Значение кислорода в жизни человека. Кислород и его влияние на организм

Открытие кислорода произошло дважды, во второй половине XVIII столетия с разницей в несколько лет. В 1771 году кислород получил швед Карл Шееле, нагревая селитру и серную кислоту. Полученный газ был назван «огненным воздухом». В 1774 английский химик Джозеф Пристли проводил процесс разложения оксида ртути в полностью закрытом сосуде и открыл кислород, но принял его за ингредиент воздуха. Только после того, как Пристли поделился своей находкой с французом Антуаном Лавуазье, стало понятно, что открыт новый элемент (calorizator). Пальма первенства данного открытия принадлежит Пристли потому, что Шееле опубликовал свой научный труд с описанием открытия лишь в 1777 году.

Кислород является элементом XVI группы II периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 8 и атомную массу 15,9994. Принято обозначать кислород символом О (от латинского Oxygenium - порождающий кислоту). В русском языке название кислород стало производным от кислоты , термина, который был введён М.В. Ломоносовым.

Нахождение в природе

Кислород является самым распространённым элементом по нахождению в земной коре и Мировом океане. Соединения кислорода (в основном - силикаты) составляют не менее 47% массы земной коры, кислород вырабатывается в процессе фотосинтеза лесами и всеми зелёными растениями, большая часть приходится на фитопланктон морских и пресных вод. Кислород - обязательная составная часть любых живых клеток, также находится в большинстве веществ органического происхождения.

Физические и химические свойства

Кислород - лёгкий неметалл, состоит в группе халькогенов, имеет высокую химическую активность. Кислород, как простое вещество, представляет собой газ без цвета, запаха и вкуса, имеет жидкое состояние - светло-голубая прозрачная жидкость и твёрдое - светло-синие кристаллы. Состоит из двух атомов кислорода (обозначается формулой О₂).

Кислород участвует в окислительно-восстановительных реакциях. Живые существа дышат кислородом воздуха. Широко используется кислород в медицине. При сердечнососудистых заболеваниях, для улучшения обменных процессов, в желудок вводят кислородную пену («кислородный коктейль»). Подкожное введение кислорода используют при трофических язвах, слоновости, гангрене. Для обеззараживания и дезодорации воздуха и очистки питьевой воды применяют искусственное обогащение озоном.

Кислород - основа основ жизнедеятельности всех живых организмов на Земле, является основным биогенным элементом. Находится в составе молекул всех важнейших веществ, которые отвечают за структуру и функции клеток (липиды, белки, углеводы, нуклеиновые кислоты). Каждый живой организм содержит гораздо больше кислорода, чем какого-либо элемента (до 70%). Для примера, организм взрослого среднестатического человека массой 70 кг содержит 43 кг кислорода.

Кислород поступает в живые организмы (растения, животные и человек) благодаря органам дыхания и поступлению воды. Помня о том, что в организме человека самый главный орган дыхания - это кожа, становится понятно, сколько кислорода может получать человек, особенно летом на берегу водоёма. Определить потребность человека в кислороде достаточно сложно, ведь она зависит от многих факторов - возраст, пол, масса и поверхность тела, система питания, внешняя среда и т.д.

Применение кислорода в жизни

Кислород применяется практически повсеместно - от металлургии до производства ракетного топлива и взрывчатых веществ, применяемых для дорожных работах в горах; от медицины до пищевой промышленности.

В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки , как пропеллент и упаковочный газ.

О том, что воздух, которым мы дышим, не однороден по своему составу, знали еще китайские алхимики в VIII веке. Уже в те времена было известно, что есть активная часть воздуха, которая содержит элемент, поддерживающий жизнь, способствующий дыханию и горению, именуемый кислородом, и его неактивная часть в виде особенного газа, который наши современники называют азотом.

Сегодня каждый школьник знает о том, что кислород – самый распространенный газ на Земле. Он есть везде: в земной коре, морской и пресной воде, в атмосфере. И главное, кислород входит в состав молекул важнейших веществ, обеспечивающих нашу с вами жизнь: белков, углеводов, жиров, нуклеиновых кислот. Разумеется, не как газ из атмосферы, а как химический элемент, на основе которого образованы самые сложные химические соединения.

