Кислород — биологическая роль

Кислород - биологическая роль Кислород

Кислород-это жизнь! — статья медтехника ритмы здоровья в краснодаре

Кислородотерапия
КИСЛОРОД – ЭТО ЖИЗНЬ

Кислород это ведущий биогенный химический элемент на Земле. Без него жизнь невозможна. В метаболизме, свыше 90% всей энергии, необходимой для нормального функционирования всех живых организмов, обеспечивается кислородом. О2 играет важнейшую роль в обмене веществ, улучшает кровообращение, активизирует усвоение питательных элементов. Достаточное количество кислорода обеспечивает организм регенеративной энергией и укрепляет иммунную систему. Кроме того, достаток кислорода в организме предотвращает развитие пагубных последствий стресса, так как О2 гармонизирует нервную систему человека.

За последние двести лет содержание кислорода в атмосфере земли снизилось с 38% до 21%, в то время как количество углекислого газа увеличилось с 1 % до 2,5%. Причинами этого стал технический прогресс, колоссальное по масштабам сжигание кислорода в процессе сгорания топлива и постоянно возрастающее загрязнение окружающей среды. Существуют и другие причины обеднения воздуха кислородом: вырубка лесов, хлорирование воды, истощение почв, химическая обработка продуктов, автомобильные газы и смог. Не говоря уже о таких проблемах как: стресс; бактериальные, вирусные и грибковые инфекции; неправильное питание; недостаток движения; вредные привычки.

В последнее время в крупных городах недостаток кислорода приобретает масштабные формы, и городские жители особенно остро ощущают его дефицит — Гипоксию.

Гипоксия — нехватка кислорода в тканях организма, которой в той или иной степени подвержены все городские жители. Дефицит кислорода сказывается на состоянии всех систем и органов, в первую очередь жизненно важных: сердце, легких, головном мозге, печени. Симптомами гипоксии в первую очередь являются: слабость, быстрая утомляемость, плохой сон, ухудшение состояния кожи, снижение памяти, головные боли, нарушение сексуальных функций, пониженный иммунитет, депрессивное состояние, накопление токсинов в крови.

Естественный способ избавится от гипоксии — повысить количество кислорода в организме.

Современная медицина располагает необходимым набором средств, для предотвращения кислородного голодания. Кислород вводят в организм ингаляционным путем, накожно, подкожно и энтерально. Для Кислородной терапии используют катетеры, маски, кислородные подушки, специальные ингаляторы, газификаторы жидкого кислорода, кислородные концентраторы, баллоны со сжатым кислородом. Применяют также лечение кислородом под повышенным давлением — гипербарическую оксигенацию.

На сегодняшний день для проведения кислородной терапии наиболее эффективными и экономически выгодными признаны кислородные концентраторы. Это связано с их неоспоримыми преимуществами: надежностью, безопасностью, простотой и удобством в использовании. Для работы кислородным концентраторам нужна лишь электрическая сеть, нет необходимости в их дозаправке, сложном обслуживании, требующихся для баллонов со сжатым кислородом и газификаторов жидкого кислорода.

Сегодня на рынке медицинского оборудования представлены Кислородные концентраторы, которые можно использовать не только в медучреждениях под строгим наблюдением врачей, но и дома, в офисе, в автомобиле и пр.

Кислородные концентраторы в настоящее время активно используются:

· в медучреждениях (аптеки, больницы)

· в домашней и рабочей атмосфере,

· в институтах красоты и курортно-санаторных заведениях,

· в фитнес индустрии, и профессиональном спорте,

· в образовательных и дошкольных заведениях,

· в ресторанах и барах и пр.

Чистый кислород, вырабатываемый кислородными концентраторами, практически не имеет противопоказаний в применении и может использоваться даже детьми, беременными женщинами и пожилыми людьми.

ПОЛЬЗА КИСЛОРОДА

Природа устроена мудро — в ней есть все, что необходимо для здоровой и активной жизни. Все, что нам нужно всегда рядом, нужно только это заметить и оценить. Нас буквально окружает чистая энергия — энергия живительного КИСЛОРОДА!

Множество целебных свойств сокрыто в этом эликсире жизни. Кислород не вызывает аллергических реакций, практически не имеет противопоказаний и безопасен в применении.

Сегодня по всему миру люди начинают понимать, какой чудодейственной силой обладает кислород. Во всем мире Кислородная терапия стала настолько популярной, что появились кислородные бары, кремы, коктейли. Дело в том, что увеличение содержания кислорода в воздухе помогает справиться со многими проблемами — лишним весом, недостатком энергии и плохим здоровьем.

Основные аспекты положительного влияния кислорода на организм (при его полноценном кислородном обеспечении):

— Кислород усиливает физическую и сексуальную активность.

— Положительно воздействует на умственную деятельность — повышает работоспособность головного мозга, улучшает память и концентрацию внимания.

— Укрепляет иммунитет, препятствует развитию всех видов болезней.

— Способствует полноценному умственному и физическому развитию детей.

— Заметно улучшает состояние кожи.

— Замедляет процессы старения и позволяет надолго сохранить ясность ума, физическую активность.

— Способствует сжиганию жира в организме и помогает нормализовать вес.

— Способствует выводу из организма токсинов и шлаков.

— Кислородная терапия вызывает регенерацию организма, способствует восстановлению поврежденных органов и тканей, так как под ее влиянием вырабатываются энзимы, обновляющие оболочку клеток.

— Помогает избавиться от головной боли, мигрени, депрессии, бессонницы.

— Способствует быстрому восстановлению сил даже при недостаточном количестве сна.

— Нормализует нервную систему.

— Способствует быстрому снятию похмельного синдрома.

— Снижает вред, наносимый курением, употреблением алкоголя и неправильным питанием.

— Помогает в лечении и профилактики инфаркта миокарда и инсульта, болезней кровеносных сосудов, кислородной недостаточности сердечной мышцы, мозга, конечностей, хроническом воспалении печени, хронического бронхита, астмы, острой и хронической дыхательной недостаточности, эпилепсии, рассеянного склероза, сахарного диабета.

— Кислородная терапия поддерживает мышечную активность и очищает организм, что особенно важно при сахарном диабете.

— Полноценное обеспечение организма кислородом восстанавливает и поддерживает Ваше здоровье на высоком уровне, помогает Вам быть счастливыми и красивыми

Не упускайте возможность жить и работать в благоприятных экологических условиях, ежедневно получать заряд бодрости, отличного самочувствия и хорошего настроения!

КРАСОТА

Кислород — универсальное средство для поддержания нашей красоты, предложенное самой природой!

Вспомните, как после нескольких дней, проведенных за городом, на море, в горах, Вы мгновенно преображались — у Вас улучшался цвет лица, появлялся блеск в глазах, на щеках начинал играть румянец, волосы становились легкими и шелковистыми. Столь приятные изменения нам дарит кислород! Но когда до отпуска далеко, а лесные прогулки, в условиях зимнего холода или летного городского смога, не желательны, то помочь Вашей красоте способна кислородная терапия.

Кислород наполняет клетки организма живительной энергией, изнутри воздействует на кожу и волосы, и дарит Вам красоту!

