mitohondrija. Potrebe za kiseonikom ovih procesa su nejednako zadovoljene i zavise od mnogih uslova (o snazi ​​enzimskog sistema, obilju u supstratu i dostupnosti samog kiseonika), ali se ipak lavovski deo kiseonika troši na energetske procese. Dakle, „životna plata“ i funkcije pojedinih tkiva i organa za vrijeme akutnog nedostatka kisika određuju se endogenim rezervama kisika i snagom bezkiseoničkog puta proizvodnje energije.

Međutim, jednako je važno opskrbiti kisikom i druge plastični procesi, iako se za to troši manji dio. Pored niza neophodnih prirodnih sinteza (holesterol, žučne kiseline, prostaglandini, steroidni hormoni, biološki aktivni produkti metabolizma aminokiselina), prisustvo kisika je posebno neophodno za neutralizaciju lijekova i otrova. U slučaju trovanja stranim tvarima, možda se može pretpostaviti da je kisik važniji za plastiku nego za energetske svrhe. U slučaju intoksikacije, ova strana djelovanja je upravo praktična upotreba. I samo u jednom slučaju doktor mora razmišljati o tome kako postaviti barijeru potrošnji kiseonika u ćelijama. Radi se o o inhibiciji upotrebe kisika u peroksidaciji lipida.

Kao što vidimo, poznavanje karakteristika isporuke i puteva potrošnje kiseonika u organizmu ključ je za razotkrivanje poremećaja koji nastaju pri različitim tipovima hipoksičnih stanja, kao i za ispravnu taktiku terapijske upotrebe kiseonika u klinici. .

Ako pronađete grešku, označite dio teksta i kliknite Ctrl+Enter.

Sadržaj članka: classList.toggle()">toggle

Trovanje kisikom je patološki kompleks simptoma koji se razvija nakon udisanja plinova ili para s visokim sadržajem uobičajenog kemijski aktivnog nemetala, uglavnom u obliku spojeva. Kako supstanca utiče na organizam? Koliko je ozbiljno trovanje kiseonikom? Kakva se pomoć može pružiti žrtvi? O ovome i mnogo više čitat ćete u našem članku.

U kojim slučajevima je moguće trovanje kiseonikom?

Otrovnost kiseonikom je prilično rijedak oblik trovanja koji se ne može dobiti prirodno okruženje ljudsko stanovanje. Zbog ove karakteristike mnogi ljudi zanemaruju potencijalna opasnost ovaj događaj i tretirajte ga olako. Potencijalne okolnosti koje mogu dovesti do toksičnosti kisika:

• Kršenje pravila za rad s plinskim mješavinama i opremom u proizvodnji;
• Neispravnost opreme koja snabdijeva supstancu u ljudski respiratorni sistem pod visok krvni pritisak– na primjer, maske za kiseonik u bolnicama ili piloti aviona;
• Nepoštivanje preporuka za neophodne mere dekompresija za ronioce i ronioce nakon rada na velikim dubinama;
• Prečesti i dugotrajni postupci baroterapije kiseonikom.

Kao što se može vidjeti iz gore opisane liste, takve okolnosti obično nisu tipične i raširene, štoviše, povezane su s hitnom situacijom - kvarom opreme, često uz neusklađenost elementarna pravila sigurnost. Treba shvatiti da je u svom čistom obliku kisik toksičan za ljude.

Zašto ne možete udisati čisti kiseonik?

Kiseonik je ključni atmosferski element koji koriste gotovo svi živi aerobi. Treba shvatiti da zrak ne sadrži čistu tvar, već niz spojeva.

U medicini se kisik koristi za poboljšanje metaboličkih procesa gastrointestinalnog trakta i normalizaciju rada kardiovaskularnog sistema, dezinfekcija i dezodoracija vazdušnih masa, terapija trofični ulkusi, gangrena, pružanje plućne ventilacije, proučavanje brzine protoka krvi i tako dalje.

Fiziološka osnova za transport neke supstance u organizam je njeno prodiranje kroz alveolarne plućne membrane tokom udisanja i paralelno vezivanje sa eritrocitima, koji su hemoglobin crvenih krvnih zrnaca. Potonji isporučuju kisik u meka tkiva, obnavljaju se i dodaju ugljični dioksid koji se nalazi u strukturama, koji osoba kasnije izdiše.

Hemijski intenzitet zasićenja kisikom u krvi prvenstveno ne ovisi o koncentraciji plina, već o njegovom pritisku - što je veći, to će više tvari ući u plazmu, nakon čega će proći u meka tkiva.