Конечно, главные в этой цепочке – нуклеиновые кислоты – РНК и ДНК. Это биополимерные молекулы, хранящие всю информацию о каждом отдельном живом организме, определяющие его рост и развитие, а также наследственные признаки, передаваемые следующему поколению. А кислород в них играет роль связующего и стабилизирующего звена, так как именно он соединяет между собой составные части нуклеиновых кислот. В каждом растении или животном кислорода гораздо больше, чем любого другого элемента.

Сколько кислорода потребляет организм?

Вы никогда не задумывались, сколько кислорода необходимо человеку? Существует специальный показатель, который дает представление о максимальном поглощении кислорода организмом в единицу времени (МПК), его величина зависит от нагрузки и физических данных каждого из нас. При максимальной нагрузке величина МПК может составить от 3 до 6 литров в минуту. Это так называемый абсолютный МПК. То есть именно столько кислорода в среднем поглощает житель планеты в минуту. Но тела у всех разные, и этим объясняется значительное различие между данными цифрами. Впрочем, разнятся и показатели содержания кислорода в отдельных системах организма.

К примеру, мышечная ткань человека содержит около 16 % кислорода. Да это и понятно, ведь в мышцах происходит газообмен между тканями и кровью, так же как и обмен питательными веществами и продуктами их распада. В мышцы поступает кровь, обогащенная кислородом, а отводится – насыщенная углекислым газом. Этим же путем попадают в мышцы углеводы и аминокислоты, а выводятся молочная кислота и другие продукты обмена.

Костная ткань на 28,5 % состоит из кислорода. Почему так много? Потому что в костной ткани целый набор химических элементов: основное неорганическое вещество – ортофосфат кальция Са 3 (РО4) 2 – содержит кислорода намного больше, чем кальция и фосфора, это видно даже из формулы. Как и во всех других клетках, в костной ткани есть вода (Н 2 О), а это опять же кислород. Ну и, конечно, в костях содержатся органические вещества: белки (например, оссеин), липиды, углеводы, АТФ, нуклеиновые кислоты – в их составе обязательны углерод, водород, азот, фосфор и, конечно же, кислород!

Благодаря наличию кислорода организм человека способен фактически «сжигать» лишние белки, жиры, углеводы с извлечением определенной энергии сгорания для собственных нужд. Считается, что всего в организме среднего человека с массой тела около 70 кг содержится до 43 кг кислорода! Эта цифра приблизительна и напрямую зависит от интенсивности обмена веществ, массы тела, возраста, пола, климата и даже характера питания.

Основным источником кислорода для человека является атмосфера Земли, из которой в ходе дыхания наш организм способен извлекать необходимое для жизни количество этого газа.

Кислород – безусловное благо?

На первый взгляд похоже, что это действительно так. Достаточно вспомнить, что тяжело больным людям значительно облегчает страдания знакомая всем обыкновенная «кислородная подушка». Однако не все так просто. У кислорода есть свои плюсы и минусы.

Длительное вдыхание воздуха с высоким содержанием кислорода опасно для здоровья человека, так как вызывает образование в тканях так называемых свободных радикалов, нарушающих биологический баланс организма. Свободные радикалы разрушительны по своей сути. Их действие на организм по своей агрессивности сродни ионизирующему излучению. Именно эта характеристика кислорода используется в лучевой терапии: повышая содержание кислорода в опухоли и снижая его содержание в окружающих тканях, онкологи усиливают лучевое поражение опухолевых клеток и уменьшают повреждение здоровых.

Но раз существует такая тесная взаимосвязь между кислородом и опухолевыми клетками, не может ли сам кислород быть причиной развития рака? Ответ на этот вопрос искали многие ученые. Больше всего преуспел в подобных исследованиях немецкий биохимик и физиолог, лауреат Нобелевской премии Отто Варбург. Еще в начале 30-х годов прошлого столетия он сделал вывод: «Рак, в отличие от других заболеваний, имеет бесчисленное множество вторичных причин возникновения. Но даже для рака есть всего одна основная причина. Грубо говоря, основная причина рака – это замена дыхания с использованием кислорода в теле нормальной клетки на другой тип энергетики – ферментацию глюкозы». Иными словами, одной из основных причин возникновения раковых опухолей является нарушенное питание, вызывающее кислородное голодание, или гипоксию клеток.