Применение кислорода в косметологии

Косметологическая кислородная терапия
SPA-процедуры с применением кислорода
Антицелюлитные программы
Различные виды массажа
Программы похудения
Ароматерапия с использованием кислорода
Антистерессовые программы
Косметологическая кислородная терапия. Кислородная терапия сочетается с большинством косметологических процедур и делает их более эффективными. Так кислород усиливает воздействие питательных масок, пиллингов, лифтингов. Кислород применяется для улучшения эффекта при обертываниях, различных видах массажа, при процедурах аппаратной косметологии. Действие косметологической кислородной терапии:

Общее оздоровление кожи (проходят воспаления, шелушение, зуд).
Омоложение кожи (значительное уменьшение мелких морщинок на лице)
Устранение пигментных пятен.
Общее улучшение состояния волос и ногтей.
Кислородная терапия позволяет добиться большего эффекта косметологических процедур, при этом не отнимает дополнительного времени, что так важно для тех, кто ведет активный образ жизни и дорожит своим временем.

Стройная фигура

Кислород положительно воздействует на обменные процессы в организме, благодаря этому уже после нескольких сеансов кислородной терапии исчезают лишние килограммы, мышцы становятся более эластичными, подтянутыми. Вы чувствуете легкость во всем теле!

Различные виды массажа с использованием кислородной терапии

Массаж тела в сочетании с кислородной терапией дает потрясающие результаты уже после первых сеансов! Кожа заметно разглаживается, уменьшаются растяжки, уходит дряблость. А сочетание косметического массажа лица и кислородной терапии с использованием эфирных масел иланг-иланга и апельсина способствует максимальному омоложению кожи.

Антицелюлитные программы. Кислородная терапия помогает в борьбе с целюлитом. Кислород активирует в организме процессы, способствующие как сжиганию жиров в подкожно-жировой клетчатке, так и общему оздоровлению кожи. Ароматерапия с использованием кислорода. Эта методика основана на получении двойного эффекта, во-первых, от кислородной терапии, а во-вторых, от ароматических средств, которые добавляются в аромакапсулу или набулайзер, где через них проходит кислород. Таким образом, при дыхании, смесь из кислорода и паров ароматических веществ оказывает эффекты релаксации, снижения напряжения и тревоги, избавления от стресса.

АНТИСТРЕСС

Жизнь в современном ритме требует постоянной затраты сил. Вставая рано утром, спеша на работу, решая бесконечные служебные вопросы, каждый из нас рано или поздно попадает под пагубное влияние стресса. Стресс сам по себе не является заболеванием. Но он способен подорвать наш иммунитет и, таким образом, привести к неприятным последствиям, например, спровоцировать тяжелые болезни. Поэтому современному человеку необходимо бороться со стрессом на самых ранних стадиях.

Стресс настолько плотно вошел в привычный ритм нашей жизни, что мы даже не замечаем его пагубного воздействия на наш организм. Поэтому так необходимо правильно оценить свое состояние. Вот лишь некоторые признаки стресса, знакомые, к сожалению, большинству из нас:

Нарушение сна;
Повышение раздражительности;
Высокая утомляемость;
Развитие фобий (обострение чувства страха, чувства подавленности и т.д.);
Нарушение сексуальных функций;
Нарушение пищеварения;
Частые головные боли.
Существует много способов борьбы со стрессом. И все они по-своему эффективны. Но лучше всего действовать комплексно. Ведь стресс — это комплексное ухудшение самочувствия, как по физическим, так и по психическим показателям. Вот почему в современной медицине в борьбе со стрессом успешно применяется Кислородная терапия. Кислород воздействует на весь организм, улучшая как физическое, так и эмоциональное состояние человека. Терапевтическое лечение кислородом включает в себя процедуры по его вдыханию.

Современному человеку некогда ходить по медицинским учреждениям. Поэтому нам с вами требуется более эффективный и удобный способ борьбы со стрессом. И здесь нельзя не оценить преимущества домашней Кислородной терапии. Этот метод основан на вдыхании чистого кислорода, выделенного из окружающегося воздуха специальным аппаратом — кислородным концентратором. Работает кислородный концентратор от электрической сети, при этом практически бесшумен, компактен, прост и удобен в применении. Кислородные концентраторы успешно используются для лечения стресса в домашних условиях.

Вдыхая кислород, человек насыщает свой организм его живительной силой. За счет чистой кислородной энергии активизируются внутренние защитные системы организма, укрепляется иммунитет. А главное — происходит насыщение кислородом на клеточном уровне. Вместе с кислородом клетки получают дополнительную энергию. В результате чего улучшается самочувствие, появляются силы, повышается сопротивляемость организма к болезням (в том числе к вирусу гриппа), активизируется обмен веществ. Несомненно, что оздоровление нашего организма положительно влияет и на наше настроение.

Если раньше лекарством от стресса были пешие прогулки на свежем воздухе, то теперь житель большого города может легко предотвратить его, не нарушая привычного темпа жизни. Достаточно включить Кислородный концентратор — и стресс исчезнет!

ОБШИЕ СВЕДЕНИЯ О КИСЛОРОДЕ

Биологическое значение газов, входящих в состав атмосферы

Атмосфера, т.е. воздушное пространство, окружающее оболочкой нашу планету Земля, состоит из смеси газов. Если взять состав атмосферы у поверхности Земли, то по объему воздух состоит из азота 78,09%, кислорода 20,78%, углекислоты 0,03 -0,04%. Остальные газы, составляющие атмосферу Земли, вместе занимают по объему несколько менее 1%, и к ним относятся аргон, ксенон, неон, гелий, водород, радон и другие.

Основной по объему составляющей частью атмосферы является азот, который в том состоянии, в котором находится в атмосфере, является биологически нейтральным газом, не поддерживающим ни дыхание, ни горение. Но, тем не менее, азот имеет ключевое значение для развития и существования жизни на Земле, Азот-это обязательная составляющая часть любого белка, который состоит из аминокислот. Именно это основное соединение универсально для всех живых существ на Земле, содержит аминогруппу, по которой оно получило название, т. е. соединение, в которое входит азот. Большинство микроорганизмов без азота существовать не могут, но тем не менее, усваивать азот атмосферы они также не в состоянии. Усвоение атмосферного азота доступно только небольшой группе микроорганизмов, находящихся в земле, и от них начинается вся сложная и разветвленная пищевая цепочка разнообразной жизни земной суши. Тем не менее, азот атмосферы имеет большое биологическое значение в том, что он выполняет роль инертного разбавителя кислорода воздуха, поскольку жизнь человека и других микроорганизмов в атмосфере чистого кислорода практически невозможна.

Кислород — это важнейший с гигиенической точки зрения компонент атмосферы, так как без кислорода жизнь в ее универсальном понимании становится невозможной. Даже анаэробные микроорганизмы, которые погибают в присутствии кислорода атмосферы (а развиваться они могут только в отсутствии свободного кислорода) также нуждаются в кислороде и погибают без него. Вся суть состоит только в том, что анаэробные микро­организмы усваивают кислород из ряда соединений, в которые входит кислород, разлагая эти соединения. Итак, кислород-это универсальный жизненный агент, без которого невозможна жизнь, и недостаток его весьма негативно отражается на жизнен­ных процессах, прекращающихся ниже определенного процентного содержания кислорода в воздухе.

Наиболее чувствителен к недостаче кислорода головной мозг и затем сердечная мышца. Достаточно 3-5 минут прекращения поступления кислорода в кровь, чтобы в коре головного мозга произошли необратимые изменения и восстановление жизни стало практически невозможным. В настоящее время разработан ряд способов, снижающих потребности головного мозга в кислороде и сердечной мышцы, что вызвано потребностями хирургии, но мы не касаемся этих и других искусственно создаваемых ситуаций. Вот почему именно кислород как лечебное средство так часто используют в больничной практике. И если при лечении больных кислород выполняет большую роль, будучи включенным, в различные терапевтические комплексы, то с целью профилактики применение кислорода неоправданно скромно.

