Prečo živé organizmy potrebujú vzduch? Prečo dýchame? Prečo sa oxid uhličitý hromadí v krvi, keď zadržiavame dych?

Ako sa ukázalo, červené krvinky, a najmä hemoglobín, privádzajú kyslík do buniek tela.
Prečo bunka potrebuje kyslík?

Kyslík

Vlastnosti štruktúry molekuly O Atmosférický kyslík pozostáva z dvojatómových molekúl, v každej molekule O sú 2 nepárové elektróny.
energie disociácia molekuly O na atómy je celkom vysoká a je 493,57 kJ/mol.

Vysoká pevnosť chemickej väzby medzi atómami v molekule O vedie k tomu, že pri izbovej teplote je plynný kyslík chemicky skôr neaktívny. V prírode pomaly vstupuje do premien počas procesov rozkladu. Pri malom zahriatí sa chemická aktivita kyslíka dramaticky zvyšuje. Pri zapálení reaguje výbuchom s vodíkom, metánom, inými horľavými plynmi, s veľkým množstvom jednoduchých aj zložitých látok.

Prečo bunka potrebuje energiu?

Každá živá bunka musí neustále vyrábať energiu. Potrebuje energiu vytvárať teplo a syntetizovať ( vytvoriť) niektoré životne dôležité chemikálie, ako sú bielkoviny alebo dedičná látka. Energiu potrebuje bunka a na to pohybovať sa.Telesné bunky schopné vykonávať pohyby sa nazývajú svalové bunky. Môžu sa zmenšiť. To dáva do pohybu naše ruky, nohy, srdce, črevá. Nakoniec je potrebná energia vyrábať elektrinu: vďaka nemu niektoré časti tela komunikujú s inými. A zabezpečiť komunikáciu medzi nimi predovšetkým nervových buniek.

Ako bunka získava energiu?

Bunky spaľujú živiny a pri tom sa uvoľňuje určité množstvo energie.Môžu to urobiť dvoma spôsobmi.
Najprv spálite sacharidy, najmä glukózu nedostatok kyslíka. je to najstaršia forma získavania energie a je veľmi neúčinné. Pamätajte, že život vznikol vo vode, teda v prostredí, kde bolo veľmi málo kyslíka.

po druhé, telových buniekspáliť kyselinu pyrohroznovú, tuky a bielkoviny za prítomnosti kyslíka.Všetky tieto látky obsahujú uhlík a vodík.Spaľovanie vodíka v čistom kyslíkuuvoľňuje veľa energie

Pamätáte si televízne reportáže z kozmických prístavov o štartoch rakiet? Stúpajú do výšky kvôli neuveriteľnému množstvu energie uvoľnenej počas ... oxidácie vodíka, teda keď sa spáli v kyslíku.Vesmírne rakety vysoké ako veža sa rútia k oblohe vďaka obrovskej energii, ktorá sa uvoľňuje pri spaľovaní vodíka v čistom kyslíku.Ich palivové nádrže sú naplnené kvapalným vodíkom a kyslíkom. Keď sa motory naštartujú, vodík začne oxidovať a obrovská raketa je rýchlo odnesená do neba. Možno sa to zdá neuveriteľné, ale stále: tá istá energia, aká vyletí vesmírna raketa, tiež udržuje život v bunkách nášho tela.Tá istá energia udržuje život v bunkách nášho tela.Pokiaľ v článkoch nedôjde k výbuchu a nevyšľahne z nich snop plameňa. Oxidácia prebieha stupňovito, a preto namiesto tepelnej a kinetickej energie vznikajú molekuly ATP.

Skúsme zavrieť ústa, privrieť nos a na chvíľu prestať dýchať. Už za pár sekúnd cítime, že sa naozaj potrebujeme zhlboka nadýchnuť. Každá bunka v našom tele potrebuje každú sekundu kyslík. Kyslík je súčasťou vzduchu. Priamo ovplyvňuje prácu všetkých orgánov nášho tela a metabolizmus v ňom prebiehajúci.

Prečo je potrebný kyslík?

Bez kyslíka nebudeme môcť získať energiu potrebnú pre náš život z potravy. Čím viac energie človek minie na nejakú činnosť, tým viac kyslíka potrebuje na obnovenie týchto nákladov. Z tohto dôvodu oveľa častejšie a hlbšie dýchame, keď skáčeme, beháme alebo vykonávame napríklad gymnastické cvičenia.

Čo je priedušnica?

Pri inhalácii vzduch vstupuje najskôr do hrtana, potom do priedušnice – priedušnice. Priedušnica je usporiadaná veľmi dômyselne: keď niečo prehltneme, uzavrie sa tenkou chlopňou, aby sa omrvinky potravy nedostali do pľúc.

Ako sú usporiadané priedušky a pľúca?

Ľudská priedušnica sa rozvetvuje do širokých rúrok nazývaných priedušky. Najmenšími dôsledkami priedušiek sú bronchioly. Priedušky vedú do pľúc - vpravo a vľavo. Samotné pľúca pozostávajú z veľkého počtu drobných vezikúl (alveol) a sú vizuálne podobné 2 veľkým špongiám.

Ako dochádza k dýchaniu?

Keď sa človek nadýchne, pľúca sa roztiahnu a alveoly dostanú príležitosť naplniť sa čerstvým vzduchom. Krv, ktorá preteká cievami, absorbuje kyslík a prenáša ho do všetkých buniek tela. Výmenou za to krv dáva nahromadený oxid uhličitý do alveol. To je to, čo vydýchneme.

Prečo je lepšie dýchať nosom?

Je lepšie dýchať nosom. Faktom je, že v nosových priechodoch sa vzduch čistí, ohrieva na požadovanú teplotu a získava optimálnu vlhkosť. Ak človek dýcha ústami, potom trpí nádchou alebo inou chorobou. Známym faktom je, že človek, ktorý nie je zvyknutý dýchať nosom, častejšie ochorie, rýchlejšie sa unaví a má nízku pracovnú schopnosť. Pri intenzívnom pohybe je lepšie vdychovať nosom a vydychovať ústami.

Prečo je znečistené ovzdušie nebezpečné?