Судите сами. Каждая из триллионов клеток нашего организма получает пищу и кислород из межклеточной жидкости, которая ее окружает. В свою очередь, эта межклеточная жидкость состоит из тех веществ, которые мы получаем с пищей, переваривая и усваивая продукты питания. В норме межклеточная жидкость имеет слабощелочную реакцию, что строго необходимо для нашей крови. Если же межклеточная жидкость закисляется токсинами из употребляемой нами пищи, то есть ее рН становится меньше 7, клетка начинает голодать, недополучая норму питательных веществ и кислорода. И что же ей остается делать, для того чтобы выжить? Вот тогда-то она и начинает перерождаться, чтобы приспособиться к изменившемуся режиму питания. Так зарождается и развивается опухоль. Обычно этот процесс занимает годы. Поэтому профилактика онкологических заболеваний заключается в своевременном установлении оптимального биобаланса кислорода в организме человека, напрямую связанного с характером нашего питания.

Профилактика рака

Совсем недавно исследователи из Университета Пенсильвании еще раз доказали, что свободные радикалы, образующиеся в организме в ходе окислительно-восстановительных реакций, могут вызывать повреждение клеточных структур и ДНК, что, в свою очередь, способно спровоцировать развитие рака легких. При этом существует прямая связь между высотой проживания человека над уровнем моря и заболеваемостью раком легких. Согласно данным статистики, чем выше над уровнем моря находится место жительства человека, тем ниже вероятность столкнуться с раком легких. Это объясняется тем, что на большой высоте значительно меньшее содержание кислорода в воздухе.

Таким образом, хотя кислород и абсолютно необходим человеку для жизни, его роль в организме человека далеко не однозначна. А что это значит на практике? Только одно. У человека есть только один способ скорректировать ситуацию – кардинально изменить свой рацион питания! Раковым клеткам необходима молочная кислота, которая образуется в результате «сжигания» организмом человека сахаров, поступающих с пищей? Значит, отказ от сахара и углеводов – верный путь профилактики рака. Конечно, все хорошо в меру. Поэтому не стоит бросаться в крайности. Менять свой рацион надо постепенно и всегда под наблюдением врача.

Рак – это болезнь цивилизации. И хотя, как показывают ископаемые останки, рак встречался среди ящеров и древних людей, сегодня раковые заболевания приобрели характер эпидемии. Одна из причин – изменение пищевых пристрастий человека. Интересно, что представители северных народов, чье питание традиционно состояло из мяса и рыбы, до знакомства с западной цивилизацией от рака не умирали. Может быть, пришло время всерьез подумать об этом? Я не призываю вас объявить бойкот сладостям, но снизить их количество в рационе до разумных пределов, по моему глубокому убеждению, обязан каждый современный цивилизованный человек.

Как действует кислород на организм человека? Как активность дыхания зависит от ёмкости лёгких? Сколько литров она составляет у спортсменов и обычных людей (не спортсменов)? К чему могут привести высокие концентрации О2? Причины и признаки гипоксии.

Название происходит от греч. «oxy genes» - «образующий кислоты». Является элементом 7 группы периодической системы, атомный номер – 8. Существует в виде 2 элементных форм: кислород О2 и озон О3. В свободном состоянии этот газ не имеет цвета и запаха.

При взаимодействии со всеми химическими элементами кислород образует множество соединений. Самыми распространёнными являются гидроксиды, пероксиды, оксиды и другие производные.

Как действует кислород на организм человека?