При использовании кислорода, как с лечебной, так и с профилактической целями, необходимо иметь в виду следующее. Действительно, кислород — это живительный газ, без которого невозможна жизнь. Кислород может быть чудодейственным средством, подчас буквально воскрешая больного или пострадавшего и возвращая его от смерти к жизни. Все это так, но при неумелом его использовании, при увеличенных количествах вводимого кислорода, при неправильном его применении организму может быть нанесен серьезный ущерб. Причина такого неожиданного оборота следующая.

Углекислый газ в атмосфере содержится, как мы указывали выше, в пределах 0,03% — 0,04%. Это естественная норма и больше в природе, без вмешательства человека, его обычно нет. Однако надо иметь в виду, что в настоящее время как результат промышленной деятельности человека начались определенные изменения в атмосфере. В частности — интенсивные процессы сжигания кислорода, взамен которого в атмосферу выделяется углекислота. Процесс образования кислорода из углекислоты в природе идет постоянно. Это, в основном, процессы фотосинтеза, когда растения потребляют из атмосферы углекислый газ и выделяют в атмосферу кислород. Идет и обратный процесс дыхания — потребления кислорода с выделени­ем углекислоты. В природе — это процессы дыхания, гниения, брожения и частично процессы горения, как это имеет место при лесных пожарах и в аналогичных ситуациях. Но в эти естественные процессы начал вмешиваться человек.

Достаточно вспомнить, какое количество кислорода необходимо для сжигания в мощных котельных тепловых электростанций, теплоцентралей, обеспечивающих города и поселки отоплением, в многочисленных котельных жилых и промышленных зданий, в круглосуточно пылающих доменных и мартеновских печах и коксовых батареях. А сколько кислорода необходимо для работы автомобильных двигателей, передвижения морских судов и воздушных лайнеров, находящихся постоянно в воздухе. Приведем только один небольшой, но, на наш взгляд, весьма иллюстративный пример. Современный воздушный лайнер при перелете через океан по пути из Европы в Америку сжигает в своих турбинах вместе с топливом более сорока тонн кислорода. Только один трансконтинентальный лайнер, а сколько в воздухе постоянно находится гражданских и военных самолетов?

Легкими Земли являются леса, которые за счет фотосинтеза возвращают в атмосферу кислород. Но и тут процесс идет в направлении, обратном природной схеме. Известно, как низведены леса не только в Европе, но и в их больших массивах, таких как сибирская тайга, южноамериканская сельва. А сколько гектаров еще не срубленных лесов ежегодно погибают от лесных пожаров, кислотных дождей и других итогов хозяйственной деятельности человека?

Все эти действия, как указанные, так и не перечисленные нами, ведут к изменению соотношения кислорода и углекислоты в атмосферном воздухе. Особенно изменения такого соотношения отмечаются в городах, причем, как правило, чем крупнее город, тем ощутимее эти изменения.

Для понимания этих изменений и той профилактической тактики, к которой мы хотим подвести читателя, следует остановиться на физиолого-гигиеническом значении углекислоты в атмосферном воздухе.

В атмосферном воздухе по объему углекислоты содержится 0,03-0,04%. В закрытых помещениях, в которых горожане проводят большую часть суток, а, следовательно, жизни, углекислоты содержится несколько больше. Это неизбежно, поскольку при дыхании потребляется кислород и выделяется углекислота.

Верхней границы нормы содержания углекислоты в воздухе помещений в гигиене нет. Один из создателей современной научной гигиены Макс фон Петтенкофер предложил за верхнюю границу допустимого содержания в помещении углекислоты принять 0,07%. Это предложение чисто эмпирическое, которое исходит из того, что если в природном воздухе углекислоты 0,03-0,04%, а, следовательно, в среднем 0,035%, то концентрацию вдвое выше, т.е. 0,07% можно уже принять за допустимый максимум. Основывался Петтенкофер на тех наблюдениях, доказывающих, что находящиеся в помещениях с содержанием углекислоты в воздухе 0,07-0,08% обычно жалуются на ухудшение самочувствия, появление головных бо­лей и другие явления ухудшения самочувствия.

Однако дальнейшее изучение этой проблемы не подтвердило данных о невозможности пребывания в атмосфере с количеством углекислоты по объему большим чем 0,07-0,08%. Людям давали дышать газовой смесью, в которой содержание углекислоты было выше названных количеств, а самочувствие и работоспособность не сокращались.

Поэтому было высказано предположение, что ухудшение самочувствия в плохо проветриваемых помещениях наступает не вследствие увеличения количества углекислоты и некоторого снижения концентрации кислорода, а вследствие изменения соотношения между количествами кислорода и углекислоты.

Высказывались мнения, что при пребывании людей в помещении изменяются влажность воздуха и температура, указывалась на значительные изменения электрических параметров воздуха. Все эти предположения всегда подтверждались экспериментальными данными, и в каждом из них был свой определенный резон.

Когда появилась необходимость обеспечить дыхание человека в экстремальных условиях (а так было при прогрессе авиации и подъеме самолетов с негерметичными кабинами на большие высоты, где дыхание забортным воздухом уже становилось невозможным; при развитии автономного погружения под воду аквалангистов и в других аналогичных ситуациях), то выяснилось следующее. Когда в начале попробовали дать максимум того, что наиболее необходимо — кислорода, то результат не оправдал ожиданий. Даже специально тренированный человек с отличным здоровьем не выдержит долгого дыхания чистым кислородом. Начали пробовать дыхательные смеси и вот уже выяснилось, что углекислота в воздухе — не отход жизнедеятельности, а жизненно необходимое соединение для нормального функционирования организма. Это на заре развития научной физиологии и во времена становления научной гигиены считали, что для жизнедея­тельности организма необходим только кислород, а углекислота, это конечный продукт обмена, выводимый из организма. Даже сейчас можно услышать, как углекислоту в популярных изданиях и лекциях называют «шлаком» или отходом жизнедеятельности организма и есть много теорий, как выводить «шлаки» из орга­низма и чем интенсивней это делать, тем ближе путь к крепкому здоровью. Такой примитивный взгляд, к сожалению, прочно укоренился, и зачастую школьников даже в настоящее время обучают именно в таком ключе. Но это заблуждение можно развеять повседневными наблюдениями, которые хорошо известны каждому.

Если быстро пробежать даже небольшую дистанцию, то вследствие резкого повышения энергетического обмена кровь не может обеспечить поступление с дыханием достаточного для организма количества кислорода. Те небольшие резервы кислорода, которые имеются в организме, будут из крови утилизированы и создастся так называемый кислородный долг. В то же время в крови начнется накопление и углекислоты, которая в том количестве, в котором она образуется, не может быть выведена из организма с выдыхаемым воздухом. Остановившись после пробежки, человек некоторое время часто и глубоко дышит пока, не насытит кровь кислородом, а эритроциты не выведут через легкие излишки накопившейся в крови углекислоты. Мы обращаем внимание: не выведут излишки накопившейся в крови углекислоты. То, что дело не только в недостаче кислорода, можно убедиться на другом альтернативном примере. Если спокойно сидящий человек начнет часто и глубоко дышать, то у большинства начнется головокружение, а волевое продолжение глубокого дыхания может закончиться обмороком и даже вообще остановкой дыхания на некоторое время. Почему такой неожиданный результат? Дело в том, что при глубоком и частом дыхании начнется одновременно два процесса:

— Насыщение крови кислородом в количествах больших, чем это обычно имеет место.

