Что дает кислород. Нужно ли повышать кислород в клетках

Недавно страну облетела новость: госкорпорация «Роснано» инвестирует 710 млн рублей в производство инновационных лекарственных препаратов против возрастных заболеваний. Речь идет о так называемых «ионах Скулачева» – фундаментальной разработке отечественных ученых. Она поможет справиться со старением клеток, которое вызывает кислород.

«Как же так? – удивитесь вы. – Без кислорода невозможно жить, а вы утверждаете, что он ускоряет старение!» На самом деле противоречия тут нет. Двигатель старения – активные формы кислорода, которые образуются уже внутри наших клеток.

Источник энергии

Немногие знают, что чистый кислород опасен. Его в небольших дозах применяют в медицине, но если дышать им долго, можно отравиться. Лабораторные мыши и хомячки, к примеру, живут в нем всего несколько дней. В воздухе же, которым мы дышим, кислорода чуть больше 20%.

Почему же столько живых существ, в том числе человек, нуждаются в небольшом количестве этого опасного газа? Дело в том, что О2 – мощнейший окислитель, перед ним не может устоять практически ни одно вещество. А всем нам нужна энергия, чтобы жить. Так вот, получать ее мы (а также все животные, грибы и даже большинство бактерий) можем, именно окисляя те или иные питательные вещества. Буквально сжигая их, как дрова в каминной топке.

Происходит этот процесс в каждой клетке нашего тела, где для него имеются специальные «энергетические станции» – митохондрии. Именно туда в конечном итоге попадает все, что мы съели (разумеется, переваренное и разложенное до простейших молекул). И именно внутри митохондрий кислород делает единственное, что он умеет, – окисляет.

Такой способ получения энергии (его называют аэробным) весьма выгоден. Например, некоторые живые существа умеют получать энергию и без окисления кислородом. Только вот благодаря этому газу из одной и той же молекулы получается в несколько раз больше энергии, чем без него!

Скрытый подвох

Из 140 литров кислорода, которые мы вдыхаем за день из воздуха, почти все уходит на получение энергии. Почти – но не все. Примерно 1% тратится на производство… яда. Дело в том, что во время полезной деятельности кислорода образуются и опасные вещества, так называемые «активные формы кислорода». Это – свободные радикалы и перекись водорода.

Зачем вообще природе вздумалось производить этот яд? Некоторое время назад ученые нашли этому объяснение. Свободные радикалы и перекись водорода при помощи особого белка-фермента образуются на внешней поверхности клеток, с их помощью наш организм уничтожает бактерии, попавшие в кровь. Очень разумно, если учесть, что радикал гидроксида по своей ядовитости соперничает с хлоркой.

Однако не весь яд оказывается за пределами клеток. Он образуется и в тех самых «энергетических станциях», митохондриях. В них же имеется своя собственная ДНК, которую и повреждают активные формы кислорода. Дальше все понятно и так: работа энергетических станций разлаживается, ДНК повреждена, начинается старение…

Зыбкий баланс

К счастью, природа позаботилась о том, чтобы нейтрализовать активные формы кислорода. За миллиарды лет кислородной жизни наши клетки в общем-то научились держать О2 в узде. Во-первых, его не должно быть слишком много или слишком мало – и то и другое провоцирует образование яда. Поэтому митохондрии умеют «выгонять» лишний кислород, а также «дышать» так, чтобы он не мог образовать те самые свободные радикалы. Более того, в арсенале нашего организма есть вещества, которые неплохо борются со свободными радикалами. Например, ферменты-антиоксиданты, которые превращают их в более безобидную перекись водорода и просто кислород. Другие ферменты тут же берут в оборот перекись водорода, превращая ее в воду.

Вся эта многоступенчатая защита неплохо работает, но со временем начинает давать сбои. Сначала ученые думали, что с годами ферменты-защитники от активных форм кислорода слабеют. Оказалось, нет, они по-прежнему бодры и активны, однако по законам физики какие-то свободные радикалы все равно минуют многоступенчатую защиту и начинают разрушать ДНК.

Можно ли поддержать свою природную защиту от ядовитых радикалов? Да, можно. Ведь чем дольше живут в среднем те или иные животные, тем лучше отточена их защита. Чем интенсивнее обмен веществ у того или иного вида, тем эффективнее его представители справляются со свободными радикалами. Соответственно, первая помощь себе изнутри – вести активный образ жизни, не позволяя обмену веществ замедлиться с возрастом.

Тренируем молодость

Есть еще несколько обстоятельств, которые помогают нашим клеткам справляться с ядовитыми производными кислорода. Например, поездка в горы (1500 м и выше над уровнем моря). Чем выше, тем меньше в воздухе кислорода, и жители равнины, попав в горы, начинают чаще дышать, им трудно двигаться – организм пытается компенсировать нехватку кислорода. Через две недели жизни в горах наш организм начинает приспосабливаться. Повышается уровень гемоглобина (белок крови, который разносит кислород из легких во все ткани), а клетки учатся использовать О2 экономичнее. Возможно, говорят ученые, это одна из причин того, что среди горцев Гималаев, Памира, Тибета, Кавказа много долгожителей. И даже если вы попадете в горы только на время отпуска раз в год, вы получите те же самые выгодные изменения, пусть всего на месяц.

Итак, можно научиться вдыхать много кислорода или, наоборот, мало, существует масса дыхательных техник обоих направлений. Однако по большому счету организм все равно будет поддерживать количество кислорода, попадающего в клетку, на некоем среднем, оптимальном для себя и своей нагрузки уровне. И тот самый 1% будет уходить на производство яда.

Поэтому ученые считают, что действеннее будет зайти с другой стороны. Оставить в покое количество О2 и усилить клеточную защиту от его активных форм. Нужны антиоксиданты, причем такие, которые смогут проникать внутрь митохондрий и обезвреживать яд именно там. Как раз такие и хочет выпускать «Роснано». Возможно, уже через несколько лет подобные анти­оксиданты можно будет принимать, как нынешние витамины А, Е и С.

Молодильные капли

Перечень современных антиоксидантов давно уже не ограничивается перечисленными витаминами А, Е и С. Среди новейших открытий – ионы-антиоксиданты SkQ, разработанные группой ученых под руководством действительного члена Академии наук, почетного президента Российского общества биохимиков и молекулярных биологов, директора Института физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского МГУ, лауреата Государственной премии СССР, основателя и декана факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ Владимира Скулачева.

Еще в 70-е годы ХХ века он блестяще доказал теорию о том, что митохондрии являются «электростанциями» клеток. Для этого были изобретены положительно заряженные частицы («ионы Скулачева»), которые могут проникать внутрь митохондрий. Теперь академик Скулачев и его ученики «прицепили» к этим ионам вещество-антиоксидант, которое способно «разобраться» с ядовитыми соединениями кислорода.

На первом этапе это будут не «таблетки от старости», а препараты для лечения конкретных болезней. Первыми в очереди стоят глазные капли для лечения некоторых возрастных проблем со зрением. Подобные препараты уже дали совершенно фантастические результаты при испытании на животных. В зависимости от вида, новые антиоксиданты могут снижать раннюю смертность, увеличивать среднюю продолжительность жизни и продлевать максимальный возраст – заманчивые перспективы!

