Wiadomo, że tlen jest nam niezbędny do życia! Nie byłoby życia bez tlenu.
Dbanie o naszą planetę, o istnienie drzew, roślin wszelakich, to w moim odczuciu jedno z podstawowych zadań, jeśli my, stworzenia biologiczne, chcemy się utrzymać przy życiu.
Żeby nasze komórki, nasze drogie mitochondria, wytwarzały energię, potrzebny jest im tlen.
Czy tlen może być zatem niebezpieczny?
Powszechnie znany jest dziś stres oksydacyjny i wolne rodniki, które potrzebujemy wciąż usuwać z organizmu, bo zakłócają pracę komórek,przyspieszając ich starzenie się.
Ale moje pytanie dotyczy samego procesu oddychania: czy możemy mieć nadmiar powietrza, nadmiar tlenu? I czy można ostatecznie UDUSIĆ się tlenem?
I to jest jak najbardziej poważne pytanie. Uduszenie znamy jako stan, w którym organizm zostaje odcięty od dopływu tlenu i to jego brak prowadzi do śmierci. W naszej świadomości dusimy się dwutlenkiem węgla, więc co z tym tlenem?
Zanim będzie bardzo ciekawie, musimy odrobinę zanurzyć się w fizjologię oddechu.
Na samym początku dwudziestego wieku Christian Bohr, fizjolog duński (swoją drogą jeden z synów Nielsa Bohra), odkrył fascynującą rzecz dotyczącą fizjologii oddychania. Mówiąc w wielkim skrócie – cząsteczki tlenu przenoszone przez hemoglobinę dostaną się do komórki dopiero przy obecności dwutlenku węgla.
Bohr, korzystając z krwi pobranej od różnego rodzaju zwierząt, od kur po psy i konie, przeprowadzał eksperymenty laboratoryjne,- tworzył mieszanki krwi o różnym stężeniu tlenu i dwutlenku węgla. Wyniki miał jednoznaczne: krew zawierająca najwięcej dwutlenku węgla powodowała uwolnienie najwięcej tlenu z hemoglobiny. Opublikował na ten temat artykuł:
O wpływie zawartości dwutlenku węgla we krwi na wiązanie tlenu.
A efekt ten został nazwany efektem Bohra.
W dużym uproszczeniu, dla naszej wygody, wyobraźmy to sobie w ten sposób: hemoglobina trzyma mocno cząsteczkę tlenu, gdy krew przepływa przez komórkę i jest w niej cząsteczka dwutlenku węgla, hemoglobina uwalnia tlen, który wchodzi w głąb komórk
I to był pierwszy raz w historii, kiedy zwrócono uwagę, jak ważna jest rola dwutlenku węgla we krwi i jak niezbędna jest jego obecność w procesie oddychania. Bohr pisał wręcz, że dwutlenek węgla potrzebny jest nam jak witamina. To było zupełnie nowe spojrzenie i od tego tekstu zaczął się ruch wśród naukowców, którzy z zapałem pracowali teraz nad tym zagadnieniem na różne sposoby.
Teraz będzie ciekawie:
Jednym z nich był Yandell Henderson, kierownik laboratorium fizjologii stosowanej na uniwersytecie w Yale. Henderson uważał badania laboratoryjne za niewystarczające i żeby uzyskać w pełni miarodajne wyniki, przez wiele lat przeprowadzał swoje badania na żywych organizmach – na psach. Jego wyniki są zatem bardzo dobrze i niepodważalnie naukowo udokumentowane. Publikował je sukcesywnie w serii artykułów w American Journal of Physiology w latach 1908–1918.
Wyglądało to mniej więcej tak: Henderson przywiązywał psy do stołów zaopatrzonych w odpowiednią aparaturę. Do gardła miały włożone rurki i maski gumowe na pyskach, a naukowiec pompował w nie powietrze, kontrolując jego częstotliwość i tempo i badając reakcje organizmów.
Gdy pompował coraz szybciej, zatem coraz więcej powietrza szło do środka, tętno psów wzrastało bardzo znacznie, niemal dziesięciokrotnie. Obserwował też, że we krwi zwierząt zaczynało być coraz mniej dwutlenku węgla, ich mięśnie przestawały funkcjonować, niektóre dostawały niekontrolowanych konwulsji, inne zapadały w śpiączkę, a gdy pompował wystarczająco długo i intensywnie, psy po prostu umierały. Umierały, mimo to, że ich organizmy miały aż nadto tlenu. Właśnie – aż nadto.