— Начнется усиленное вымывание из крови углекислоты, и как результат этих двух процессов, начнется изменение нормального соотношения кислород — углекислота.

В крови будет увеличиваться количество кислорода, а также одновременно начнется уменьшение количества углекислоты относительно нормы.

Что же происходит, когда в крови меняется соотношение кислород-углекислота? Происходит сдвиг в кислотно-щелочном равновесии и изменяются буферные возможности крови, а это очень важная константа для многих обменных процессов. Кроме того, углекислота является биологическим раздражителем дыхательного центра. Повышение концентрации углекислоты в крови раздражает и этим активизирует работу дыхательного центра в головном мозгу и дыхание немедленно учащается и углубляется. Снижение содержания углекислоты в крови ведет к торможению деятельности дыхательного центра, что проявляет себя в задержке, снижений глубины и частоты дыхания, т.е., как мы говорим, сокращается интенсивность вентиляции легких.

Поэтому в дыхательных газовых смесях повышают не только концентрацию кислорода, но и обязательно подбирают адекватные поставленным задачам увеличенные в смеси количества углекислоты. Таким образом, оказалось, что углекислота — это не «шлак», не продукт обмена, который чем полнее и скорее вывести из организма, тем лучше. Углекислота-это биологически активный компонент, без которого не может нормально осуществляться функция внешнего дыхания.

Именно поэтому, если тяжело больному с наступающими симптомами нарушения дыхания, дать из кислородной подушки чистый кислород, то вместо ожидаемого благоприятного эффекта можно в ответ получить остановку дыхания. По существующим правилам больному дают дышать кислородом, направляя струю этого живительного газа из мундштука подушки, держа его на расстоянии 15-20 см ото рта. В этом случае больной дышит не кислородом, а воздухом, обогащенным кислородом. А это уже совершенно разные варианты процедуры.

Теперь можно и подвести итог. Для нормального жизнеобеспечения необходимо дышать воздухом, в котором должно быть около 21% по объему кислорода и 0,03-0,04% углекислоты. Остальное заполняет инертный разбавитель — азот. Что же мы имеем в наших помещениях? Количество кислорода вследствие дыхания всегда несколько ниже оптимальных природных норм. В противоположность этому количество углекислоты всегда несколько больше этих же норм. Следовательно, необходимое соотношение между кислородом и углекислотой нарушено. Ну, а если в производственных помещениях есть еще и различные профессиональные вредности, поступающие в организм с воздухом, т.е. при дыхании? В таком варианте вне зависимости от характера профвредностей данного производства и сам процесс дыхания будет дополнительно затруднен, а, следовательно, возможности поступления в организм кислорода и, соответственно — выведение из организма углекислоты, будут дополнительно затруднены и газообмен деформирован.

В такой ситуации вне зависимости от деталей внешней среды производства, его негативного профессионально вредного влияния дополнительные небольшие количества кислорода, профилактически вводимые в организм, всегда будут уместны и окажут несомненное профилактическое воздействие.

Отсюда следует однозначный вывод. В любом комплексе профилактических мероприятий на предприятиях, особенно с профессионально вредными условиями труда, введение в любой профилактический комплекс кислородных процедур не только желательно, но и всегда будет позитивным актом.

Поэтому предлагаемые кислородные процедуры в любых профессионально-вредных условиях, а для пожилых, уже не работающих людей, которым проводятся профилактические процедуры типа групп здоровья, следует предусмотреть кислородопрофилактику.

Удивительная история открытия кислорода.

Кто же был первым?

Официально признанные претенденты на приоритет в открытии кислорода: Карл Вильгельм Шееле, Джозеф Пристли, Антуан Лавуазье. Мы уже упоминали о том, что в классической дискуссии по поводу открытия кислорода рассматриваются кандидатуры сразу трёх учёных, имеющих законное право претендовать на это великое открытие. Это шведский химик Карл Вильгельм Шееле (C.W.Scheele, 1742-1786), английский священник Джозеф Пристли (Joseph Priestley, 1733-1804), и французский химик Антуан Лавуазье (Lavoisier, Antoine Laurent, 1743-1794). Возможно, наличие такого обилия претендентов связано с тем, что предшествующий открытию кислорода прогресс нормальной науки, в данном случае химии газов, весьма основательно подготовил почву для этого события. Самым первым претендентом, получившим относительно чистую пробу

МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ КИСЛОРОДА

В XIX веке возможности получения кислорода были ограничены, и его получали только лабораторными способами. В лаборатории кислород удобнее всего получать из его соединений с другими элементами. Чаще всего кислород получают нагреванием таких веществ (в состав которых кислород входит в связанном виде), как перманганат калия (марганцовка), хлорат калия (бертолетова соль), нитрат калия (селитра):

Пероксид водорода обычно используется в виде 3%-го водного раствора. Многие из Вас знакомы с ним, потому что такой раствор применяется как дезинфицирующее средство при обработке царапин и мелких ран. Он мало устойчив, и уже при стоянии медленно разлагается на кислород и воду. Попав на царапину или ранку, пероксид начинает выделять кислород гораздо интенсивнее (сильно пузырится, шипит). Дело здесь в том, что кровь содержит особые вещества (катализаторы), которые ускоряют реакцию разложения пероксида водорода. Катализаторами разложения Н2О2 могут служить многие вещества, в том числе и неорганические: диоксид марганца (MnO2), древесный уголь (углерод), железный порошок. Существуют и «антикатализаторы» — то есть вещества, замедляющие химическое превращение. Такие замедлители химических реакций называются ингибиторами. Например, фосфорная кислота Н3РО4 по каким-то причинам препятствует разложению пероксида водорода.Интересен способ получения кислорода из пероксидов металлов, который раньше применяли на подводных лодках, потому что одновременно с выделением кислорода происходит поглощение углекислого газа:

На современных атомных подводных лодках, где имеется мощный и почти неисчерпаемый источник электрической энергии, есть возможность получать кислород разложением воды под действием электрического тока (электролизом воды):