Кислород - один из самых распространенных элементов не только в природе, но и в составе тела человека.

Особые свойства кислорода как химического элемента сделали его в ходе эволюции живых существ необходимым партнером в фундаментальных процессах жизнедеятельности. Электронная конфигурация молекулы кислорода такова, что он имеет неспаренные электроны, которые обладают большой реакционной способностью. Обладая поэтому высокими окислительными свойствами, молекула кислорода используется в биологических системах как своеобразная ловушка электронов, энергия которых гасится, когда они связаны с кислородом в молекуле воды.

Несомненно, что кислород «пришелся ко двору» для биологических процессов как акцептор электронов. Весьма полезным для организма, клетки которого (особенно биологические мембраны) построены из разнообразного в физическом и химическом отношении материала, является и растворимость кислорода как в водной, так и в липидной фазе. Это дает возможность ему относительно легко диффундировать к любым структурным образованиям клеток и участвовать в окислительных реакциях. Правда, в жирах кислород растворим в несколько раз лучше, чем в водной среде, и это принимается во внимание при использовании кислорода в качестве лечебного средства.

Каждая клетка нашего организма требует бесперебойной доставки кислорода, где он используется в различных обменных реакциях. Для того чтобы доставить и рассортировать его по клеткам, нужен довольно мощный транспортный аппарат.

В обычном состоянии клеткам организма каждую минуту требуется поставлять около 200-250 мл кислорода. Нетрудно подсчитать, что в сутки потребность в нем составляет немалую величину (порядка 300 литров). При тяжелой работе эта потребность возрастает в десятки раз.

Диффузия кислорода из легочных альвеол в кровь происходит благодаря альвеолярно-капиллярной разнице (градиенту) напряжений кислорода, которая при дыхании обычным воздухом составляет: 104 (pO 2 в альвеолах) - 45 (pO 2 в легочных капиллярах) = 59 мм рт. ст.

Альвеолярный воздух (при средней емкости легких в 6 литров) содержит не более 850 мл кислорода, и этот альвеолярный резерв может обеспечить организм кислородом всего на 4 минуты, учитывая, что средняя потребность организма в кислороде в обычном состоянии составляет приблизительно 200 мл в минуту.

Подсчитано, что если бы молекулярный кислород просто растворялся в плазме крови (а растворяется он в ней плохо - 0,3 мл в 100 мл крови), то для того, чтобы обеспечить нормальную потребность в нем клеток, надо увеличить скорость сосудистого кровотока до 180 л в минуту. На самом деле кровь движется со скоростью всего 5 л в минуту. Доставка кислорода к тканям осуществляется за счет замечательного вещества - гемоглобина.

В гемоглобине содержится 96% белка (глобина) и 4% небелкового компонента (гема). Гемоглобин, подобно осьминогу, захватывает своими четырьмя щупальцами кислород. Роль «щупалец», специфически схватывающих в артериальной крови легких молекулы кислорода, выполняет гем, а точнее находящийся в центре его атом двухвалентного железа. Железо с помощью четырех связей «крепится» внутри порфиринового кольца. Такой комплекс железа с порфирином и называется протогемом или просто гемом. Две другие связи железа направлены перпендикулярно плоскости порфиринового кольца. Одна из них идет к белковой субъединице (глобину), а другая свободна, она-то непосредственно и ловит молекулярный кислород.

Полипептидные цепи гемоглобина укладываются в пространстве таким образом, что их конфигурация приближается к шарообразной. В каждой из четырех глобул имеется «карман», в котором помещается гем. Каждый из гемов способен поймать по одной молекуле кислорода. Молекула гемоглобина максимально может связать четыре молекулы кислорода.

Как же «работает» гемоглобин?

Наблюдения за дыхательным циклом «молекулярного легкого» (так назвал гемоглобин известный английский ученый М. Перутц) приоткрывает удивительные особенности этого пигментного белка. Оказывается, все четыре гема работают согласованно, а не автономно. Каждый из гемов как бы информирован о том, присоединил ли его партнер кислород или нет. В дезоксигемоглобине все «щупальца» (атомы железа) высовываются из плоскости порфиринового кольца и готовы связать молекулу кислорода. Поймав молекулу кислорода, железо втягивается внутрь порфиринового кольца. Первая молекула кислорода присоединяется труднее всего, а каждая последующая все лучше и легче. Иначе говоря гемоглобин действует согласно пословице «аппетит приходит во время еды». Присоединение кислорода даже меняет свойства гемоглобина: он становится более сильной кислотой. Этот факт имеет большое значение в переносе кислорода и углекислого газа.

Насытившись кислородом в легких, гемоглобин в составе эритроцитов переносит его с током крови к клеткам и тканям организма. Однако, прежде чем насытить гемоглобин, кислород должен раствориться в плазме крови и пройти через мембрану эритроцитов. Врачу в практической деятельности, особенно при использовании кислородотерапии, важно учитывать потенциальные возможности гемоглобина эритроцитов по удержанию и доставке кислорода.

Один грамм гемоглобина в обычных условиях может связать 1,34 мл кислорода. Рассуждая далее, можно рассчитать, что при среднем содержании гемоглобина в крови 14-16 мл%, 100 мл крови связывает 18-21 мл кислорода. Если учитывать объем крови, составляющий у мужчин в среднем около 4,5 литра, а у женщин - 4 литра, то максимальная связывающая активность гемоглобина эритроцитов составляет порядка 750-900 мл кислорода. Разумеется, это возможно только в том случае, когда весь гемоглобин насыщен кислородом.

При дыхании атмосферным воздухом гемоглобин насыщается неполностью - на 95-97%. Насытить его можно, применяя для дыхания чистый кислород. Достаточно повысить содержание его во вдыхаемом воздухе до 35% (вместо обычных 24%). В этом случае кислородная емкость будет максимальна (равна 21 мл O 2 на 100 мл крови). Больше кислород связываться не сможет из-за отсутствия свободного гемоглобина.

Небольшое количество кислорода остается растворенным в крови (0,3 мл на 100 мл крови) и переносится в таком виде к тканям. В естественных условиях потребности тканей удовлетворяются за счет кислорода, связанного с гемоглобином, ибо растворенный в плазме кислород составляет ничтожную величину - всего 0,3 мл в 100 мл крови. Отсюда следует вывод: если организму нужен кислород, то жить без гемоглобина он не может.

За время жизни (оно равно приблизительно 120 дням) эритроцит проделывает гигантскую работу, перенося от легких к тканям около миллиарда молекул кислорода. Однако у гемоглобина есть интересная особенность: он не всегда с одинаковой жадностью присоединяет кислород, равно как и не с одинаковой охотой отдает его окружающим клеткам. Это поведение гемоглобина определяется его пространственной структурой и может регулироваться как внутренними, так и внешними факторами.