Vzduch, ktorý dýchame, musí byť čistý. Je známe, že po polievaní dvorov a ulíc sa množstvo prachu zníži na polovicu. Ak dýchate znečistený vzduch, prudko sa zhorší váš cerebrálny obeh, metabolizmus, práca vnútorných orgánov, objaví sa letargia a depresívna nálada. Počas spánku je obzvlášť dôležitý čistý vzduch.

Kyslík- jeden z najbežnejších prvkov nielen v prírode, ale aj v zložení ľudského tela.

Špeciálne vlastnosti kyslíka ako chemického prvku z neho urobili nevyhnutného partnera v základných procesoch života počas evolúcie živých bytostí. Elektrónová konfigurácia molekuly kyslíka je taká, že má nepárové elektróny, ktoré sú vysoko reaktívne. Vďaka svojim vysokým oxidačným vlastnostiam sa molekula kyslíka používa v biologických systémoch ako akási pasca na elektróny, ktorých energia zhasne, keď sú spojené s kyslíkom v molekule vody.

Niet pochýb, že kyslík „prišiel na dvor“ pre biologické procesy ako akceptor elektrónov. Veľmi užitočná pre organizmus, ktorého bunky (najmä biologické membrány) sú postavené z materiálu, ktorý je fyzikálne a chemicky rôznorodý, je rozpustnosť kyslíka vo vodnej aj lipidovej fáze. Vďaka tomu môže relatívne ľahko difundovať do akýchkoľvek štruktúrnych útvarov buniek a zúčastňovať sa oxidačných reakcií. Pravda, kyslík je v tukoch rozpustný niekoľkonásobne lepšie ako vo vodnom prostredí a s tým sa počíta pri použití kyslíka ako terapeutického prostriedku.

Každá bunka v našom tele vyžaduje neprerušovaný prísun kyslíka, kde sa využíva pri rôznych metabolických reakciách. Na jeho doručenie a roztriedenie do buniek potrebujete pomerne výkonný transportný aparát.

V normálnom stave potrebujú bunky tela každú minútu dodať asi 200-250 ml kyslíka. Je ľahké vypočítať, že jeho potreba za deň je značné množstvo (asi 300 litrov). S tvrdou prácou sa táto potreba desaťnásobne zvyšuje.

K difúzii kyslíka z pľúcnych alveol do krvi dochádza v dôsledku alveolárno-kapilárneho rozdielu (gradientu) napätí kyslíka, ktorý je pri dýchaní obyčajným vzduchom: 104 (pO 2 v alveolách) - 45 (pO 2 v pľúcne kapiláry) = 59 mm Hg. čl.

Alveolárny vzduch (s priemernou kapacitou pľúc 6 litrov) neobsahuje viac ako 850 ml kyslíka a táto alveolárna rezerva môže telu poskytnúť kyslík len na 4 minúty, keďže priemerná spotreba kyslíka v tele v normálnom stave je približne 200 ml za minútu.

Bolo vypočítané, že ak sa molekulárny kyslík jednoducho rozpúšťa v krvnej plazme (a rozpúšťa sa v nej zle - 0,3 ml na 100 ml krvi), potom, aby sa zabezpečila normálna potreba buniek v nej, je potrebné zvýšiť rýchlosť cievneho prietoku krvi na 180 l za minútu. V skutočnosti sa krv pohybuje rýchlosťou iba 5 litrov za minútu. Dodávanie kyslíka do tkanív sa uskutočňuje vďaka úžasnej látke - hemoglobínu.

Hemoglobín obsahuje 96 % bielkovín (globín) a 4 % nebielkovinovej zložky (hém). Hemoglobín, podobne ako chobotnica, zachytáva kyslík svojimi štyrmi chápadlami. Úlohu "chápadiel", konkrétne uchopenia molekúl kyslíka v arteriálnej krvi pľúc, plní hem, alebo skôr atóm železného železa umiestnený v jeho strede. Železo je „fixované“ v porfyrínovom kruhu pomocou štyroch väzieb. Takýto komplex železa s porfyrínom sa nazýva protohem alebo jednoducho hem. Ďalšie dve väzby železa sú nasmerované kolmo na rovinu porfyrínového kruhu. Jedna z nich ide do proteínovej podjednotky (globínu) a druhá je voľná, je to ona, ktorá priamo zachytáva molekulárny kyslík.

Hemoglobínové polypeptidové reťazce sú usporiadané v priestore tak, že ich konfigurácia je blízka sférickej. Každá zo štyroch guľôčok má „vrecko“, v ktorom je umiestnený hem. Každý hem je schopný zachytiť jednu molekulu kyslíka. Molekula hemoglobínu môže viazať maximálne štyri molekuly kyslíka.

Ako funguje hemoglobín?

Pozorovania dýchacieho cyklu „molekulových pľúc“ (ako známy anglický vedec M. Perutz nazval hemoglobín) odhaľujú úžasné vlastnosti tohto pigmentového proteínu. Ukazuje sa, že všetky štyri drahokamy fungujú spoločne, a nie autonómne. Každý z drahokamov je akoby informovaný o tom, či jeho partner pridal kyslík alebo nie. V deoxyhemoglobíne všetky „chápadlá“ (atómy železa) vyčnievajú z roviny porfyrínového kruhu a sú pripravené viazať molekulu kyslíka. Zachytením molekuly kyslíka sa železo vtiahne do porfyrínového kruhu. Najťažšie sa pripája prvá molekula kyslíka a každá ďalšia je lepšia a jednoduchšia. Inými slovami, hemoglobín pôsobí podľa príslovia „chuť do jedla prichádza s jedlom“. Prídavok kyslíka dokonca mení vlastnosti hemoglobínu: stáva sa silnejšou kyselinou. Tento fakt má veľký význam pri transporte kyslíka a oxidu uhličitého.

Nasýtený kyslíkom v pľúcach, hemoglobín v zložení červených krviniek ho prenáša s prietokom krvi do buniek a tkanív tela. Pred nasýtením hemoglobínu však musí byť kyslík rozpustený v krvnej plazme a musí prejsť cez membránu erytrocytov. V praxi, najmä pri použití oxygenoterapie, je dôležité, aby lekár bral do úvahy potenciál erytrocytového hemoglobínu zadržiavať a dodávať kyslík.