Однако для получения кислорода в больших количествах для нужд промышленности и медицины человечество должно было изобрести какие-то новые, более совершенные и производительные способы получения кислорода. Попытки создать более или менее мощную кислородную промышленность предпринимались еще с XIX века во многих странах. Но от идеи до технического воплощения часто лежит «дистанция огромного размера». Проще всего получить кислород из воздуха, поскольку воздух — не соединение, и разделить воздух не так уж трудно. Температуры кипения азота и кислорода отличаются (при атмосферном давлении) на 12,8° С. Следовательно, жидкий воздух можно разделить на компоненты в ректификационных колоннах так же, как делят, например, нефть. Но чтобы превратить воздух в жидкость, его нужно охладить до -196° С. Можно сказать, что проблема получения кислорода — это проблема получения холода. Чтобы получать холод с помощью обыкновенного воздуха, последний нужно сжать, а затем дать ему расшириться и при этом заставить его производить механическую работу. Тогда в соответствии с законами физики воздух будет охлаждаться. Машины, в которых это происходит, называют детандерами. Чтобы получить жидкий воздух с помощью поршневых детандеров, необходимо давления порядка 200 атмосфер. Но тогда КПД у такой установки будет немногим выше, чем у паровой машины. И сама установка получается сложной, громоздкой, и дорогой. В конце тридцатых годов советский физик, академик П.Л. Капица предложил использовать в качестве детандера турбину. Главная особенность турбодетандера Капицы заключается в том, что воздух в ней расширяется не только в сопловом аппарате, но и на лопатках рабочего колеса. При этом газ движется от периферии колеса к центру, работая против центробежных сил. Турбодетандер «делает» холод с помощью воздуха, сжатого всего лишь до нескольких атмосфер. Энергия, которую отдает расширяющийся воздух, не пропадает напрасно, она используется для вращения ротора генератора электрического тока. Если газ был сжат очень сильно, то его расширение может привести к такому сильному охлаждению, что часть воздуха сжижается. Жидкий воздух собирают в специальные сосуды, называемые сосудами Дьюара. Из пространства между внутренней и внешней стенками сосуда откачан воздух. Вакуум практически не проводит тепло, поэтому жидкий газ, даже имея очень низкую температуру, может сохраняться в таком сосуде длительное время. Жидкий кислород кипит при более «высокой» температуре (-183С), чем жидкий азот (-196С). Поэтому при «нагревании» жидкого воздуха, когда температура этой очень холодной жидкости медленно повышается от -200С до -180С, прежде всего при -196С перегоняется азот (который опять сжижают) и только следом перегоняется кислород. Если такую перегонку жидкого азота и кислорода произвести неоднократно, то можно получить весьма чистый кислород. Обычно его хранят в сжатом виде в стальных баллонах, окрашенных в голубой цвет. Характерная голубая окраска баллонов нужна для того, чтобы нельзя было спутать кислород с каким-нибудь другим сжатым газом. Аппаратура для промышленного получения кислорода, как мы видим, очень сложна и энергоемка. Современные установки для разделения воздуха, в которых холод получают с помощью турбодетандеров, дают промышленности, прежде всего металлургии и химии, сотни тысяч кубометров газообразного кислорода.

ПРОЦЕСС PSA

Атмосферный воздух содержит примерно 21% кислорода, 78% азота, 0,9% аргона и 0,1% других газов. Концентраторы кислорода отделяют кислород из сжатого воздуха посредством уникального процесса адсорбции переменного давления (PSA). Процесс PSA использует молекулярное сито (синтетический цеолит), которое при высоком давлении притягивает (адсорбирует) азот и примеси, содержащиеся в воздухе, под высоким давлением и выделяет (десорбирует) их при низком давлении. Кислородный генератор использует две колонки, наполненные молекулярным ситом в качестве адсорбента. По мере того, как сжатый воздух проходит через один из адсорбентов, молекулярное сито поглощает азот и примеси. В результате на выходе из адсорбера скапливается оставшийся кислород в виде обработанного газа. До того как адсорбер пропитается азотом, впускной воздушный клапан переключается на второй адсорбер. В это время происходит регенерация первого адсорбера, которая заключается в выделении азота и примесей путем сброса давления и удаления их вместе с небольшим количеством кислорода. Затем этот цикл повторяется. В результате получается очищенный до 95,5% кислород (оставшаяся часть — инертный аргон), который соответствует требованиям. При нормальных рабочих условиях молекулярное сито является полностью регенеративным и рассчитано на неограниченно длительный срок эксплуатации. Концентраторы кислорода зарекомендовали себя и успешно эксплуатируются во всем мире, включая Россию.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КИСЛОРОДА В МЕДИЦИНЕ

Ингаляционный метод введения кислорода в организм

Значение кислорода для жизнедеятельности организма было хорошо изучено физиологами, но его широкое применение в медицинской практике задерживалось из-за технических сложностей получения кислорода из воздуха. После разработки технологии промышленного получения кислорода из воздуха началось его широкое применение в медицинской практике и введение в организм. Применение кислорода в медицине начиналось с его естественного пути поступления — через систему дыхания, т.е. ингаляционным путем.

На первом этапе использовался транспортный баллон и кислородная подушка, затем были сконструированы различные приборы, которые давали возможность дышать уже дыхательными смесями. В больницах появились кислородные палатки, а затем стали монтировать кислородные станции с подведением транспортных коммуникаций кислорода непосредственно к кровати больного.

В настоящее время кислород в качестве не только реанимационного, но и планового терапевтического средства используется при ряде заболеваний легких: пневмонии, осложнения при пневмосклерозе, эмфиземе легких, различных заболеваниях сердечно-сосудистой системы и самих легких, приводящих к такому тяжелому состоянию, как отек легких.

Широко используется кислород при многих заболеваниях сердечно-сосудистой системы, в результате чего улучшается ее функционирование. Незаменим кислород при инфарктах миокарда и различных сосудистых заболеваниях головного мозга. Применяется достаточно широко кислород и при ряде других патологических состояний, в результате которых возникает состояние гипоксии, т.е. нехватка кислорода в крови, а отсюда и в различных органах и тканях.

Ингаляционный путь введения кислорода вначале казался единственно возможным, так как соответствовал пути его есте­ственного поступления в организм. Для этого человеку давали дышать чистым кислородом — вначале, а затем оказалось, что значительно лучше вариант вдыхания воздуха, обогащенного кислородом.

Однако выяснилось и следующее. Дыхание чистым кислородом таит в себе серьезные опасности и стало очевидно, что необходимо только повышать парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе. Но и тут возникла необходимость ограничивать количество вводимого кислорода.

Оказалось, что значительное повышение количества кислорода во вдыхаемом воздухе далеко не безразлично для легочной ткани. Особенно это сказывается на нервных окончаниях, находящихся в альвеолярной стенке, которые получают очень сильные раздражения. Возникают мощные потоки импульсов в центральную нервную и синокаротидную рефлексогенные зоны, различные периферические центры вегетативной нервной системы. Все это совместно и каждый из указанных путей самостоятельно могут привести к серьезным дисбалансным состояниям хорошо коммутированных и поэтому работающих при четкой координации различных органов и систем организма. Кроме того, следует учитывать и действие непосредственно высоких концентраций кислорода на легочную ткань.

Таким образом, изучая наиболее распространенный способ введения, а можно сказать, и естественного основного пути поступления кислорода в организм, можно уже сделать следующие обобщения.

Действие кислорода, поступающего в организм ингаляционным путем, т. е. с вдыхаемым воздухом в легкие, проходит не однозначно и складывается по крайней мере из трех компонентов влияния.

— Заместительное действие кислорода при его контакте с кровью основным транспортным средством кислорода из легких к тканям и органам. Главное значение этой заместительной функции кислорода при его контакте со стенкой легочной альвеолы — это восполнение недостатка кислорода в организме, который в тканях и органах все время участвует в обменных процессах и поэтому нуждается в постоянном пополнении.

— Рефлекторное действие кислорода при его контакте с нервными рецепторами легких. Некоторые особенности рефлекторного действия, идущего через кору головного мозга, вегетативные центры, как в центральной нервной системе, так и в периферических центрах, находящихся в отдельных органах. Это нервнорефлекторное действие проявляется в виде успокаивающего влияния на повышенное возбуждение в связи с недостатком кислорода и нормализует деятельность органов и систем, входящих в зону иннервации этих рецепторов. При недостатке кислорода возрастает напряжение компенсаторных механизмов и начинается повышенная функциональная активность данной системы.

— Повышается эффективность использования фармакологических средств, снижается количество обращений за медицинской помощью, сокращается количество госпитализаций в год, а также Поступающие нервные импульсы ведут к успокоению этих функций и нормализации их работы, что в совокупности приводит к улучшению ко­ординации между различными системами.