Процесс насыщения гемоглобина кислородом в легких (или диссоциация гемоглобина в клетках) описывается кривой, имеющей S-образную форму. Благодаря-такой зависимости возможно нормальное снабжение клеток кислородом даже при небольших перепадах его в крови (от 98 до 40 мм рт. ст.).

Положение S-образной кривой непостоянно, и изменение ее указывает на важные перемены в биологических свойствах гемоглобина. Если кривая сдвигается влево и ее изгиб уменьшается, то это свидетельствует о повышении сродства гемоглобина к кислороду, о снижении обратного процесса - диссоциации оксигемоглобина. Напротив, смещение этой кривой вправо (и увеличение изгиба) свидетельствует о прямо противоположной картине - падении сродства гемоглобина к кислороду и лучшей отдаче его тканям. Понятно, что смещение кривой влево целесообразно для захвата кислорода в легких, а вправо - для отдачи его в тканях.

Кривая диссоциации оксигемоглобина меняется в зависимости от pH среды и температуры. Чем ниже pH (сдвиг в кислую сторону) и выше температура, тем хуже кислород захватывается гемоглобином, но лучше отдается тканям при диссоциации оксигемоглобина. Отсюда вывод: в жаркой атмосфере насыщение крови кислородом происходит неэффективно, но зато при повышении температуры тела разгрузка оксигемоглобина от кислорода весьма активна.

В эритроцитах есть и собственное регулирующее приспособление. Им является 2,3-дифосфоглицериновая кислота, образующаяся при распаде глюкозы. От этого вещества также зависит «настрой» гемоглобина по отношению к кислороду. Когда накапливается 2,3-дифосфоглицериновая кислота в эритроцитах, она уменьшает сродство гемоглобина к кислороду и способствует его отдаче тканям. Если ее мало - картина обратная.

Интересные события происходят и в капиллярах. В артериальном окончании капилляра происходит диффузия кислорода перпендикулярно движению крови (из крови внутрь клетки). Перемещение происходит в направлении разницы парциальных давлений кислорода, т. е. в клетки.

Предпочтение клетки отдают физически растворенному кислороду, и он используется в первую очередь. Одновременно от своей ноши разгружается и оксигемоглобин. Чем более интенсивно орган работает, тем больше он требует кислорода. При отдаче кислорода щупальца гемоглобина освобождаются. За счет поглощения кислорода тканями содержание оксигемоглобина в венозной крови падает с 97 до 65-75%.

Разгрузка оксигемоглобина попутно способствует транспортировке углекислого газа. Последний, образуясь в тканях как конечный продукт сгорания углеродсодержащих веществ, попадает в кровь и может вызвать значительное снижение pH среды (закисление), что несовместимо с жизнью. На самом деле pH артериальной и венозной крови может колебаться в чрезвычайно узком диапазоне (не более 0,1), и для этого необходимо нейтрализовать углекислоту и вынести ее из тканей в легкие.

Интересно, что скопление углекислоты в капиллярах и некоторое снижение pH среды как раз способствуют отдаче кислорода оксигемоглобином (кривая диссоциации сдвигается вправо, и S-образный изгиб увеличивается). Гемоглобин, играющий роль самой буферной системы крови, нейтрализует углекислоту. При этом образуются бикарбонаты. Часть углекислого газа связывается самим гемоглобином (в результате образуется карбгемоглобин). Подсчитано, что гемоглобин прямо или косвенно участвует в транспорте из тканей в легкие до 90% углекислого газа. В легких происходят обратные процессы, ибо оксигенация гемоглобина приводит к повышению его кислотных свойств и отдаче в окружающую среду ионов водорода. Последние, соединяясь с бикарбонатами, образуют угольную кислоту, которая расщепляется ферментом карбоангидразой на углекислый газ и воду. Углекислый газ выделяется легкими, а оксигемоглобин, связывая катионы (взамен на отщепившиеся ионы водорода), движется к капиллярам периферических тканей. Такая тесная связь между актами снабжения тканей кислородом и выносом углекислого газа из тканей в легкие напоминает о том, что при применении кислорода в лечебных целях не следует забывать о другой функции гемоглобина - освобождать организм от избытка углекислоты.

Артериально-венозная разница или перепад давлений кислорода вдоль капилляра (от артериального до венозного конца) дают представление о потребности тканей в кислороде. Длина капиллярного пробега оксигемоглобина различается в разных органах (да и потребности у них в кислороде не одинаковы). Поэтому, например, в мозгу напряжение кислорода падает меньше, чем в миокарде.

Здесь, правда, следует оговориться и напомнить, что миокард и другие мышечные ткани находятся в особых условиях. В мышечных клетках имеется активная система захвата кислорода из протекающей крови. Эту функцию выполняет миоглобин, имеющий такое же строение и работающий по тому же принципу, что и гемоглобин. Только у миоглобина одна белковая цепь (а не четыре, как у гемоглобина) и соответственно один гем. Миоглобин является как бы четвертушкой гемоглобина и захватывает только одну молекулу кислорода.

Своеобразие строения миоглобина, которое ограничивается только третичным уровнем организации его белковой молекулы, связывается на взаимодействии с кислородом. Миоглобин в пять раз быстрее связывает кислород, чем гемоглобин (имеет большое сродство к кислороду). Кривая насыщения миоглобина (или диссоциации оксимиоглобина) кислородом имеет вид гиперболы, а не S-образующую форму. В этом кроется большой биологический смысл, поскольку миоглобин, находящийся в глубине мышечной ткани (где низкое парциальное давление кислорода), жадно хватает кислород даже в условиях его слабого напряжения. Создается как бы кислородный резерв, который расходуется в случае необходимости на образование энергии в митохондриях. Например, в сердечной мышце, где много миоглобина, в период диастолы образуется резерв кислорода в клетках в виде оксимиоглобина, который во время систолы удовлетворяет потребности мышечной ткани.

По-видимому, постоянная механическая работа мышечных органов требовала дополнительных устройств для вылавливания и резервации кислорода. Природа создала его в виде миоглобина. Возможно, и в немышечных клетках имеется какой-то пока еще не известный механизм захвата кислорода из крови.

В целом полезность работы гемоглобина эритроцитов определяется тем, сколько он смог донести до клетки и передать ей молекул кислорода и вынести скапливающуюся в тканевых капиллярах углекислоту. К сожалению, этот труженик иногда работает не в полную силу и не по своей вине: освобождение кислорода из оксигемоглобина в капилляре зависит от возможностей биохимических реакций в клетках расходовать кислород. Если кислорода расходуется мало, то он как бы «застаивается» и в силу малой растворимости его в жидкой среде больше не поступает из артериального русла. Врачи при этом наблюдают снижение артериовенозной разницы по кислороду. Выходит, что гемоглобин бесполезно носит часть кислорода, да к тому же меньше выносит углекислого газа. Ситуация возникает не из приятных.

Знание закономерностей работы системы транспорта кислорода в естественных условиях позволяет сделать врачу ряд полезных выводов для правильного использования кислородотерапии. Само собой разумеющимся оказывается необходимость использования вместе с кислородом средств, стимулирующих зритропоэз, усиливающих кровоток в пораженном организме и помогающих использованию кислорода в тканях организма.