Dla mnie to jest niesłychanie okrutne, niemożliwe do wyobrażenia doświadczenie, gdy wyobrażę sobie te psy przywiązane do stołów, unieruchomione, w które wpompowuje się powietrze coraz szybciej i więcej – aż do śmierci. Przekonujące jest jednak niewątpliwie. 🙁
Dlaczego w ogóle w organizmie może być „nadmiar tlenu”?
Postaram się przedstawić to jak najprościej – tak jak ja to rozumiem.:W procesie metabolizmu komórka produkuje dwutlenek węgla. Gdy przepływa przez nią hemoglobina z cząsteczką tlenu, cząsteczka ta przedostaje się w głąb komórki, uwalniając cząstkę dwutlenku węgla, która z kolei przechodzi do krwi. Cząstka CO2 przechodzi z krwi do płuc, gdzie jest wydychana.
Ale o ile cząstka tlenu nie dostanie się do mitochondriów bez pośrednictwa cząsteczki CO2, o tyle CO2 może przenikać do krwi na zasadzie dyfuzji poprzez błony komórkowe i jest wydychane z każdym wydechem. Hiperwentylacją będziemy nazywać każde oddychanie powyżej metabolicznej potrzeby. To prowadzi do obniżenia poziomu CO2 – gdy hiperwentylujemy, wydychamy więcej CO2, niż organizm zdąży go wyprodukować. Nadmiar tlenu nie może być wykorzystywany prawidłowo przez organizm. Tlen nie dostaje się w głąb komórek – w konsekwencji następuje zaburzenie ich pracy. Organizm ma tlen we krwi, ale mimo to dusi się od środka!
Wróćmy znów do doświadczenia. Zwierzęta nie umierały od razu. Gdy Henderson pompował mniej, czyli przy niższym poziomie hiperwentylacji zaczynały być nerwowe, zdezorientowane, inne agresywne, u niektórych widać było zamglenie oczu co wskazywało na to, że już niewyraźnie widzą. Henderson eksperymentował przy kolejnych stadiach częstotliwości pompowania, podając zwierzętom leki, żeby sprawdzić, kiedy uzyska spadek tętna i spokojne zachowanie. Natomiast gdy zwalniał tempo pompowania czyli obniżał poziom wymuszonego oddechu , zwierzęta uspokajały się bez pomocy leków.
Działo się tak nawet u tych psów, które były już na granicy śmierci. Po zwolnieniu pompowania powietrza, ich tętno powoli wracało do normy.
Nasza współczesna wiedza na temat roli tlenu w oddychaniu zaczyna się od dramatycznego cierpienia doświadczalnych zwierząt. Chociaż ze względu na szacunek wobec ich śmierci, zapamiętajmy: Nawet bardzo duża ilość tlenu we krwi nie znaczy, że mamy go w komórkach ciała.
Przy hiperwentylacji następuje spadek dwutlenku węgla w organizmie, a hemoglobina silniej wiąże tlen.
Do tego, by tlen znalazł się w komórce, potrzebny jest dwutlenek węgla, który go do niej uwolni. Jeśli natomiast tlenu we krwi będzie dużo, będzie spadał poziom dwutlenku węgla, hemoglobina będzie silniej wiązała tlen i w konsekwencji cząsteczki tlenu nie będą się przedostawały do wnętrza komórki.
Jak to dobitnie wykazały eksperymenty Hendersona, zaburzenie procesów metabolicznych zachodzących w organizmie pod wpływem hiperwentylacji, będą prowadziły od nerwowości przez kolejne stadia rozstroju psychicznego i fizycznego, aż do całkowitej śmierci.
A CO Z TLENOTERAPIĄ?
Korzystanie z tlenu potrzebne jest w dwóch podstawowych sytuacjach:
- kiedy człowiek przebywa na dużej wysokości, gdzie powietrze jest bardzo ubogie w tlen;
- kiedy organizm z jakichś powodów nie jest w stanie sam utrzymać odpowiedniego nasycenia krwi tlenem.