— Местное влияние на ткань, контактирующую непосредственно с кислородом, Такой контакт всегда связан с активизацией функциональной деятельности ткани и улучшении ее физиологической активности.

Поэтому механизм действия кислорода следует рассматривать не только как компенсаторный, заместительный вариант, что, естественно, является ведущим и основным фактором жизнеобес­печения организма, но и учитывать что, прекращение или даже сокращение количества кислорода для нужд обмена веществ в организме ведет к его смерти. Эта основная, но не единственная функция кислорода. Тогда, когда в организм кислород поступает в достаточном количестве для обеспечения им обменных процессов, важнейшую функцию продолжают выполнять процессы, связанные с его рефлекторным воздействием через нервную ве­гетативную систему, и действие кислорода непосредственно на органы и ткани при их контакте.

КИСЛОРОДНАЯ ТЕРАПИЯ

Кислородная терапия — это снабжение пациента кислородом в более высокой концентрации, чем в атмосферном воздухе, для лечения и профилактики симптомов и проявлений гипоксемии.

В крупных городах недостаток кислорода приобретает наиболее масштабные формы, и городские жители особенно остро ощущают его дефицит — Гипоксию.

Гипоксия — нехватка кислорода в тканях организма, которой в той или иной степени подвержены все городские жители. Дефицит кислорода сказывается на состоянии всех систем и органов, в первую очередь жизненно важных: сердце, легких, головном мозге, печени.

Симптомами гипоксии являются: слабость, быстрая утомляемость, плохой сон, ухудшение состояния кожи, снижение памяти, головные боли, нарушение сексуальных функций, пониженный иммунитет, депрессивное состояние, накопление токсинов в крови.

Естественный способ избавится от гипоксии — повысить количество кислорода в организме.

Современная медицина располагает необходимым набором средств для предотвращения кислородного голодания. Кислород вводят в организм ингаляционным путем, подкожно, внутрибрюшинно. Для Кислородной терапии используют катетеры, маски, кислородные подушки, специальные ингаляторы, газификаторы жидкого кислорода, кислородные концентраторы, баллоны со сжатым кислородом. Применяют также лечение кислородом под повышенным давлением — гипербарическую оксигенацию.

На сегодняшний день для проведения кислородной терапии наиболее эффективными и экономически выгодными признаны кислородные концентраторы. Это связано с их неоспоримыми преимуществами: надежностью, безопасностью, простотой и удобством в использовании. Для работы кислородным концентраторам нужна лишь электрическая сеть, нет необходимости в их дозаправке, сложном обслуживании и прочих манипуляция, требующихся для баллонов со сжатым кислородом и газификаторов жидкого кислорода.В термине гипоксемия «hypo» означает аномально низкое, «oxemia»- количество кислорода в крови. Значительное падение уровня кислорода в крови называется гипоксемией и лечится с помощью длительной кислородной терапии (ДКТ).ДКТ — это признанный стандарт лечения пациентов с хронической гипоксемией и хроническим обструктивным заболеванием легких (ХОБЛ)

Показаниями к длительной кислородной терапии служит ряд заболеваний, симптомом которых является гипоксемия: эмфизема, хронический бронхит, астма, профессиональные заболевания легких, рак легких, кистозный фиброз, застойная сердечная недостаточность и др.

Использование кислорода у больных с хронической гипоксемией должно быть постоянным, длительным и может проводиться в домашних условиях. Это совершенно безопасно, экономически выгодно и эффективно с медицинской точки зрения.Суммарный предполагаемый эффект проведения длительной кислородной терапии — продление жизни больным на 10-15 лет (по данным министерства здравоохранения США, Франции). Вывод, к которому пришли исследователи: наилучшие результаты достигаются при проведении кислородотерапии не менее 15-24 час/сут.При проведении длительной кислородной терапии у пациентов: улучшается общее состояние,

· снижается продолжительность пребывания больных в стационарах.Также своевременное назначение длительной кислородной терапии поможет пациенту оставаться социально активным, работать в офисе, выполнять домашнюю работу.

Сущность и основы терапии с ионизированным кислородом

Терапия ионизатором кислорода это природный метод, который основан на долголетних исследованиях в области естествознания. Эти исследования связаны с влиянием в содержащимся в чистом воздухе электричества (в форме отрицательных ионов воздуха) на живые организмы. Доказано, что отрицательные ионы в природной концентрации жизненно необходимы для важных функций, таких как клеточное дыхание и клеточный обмен веществ. К тому же исследования указывают на тот факт, что снижение отрицательных ионов в воздухе (напр. посредством отработавших газов или курения в плохо проветриваемых помещениях) может вызвать заметные нарушения клеточных функций, функций кровеносных сосудов и органов.

Существуют различные мнения в отношении степени ионизации и применения отрицательных ионов без риска и побочных действий. Для лечения используется концентрация, близкая к природной.

Образование ионов в ионной камере

В ионной камере ионизатора кислорода образуются отрицательно заряженые ионы посредством так называемого тихого электрического разряда, через которые пропускается кислород.

Естественное электричество, которое пропадает в воздухе из-за загрязнения, искусственно воспроизводится и остается во вдыхаемом кислороде.

Недостаток отрицательных ионов проявляется в снижении физической и умственной работоспособности и отражается в таких симптомах как усталость, плохое самочувствие, нервозность и ослабление концентрации.

Хронический дефицит в организме ионизированного кислорода, может повлечь за собой серьезные последствия. Нарушения сна, осложнение работы сердечно сосудистой системы, заболевания дыхательных путей, нервные болезни, нарушения психики, язва желудка и даже рак. Все последствия нездорового образа жизни усиливаются различными вредными воздействиями окружающей среды.

Все эти вредные воздействия ведут, как правило, к длительному ослаблению иммунной системы и к болезням, которые часто сопровождаются постоянными болями. К таким воздействиям относятся, прежде всего, высокое загрязнение воздуха, использование денатурализованных пищевых продуктов, а также волнения и длительный стресс. Если не принимать целенаправленных мер против этих факторов, острые болезни могут перерасти в хронические.

Лечение ионами кислорода это обеспечение содержания энергии в клетке, клеточного обмена и клеточного дыхания.

Учёные в области естественных наук и медики, занимающиеся исследованиями ионов для здоровья отмечают тот факт, что ионы способствуют регуляции психологических процессов. Наблюдаются положительные результаты у пациентов с нарушениями функции кровеносных сосудов и органов.

Проведенные исследования доказывают, что сокращение или отсутствие отрицательных ионов в воздухе затрудняют дыхание, оказывает отрицательное влияние на клеточный обмен и его функцию и способствует возникновению новообразований.

Концентрация, близкая к природной это примерно 100.000 отрицательных ионов в кубическом сантиметре воздуха. Такое соотношение было раньше, и оно присутствует на климатических курортах. В природе отрицательные ионы возникают от водопадов, волн и др. Сегодня концентрация отрицательных ионов резко снизилась во всем мире из-за загрязнения воздуха, особенно в государствах с высокоразвитой промышленностью.

Преобладание в воздухе положительных ионов отрицательно сказывается на состоянии здоровья. Доказано положительное влияние воздуха или кислорода с преобладанием отрицательных ионов на «регуляцию гомеостаза» и «снижения воспалительных процессов». Также доказано, что отрицательные ионы убивают определенные вирусы, защищают от инфекций и обладают профилактическим действием.

Согласно 20-летним исследованиям медиков и ученых в области естественных наук, доказан принцип воздействия и разработаны различные методы применения отрицательных ионов в лечебной практике.