В то же время необходимо отчетливо знать, на какие же цели расходуется кислород в клетках, обеспечивая их нормальное существование?

На своем пути к месту участия в обменных реакциях внутри клеток кислород преодолевает немало структурных образований. Важнейшие из них - биологические мембраны.

Любая клетка имеет плазматическую (или наружную) мембрану и причудливое разнообразие других мембранных структур, ограничивающих субклеточные частицы (органоиды). Мембраны не просто перегородки, а образования, выполняющие специальные функции (транспорт, распад и синтез веществ, образование энергии и т. д.), которые определяются их организацией и составом входящих в них биомолекул. Несмотря на вариабельность форм и размеров мембран, они состоят преимущественно из белков и липидов. Остальные вещества, тоже обнаруживаемые в мембранах (например, углеводы), соединены с помощью химических связей либо с липидами, либо с белками.

Не будем останавливаться на подробностях организации белково-липидных молекул в мембранах. Важно отметить, что все модели строения биомембран («бутербродная», «мозаичная» и т. д.) предполагают наличие в мембранах бимолекулярной липидной пленки, скрепленной белковыми молекулами.

Липидный слой мембраны представляет собой жидкую пленку, находящуюся в постоянном движении. Кислород, благодаря хорошей растворимости в жирах, проходит двойной липидный слой мембран и попадает внутрь клеток. Часть кислорода передается во внутреннюю среду клеток через переносчики типа миоглобина. Считается, что кислород находится в растворимом состоянии в клетке. Вероятно, в липидных образованиях его растворяется больше, а в гидрофильных - меньше. Вспомним, что строение кислорода как нельзя лучше отвечает критериям окислителя, использующегося в качестве ловушки электронов. Известно, что основное сосредоточение окислительных реакций происходит в специальных органоидах-митохондриях. Образные сравнения, которыми наделяли митохондрии ученые-биохимики, говорят о назначении этих небольших (размером от 0,5 до 2 микрон) частиц. Их величают и «энергетическими станциями», и «силовыми станциями» клетки, подчеркивая тем самым их ведущую роль в образовании богатых энергией соединений.

Здесь, наверное, стоит сделать небольшое отступление. Как известно, одним из фундаментальных признаков живого является эффективное извлечение энергии. Человеческий организм использует внешние источники энергии - питательные вещества (углеводы, липиды и белки), которые с помощью гидролитических ферментов желудочно-кишечного тракта дробятся на более мелкие куски (мономеры). Последние всасываются и доставляются в клетки. Энергетическую ценность представляют только те вещества, которые содержат водород, обладающий большим запасом свободной энергии. Основная задача клетки, а точнее содержащихся в ней ферментов, состоит в обработке субстратов таким образом, чтобы оторвать от них водород.

В митохондриях локализованы почти все ферментные системы, выполняющие подобную роль. Здесь окисляются осколок глюкозы (пировиноградная кислота), жирные кислоты и углеродные скелеты аминокислот. После заключительной обработки с этих веществ «сдираются» остатки водорода.

Водород, который отрывается от сгораемых веществ с помощью специальных ферментов (дегидрогеназ), пребывает не в свободном виде, а в связи со специальными переносчиками - коферментами. Ими служат производные никотинамида (витамина РР) - НАД (никотинамидадениндинуклеотид), НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) и производные рибофлавина (витамина В 2) - ФМН (флавинмононуклеотид) и ФАД (флавинадениндинуклеотид).

Сгорает водород не сразу, а постепенно, порциями. В противном случае клетка не могла бы воспользоваться его энергией, ибо при взаимодействии водорода с кислородом произошел бы взрыв, что легко демонстрируется в лабораторных опытах. Для того чтобы водород отдавал заложенную в нем энергию по частям, существует во внутренней мембране митохондрий цепь переносчиков электронов и протонов, иначе именуемая дыхательной цепью. На определенном участке этой цепи пути электронов и протонов расходятся; электроны скачут по цитохромам (состоящим, как и гемоглобин, из белка и гема), а протоны выходят в окружающую среду. В конечной точке дыхательной цепи, где находится цитохромоксидаза, происходит «соскальзывание» электронов на кислород. При этом полностью гасится энергия электронов, и кислород, связывая протоны, восстанавливается до молекулы воды. Вода энергетической ценности для организма уже не представляет.

Энергия, которую отдают скачущие по дыхательной цепи электроны, преобразуется в энергию химических связей аденозинтрифосфата - АТФ, который служит основным аккумулятором энергии в живых организмах. Поскольку здесь совмещены два акта: окисление и образование богатых энергией фосфатных связей (имеющихся в АТФ), то процесс образования энергии в дыхательной цепи назван окислительным фосфорилированием.

Как происходит сочетание движения электронов по дыхательной цепи и улавливание в ходе этого движения энергии? Это еще не совсем ясно. А между тем действие биологических преобразователей энергии позволило бы решить многие вопросы, связанные со спасением пораженных патологическим процессом клеток организма, как правило, испытывающих энергетический голод. Как считают специалисты, раскрытие тайн механизма образования энергии в живых существах приведет к созданию в техническом отношении более перспективных генераторов энергии.

Это перспективы. Пока же известно, что улавливание энергии электронов происходит на трех участках дыхательной цепи и, следовательно, при сгорании двух атомов водорода образуется три молекулы АТФ. Коэффициент полезного действия такого трансформатора энергии приближается к 50%. Учитывая, что доля энергии, поставляемая клетке при окислении водорода в дыхательной цепи, составляет не менее 70-90%, становятся понятными красочные сравнения, которыми награждались митохондрии.

Энергия АТФ используется в самых различных процессах: для сборки сложных структур (например, белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот) из строительных белков, совершения механической деятельности (сокращения мышц), электрической работы (возникновение и распространение нервных импульсов), транспорта и аккумуляции веществ внутри клеток и т. д. Короче говоря, жизнь без энергии невозможна, и как только наступает резкий дефицит ее, живые существа погибают.

Возвратимся к вопросу о месте кислорода в генерации энергии. На первый взгляд кажется замаскированным непосредственное участие кислорода в этом жизненно важном процессе. Вероятно, будет уместным сравнить сгорание водорода (и попутно образование энергии) с поточной линией, хотя дыхательная цепь - линия не по сборке, а по «разборке» вещества.

У истоков дыхательной цепи стоит водород. От него поток электронов устремляется к конечному пункту - кислороду. В отсутствии кислорода или при его нехватке поточная линия либо останавливается, либо работает не в полную нагрузку, потому что разгружать ее или некому, или эффективность разгрузки ограничена. Нет потока электронов - нет и энергии. По меткому определению выдающегося биохимика А. Сент-Дьердьи, жизнью управляет поток электронов, движение которым задается внешним источником энергии - Солнцем. Велико искушение продолжить эту мысль и добавить, что коль жизнью управляет поток электронов, то сохраняет непрерывность такого потока кислород

А можно ли заменить кислород другим акцептором электронов, разгрузить дыхательную цепь и восстановить образование энергии? В принципе возможно. Это легко демонстрируется в лабораторных опытах. Для организма подобрать такой акцептор электронов, как кислород, чтобы он легко переносился, проникал во все клетки и участвовал в окислительно-восстановительных реакциях, пока непостижимая задача.