Большее его количество требуется растущему организму и тем, кто занимается интенсивными физическими нагрузками. Вообще активность дыхания во многом зависит от множества внешних факторов. Например, если вы встанете под достаточно прохладный душ, то количество потребляемого вами кислорода увеличится на 100% по сравнению с условиями при комнатной температуре воздуха. То есть, чем больше человек отдаёт тепло, тем чаще становится частота его дыхания. Вот несколько интересных фактов по этому поводу:

• за 1 час человек потребляет 15-20 л кислорода;
• количество потребляемого кислорода: во время бодрствования увеличивается на 30-35%, во время спокойной ходьбы – на 100%, при лёгкой работе – на 200%, при тяжёлой физической работе – на 600% и более;
• активность дыхательных процессов напрямую зависит от ёмкости лёгких. Так, например, у спортсменов она больше нормы на 1-1,5 литра, а вот у профессиональных пловцов может достигать до 6 литров!
• Чем больше ёмкость лёгких, тем меньше частота дыхания и больше глубина вдоха. Наглядный пример: спортсмен делает 6-10 вдыханий в минуту, тогда как обычный человек (не являющийся спортсменом) дышит с частотой 14-18 дыханий в минуту.

Так зачем нужен кислород?

Он необходим для всего живого на земле: животные потребляют его в процессе дыхания, а выделяют его в процессе фотосинтеза. В каждой живой клеточке содержится больше кислорода, чем любого другого элемента – около 70%.

Он находится в составе молекул всех веществ – липидов, белков, углеводов, нуклеиновых кислот и низкомолекулярных соединений. Да и жизнь человека была бы просто немыслима без этого важного элемента!

Процесс его метаболизма таков: сначала он поступает через лёгкие в кровь, где поглощается гемоглобином и образует оксигемоглобин. Затем через кровь «транспортируется» ко всем клеткам органов и тканей. В связанном состоянии он поступает в виде воды. В тканях расходуется в основном на окисление многих веществ во время их метаболизма. Далее метаболизируется до воды и диоксида углерода, потом выводится из организма через органы дыхательной и выделительной систем.

Избыток кислорода

Для здоровья человека очень опасно длительное вдыхание воздуха, обогащённого этим элементом. Высокие концентрации О2 могут вызвать в тканях появление свободных радикалов, являющихся «разрушителями» биополимеров, точнее, их структуры и функций.

Однако в медицине для лечения некоторых заболеваний всё же используется процедура насыщения кислородом под повышенным давлением, которая называется гипербарическая оксигенация.

Недостаток oxygenium

Если ткани организма недостаточно снабжены кислородом или нарушена его утилизация, то тогда возникают явления гипоксии (или кислородного голодания).

Причины:

• Понижение парциального давления О2 во вдыхаемом воздухе;
• Уменьшение количества эритроцитов или содержание в них гемоглобина;
• Гемоглобин не может связывать, транспортировать или отдавать элемент тканям и органам;
• Нарушение окислительно-восстановительных процессов;
• Расстройства сердечной деятельности, дыхания или кровообращения;
• Авитаминозы;
• Эндокринопатии;
• Острые отравления синильной кислотой.

Признаки дефицита при прекращении поступления О2:

• потеря сознания;
• повышенная утомляемость;
• одышка;
• учащённое сердцебиение;
• снижение иммунитета;
• нарушение функций высших отделов центральной нервной системы.

В предыдущем материале мы получили понимание, откуда человек получает . Для понимания процессов работы антиоксидантной системы, которая также имеет большую функциональность в оздоровлении организма, следует разобраться со значением кислорода для здоровья и жизни человека.

Если рассматривать воздух по его составляющим, то мы увидим, что среди того, что мы вдыхаем имеет в своем составе следующее:

• 78% азота;
• 21% кислорода;
• прочие газы 1% и в их составе 0,03% СО2.

Химические элементы с различными способностями притягивают к себе дополнительные электроны, зависит эта способность от положения какого либо элемента в таблице Менделеева. Это притяжение, называется электроотрицательность, выражают его условные единицы, и чем они выше, тем больше способность притяжения электронов.

Когда два отличных атома будут взаимодействовать друг с другом, парочка электронов будет смещаться к наиболее электроотрицательному атому. Кислород один из самых электроотрицательных элементов. Он также самый востребованный на Земле компонент.

Кислород делится на две формы существования это кислород (О2) и озон (Оз). Представляет собой бесцветный газ, с отсутствием запаха, выступает жизненно нужным веществом.
Взаимодействуя с каждым элементом периодической таблицы, создает огромное количество соединений.

Кислород — необходимый компонент для обеспечения человека энергией жизни

Земля в своей атмосфере хранит свободный кислород. Связанный кислород хранит земная кора, также пресная вода и морская. Кислородом обеспечивается дыхательный процесс, далее, после окисления органических соединений, образует углекислый газ и воду, в процессе чего высвобождается энергия.