Профилактическое лечение отрицательными ионами кислорода

Отрицательно заряженные ионы не только жизненно необходимы, но и оказывают оживляющее воздействие на весь организм независимо от того здоров ли человек или болен. Стимулируются все функции, мышечная сила (показания эргометра), умственная работоспособность (измерениям мозговых волн), гормоны (сравнительный анализ гормонов).

Отрицательно заряженные ионы не только активируют кислород, но и образуют электрический заряд. Эта энергия необходима для повышения энергетической ценности пищи.

Отрицательные ионы кислорода стимулируют сниженные функции и облегчают их быстрое восстановление. Они действуют только тогда, когда это необходимо. Результатом является поддержание баланса и здоровья.

Главный принцип медицины — не навреди, здесь, как нигде находит свое отражение.

Отрицательные ионы в концентрации, близкой к природной не воздействуют на те функции, которые осуществляются нормально и не оказывают негативного воздействия на здоровый организм.

Терапия ионизированным воздухом рекомендована для лечения, поддержания здоровья и для профилактики болезней.

Показания к применению

Пульмонология:

• туберкулез бронхо-легочной системы,
• туберкулезная интоксикация,
• хронический рецидивирующий и обструктивный бронхит,
• астматический бронхит,
• профессиональные заболевания органов дыхания,
• острые отравления токсическими газами,
• эмфизема легких,
• бронхиальная астма,
• фарингиты.

Кардиология:
• гипертоническая болезнь 1-2 степени,
• стабильная стенокардия 2-3 ф.к.,
• функциональные кардиопатии,
• постинфарктное состояние,
• ревматизм с вторичным иммуннодефицитным синдромом,
• ИБС,
• атеросклеротический кардиосклероз с артериальной гипертензией,
• ВСД по гипертоническому типу,
• варикозное расширение вен и тромбофлебиты. Гастроэнтерология:
• хронические гастриты, гастродуодениты,
• язвенная болезнь 12-ти перстной кишки,
• хронические холециститы,
• дискинезии желчевыводящих путей,
• хронические гепатиты, в т.ч. у ликвидаторов последствий аварий на ЧАЭС,
• хронические колиты и энтероколиты. Гематология:
• анемия,
• лейкемия. Эндокринология:
• сахарный диабет,
• ожирение 1 и 2 степени, Неврология:
• дисциркуляторная энцефалопатия,
• цереброваскулярная патология,
• ВСД,

Предбиологическая (химическая) эволюция

По мнению большинства ученых (в первую очередь астрономов и геологов), Земля сформировалась как небесное тело около 5 млрд лет т.н. путем конденсации частиц вращавшегося вокруг Солнца газопылевого облака.

Под влиянием сил сжатия частицы, из которых формируется Земля, выделяют огромное количество тепла. В недрах Земли начинаются термоядерные реакции. В результате Земля сильно разогревается. Таким образом, 5 млрд лет т.н. Земля представляла собой несущийся в космическом пространстве раскаленный шар, температура поверхности которою достигала 4000-8000°С (смеха. 2).

Постепенно, за счет излучения тепловой энергии в космическое пространство, Земля начинает остывать. Около 4 млрд лет т.н. Земля остывает настолько, что на ее поверхности формируется твердая кора; одновременно из ее недр вырываются легкие, газообразные вещества, поднимающиеся вверх и формирующие первичную атмосферу.

По составу первичная атмосфера существенно отличалась от современной. Свободный кислород в атмосфере древней Земли, по-видимому, отсутствовал, а в ее состав входили вещества в восстановленном состоянии, такие, как водород (Н2), метан (СН4), аммиак (NH3), пары воды (Н2О), а возможно, также азот (N2), окись и двуокись углерода (СО и С02).

Восстановительный характер первичной атмосферы Земли чрезвычайно важен для зарождения жизни, поскольку вещества в восстановленном состоянии обладают высокой реакционной способностью и в определенных условиях способны взаимодействовать друг с другом, образуя органические молекулы.

Отсутствие в атмосфере первичной Земли свободного кислорода (практически весь кислород Земли был связан в виде окислов) также является важной предпосылкой возникновения жизни, поскольку кислород легко окисляет и тем самым разрушает органические соединения.

Поэтому при наличии в атмосфере свободного кислорода накопление на древней Земле значительного количества органических веществ было бы невозможно.

Около 5 млрд лет т.п. — возникновение Земли как небесного тела; температура поверхности — 4000-8000°С

Около 4 млрд лет т.н. — формирование земной коры и первичной атмосферы

При температуре 1000°С — в первичной атмосфере начинается синтез простых органических молекул

Энергию для синтеза дают:

Температура первичной атмосферы ниже 100°С — формирование первичного океана —

Синтез сложных органических молекул — биополимеров из простых органических молекул:

  • простые органические молекулы — мономеры
  • сложные органические молекулы — биополимеры

Основные этапы химической эволюции

Схема. 2. Основные этапы химической эволюции

Когда температура первичной атмосферы достигает 1000°С, в ней начинается синтез простых органических молекул, таких, как аминокислоты, нуклеотиды, жирные кислоты, простые сахара, многоатомные спирты, органические кислоты и др.

Энергию для синтеза поставляют грозовые разряды, вулканическая деятельность, жесткое космическое излучение и, наконец, ультрафиолетовое излучение Солнца, от которого Земля еще не защищена озоновым экраном, причем именно ультрафиолетовое излучение ученые считают основным источником энергии для абиогенного (т.е. проходящею без участия живых организмов) синтеза органических веществ.

Признанию и широкому распространению теории А.И. Опарина во многом способствовало то, что процессы абиогенного синтеза органических молекул легко воспроизводятся в модельных экспериментах.

Возможность синтеза органических веществ из неорганических была известна с начала 19 в. Уже в 1828 г. выдающийся немецкий химик Ф. Вёлер синтезировал органическое вещество — мочевину из неорганическою — циановокислого аммония. Однако возможность абиогенного синтеза органических веществ в условиях, близких к условиям древней Земли, была впервые показана в опыте С. Миллера.

В 1953 г. молодой американский исследователь, студент- дипломник Чикагского университета Стенли Миллер воспроизвел в стеклянной колбе с впаянными в нес электродами первичную атмосферу Земли, которая, по мнению ученых того времени, состояла из водорода метана СН4, аммиака NH, и паров воды Н20 (рис. 3).

Через эту газовую смесь С. Миллер в течение недели пропускал электрические разряды, имитирующие грозовые. По окончании эксперимента в колбе были обнаружены α-аминокислоты (глицин, аланин, аспарагин, глутамин), органические кислоты (янтарная, молочная, уксусная, гликоколовая), у-оксимасляная кислота и мочевина.

Установка С. Миллера

Рис. 3. Установка С. Миллера

В дальнейших опытах по абиогенному синтезу, проводимых различными исследователями, использовались не только электрические разряды, но и другие виды энергии, характерные для древней Земли, — космическое, ультрафиолетовое и радиоактивное излучения, высокие температуры, присущие вулканической деятельности, а также разнообразные варианты газовых смеси, имитирующих первичную атмосферу.

В результате был получен практически весь спектр органических молекул, характерных для живого: аминокислоты, нуклеотиды, жироподобные вещества, простые сахара, органические кислоты.

Более того, абиогенный синтез органических молекул может происходить на Земле и в настоящее время (например, в процессе вулканической деятельности).