Jeden gram hemoglobínu môže za normálnych podmienok viazať 1,34 ml kyslíka. Pri ďalšom uvažovaní možno vypočítať, že pri priemernom obsahu hemoglobínu v krvi 14-16 ml% viaže 100 ml krvi 18-21 ml kyslíka. Ak vezmeme do úvahy objem krvi, ktorý je v priemere asi 4,5 litra u mužov a 4 litre u žien, potom maximálna väzbová aktivita erytrocytového hemoglobínu je asi 750-900 ml kyslíka. Samozrejme, je to možné len vtedy, ak je všetok hemoglobín nasýtený kyslíkom.

Pri dýchaní atmosférického vzduchu je hemoglobín nasýtený neúplne - o 95-97%. Môžete ho nasýtiť použitím čistého kyslíka na dýchanie. Stačí zvýšiť jeho obsah vo vdychovanom vzduchu na 35 % (namiesto bežných 24 %). V tomto prípade bude kapacita kyslíka maximálna (rovná sa 21 ml O 2 na 100 ml krvi). V dôsledku nedostatku voľného hemoglobínu sa už viac kyslíka nemôže viazať.

Malé množstvo kyslíka zostáva rozpustené v krvi (0,3 ml na 100 ml krvi) a v tejto forme je transportované do tkanív. V prirodzených podmienkach sú potreby tkanív uspokojované na úkor kyslíka spojeného s hemoglobínom, pretože kyslík rozpustený v plazme je zanedbateľný – iba 0,3 ml na 100 ml krvi. Z toho vyplýva záver: ak telo potrebuje kyslík, potom nemôže žiť bez hemoglobínu.

Počas života (je to približne 120 dní) vykoná erytrocyt gigantickú prácu, keď prenesie asi miliardu molekúl kyslíka z pľúc do tkanív. Hemoglobín má však zaujímavú vlastnosť: kyslík nepripája vždy s rovnakou chamtivosťou, ani ho s rovnakou ochotou nedáva okolitým bunkám. Toto správanie hemoglobínu je určené jeho priestorovou štruktúrou a môže byť regulované vnútornými aj vonkajšími faktormi.

Proces nasýtenia hemoglobínu kyslíkom v pľúcach (alebo disociácia hemoglobínu v bunkách) je opísaný krivkou, ktorá má tvar S. Vďaka tejto závislosti je možné normálne zásobovanie buniek kyslíkom už pri malých kvapkách v krvi (od 98 do 40 mm Hg).

Poloha krivky v tvare S nie je konštantná a jej zmena naznačuje dôležité zmeny v biologických vlastnostiach hemoglobínu. Ak sa krivka posunie doľava a jej ohyb sa zníži, znamená to zvýšenie afinity hemoglobínu ku kyslíku, zníženie reverzného procesu - disociáciu oxyhemoglobínu. Naopak, posun tejto krivky doprava (a zväčšenie ohybu) naznačuje opačný obraz – zníženie afinity hemoglobínu ku kyslíku a lepší návrat do jeho tkanív. Je zrejmé, že posun krivky doľava je vhodný na zachytenie kyslíka v pľúcach a doprava - na jeho uvoľnenie v tkanivách.

Disociačná krivka oxyhemoglobínu sa mení v závislosti od pH média a teploty. Čím je pH nižšie (posun na kyslú stranu) a čím vyššia je teplota, tým horšie zachytáva kyslík hemoglobín, no o to lepšie ho tkanivám pri disociácii oxyhemoglobínu odovzdáva. Z toho vyplýva záver: v horúcej atmosfére je saturácia krvi kyslíkom neefektívna, ale so zvýšením telesnej teploty je uvoľňovanie oxyhemoglobínu z kyslíka veľmi aktívne.

Erytrocyty majú tiež svoje vlastné regulačné zariadenie. Ide o kyselinu 2,3-difosfoglycerínovú, ktorá vzniká pri rozklade glukózy. Od tejto látky závisí aj „nálada“ hemoglobínu vo vzťahu ku kyslíku. Keď sa kyselina 2,3-difosfoglycerová hromadí v červených krvinkách, znižuje afinitu hemoglobínu ku kyslíku a podporuje jeho návrat do tkanív. Ak to nestačí - obrázok je obrátený.

Zaujímavé udalosti sa vyskytujú aj v kapilárach. Na arteriálnom konci kapiláry kyslík difunduje kolmo na pohyb krvi (z krvi do bunky). Pohyb nastáva v smere rozdielu parciálnych tlakov kyslíka, teda do buniek.

Bunka má prednosť fyzikálne rozpustenému kyslíku a ten sa využíva predovšetkým. Zároveň je odbremenený aj oxyhemoglobín. Čím intenzívnejšie telo pracuje, tým viac potrebuje kyslík. Keď sa uvoľní kyslík, uvoľnia sa chápadlá hemoglobínu. V dôsledku absorpcie kyslíka tkanivami klesá obsah oxyhemoglobínu v žilovej krvi z 97 na 65-75%.

Vykladanie oxyhemoglobínu po ceste prispieva k transportu oxidu uhličitého. Ten, ktorý vzniká v tkanivách ako konečný produkt spaľovania látok s obsahom uhlíka, sa dostáva do krvného obehu a môže spôsobiť výrazné zníženie pH prostredia (acidifikácia), ktoré je nezlučiteľné so životom. V skutočnosti môže pH arteriálnej a venóznej krvi kolísať v extrémne úzkom rozmedzí (nie viac ako 0,1), a preto je potrebné neutralizovať oxid uhličitý a odstrániť ho z tkanív do pľúc.

Je zaujímavé, že akumulácia oxidu uhličitého v kapilárach a mierny pokles pH média práve prispievajú k uvoľňovaniu kyslíka oxyhemoglobínom (krivka disociácie sa posúva doprava a ohyb v tvare S sa zvyšuje). Hemoglobín, ktorý zohráva úlohu samotného pufrovacieho systému krvi, neutralizuje oxid uhličitý. Vznikajú tak bikarbonáty. Časť oxidu uhličitého je viazaná na samotný hemoglobín (v dôsledku toho vzniká karbhemoglobín). Odhaduje sa, že hemoglobín sa priamo alebo nepriamo podieľa na transporte až 90 % oxidu uhličitého z tkanív do pľúc. V pľúcach dochádza k reverzným procesom, pretože okysličenie hemoglobínu vedie k zvýšeniu jeho kyslých vlastností a návratu vodíkových iónov do prostredia. Posledne menované v kombinácii s hydrogénuhličitanmi tvoria kyselinu uhličitú, ktorá sa štiepi enzýmom karboanhydráza na oxid uhličitý a vodu. Oxid uhličitý sa uvoľňuje v pľúcach a oxyhemoglobín, viažuci katióny (výmenou za odštiepené vodíkové ióny), sa presúva do kapilár periférnych tkanív. Takýto úzky vzťah medzi zásobovaním tkanív kyslíkom a odstraňovaním oxidu uhličitého z tkanív do pľúc nám pripomína, že keď sa kyslík používa na terapeutické účely, netreba zabúdať na ďalšiu funkciu hemoglobínu – oslobodiť telo od prebytočného množstva. oxid uhličitý.