Итак, кислород, сохраняя непрерывность потока электронов в дыхательной цепи, способствует в нормальных условиях постоянному образованию энергии из поступающих в митохондрии веществ.

Разумеется, ситуация, представленная выше, несколько упрощена, и сделано это нами для того, чтобы яснее показать роль кислорода в регуляции энергетических процессов. Эффективность же такой регуляции определяется работой аппарата трансформации энергии движущихся электронов (электрического тока) в химическую энергию связей АТФ. Если питательные вещества даже при наличии кислорода. сгорают в митохондриях «впустую», выделяющаяся при этом тепловая энергия бесполезна для организма, и может возникнуть энергетический голод со всеми вытекающими из него последствиями. Однако такие крайние случаи нарушения фосфорилирования при переносе электронов в митохондриях тканей вряд ли возможны и в практике не встречались.

Куда более часты случаи нарушения регуляции образования энергии, связанные с недостаточным поступлением в клетки кислорода. Означает ли это немедленную гибель? Оказывается, нет. Эволюция распорядилась мудро, оставив определенный запас энергетической прочности тканям человека. Его обеспечивает бескислородный (анаэробный) путь образования энергии из углеводов. Эффективность его, однако, относительно низка, поскольку окисление тех же питательных веществ в присутствии кислорода дает в 15-18 раз больше энергии, чем без него. Однако в критических ситуациях ткани организма сохраняют жизнеспособность именно благодаря анаэробному образованию энергии (путем гликолиза и гликогенолиза).

Это небольшое отступление, рассказывающее о потенциальной возможности образования энергии и существовании организма без кислорода, лишнее свидетельство того, что кислород - важнейший регулятор процессов жизнедеятельности и что без него существование невозможно.

Однако не менее важным является участие кислорода не только в энергетических, но и в пластических процессах. На эту сторону кислорода указывали еще в 1897 г. наш выдающийся соотечественник А. Н. Бах и немецкий ученый К. Энглер, которые разработали положение «о медленном окислении веществ активированным кислородом». Долгое время эти положения оставались в забвении из-за слишком большой увлеченности исследователей проблемой участия кислорода в энергетических реакциях. Лишь в 60-х годах нашего столетия вновь был поднят вопрос о роли кислорода в окислении многих природных и чужеродных соединений. Как оказалось, этот процесс не имеет никакого отношения к образованию энергии.

Основным органом, использующим кислород для внедрения его в молекулу окисляемого вещества, является печень. В клетках печени происходит таким путем обезвреживание многих чужеродных соединений. И если печень по праву называется лабораторией по обезвреживанию лекарств и ядов, то кислороду в этом процессе отводится весьма почетное (если не главенствующее) место.

Кратко о локализации и устройстве аппарата потребления кислорода с пластическими целями. В мембранах эндоплазматической сети, пронизывающей цитоплазму печеночных клеток, имеется короткая цепь переноса электронов. Она отличается от длинной (с большим числом переносчиков) дыхательной цепи. Источником электронов и протонов в этой цепи служит восстановленный НАДФ, который образуется в цитоплазме, например, при окислении глюкозы в пентозофосфатном цикле (отсюда глюкозу можно назвать полноправным партнером по детоксикации веществ). Электроны и протоны переносятся на особый белок, содержащий флавин (ФАД) и от него на конечное звено - специальный цитохром, называемый цитохромом Р-450. Так же как гемоглобин и цитохромы митохондрий, он является гемсодержащим белком. Его функция двойственная: он связывает окисляемое вещество и участвует в активировании кислорода. Конечный результат такой сложной функции цитохром Р-450 выражается в том, что один атом кислорода попадает в молекулу окисляемого вещества, второй - в молекулу воды. Различия между заключительными актами потребления кислорода при образовании энергии в митохондриях и при окислении веществ эндоплазматической сети очевидно. В первом случае кислород используется на образование воды, а во втором - на образование как воды, так и окисленного субстрата. Доля кислорода, расходующегося в организме на пластические цели, может составлять 10-30% (в зависимости от условий для благоприятного протекания этих реакций).

Ставить вопрос (даже чисто теоретически) о возможности замены кислорода другими элементами бессмысленно. Учитывая, что указанный путь утилизации кислорода к тому же необходим для обмена важнейших природных соединений - холестерина, желчных кислот, стероидных гормонов, - легко понять, сколь далеко простираются функции кислорода. Оказывается, он регулирует образование ряда важнейших эндогенных соединений и детоксикацию чужеродных веществ (или, как их сейчас называют, ксенобиотиков).

Следует, однако, оговориться, что ферментативная система эндоплазматической сети, использующая кислород для окисления ксенобиотиков, имеет некоторые издержки, которые заключаются в следующем. Иногда при внедрении кислорода в вещество образуется более токсичное соединение, чем исходное. В таких случаях кислород выступает как бы соучастником отравления организма безвредными соединениями. Серьезный оборот подобные издержки принимают, например, тогда, когда из проканцерогенов с участием кислорода образуются канцерогены. В частности, известный компонент табачного дыма бензпирен, считавшийся канцерогенным веществом, на самом деле приобретает эти свойства при окислении в организме с образованием оксибензпирена.

Приведенные факты заставляют внимательно отнестись к тем ферментативным процессам, в которых кислород используется как строительный материал. В отдельных случаях требуется разработать превентивные меры, направленные против такого способа потребления кислорода. Эта задача весьма трудная, но подходы к ней искать необходимо, чтобы с помощью различных приемов направлять регулирующие потенции кислорода в нужное для организма русло.

Последнее особенно важно в случае использования кислорода в таком «бесконтрольном» процессе, как перекисное (или свободнорадикальное) окисление ненасыщенных жирных кислот. Ненасыщенные жирные кислоты входят в состав различных липидов биологических мембран. Архитектоника мембран, их проницаемость и функции входящих в состав мембран ферментативных белков в значительной степени определяются соотношением различных липидов. Протекает переокисление липидов либо с помощью ферментов, либо без них. Второй вариант не отличается от свободнорадикального окисления липидов в обычных химических системах и требует присутствия аскорбиновой кислоты. Участие кислорода в переокислении липидов, разумеется, не самый лучший способ приложения его ценных биологических качеств. Свободнорадикальный характер этого процесса, инициатором которого может быть двухвалентное железо (центр радикалообразования), позволяет в сжатые сроки привести к распаду липидного остова мембран и, следовательно, к гибели клеток.

Подобная катастрофа в естественных условиях, однако, не происходит. В клетках имеются природные антиоксиданты (витамин Е, селен, некоторые гормоны), которые обрывают цепь перекисного окисления липидов, препятствуя образованию свободных радикалов. Тем не менее использование кислорода в переокислении липидов, как считают некоторые исследователи, имеет и положительные стороны. В биологических условиях перекисное окисление липидов необходимо для самообновления мембран, так как перекиси липидов более водорастворимые соединения и легче выделяются из мембраны. Их сменяют новые, гидрофобные молекулы липидов. Лишь чрезмерность этого процесса приводит к развалу мембран и патологическим сдвигам в организме.