Prezasićenost organizma kiseonikom ima svoje medicinski termin– hiperoksija.

Nastankom hiperoksije u teškim slučajevima može doći do višestrukih poremećaja u radu centralnog nervnog sistema, respiratornih i krvožilnih organa. Ne samo čisti kisik, već i njegovi pojedinačni reaktivni oblici mogu uzrokovati potencijalnu štetu u obliku toksičnih derivata, na primjer, vodikov peroksid, ozon, hidroksilni radikal, singletni kisik - u u ovom slučaju za formiranje trovanja bit će potrebne doze koje su desetine puta manje.

Simptomi toksičnosti kiseonika

Simptomi trovanja kiseonikom nisu specifični i značajno ovise o individualnim karakteristikama ljudskog organizma. Štoviše, vrlo često se patologija miješa s drugim akutnim stanjima praćenim manifestacijama sličnim hiperoksiji.

Tipični problemi s brzim ili trenutnim djelovanjem (pojavljuju se odmah):

• Vrtoglavica;
• Sporo disanje;
• Smanjen broj otkucaja srca, suženje zjenica i krvnih sudova.

Ovo
zdravo
znam!

Patološki višak kisika u tijelu stvara preduvjete za akutni nedostatak hemoglobina, jer se tvar koja prodire u krvotok kroz pluća aktivno veže za njega.

Tipični problemi srednjeg perioda (od 10-15 minuta do pola sata):

• Intenzivna sve veća glavobolja;
• Mučnina i povraćanje;
• Brzo crvenilo lica, udova i kože na tijelu;
• Djelomična ili potpuna utrnulost falangi prstiju ruku i nogu, trzanje usana mišića lica;
• Slabljenje olfaktornih i taktilnih refleksa;
• Ozbiljni problemi s disanjem;
• Anksioznost, razdražljivost, agresivnost, panika. Manje često – stupor i letargija;
• Nesvjestica, konvulzije i napadi.

Prva pomoć žrtvi

Ako se pomoć žrtvi ne pruža duže vrijeme, počinje smrt. Ako sumnjate na prisustvo hiperoksije, morate odmah nazvati hitna pomoć. Bilo kakvih efikasnih mehanizama prva pomoć ne postoji u ovoj situaciji. Moguće radnje može uključivati:

• Odmah prekinuti kontakt sa visokokoncentrisanim kiseonikom i preći na normalan vazduh. Ako je potrebna oprema dostupna, osobi je dozvoljeno da udiše mješavinu osiromašenu kisikom;
• Privesti žrtvu pameti na bilo koji mogući način;

• U prisustvu konvulzija, napadaja i neuroloških manifestacija, pratiti stanje osobe i minimizirati rizik od oštećenja dijelova tijela žrtve (zaštititi od oštećenja, ali ne pričvršćivati ​​tijelo pojasevima ili drugim instrumentima);
• Vještačko disanje i indirektna masaža srca u odsustvu ova dva osnovna vitalna znaka.

Stacionarno liječenje bolesnika s hiperoksijom je simptomatsko. Koristi se hardverska podrška (ventilacija, usisavanje pjene iz pluća itd.), i konzervativna terapija(od hlorpromazina za ublažavanje napadaja do diuretika).

Posljedice po organizam

Hiperoksija ima najteže posledice po ljudski organizam, u zavisnosti od koncentracije kiseonika, pritiska pod kojim je ušao u organizam, kao i drugih faktora.

Potencijalni problemi zbog predoziranja kiseonikom:

• Iz bronhopulmonalnog sistema: plućni edem sa razvojem sekundarnog bakterijske infekcije, krvarenja u bronhopulmonalni sistem, atelektaza, disfunkcija kičmene moždine;
• Sa strane centralnog nervnog sistema. Trajno oštećenje sluha i vida, konvulzivno-epileptički napadi, patologije mozga i kičmene moždine;
• Iz kardiovaskularnog sistema: oštro usporavanje otkucaja srca sa paralelnim padom krvni pritisak, krvarenja u koži i razna unutrašnje organe, razvoj srčanog i moždanog udara, potpuni srčani zastoj.

Ako dođe do prezasićenja visokom koncentracijom kisika pri tlaku iznad 5 bara najmanje nekoliko minuta, tada osoba gotovo trenutno gubi svijest, brzo se razvija super-teška hiperoksija i dolazi do smrti.