Arteriálno-venózny rozdiel alebo rozdiel tlaku kyslíka pozdĺž kapiláry (od arteriálneho po venózny koniec) poskytuje predstavu o potrebe kyslíka v tkanivách. Dĺžka kapilárneho toku oxyhemoglobínu sa v rôznych orgánoch líši (a ich potreby kyslíka nie sú rovnaké). Preto napríklad napätie kyslíka v mozgu klesá menej ako v myokarde.

Tu je však potrebné urobiť rezerváciu a pripomenúť, že myokard a iné svalové tkanivá sú v špeciálnych podmienkach. Svalové bunky majú aktívny systém na zachytávanie kyslíka z prúdiacej krvi. Túto funkciu plní myoglobín, ktorý má rovnakú štruktúru a funguje na rovnakom princípe ako hemoglobín. Iba myoglobín má jeden proteínový reťazec (a nie štyri, ako hemoglobín), a teda jeden hem. Myoglobín je ako štvrtina hemoglobínu a zachytáva iba jednu molekulu kyslíka.

Zvláštnosť štruktúry myoglobínu, ktorá je obmedzená iba terciárnou úrovňou organizácie jeho proteínovej molekuly, je spojená s interakciou s kyslíkom. Myoglobín viaže kyslík päťkrát rýchlejšie ako hemoglobín (má vysokú afinitu ku kyslíku). Krivka nasýtenia myoglobínu (alebo disociácie oxymyoglobínu) kyslíkom má formu hyperboly a nie tvaru S. To dáva veľký biologický zmysel, pretože myoglobín, ktorý sa nachádza hlboko vo svalovom tkanive (kde je nízky parciálny tlak kyslíka), nenásytne zachytáva kyslík aj v podmienkach nízkeho napätia. Vytvára sa akoby zásoba kyslíka, ktorá sa v prípade potreby vynakladá na tvorbu energie v mitochondriách. Napríklad v srdcovom svale, kde je veľa myoglobínu, sa v období diastoly v bunkách tvorí zásoba kyslíka vo forme oxymyoglobínu, ktorý pri systole uspokojuje potreby svalového tkaniva.

Neustála mechanická práca svalových orgánov si zrejme vyžiadala ďalšie zariadenia na zachytávanie a rezervovanie kyslíka. Príroda ho vytvorila vo forme myoglobínu. Je možné, že v nesvalových bunkách existuje nejaký zatiaľ neznámy mechanizmus na zachytávanie kyslíka z krvi.

Všeobecne platí, že užitočnosť práce erytrocytového hemoglobínu je určená tým, koľko bol schopný preniesť do bunky a preniesť do nej molekuly kyslíka a odstrániť oxid uhličitý, ktorý sa hromadí v tkanivových kapilárach. Žiaľ, tento robotník niekedy nepracuje v plnej sile a nie vlastnou vinou: uvoľňovanie kyslíka z oxyhemoglobínu v kapiláre závisí od schopnosti biochemických reakcií v bunkách spotrebovať kyslík. Ak sa spotrebuje málo kyslíka, zdá sa, že „stagnuje“ a pre svoju nízku rozpustnosť v kvapalnom médiu už nepochádza z arteriálneho riečiska. Zároveň lekári pozorujú pokles arteriovenózneho rozdielu kyslíka. Ukazuje sa, že hemoglobín zbytočne prenáša časť kyslíka a okrem toho odoberá menej oxidu uhličitého. Situácia nie je príjemná.

Znalosť zákonitostí fungovania systému transportu kyslíka v prirodzených podmienkach umožňuje lekárovi vyvodiť množstvo užitočných záverov pre správne použitie oxygenoterapie. Je samozrejmé, že spolu s kyslíkom je potrebné používať prostriedky, ktoré stimulujú erytropoézu, zvyšujú prekrvenie postihnutého organizmu a napomáhajú využitiu kyslíka v tkanivách tela.

Zároveň je potrebné jasne vedieť, na aké účely sa kyslík spotrebúva v bunkách, čím sa zabezpečuje ich normálna existencia?

Na svojej ceste k miestu účasti na metabolických reakciách vo vnútri buniek kyslík prekonáva mnohé štrukturálne formácie. Najdôležitejšie z nich sú biologické membrány.

Každá bunka má plazmatickú (alebo vonkajšiu) membránu a bizarné množstvo iných membránových štruktúr, ktoré obmedzujú subcelulárne častice (organely). Membrány nie sú len priečky, ale útvary, ktoré vykonávajú špeciálne funkcie (transport, rozpad a syntéza látok, tvorba energie atď.), Ktoré sú determinované ich organizáciou a zložením ich biomolekúl. Napriek variabilite tvarov a veľkostí membrán pozostávajú najmä z bielkovín a lipidov. Zvyšné látky, ktoré sa tiež nachádzajú v membránach (napríklad uhľohydráty), sú spojené chemickými väzbami buď s lipidmi, alebo s proteínmi.

Nebudeme sa venovať detailom organizácie proteín-lipidových molekúl v membránach. Je dôležité poznamenať, že všetky modely štruktúry biomembrán („sendvič“, „mozaika“ atď.) naznačujú prítomnosť bimolekulárneho lipidového filmu, ktorý drží pohromade proteínové molekuly v membránach.