Настало время подвести итоги. Итак, кислород - важнейший регулятор процессов жизнедеятельности, используемый клетками организма как необходимый компонент для образования энергии в дыхательной цепи митохондрий. Потребности в кислороде этих процессов обеспечиваются неодинаково и зависят от многих условий (от мощности ферментативной системы, достатка в субстрате и доступности самого кислорода), но все-таки львиная доля кислорода расходуется на энергетические процессы. Отсюда «прожиточный минимум» и функции отдельных тканей и органов при острой нехватке кислорода определяется эндогенными кислородными запасами и мощностью бескислородного пути образования энергии.

Однако не менее важно снабжать кислородом и другие, пластические процессы, хотя для этого расходуется меньшая его часть. Помимо ряда необходимых природных синтезов (холестерина, желчных кислот, простагландинов, стероидных гормонов, биологически активных продуктов обмена аминокислот) присутствие кислорода особенно необходимо для обезвреживания лекарств и ядов. При отравлениях чужеродными веществами можно, пожалуй, допустить большую жизненную важность кислорода для пластических, чем для энергетических целей. При интоксикациях эта сторона действия как раз находит практическое применение. И лишь в одном случае врачу приходится думать о том, как поставить барьер на пути потребления в клетках кислорода. Речь идет об угнетении использования кислорода в переокислении липидов.

Как видим, знание особенностей доставки и путей потребления кислорода в организме является ключом к разгадке нарушений, возникающих при различного рода гипоксических состояниях, и к правильной тактике лечебного применения кислорода в клинике.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Cодержание статьи: classList.toggle()">развернуть

Отравление кислородом – это патологический симптомакомплекс, развивающийся после вдыхания газов либо паров с высоким содержанием распространённого химически активного неметалла, преимущественно в виде соединений. Как вещество воздействует на организм? Насколько серьезно отравление кислородом? Какую помощь можно оказать потерпевшему? Об этом и многом другом вы прочитаете в нашей статье.

В каких случаях возможно отравление кислородом?

Токсикация кислородом – достаточно редкая форма отравления, которую невозможно получить в естественной среде обитания человека. Из-за данной особенности многие пренебрегают потенциальной опасностью этого события и относятся к ней легкомысленно. Потенциально возможные обстоятельства, которые могут привести к токсикации кислородом :

• Нарушение правил работы с газовыми смесями и оборудованием на производствах;
• Неисправность оборудования, подающего вещество к органам дыхания человека под повышенным давлением – например, кислородных масок в больницах или у пилотов самолетов;
• Несоблюдение рекомендаций по необходимым мерам декомпрессии у аквалангистов и водолазов после работы на больших глубинах;
• Слишком частые и продолжительные процедуры оксигенобаротерапии.

Как видно из вышеописанного перечня, подобные обстоятельства обычно не являются типичными и массовыми, более того, связаны с нештатной ситуацией – поломкой техники, зачастую наряду с несоблюдением элементарных правил безопасности. Следует уяснить, что в чистом виде кислород ядовит для человека.

Почему нельзя дышать чистым кислородом

Кислород – это ключевой атмосферный элемент, используемый практически всеми живыми организмами-аэробами. Следует понимать, что воздух содержит в себе не чистое вещество, а ряд соединений .

В рамках медицины, кислород применяется для улучшения обменных процессов ЖКТ, нормализации работы сердечно-сосудистой системы, обеззараживания и дезодорирования воздушных масс, терапии трофических язв, гангрен, обеспечения легочный вентиляции, исследования скорости кровотока и так далее.

Физиологическая основа транспорта вещества в организм – это его проникновение через альвеолярные легочные мембраны при вдыхании и параллельное связывание с эритроцитами, представляющими собой гемоглобин красных клеток крови. Последние, доставляют кислород к мягким тканям, восстанавливаются и присоединяют находящийся в структурах углекислый газ, позже выдыхаемый человеком.

Химическая интенсивность насыщения кислородом крови, в первую очередь зависит не от концентрации газа, а от его давления – чем оно выше, тем больше вещества попадёт в плазму, после чего перейдет в мягкие ткани.

Перенасыщение кислородом организма имеет собственный медицинский термин – гипероксия.

При образовании гипероксии в тяжелых случаях могут формироваться множественные нарушения работы ЦНС, органов дыхания и кровообращения. Нанести потенциальный вред может не только чистый кислород, но и отдельные его реактивные формы в виде токсических производных, например, пероксид водорода, озон, гидроксильный радикал, синглетный кислород – в данном случае для формирования отравления потребуются в десятки раз меньшие дозы.

Симптомы кислородного отравления

Симптоматика отравления кислородом не является специфической и существенно зависит от индивидуальных особенностей организма человека. Более того, довольно часто патологию путают с иными острыми состояниями, сопровождающимися похожими с гипероксией проявлениями.

Типичные проблемы быстрого либо мгновенного действия (проявляются сразу) :

• Головокружение;
• Замедление дыхания;
• Уменьшение частоты пульса, сужение зрачков и сосудов.

Патологический переизбыток кислорода в организме формирует предпосылки к острой нехватке гемоглобина, поскольку проникающее в кровоток через легкие вещество, активно с ним связывается.

Типичные проблемы среднего периода (от 10-15 минут до получаса) :

• Интенсивная нарастающая головная боль;
• Тошнота и рвота;
• Стремительное покраснение лица, конечностей и кожных покровов на теле;
• Частичное либо полное онемение фаланг пальцев на руках и ногах, подергивание губ лицевых мышц;
• Ослабление обонятельных и осязательных рефлексов;
• Серьезные нарушения дыхания;
• Тревожность, раздражительность, агрессивность, паника. Реже – ступор и заторможенность;
• Обмороки, конвульсии и судороги.

Первая помощь пострадавшему

При длительном неоказании помощи пострадавшему может достаточно быстро наступить летальный исход. В случае подозрения на наличие гипероксии, необходимо сразу вызвать скорую помощь. Каких-либо эффективных механизмов доврачебной помощи в этой ситуации не существует . Возможные действия могут включать в себя:

• Немедленное прекращение контакта с высококонцентрированным кислородом и переход на обычный воздух. При наличии необходимого оборудования, человеку дают дышать обедненной кислородом смесью;
• Приведение пострадавшего в чувство любыми возможными методами;

• При наличии конвульсий, судорог и неврологических проявлений – контроль состояния человека и минимизация рисков повреждения частей тела пострадавшего (оберегать от повреждений, но не фиксировать тело ремнями и иным инструментарием);
• Искусственное дыхание и непрямой массаж сердца при отсутствии двух этих базовых жизненных показателей.

Стационарное лечение пациентов с гипероксией – симптоматическое. Применяется аппаратная поддержка (ИВЛ, отсасывание пены из легких и т.д.), и консервативная терапия (от аминазина для снятия судорог до мочегонных средств).