Ta druga sytuacja będzie miała miejsce w niektórych nagłych wypadkach i wobec osób z zaawansowaną chorobą POChP.
Natomiast w każdym takim przypadku tlen jest rodzajem leku. I jak każdy lek – musi być odpowiednio dobrany i odpowiednio dozowany. Niewłaściwie dobrana czy bardzo długotrwała tlenoterapia może ostatecznie prowadzić do uszkodzenia płuc, zmniejszenia czerwonych krwinek, sprawiając, że organizmowi będzie coraz trudniej samodzielnie przyswajać tlen z oddechu.
Zobacz na moim kanale You Tube: https://youtu.be/1LdXrk-JF7M?is=9zkGUjk0QMkpGEWh
Bibliografia i uwagi
- Christian Bohr
W angielskich opracowaniach spotykałam tytuł pracy podpisany wyłącznie imieniem Bohra, tymczasem oryginalna praca została wysłana w języku niemieckim i była podpisana przez trzech autorów. Nie dociekałam już do głębi zagadnienia, czy osoby współpodpisane były również współpracującymi nad problemem.
C. Bohr, K. Hasselbalch, A. Krogh, „Über einen in biologischer Beziehung wichtigen Einfluss, den die Kohlensäurespannung des Blutes auf dessen Sauerstoffbindung übt”, Skandinavisches Archiv für Physiologie, 16(2), 401–412 (1904).
Bohr, Hasselbalch & Krogh, „Über den Einfluss der Kohlensäurespannung auf die Sauerstoffaufnahme im Blute”, Zentralblatt für Physiologie 16, 661–664 (1904).
- Henderson
2.1. Yandell Henderson, „Acapnia and Shock”, 1908–1918, w „American Journal of Physiology”, seria artykułów.
2.2. Henderson, „Physiological Regulation Of The Acid-Base Balance Of The Blood And Some Related Functions”, „Physiological Reviews” 5, nr 2, April 1925, s. 131–160.
2.3. Y. Henderson, „Resuscitation: From Carbon Monoxid Asphyxia… With Some Remarks Also on the Use of Oxygen in Pneumonia…”, JAMA 83, 758–764 (1924).
Uwagi:
Seria Hendersona „Acapnia and Shock” obejmuje osiem artykułów, publikowanych w American Journal of Physiology w latach 1908–1918. Bibliografia National Academy of Sciences potwierdza tę serię.
1908 Acapnia and Shock. I. Carbon Dioxide as a Factor in the Regulation of the Heart-Rate 21:126–156
1909 Acapnia and Shock. II. A Principle Underlying the Normal Variations in the Volume of the Blood Stream, and the Deviation from This Principle in Shock 23:345–373
1909 Acapnia and Shock. III. Shock After Laparotomy: Its Prevention, Production, and Relief 24:66–84+
1910 Acapnia and Shock. IV. Fatal Apnoea After Excessive Respiration 25:310–333
1910 Acapnia and Shock. V. Failure of Respiration After Intense Pain 25:385–402
1910 Acapnia and Shock. VI. Acapnia as a Factor in the Dangers of Anæsthesia 26:260–286
1910 Acapnia and Shock. VII. Failure of the Circulation 27:152–176
1918 Acapnia and Shock. VIII. The Veno-Pressor Mechanism — Yandell Henderson i S. C. Harvey 46:533–553
Tytuły I–II i IV są potwierdzone w bibliografii National Academy of Sciences, a III można zobaczyć bezpośrednio w skanie American Journal of Physiology. Tytuły IV, V i VII oraz dane bibliograficzne potwierdza również przegląd historyczny dotyczący wstrząsu. VI jest identyfikowany jako Acapnia as a Factor in the Dangers of Anæsthesia, vol. 26, s. 260–286. VIII ukazał się w 1918 r. jako praca Hendersona i S. C. Harveya.
Henderson nie był jedyny pracujący nad tym zagadnieniem, były później robione eksperymenty na małpach, a inni naukowcy szukali coraz bardziej precyzyjnego zrozumienia fizjologii procesu. Mnie jednak zupełnie wystarczy śmierć psów Hendersona, aby zaakceptować wynik.