Lipidová vrstva membrány je tekutý film, ktorý je v neustálom pohybe. Kyslík vďaka svojej dobrej rozpustnosti v tukoch prechádza cez dvojitú lipidovú vrstvu membrán a dostáva sa do buniek. Časť kyslíka sa prenáša do vnútorného prostredia buniek prostredníctvom nosičov, ako je myoglobín. Predpokladá sa, že kyslík je v bunke v rozpustnom stave. Pravdepodobne sa rozpúšťa viac v lipidových formáciách a menej v hydrofilných formáciách. Pripomeňme, že štruktúra kyslíka dokonale spĺňa kritériá pre oxidačné činidlo používané ako zachytávač elektrónov. Je známe, že hlavná koncentrácia oxidačných reakcií prebieha v špeciálnych organelách - mitochondriách. Obrazové porovnania, ktorými biochemici obdarili mitochondrie, naznačujú účel týchto malých častíc (veľkosti 0,5 až 2 mikróny). Nazývajú sa aj „energetické stanice“ aj „elektrárne“ bunky, čím sa zdôrazňuje ich vedúca úloha pri tvorbe energeticky bohatých zlúčenín.

Tu možno stojí za to urobiť malú odbočku. Ako viete, jednou zo základných vlastností živých vecí je efektívne získavanie energie. Ľudský organizmus využíva vonkajšie zdroje energie – živiny (sacharidy, lipidy a bielkoviny), ktoré sa pomocou hydrolytických enzýmov tráviaceho traktu štiepia na menšie časti (monoméry). Tie sú absorbované a dodávané do buniek. Energetickú hodnotu majú len tie látky, ktoré obsahujú vodík, ktorý má veľkú zásobu voľnej energie. Hlavnou úlohou bunky, respektíve enzýmov v nej obsiahnutých, je spracovať substráty tak, aby z nich trhali vodík.

Takmer všetky enzýmové systémy, ktoré vykonávajú podobnú úlohu, sú lokalizované v mitochondriách. Tu sa oxiduje fragment glukózy (kyselina pyrohroznová), mastné kyseliny a uhlíkové kostry aminokyselín. Po konečnom spracovaní sa z týchto látok „otrhne“ zvyšný vodík.

Vodík, ktorý sa z horľavých látok uvoľňuje pomocou špeciálnych enzýmov (dehydrogenáz), nie je vo voľnej forme, ale v spojení so špeciálnymi nosičmi - koenzýmami. Sú to deriváty nikotínamidu (vitamín PP) - NAD (nikotínamid adenín dinukleotid), NADP (nikotínamid adenín dinukleotid fosfát) a riboflavínu (vitamín B 2) deriváty - FMN (flavín mononukleotid) a FAD (flavín adenín dinukleotid).

Vodík nehorí okamžite, ale postupne, po častiach. V opačnom prípade by bunka nemohla využiť svoju energiu, pretože interakcia vodíka s kyslíkom by spôsobila výbuch, čo sa dá ľahko preukázať laboratórnymi pokusmi. Aby vodík po častiach odovzdal energiu v ňom uloženú, vo vnútornej membráne mitochondrií je reťazec nosičov elektrónov a protónov, inak nazývaný dýchací reťazec. V určitom úseku tohto reťazca sa dráhy elektrónov a protónov rozchádzajú; elektróny preskakujú cez cytochrómy (pozostávajúce, ako hemoglobín, z proteínu a hému) a protóny vychádzajú do okolia. V koncovom bode dýchacieho reťazca, kde sa nachádza cytochrómoxidáza, elektróny „skĺznu“ na kyslík. V tomto prípade je energia elektrónov úplne zhasnutá a kyslík viažuci protóny sa redukuje na molekulu vody. Voda nemá pre telo žiadnu energetickú hodnotu.

Energia, ktorú uvoľňujú elektróny preskakujúce pozdĺž dýchacieho reťazca, sa premieňa na energiu chemických väzieb adenozíntrifosfátu - ATP, ktorý v živých organizmoch slúži ako hlavný energetický akumulátor. Keďže sa tu spájajú dva akty: oxidácia a tvorba energeticky bohatých fosfátových väzieb (dostupných v ATP), proces tvorby energie v dýchacom reťazci sa nazýva oxidatívna fosforylácia.

Ako prebieha kombinácia pohybu elektrónov po dýchacom reťazci a zachytávanie energie pri tomto pohybe? Zatiaľ to nie je úplne jasné. Medzitým by pôsobenie biologických meničov energie vyriešilo mnohé problémy súvisiace so záchranou buniek tela postihnutého patologickým procesom, ktorý spravidla zažíva energetický hlad. Podľa odborníkov odhalenie tajomstiev mechanizmu tvorby energie u živých bytostí povedie k vytvoreniu technicky perspektívnejších generátorov energie.

Toto sú perspektívy. Doteraz je známe, že k zachyteniu elektrónovej energie dochádza v troch úsekoch dýchacieho reťazca a následne spálením dvoch atómov vodíka vznikajú tri molekuly ATP. Účinnosť takéhoto energetického transformátora sa blíži k 50 %. Vzhľadom na to, že podiel energie dodanej do bunky pri oxidácii vodíka v dýchacom reťazci je minimálne 70-90%, stávajú sa zrozumiteľné pestré prirovnania, ktoré boli udelené mitochondriám.

Energia ATP sa využíva v rôznych procesoch: na zostavenie zložitých štruktúr (napríklad bielkovín, tukov, uhľohydrátov, nukleových kyselín) zo stavebných bielkovín, vykonávanie mechanickej činnosti (svalová kontrakcia), elektrická práca (vzhľad a šírenie nervových vzruchov), transport a akumulácia látok vo vnútri buniek atď. Život bez energie je skrátka nemožný a akonáhle je jej prudký nedostatok, živé bytosti umierajú.

Vráťme sa k otázke miesta kyslíka pri výrobe energie. Na prvý pohľad sa priama účasť kyslíka v tomto životne dôležitom procese javí ako maskovaná. Asi by bolo vhodné porovnať spaľovanie vodíka (a vznik energie popri tom) s výrobnou linkou, hoci dýchací reťazec nie je linka na skladanie, ale na „rozoberanie“ látky.

Vodík je na začiatku dýchacieho reťazca. Z nej sa prúd elektrónov rúti do konečného bodu - kyslíka. Pri nedostatku kyslíka alebo jeho nedostatku sa výrobná linka buď zastaví, alebo nefunguje pri plnom zaťažení, pretože ju nemá kto vyložiť, prípadne je efektivita vykládky obmedzená. Žiadny tok elektrónov - žiadna energia. Podľa výstižnej definície vynikajúceho biochemika A. Szent-Györgyiho je život riadený tokom elektrónov, ktorých pohyb udáva vonkajší zdroj energie – Slnko. Je lákavé pokračovať v tejto myšlienke a dodať, že keďže život je riadený tokom elektrónov, potom kyslík udržuje kontinuitu takéhoto toku.