Иначе говоря, мы получаем энергию, ежеминутно требующуюся в нашей жизнедеятельности, которая является результатом расщепления съеденной нами пищи. Расщепление пищи идет под воздействием вдыхаемого кислорода.

Теперь кислород и физиология.

Сложнейший комплекс происходящих в организме изменений на физическом, биологическом и физиологическом уровнях, при которых организм получает и превращает вещества и энергию, и постоянно обменивает их в окружающей среде и есть ОБМЕН ВЕЩЕСТВ и энергии. Этот процесс лежит в основе преобразования энергии из свободной, поступившей
со сложными органическими соединениями, в электрическую, механическую и тепловую. Взаимоотношения между обменами жиров, углеводов и белков, сопровождаемые биохимическими процессами, которые регулируют гормоны, позволяют максимально снабдить энергией наши клетки.

А вы знаете, что вес человека на 62% наполнен кислородом?
Например, если ваш вес 70 кг, то 43 кг из него это кислород. Приведу вам интересный факт, за
сутки мы с вами съедаем кислорода в количестве 2 кг и 900 граммов вдыхаем с воздухом. Кто не знает, информация для вас — Оз (озон), как кислородная форма, токсичен.

Кому не нужен кислород для жизни?

Нет надобности в кислороде у анаэробных бактерий и глубоководных обитателей (их энергетику основывают
вещества полученные в результате деятельности вулканов) Все остальное живое нуждается в кислороде. Жизнь на планете невозможна без него. Его всего лишь 5-7 минутное отсутствие порождает гипоксию (кислородное голодание) тканей и вызывает смерть.

Пища приносит организму электроны и протоны водорода. Протоны, например, попадают с пищей в органических кислотах, а электроны поставляются металлами с переменной валентностью и витаминами в частности С и Е. Биологическое окисление получает необходимый субстрат, состоящий из глюкозы, в нее, в свою очередь, преобразуются легко усваиваемые пищевые углеводы.

Проще говоря, электроны поставляет кислород, а протоны водород. Совместно протоны и электроны создают ковалентные связи (биосинтез молекулы). Жизненно-необходимые элементы организма (белки, нуклеиновые кислоты и т.д.) также наполнены кислородом. Дыхание без него бессмысленно, окисление жиров, белков, аминокислот, углеводов и прочих биохимических процессов тоже невозможно без кислорода.

Днем, когда мы бодры, то расходуем большое количество кислорода. В наш организм он попадает естественным путем, вдыхается легкими. Дальше, драгоценный биокомпонент, поступивший в кровь, начинает поглощать гемоглобин, преобразуя его в оксигемоглобин, и затем он распределяется по всем нашим составляющим (тканям и органам). Но еще
он попадает и в связанном виде, когда мы пьем воду. Получив кислород, ткани расходуют его на процесс метаболизма, для окисления различных элементов. Дальнейший путь кислорода направлен на его метаболизм до СО2 (углерода диоксида) и Н2О (воды) и в итоге он выводится организмом - почками и легкими.

Не только пониженное, но и повышенное Р02, которое наблюдается у здорового человека во время некоторых видов трудовой деятельности (работники кессонов), а у больного - во время кислородной терапии (лечение в камерах повышенного давления кислорода) оказывает влияние на организм . Действие повышенного Р02 зависит как от его уровня, так и от длительности пребывания человека в атмосфере с повышенным содержанием кислорода. Если давление кислорода не превышает 200 мм рт. ст., то в ней можно находиться в течение 14 - 30 дней без выраженных отрицательных последствий, если давление достигнет 800 мм рт. ст., то безопасное время пребывания в этой атмосфере сократится до нескольких часов; при давлении 400 мм рт. ст. оно увеличивается до нескольких суток.

Почему же невозможно длительное пребывание человека в кислородной атмосфере? Прежде всего, чистый кислород оказывает токсическое действие на дыхательный эпителий - слизистую оболочку носа, глотки, трахеи, бронхов, альвеол. При вдыхании его в носу, носоглотке и трахее появляется сухость. Поэтому когда при острой необходимости больным дают дышать кислородом из подушки либо из баллона, на мундштук редуктора накладывают смоченную водой марлю.