Последствия для организма

Гипероксия имеет самые серьезные последствия для организма человека, зависящие от концентрации кислорода, давления, при котором он поступал в организм, а также иных факторов.

Потенциальные проблемы в следствии передозировки кислородом:

• Со стороны бронхолегочной системы : отек легких с развитием вторичных бактериальных инфекций, кровоизлияния в бронхолегочную систему, ателектаз, нарушения работы спинного мозга;
• Со стороны ЦНС . Стойкие нарушение слуха и зрения, судорожно-эпилептические припадки, патологии головного и спинного мозга;
• Со стороны сердечно-сосудистой системы : резкое замедление пульса с параллельны падением артериального давления, кровоизлияния в кожные покровы и различные внутренние органы, развитие инфарктов и инсультов, полная остановку сердца.

Если перенасыщение высокой концентрацией кислорода происходило при давлении свыше 5 бар на протяжении хотя бы нескольких минут, то человек практически моментально теряет сознания, стремительно развивается сверхтяжелая гипероксия и наступает летальный исход.

Зачем нужен кислород в крови

Для нормальной жизнедеятельности организма необходимо, чтобы кровь полноценно снабжалась кислородом. Почему это так важно?

В крови, оттекающей от легких, почти весь кислород находится в химически связанном состоянии с гемоглобином, а не растворен в плазме крови. Наличие дыхательного пигмента – гемоглобина в крови позволяет при небольшом собственном объеме жидкости переносить значительное количество газов. К тому же осуществление химических процессов связывания и отдачи газов происходит без резкого изменения физико-химических свойств крови (концентрации водородных ионов и осмотического давления).

Кислородная емкость крови определяется количеством кислорода, которое может связать гемоглобин. Реакция между кислородом и гемоглобином обратима. Когда гемоглобин связан с кислородом, он переходит в оксигемоглобин. На высотах до 2000 м над уровнем моря артериальная кровь насыщена кислородом на 96–98 %. При мышечном покое содержание кислорода в венозной крови, притекающей к легким, составляет 65–75 % того содержимого, которое имеется в артериальной крови. При напряженной мышечной работе эта разница увеличивается.

При превращении оксигемоглобина в гемоглобин цвет крови изменяется: из ало-красной она становится темно-лиловой и наоборот. Чем меньше оксигемоглобина, тем темнее кровь. И когда его совсем мало, то и слизистые оболочки приобретают серовато-синюшную окраску.

Наиболее важной причиной изменения реакции крови в щелочную сторону является содержание в ней углекислоты, которая, в свою очередь, зависит от наличия в крови углекислого газа. Поэтому чем больше в крови углекислого газа, тем больше углекислоты, а следовательно, и сильнее сдвиг кислотно-щелочного равновесия крови в кислую сторону, что лучше способствует насыщению крови кислородом и облегчению отдачи его в ткани. При этом углекислый газ и его концентрация в крови наиболее сильно из всех вышеуказанных факторов влияют на насыщение кислородом крови и отдачу его тканям. Но особенно сильно на давление крови влияет мышечная работа, или повышенная активность органа, приводящая к повышению температуры, значительному образованию углекислого газа, естественно, к большему сдвигу в кислую сторону, понижению напряженности кислорода. Именно в этих случаях происходит наибольшее насыщение кислородом крови и всего организма в целом. Уровень насыщения кислородом крови – индивидуальная константа человека, зависящая от многих факторов, главными из которых являются общая поверхность мембран альвеол, толщина и свойство самой мембраны, качество гемоглобина, психическое состояние человека. Раскроем эти понятия подробнее.

1. Общая поверхность мембран альвеол, через которую идет диффузия газов, меняется от 30 квадратных метров при выдохе до 100 при глубоком вдохе.

2. Толщина и свойства альвеолярной мембраны зависят от наличия на ней слизи, выделяемой из организма через легкие, а свойства самой мембраны – от ее эластичности, которая, увы, с возрастом теряется и определяется тем, как питается человек.

3. Хотя в гемоглобине геминовые (железосодержащие) группы у всех одинаковы, а вот глобиновые (белковые) – разные, что и сказывается на способности гемоглобина связывать кислород. Наибольшей связывающей способностью гемоглобин обладает в период внутриутробной жизни. Далее это свойство теряется, если его специально не тренировать.

4. Ввиду того что в стенках альвеол имеются нервные окончания, различные нервные импульсы, вызванные эмоциями и т. д., могут значительно влиять на проницаемость альвеолярных мембран. Например, когда человек в подавленном состоянии, ему и дышится тяжело, а когда в веселом – воздух сам вливается в легкие.

Поэтому уровень насыщения крови кислородом у каждого человека свой и зависит от возраста, типа дыхания, чистоты организма и эмоциональной устойчивости человека. И даже в зависимости от вышеуказанных факторов у одного и того же человека он значительно колеблется, составляя 25–65 мм кислорода в минуту.

Обмен кислорода между кровью и тканями осуществляется подобно обмену между альвеолярным воздухом и кровью. Так как в тканях происходит непрерывное потребление кислорода, напряженность его падает. В результате кислород переходит из тканевой жидкости в клетки, где и потребляется. Обедненная кислородом тканевая жидкость, соприкасаясь со стенкой содержащего кровь капилляра, приводит к диффузии кислорода из крови в тканевую жидкость. Чем выше тканевый обмен, тем ниже напряженность кислорода в ткани. И чем больше эта разность (между кровью и тканью), тем большее количество кислорода может поступать в ткани из крови при одном и том же напряжении кислорода в капиллярной крови.

Процесс удаления углекислого газа напоминает обратный процесс поглощения кислорода. Образующийся в тканях при окислительных процессах углекислый газ диффундирует в межтканевую жидкость, где его напряжение меньше, а оттуда он диффундирует через стенку капилляра в кровь, где его напряжение еще меньше, чем в межтканевой жидкости.

Проходя через стенки тканевых капилляров, углекислый газ частью прямо растворяется в плазме крови как хорошо растворимый в воде газ, а частью связывается различными основаниями с образованием бикарбонатов. Эти соли затем разлагаются в легочных капиллярах с выделением свободной углекислоты, которая, в свою очередь, быстро распадается под влиянием фермента угольной ангидразы на воду и углекислый газ. Далее ввиду разности парциального давления углекислого газа между альвеолярным воздухом и содержанием его в крови он переходит в легкие, откуда и выводится наружу. Основное количество углекислоты переносится при участии гемоглобина, который, прореагировав с углекислотой, образует бикарбонаты, и лишь небольшая часть углекислоты переносится плазмой.

Ранее уже указывалось, что главным фактором, регулирующим дыхание, служит концентрация углекислого газа в крови. Повышение СО 2 в крови, притекающей к головному мозгу, увеличивает возбудимость как дыхательного, так и пневмотоксического центров. Повышение активности первого из них ведет к усилению сокращений дыхательной мускулатуры, а второго – к учащению дыхания. Когда содержание СО 2 вновь становится нормальным, стимуляция этих центров прекращается и частота и глубина дыхания возвращаются к обычному уровню. Этот механизм действует и в обратном направлении. Если человек произвольно сделает ряд глубоких вдохов и выдохов, содержание СО 2 в альвеолярном воздухе и крови понизится настолько, что после того, как он перестанет глубоко дышать, дыхательные движения вовсе прекратятся до тех пор, пока уровень СО 2 в крови снова не достигнет нормального. Поэтому организм, стремясь к равновесию, уже в альвеолярном воздухе поддерживает парциальное давление СО 2 на постоянном уровне.