Je možné nahradiť kyslík iným akceptorom elektrónov, uvoľniť dýchací reťazec a obnoviť produkciu energie? V zásade je to možné. To sa dá ľahko dokázať v laboratórnych experimentoch. Aby si telo vybralo taký akceptor elektrónov, akým je kyslík, aby sa ľahko transportoval, prenikal do všetkých buniek a podieľal sa na redoxných reakciách, je stále nepochopiteľnou úlohou.

Takže kyslík, pri zachovaní kontinuity toku elektrónov v dýchacom reťazci, za normálnych podmienok prispieva k neustálej tvorbe energie z látok vstupujúcich do mitochondrií.

Samozrejme, situácia uvedená vyššie je trochu zjednodušená a urobili sme to preto, aby sme jasnejšie ukázali úlohu kyslíka v regulácii energetických procesov. Účinnosť takejto regulácie je daná činnosťou zariadenia na transformáciu energie pohybujúcich sa elektrónov (elektrický prúd) na chemickú energiu väzieb ATP. Ak živiny aj za prítomnosti kyslíka. horieť v mitochondriách „za nič“, uvoľnená tepelná energia je v tomto prípade pre telo zbytočná a môže dôjsť k energetickému hladovaniu so všetkými z toho vyplývajúcimi následkami. Takéto extrémne prípady narušenej fosforylácie pri prenose elektrónov v tkanivových mitochondriách sú však sotva možné a v praxi sa s nimi nestretli.

Oveľa častejšie sú prípady dysregulácie tvorby energie spojené s nedostatočným zásobovaním buniek kyslíkom. Znamená to okamžitú smrť? Ukazuje sa, že nie. Evolúcia naložila múdro, pričom ľudským tkanivám ponechala určitú rezervu energetickej sily. Zabezpečuje ho bezkyslíkatá (anaeróbna) cesta na tvorbu energie zo sacharidov. Jeho účinnosť je však relatívne nízka, pretože oxidácia tých istých živín za prítomnosti kyslíka poskytuje 15-18 krát viac energie ako bez neho. Avšak v kritických situáciách zostávajú tkanivá tela životaschopné práve vďaka anaeróbnej tvorbe energie (prostredníctvom glykolýzy a glykogenolýzy).

Táto malá odbočka, vypovedajúca o potenciáli tvorby energie a existencii organizmu bez kyslíka, je ďalším dôkazom toho, že kyslík je najdôležitejším regulátorom životných procesov a že existencia bez neho nie je možná.

Nemenej dôležitá je však účasť kyslíka nielen na energetických, ale aj plastových procesoch. Na túto stránku kyslíka poukázali už v roku 1897 náš vynikajúci krajan A. N. Bach a nemecký vedec K. Engler, ktorí vyvinuli postoj „o pomalej oxidácii látok aktívnym kyslíkom“. Tieto ustanovenia zostali dlho v zabudnutí pre príliš veľký záujem výskumníkov o problém účasti kyslíka na energetických reakciách. Až v 60. rokoch 20. storočia bola opäť nastolená otázka úlohy kyslíka pri oxidácii mnohých prírodných a cudzorodých zlúčenín. Ako sa ukázalo, tento proces nemá nič spoločné s tvorbou energie.

Hlavným orgánom, ktorý využíva kyslík na jeho zavedenie do molekuly oxidovanej látky, je pečeň. V pečeňových bunkách sa týmto spôsobom neutralizujú mnohé cudzie zlúčeniny. A ak je pečeň právom nazývaná laboratóriom na neutralizáciu liekov a jedov, potom kyslík v tomto procese má veľmi čestné (ak nie dominantné) miesto.

Stručne o umiestnení a usporiadaní prístroja na spotrebu kyslíka na plastové účely. V membránach endoplazmatického retikula, ktoré prenikajú do cytoplazmy pečeňových buniek, existuje krátky reťazec transportu elektrónov. Odlišuje sa od dlhého (s veľkým počtom nosičov) dýchacieho reťazca. Zdrojom elektrónov a protónov v tomto reťazci je redukovaný NADP, ktorý vzniká v cytoplazme napríklad pri oxidácii glukózy v pentózofosfátovom cykle (preto možno glukózu nazvať plnohodnotným partnerom pri detoxikácii látok). Elektróny a protóny sú prenesené do špeciálnej bielkoviny obsahujúcej flavín (FAD) a z nej do finálnej väzby – špeciálneho cytochrómu nazývaného cytochróm P-450. Podobne ako hemoglobín a mitochondriálne cytochrómy je to proteín obsahujúci hém. Jeho funkcia je dvojaká: viaže oxidovanú látku a podieľa sa na aktivácii kyslíka. Konečný výsledok takejto komplexnej funkcie cytochrómu P-450 je vyjadrený v tom, že jeden atóm kyslíka vstupuje do molekuly oxidovanej látky, druhý - do molekuly vody. Rozdiely medzi konečnými dejmi spotreby kyslíka pri tvorbe energie v mitochondriách a pri oxidácii látok endoplazmatického retikula sú zrejmé. V prvom prípade sa kyslík využíva na tvorbu vody a v druhom prípade na tvorbu vody aj oxidovaného substrátu. Podiel kyslíka spotrebovaného v organizme na plastové účely môže byť 10-30% (v závislosti od podmienok priaznivého priebehu týchto reakcií).

Kladenie otázky (aj čisto teoreticky) o možnosti nahradenia kyslíka inými prvkami nemá zmysel. Vzhľadom na to, že táto cesta využitia kyslíka je potrebná aj na výmenu najdôležitejších prírodných zlúčenín – cholesterolu, žlčových kyselín, steroidných hormónov – je ľahké pochopiť, kam až siahajú funkcie kyslíka. Ukazuje sa, že reguluje tvorbu množstva dôležitých endogénnych zlúčenín a detoxikáciu cudzorodých látok (alebo, ako sa dnes hovorí, xenobiotík).