При повышенном Р02 в воздухе легкие переполняются кровью, в них может развиваться воспаление . Ухудшается диффузия кислорода из легких в кровь , поэтому в крови его будет мало, и проявится такое же кислородное голодание , как и при низком давлении. Кроме этого, из-за нарушения газообмена между альвеолярным воздухом и кровью в ней будет удерживаться избыток углекислого газа, ее реакция станет кислой, нарушится ионное равновесие между плазмой крови и эритроцитами. Развивающийся ацидоз (сдвиг кислотно-щелочного равновесия крови в кислую сторону) резко ухудшает состояние здоровья.

Чистый кислород оказывает токсический эффект на клетки , связанный с образованием соединений. Токсическое действие кислорода проявляется в том, что он непосредственно угнетает клеточные ферменты , от активности которых зависят обменные реакции в клетках. Это было доказано в опытах с одноклеточным организмом - хлореллой, аэробом, добывающим энергию в результате окислительных процессов, т. е. с участием кислорода. Она погибает в атмосфере чистого кислорода. Чистый кислород угнетает новообразование эритроцитов и других клеток.

В опытах на крысах-самцах было показано, что если поддерживать повышенное напряжение кислорода в одном яичке в течение 1 - 2 сут, наступает полная дегенерация, тогда как в яичке, где Р02 сохранялось обычным, физиологическая активность не нарушалась.

Кислород под давлением оказывает токсическое действие на центральную нервную систему. Внешнее его проявление - общие судороги . При высоком Р02 нарушается функция всего управляющего аппарата, прекращается от хеморецепторов, они практически выключаются из контуров управления вентиляцией, кровообращением.

Хотя в нормальных условиях существования живые существа на Земле не встречаются с действием Р02, для предупреждения неблагоприятного его действия в процессе эволюции в организме выработались механизмы защиты: клетки высших организмов обладают высокой и активностью. Фермент , активирующий окислительные процессы с образованием, которые обладают высокой окислительной активностью, каталаза - фермент, ускоряющий разложение токсичных для организма водорода на воду и кислород. Некоторые ученые высказывают даже мнение о том, что существующее содержание (концентрация и парциальное давление) кислорода на уровне моря оказывает в какой-то мере токсическое действие на все живые организмы. В качестве факторов, подкрепляющих эту точку зрения, приводится особая пышность растений альпийских лугов (высота 1500 - 2500 м над уровнем моря), большие размеры новорожденных животных, находившихся в утробе самок, подвергавшихся действию пониженного барометрического давления в барокамере, предпочтение среды обитания с несколько меньшим Р02, чем на уровне моря. Так, белым крысам была предоставлена возможность выбора воздушной среды с различным Р02 - нормальным, повышенным и пониженным. Животные собрались в камере с несколько пониженным Р02. Такое предпочтение слегка среды можно объяснить эйфорией, т. е. тем, что первая реакция на снижение Р02 - нарушение Него торможения и смещение равновесия между нервными процессами в сторону возбуждения (как и при легком опьянении), которое доставляет удовольствие животным.

Против мнения о токсичности нормального Р02 нашей среды свидетельствуют, однако, многочисленные факты, прежде всего - отставание в физическом и половом развитии уроженцев и постоянных жителей среднегорья, снижение физической и умственной работоспособности у лиц даже на небольших высотах (1500 - 2000 м н. у. м.), ухудшение состояния организма при малокровии, при сердечнососудистых и других заболеваниях, сопровождающихся кислородной недостаточностью. И самым убедительным доказательством относительной безвредности кислорода является положительный эффект кислородной терапии. Вдыхание кислорода из кислородных подушек или баллонов спасает жизнь тяжелобольным, введение его через пищевод в желудок успешно используется для борьбы с глистами, поглощение кислородной пены улучшает функцию печени и обмен веществ в организме. Кислород под давлением успешно используется для проведения особо трудных операций на сердце и сосудах. В каждом конкретном случае для кислородной терапии подбирают соответствующее Ра02 и сроки пребывания в атмосфере с повышенным РС02.