А. ЧТО ТАКОЕ ЖИР И ЗАЧЕМ ОН НАМ НУЖЕН Ожирение - это болезнь, болезнь, которая характеризуется избыточным накоплением жира в организме. И это избыточное накопление опасно для здоровья. Как и любая другая болезнь обмена, ожирение подкрадывается к человеку незаметно, ведь

В КАКОЙ МЕРЕ НАМ НУЖЕН КИСЛОРОД? Здесь я предлагаю читателям кратко рассмотреть как в процессе эволюции совершенствовалось дыхание у живых организмов. Известно, что растения улавливают энергию солнечного света и запасают ее в виде химических соединений, главным образом

Урок 3 Зачем нужен диагноз? Непрофессионалы и даже некоторые диетические эксперты (за исключением меня) полагают, что нет никакой надобности в диагнозе. Вы можете спросить - так как существует только одна болезнь, зачем нужен диагноз? Если любою нездоровое состояние

КАЖДЫЙ МИНЕРАЛ ЗАЧЕМ-ТО ДЛЯ ТЕЛА НУЖЕН В теле содержится 19 основных минеральных элементов, которые оно должно извлекать из поступающей в него пищи.Кальций, фосфор и магний необходимы для роста и сохранения костной массы, калий, натрий и хлор обеспечивают требуемый состав

Зачем нужен мужчина? Почему люди вначале влюбляются, а потом тихо плачут? Андрей, 4 класс Как показывает практика, самый важный вопрос, на который необходимо ответить женщине, ищущей спутника жизни, звучит так: «Зачем мне нужен мужчина?»Это не праздный вопрос. Современная

Так что же представляет собой сон и зачем он нужен? Человек одну треть своей жизни проводит во сне. В среднем наш организм функционирует с таким ритмом: 16 часов бодрствования – 8 часов сна.Раньше считалось, что сон – это просто полный и полноценный отдых организма,

Глава 7. Газы крови и кислотно-щелочное равновесие Газы крови: кислород (02) и углекислый газ (С02) Перенос кислорода Для выживания человек должен быть способен поглощать кислород из атмосферы и транспортировать его клеткам, где он используется в метаболизме. Некоторые

3. ЗАЧЕМ НУЖЕН ДИАГНОЗ? Дилетанты и даже некоторые диетологи (я в их число не вхожу) полагают, будто в постановке диагноза нет необходимости. Они говорят: зачем нужен диагноз, если все болезни происходят от загрязнения организма непереваренными остатками пищи, слизью,

Зачем нужен пилинг головы Мы довольно долго и подробно говорили о том, как важен пилинг для кожи лица и тела. Однако не менее важно отшелушивание отмерших клеток и для кожи головы, который помогает снять пыль, загрязнения, остатки косметических средств с волос, а также

Вы, наверно, знаете, что дыхание необходимо для того, чтобы в организм с вдыхаемым воздухом поступал кислород, необходимый для жизни, а при выдохе организм выделяет наружу углекислый газ.

Дышит все живое - и животные, и птицы, и растения.

А зачем живым организмам так необходим кислород, что без него невозможна жизнь? И откуда в клетках берется углекислый газ, от которого организму нужно постоянно освобождаться?

Дело в том, что каждая клеточка живого организма представляет собой маленькое, но очень активное биохимическое производство. А вы знаете, что никакое производство невозможно без энергии. Все процессы, которые протекают в клетках и тканях, протекают с потреблением большого количества энергии.

Откуда же она берется?

С пищей, которую мы едим, - из углеводов, жиров и белков. В клетках эти вещества окисляются . Чаще всего цепь превращений сложных веществ приводит к образованию универсального источника энергии - глюкозы. В результате окисления глюкозы высвобождается энергия. Вот для окисления как раз и нужен кислород. Энергию, которая высвобождается в результате этих реакций, клетка запасает в виде особых высокоэнергетических молекул - они, как батарейки, или аккумуляторы, отдают энергию по необходимости. А конечным продуктом окисления питательных веществ являются вода и углекислый газ, который удаляются из организма: из клеток он поступает в кровь, которая переносит углекислый газ в легкие, и там он выводится наружу в процессе выдоха. За один час через легкие человек выделяет от 5 до 18 литров углекислого газа и до 50 граммов воды.

Кстати...

Высокоэнергетические молекулы, которые являются "топливом" для биохимических процессов, называются АТФ - аденозинтрифосфорная кислота. У человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ составляет менее 1 минуты. Человеческий организм синтезирует около 40 кг АТФ в день, но при этом вся она практически тут же тратится, и запаса АТФ в организме практически не создаётся. Для нормальной жизнедеятельности необходимо постоянно синтезировать новые молекулы АТФ. Вот почему без поступления кислорода живой организм может прожить максимум несколько минут.

А бывают ли живые организмы, которые не нуждаются в кислороде?

С процессами анаэробного дыхания знаком каждый из нас! Так, брожение теста или кваса - это пример анаэробного процесса, осуществляемого дрожжами: они окисляют глюкозу до этанола (спирта); процесс скисания молока - это результат работы молочнокислых бактерий, которые осуществляют молочнокислое брожение - превращают молочный сахар лактозу в молочную кислоту.

Зачем нужно кислородное дыхание, если есть бескислородное?

Затем, что аэробное окисление в разы эффективнее, чем анаэробное. Сравните: в процессе анаэробного расщепления одной молекулы глюкозы образуется всего 2 молекулы АТФ, а в результате аэробного распада молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ! Для сложных организмов с высокой скоростью и интенсивностью обменных процессов анаэробного дыхания просто не хватит для поддержания жизни - так электронная игрушка, которой для работы требуется 3-4 батарейки, просто не включится, если в нее вставить только одну батарейку.

А в клетках человеческого организма возможно бескислородное дыхание?

Конечно! Первый этап распада молекулы глюкозы, который называется гликолизом, проходит без присутствия кислорода. Гликолиз - это процесс, общий практически для всех живых организмов. В процессе гликолиза образуется пировиноградная кислота (пируват). Именно она отправляется по пути дальнейших превращений, приводящих к синтезу АТФ как при кислородном, так и бескислородном дыхании.

Так, в мышцах запасы АТФ очень малы - их хватает только на 1-2 секунды мышечной работы. Если мышце необходима кратковременная, но активная деятельность, первым в ней мобилизуется анаэробное дыхание - оно быстрее активируется и дает энергию примерно на 90 секунд активной работы мышцы. Если же мышца активно работает более двух минут, то подключается аэробное дыхание: при нем производство АТФ происходит медленно, но энергии оно дает достаточно, чтобы поддерживать физическую активность в течение длительного времени (до нескольких часов).