Je však potrebné poznamenať, že enzymatický systém endoplazmatického retikula, ktorý využíva kyslík na oxidáciu xenobiotík, má určité náklady, ktoré sú nasledovné. Niekedy, keď sa do látky zavedie kyslík, vznikne toxickejšia zlúčenina ako tá pôvodná. V takýchto prípadoch pôsobí kyslík ako spolupáchateľ pri otrave tela neškodnými zlúčeninami. Takéto náklady naberajú vážny obrat napríklad vtedy, keď sa karcinogény tvoria z prokarcinogénov za účasti kyslíka. Predovšetkým známa zložka tabakového dymu benzpyrén, ktorý bol považovaný za karcinogén, tieto vlastnosti skutočne získava oxidáciou v organizme na oxybenzopyrén.

Tieto skutočnosti nás nútia venovať zvýšenú pozornosť tým enzymatickým procesom, pri ktorých sa kyslík využíva ako stavebný materiál. V niektorých prípadoch je potrebné vypracovať preventívne opatrenia proti tomuto spôsobu spotreby kyslíka. Táto úloha je veľmi ťažká, je však potrebné hľadať k nej prístupy, aby sa pomocou rôznych metód nasmerovali regulačné kyslíkové potenciály pre telo potrebným smerom.

Posledne uvedené je obzvlášť dôležité, keď sa kyslík používa v takom "nekontrolovanom" procese, akým je oxidácia nenasýtených mastných kyselín peroxidom (alebo voľnými radikálmi). Nenasýtené mastné kyseliny sú súčasťou rôznych lipidov v biologických membránach. Architektonika membrán, ich priepustnosť a funkcie enzymatických proteínov, ktoré tvoria membrány, sú do značnej miery určené pomerom rôznych lipidov. K peroxidácii lipidov dochádza buď pomocou enzýmov, alebo bez nich. Druhá možnosť sa nelíši od oxidácie lipidov voľnými radikálmi v konvenčných chemických systémoch a vyžaduje prítomnosť kyseliny askorbovej. Účasť kyslíka na peroxidácii lipidov samozrejme nie je najlepší spôsob, ako uplatniť jeho cenné biologické vlastnosti. Voľná ​​radikálna povaha tohto procesu, ktorý môže byť iniciovaný železnatým železom (centrum tvorby radikálov), umožňuje v krátkom čase viesť k rozpadu lipidového hlavného reťazca membrán a následne k bunkovej smrti.

Takáto katastrofa v prírodných podmienkach však nenastáva. Bunky obsahujú prírodné antioxidanty (vitamín E, selén, niektoré hormóny), ktoré prerušujú reťazec peroxidácie lipidov, čím zabraňujú tvorbe voľných radikálov. Napriek tomu má použitie kyslíka pri peroxidácii lipidov podľa niektorých výskumníkov niektoré pozitívne aspekty. V biologických podmienkach je peroxidácia lipidov nevyhnutná na samoobnovu membrány, pretože peroxidy lipidov sú zlúčeniny rozpustnejšie vo vode a ľahšie sa uvoľňujú z membrány. Sú nahradené novými, hydrofóbnymi molekulami lipidov. Iba prebytok tohto procesu vedie k kolapsu membrán a patologickým zmenám v tele.

Je čas urobiť bilanciu. Kyslík je teda najdôležitejším regulátorom životne dôležitých procesov, ktorý bunky tela využívajú ako nevyhnutnú zložku na tvorbu energie v dýchacom reťazci mitochondrií. Potreba kyslíka pri týchto procesoch je zabezpečená rozdielne a závisí od mnohých podmienok (na sile enzymatického systému, nadbytku v substráte a samotnej dostupnosti kyslíka), no aj tak sa leví podiel kyslíka vynakladá na energetické procesy. „Životné minimum“ a funkcie jednotlivých tkanív a orgánov v prípade akútneho nedostatku kyslíka sú teda determinované endogénnymi zásobami kyslíka a silou bezkyslíkatej dráhy tvorby energie.

Rovnako dôležité je však dodávať kyslík aj iným procesom plastov, hoci sa tým spotrebuje jeho menšia časť. Okrem množstva nevyhnutných prirodzených syntéz (cholesterol, žlčové kyseliny, prostaglandíny, steroidné hormóny, biologicky aktívne produkty metabolizmu aminokyselín) je prítomnosť kyslíka potrebná najmä na neutralizáciu liečiv a jedov. V prípade otravy cudzorodými látkami možno možno predpokladať, že kyslík má pre plasty väčší životne dôležitý význam ako pre energetické účely. Pri intoxikácii táto stránka akcie práve nachádza praktické uplatnenie. A len v jednom prípade musí lekár premýšľať o tom, ako postaviť bariéru v spotrebe kyslíka v bunkách. Hovoríme o inhibícii využitia kyslíka pri peroxidácii lipidov.

Ako vidíme, znalosť charakteristík dodávania a spotreby kyslíka v organizme je kľúčom k objasneniu porúch vyskytujúcich sa pri rôznych hypoxických stavoch a k správnej taktike terapeutického využitia kyslíka na klinike.

Ak nájdete chybu, zvýraznite časť textu a kliknite Ctrl+Enter.

Kyslík sa aktívne používa na dýchanie. A to je jeho hlavná funkcia. Je to nevyhnutné aj pre ďalšie procesy, ktoré normalizujú činnosť celého organizmu ako celku.

Na čo slúži kyslík?

Kyslík je kľúčom k úspešnému vykonávaniu mnohých funkcií, vrátane:
- zvýšiť duševnú výkonnosť;
- zvýšenie odolnosti organizmu voči stresu a zníženie nervového stresu;
- udržiavanie normálnej hladiny kyslíka v krvi, čím sa zlepšuje výživa kožných buniek a orgánov;
- práca vnútorných orgánov sa normalizuje, metabolizmus sa zrýchľuje;
- zvýšená imunita;
- chudnutie - kyslík prispieva k aktívnemu rozkladu tukov;
- normalizácia spánku - v dôsledku nasýtenia buniek kyslíkom sa telo uvoľňuje, spánok sa prehlbuje a trvá dlhšie;
- Riešenie problému hypoxie (tj nedostatku kyslíka).

Prírodný kyslík je podľa vedcov a lekárov celkom schopný zvládnuť tieto úlohy, ale, bohužiaľ, v meste s dostatkom kyslíka vznikajú problémy.

Vedci tvrdia, že množstvo kyslíka potrebné na zabezpečenie normálneho života možno nájsť iba v oblastiach lesoparkov, kde je jeho úroveň asi 21%, v prímestských lesoch - asi 22%. Medzi ďalšie oblasti patria moria a oceány. Plus v meste zohrávajú úlohu aj výfukové plyny. V dôsledku nedostatku správneho množstva kyslíka ľudia zažívajú trvalý stav hypoxie, t.j. nedostatok kyslíka. V dôsledku toho mnohí zaznamenávajú výrazné zhoršenie zdravia.

Vedci zistili, že pred 200 rokmi človek prijímal až 40 % prírodného kyslíka zo vzduchu a dnes sa toto číslo znížilo 2-krát – až o 21 %.

Ako nahradiť prírodný kyslík

Keďže človeku prirodzený kyslík zjavne nestačí, lekári odporúčajú pridať špeciálnu oxygenoterapiu. Neexistujú žiadne kontraindikácie pre takýto postup, ale určite to prinesie výhody. Medzi zdroje získavania ďalšieho kyslíka patria kyslíkové fľaše a vankúše, koncentrátory, koktaily, koktaily tvoriace kyslík.

Navyše, aby ste prijali maximálne možné množstvo prirodzeného kyslíka, musíte správne dýchať. Väčšinou ľudia dojčia, no tento spôsob je nesprávny a pre človeka neprirodzený. Je to spôsobené tým, že pri vdýchnutí hrudníkom vzduch nemôže úplne naplniť pľúca, aby ich prečistil. Lekári tvrdia, že hrudné dýchanie vyvoláva nesprávne fungovanie nervového systému. Preto stres, depresia a iné druhy porúch. Aby ste sa cítili dobre a získali čo najviac kyslíka zo vzduchu, musíte dýchať žalúdkom.

Význam vzduchu pre život rastlín a ľudí.

Vzduch je zmesou rôznych plynov. Kyslík obsahuje veľa dusíka a kyslíka. Najzaujímavejšie je, že život na planéte je nemožný bez týchto komponentov. Je to spôsobené tým, že tieto chemikálie prispievajú k toku rôznych reakcií v tele. Bez nich je metabolizmus nemožný.

Aký význam má vzduch, kyslík pre život človeka, rastlín a všetkých živých organizmov?

Tento plyn sa podieľa na metabolických procesoch. Vďaka tomuto plynu dýchajú všetky živé organizmy. Platí to pre ľudí aj rastliny. Navyše. pri vdychovaní vzduchu dochádza v tele zvierat a ľudí k procesu oxidácie glukózy. Počas tejto chemickej reakcie sa uvoľňuje energia.

Bez energie zase nie je možné vykonávať pohyb.

Ako dlho môže žiť zdravý človek, ľudský mozog bez vzduchu, kyslíka?

Hodnoty sú nejednoznačné. Závisí to od fyzického zdravia a tréningu. Vo všeobecnosti môže priemerný človek zostať bez vzduchu v priemere 4-9 minút. Ak vezmete do úvahy pobyt pod vodou, priemerný návštevník pláže môže byť pod vodou 30-80 sekúnd. A dievčatá, ktoré získavajú perly z vody, môžu žiť bez vzduchu 5 minút. Faktom je, že bez kyslíka sa zastaví produkcia energie a zastaví sa srdce. Bez kyslíka odumierajú mozgové bunky.

Teraz vyvinuli mnoho spôsobov, ako predĺžiť obdobie bez dychu. Tieto techniky praktizujú jogíni a známi potápači.

Prečo sa oxid uhličitý hromadí v krvi pri zadržaní dychu?

K tomu dochádza v dôsledku metabolických procesov, presnejšie počas oxidácie glukózy. Interakciou glukózy a kyslíka vzniká voda a oxid uhličitý, ktorý sa hromadí v tele.

Koľko vzduchu, kyslíka potrebuje človek za hodinu a deň?

Pre každého človeka sú to iné čísla. Množstvo závisí aj od zaťaženia.

Približné údaje o spotrebe vzduchu za minútu:

• Sedacia a oddychová poloha 6 l
• Ľahké cvičenie 20 l
• Fitness, kardio tréning 60 l

To znamená, že pre daný deň budú hodnoty:

• 864 litrov v kľude
• 28800 litrov pri malom zaťažení
• 86400 litrov pri veľkom zaťažení

Potrebný objem vzduchu, kyslíka na osobu v miestnosti: hodnota

Tieto čísla sa riadia konštrukciou vetrania.

Priemerná hodnota sa pohybuje v rozmedzí 30-60 metrov kubických vzduchu za hodinu v miestnosti.

Aký je rekord v zadržaní dychu človeka pod vodou?

Zapísaný v Guinessovej knihe rekordov Tom Sitas. Ide o freedivera, ktorého kapacita pľúc je o 20% väčšia ako u bežného človeka. Jeho rekord bol 22 minút a 22 sekúnd. Zadržiavanie dychu prebiehalo pod vodou. Pred záznamom potápač dýchal kyslík z tlakovej fľaše a 5 hodín nejedol.

Tréning zadržania dychu: cvičenia

Existuje niekoľko spôsobov, ako trénovať zadržiavanie dychu.

Cvičenia:

• Počítanie chôdze. V skutočnosti na samom začiatku cvičenia nie je potrebné zadržiavať dych. Po 10 krokoch je potrebné sa nadýchnuť a po 10 vydýchnuť. Postupom času môžete vložiť intervaly na zadržanie dychu s nádychom a výdychom.
• joga. Takmer všetky cvičenia jogy sú zamerané na zvýšenie kapacity pľúc. Jogu musíte cvičiť častejšie.
• Oplachovanie. Akokoľvek paradoxne to znie, toto cvičenie sa často používa pri brušnom tanci. Musíte sa zhlboka nadýchnuť a potom vydýchnuť. Potom sa vykoná zadržanie dychu a trhavé pohyby brucha.
• Psí dych. Počas dňa je potrebné z času na čas dýchať ako psy. To znamená vykonávať časté a krátke nádychy a výdychy.

Vzduch je základom života. Bez nej je existencia ľudí a iných živých organizmov nemožná.

VIDEO: Zatajený dych