При этом в вулканических выбросах можно обнаружить не только синильную кислоту HCN, являющуюся предшественником аминокислот и нуклеотидов, но и отдельные аминокислоты, нуклеотиды и даже такие сложные по строению органические вещества, как порфирины. Абиогенный синтез органических веществ возможен не только на Земле, но и в космическом пространстве. Простейшие аминокислоты обнаружены в составе метеоритов и комет.

Когда температура первичной атмосферы опустилась ниже 100°С, на Землю обрушились горячие дожди и появился первичный океан. С потоками дождя в первичный океан поступали абиогенно синтезированные органические вещества, что превратило его, но образному выражению английского биохимика Джона Холдейна, в разбавленный «первичный бульон».

Однако процессы полимеризации отдельных нуклеогидов, аминокислот и Сахаров — это реакции конденсации, они протекают с отщеплением воды, следовательно, водная среда способствует не полимеризации, а, напротив, гидролизу биополимеров (т.е. разрушению их с присоединением воды).

Образование биополимеров (в частности, белков из аминокислот) могло происходить в атмосфере при температуре около 180°С, откуда они смывались в первичный океан с атмосферными осадками. Кроме того, возможно, на древней Земле аминокислоты концентрировались в пересыхающих водоемах и полимеризовались в сухом виде под действием ультрафиолетового света и тепла лавовых потоков.

Несмотря на то что вода способствует гидролизу биополимеров, в живой клетке синтез биополимеров осуществляется именно в водной среде. Этот процесс катализируют особые белки-катализаторы — ферменты, а необходимая для синтеза энергия выделяется при распаде аденозинтрифосфорной кислоты — АТФ.

Возможно, синтез биополимеров в водной среде первичного океана катализировался поверхностью некоторых минералов. Экспериментально показано, что раствор аминокислоты аланина может полимеризоваться в водной среде в присутствии особого вида глинозема. При этом образуется пептид полиаланин. Реакция полимеризации аланина сопровождается распадом АТФ.

Полимеризация нуклеотидов проходит легче, чем полимеризация аминокислот. Показано, что в растворах с высокой концентрацией солей отдельные нуклеотиды самопроизвольно полимеризуются, превращаясь в нуклеиновые кислоты.

Жизнь всех современных живых существ — это процесс непрерывного взаимодействия важнейших биополимеров живой клетки — белков и нуклеиновых кислот.

Белки — это «молекулы-рабочие», «молекулы-инженеры» живой клетки. Характеризуя их роль в обмене веществ, биохимики часто используют такие образные выражения, как «белок работает», «фермент ведет реакцию». Важнейшая функция белков- каталитическая. Как известно, катализаторы — это вещества, которые ускоряют химические реакции, но сами в конечные продукты реакции не входят.

Нуклеиновые кислоты — это «молекулы-компьютеры», молекулы — хранители наследственной информации. Нуклеиновые кислоты хранят информацию не обо всех веществах живой клетки, а только о белках. Достаточно воспроизвести в дочерней клетке белки, свойственные материнской клетке, чтобы они точно воссоздали все химические и структурные особенности материнской клетки, а также свойственный ей характер и темпы обмена веществ. Сами нуклеиновые кислоты также воспроизводятся благодаря каталитической активности белков.

Таким образом, тайна зарождения жизни — это тайна возникновения механизма взаимодействия белков и нуклеиновых кислот. Какими же сведениями об этом процессе располагает современная наука? Какие молекулы явились первичной основой жизни — белки или нуклеиновые кислоты?

Ученые полагают, что несмотря на ключевую роль белков в обмене веществ современных живых организмов, первыми «живыми» молекулами были не белки, а нуклеиновые кислоты, а именно рибонуклеиновые кислоты (РНК).

В 1982 г. американский биохимик Томас Чек открыл автокаталитические свойства РНК. Он экспериментально показал, что в среде, содержащей в высокой концентрации минеральные соли, рибонуклеотиды спонтанно (самопроизвольно) полимеризуются, образуя полинуклеотиды — молекулы РНК.

На исходных полинуклеотидных цепях РНК, как на матрице, путем спаривания комплементарных азотистых оснований образуются РНК-копии. Реакция матричного копирования РНК катализируется исходной молекулой РНК и не требует участия ферментов либо других белков.

Дальнейшие события достаточно хорошо объясняются процессом, который можно было бы назвать «естественным отбором» на уровне молекул. При самокопировании (самосборке) молекул РНК неизбежно возникают неточности, ошибки. Содержащие ошибки копии РНК снова копируются.

Поскольку параллельно с процессами синтеза идут и процессы распада РНК, в реакционной среде будут накапливаться молекулы, обладающие либо большей стабильностью, либо лучшими автокаталитическими свойствами (т.е. молекулы, которые быстрее себя копируют, быстрее «размножаются»).

На некоторых молекулах РНК, как на матрице, может происходить самосборка небольших белковых фрагментов — пептидов. Вокруг молекулы РНК образуется белковый «чехол».

Наряду с автокаталитическими функциями Томас Чек обнаружил у молекул РНК и явление самосплайсинга. В результате самосплайсинга участки РНК, не защищенные пептидами, самопроизвольно удаляются из РНК (они как бы «вырезаются» и «выбрасываются»), а оставшиеся участки РНК, кодирующие белковые фрагменты, «срастаются», т.е. самопроизвольно объединяются в единую молекулу. Эта новая молекула РНК уже будет кодировать большой сложный белок (рис. 4).

По-видимому, первоначально белковые чехлы выполняли в первую очередь, защитную функцию, предохраняя РНК от разрушения и повышая тем самым ее стабильность в растворе (такова функция белковых чехлов и у простейших современных вирусов).

Очевидно, что на определенном этапе биохимической эволюции преимущество получили молекулы РНК, кодирующие не только защитные белки, но и белки-катализаторы (ферменты), резко ускоряющие скорость копирования РНК. По-видимому, именно таким образом и возник процесс взаимодействия белков и нуклеиновых кислот, который мы в настоящее время называем жизнью.

В процессе дальнейшего развития, благодаря появлению белка с функциями фермента — обратной транскриптазы, на одно- цепочечных молекулах РНК стали синтезироваться состоящие из двух цепей молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Отсутствие у дезоксирибозы ОН-группы в 2′ положении делает молекулы ДНК более стабильными по отношению к гидролитическому расщеплению в слабощелочных растворах, а именно слабощелочной была реакция среды в первичных водоемах (эта реакция среды сохранилась и в цитоплазме современных клеток).

Где же происходило развитие сложного процесса взаимодействия белков и нуклеиновых кислот? По теории А.И. Опарина, местом зарождения жизни стали так называемые коацерватные капли.

Гипотеза возникновения взаимодействия белков и нуклеиновых кислот

Рис. 4. Гипотеза возникновения взаимодействия белков и нуклеиновых кислот: а) в процессе самокопирования РНК накапливаются ошибки (1 — нуклеотиды, соответствующие исходной РНК; 2 — нуклеотиды, не соответствующие исходной РНК, — ошибки в копировании); б) на часть молекулы РНК за счет ее физико-химических свойств «налипают» аминокислоты (3 — молекула РНК; 4 — аминокислоты), которые, взаимодействуя друг с другом, превращаются в короткие белковые молекулы — пептиды. В результате свойственного молекулам РНК самосплайсинга незащищенные пептидами участки молекулы РНК разрушаются, а оставшиеся «срастаются» в единую молекулу, кодирующую крупный белок.

В результате возникает молекула РНК, покрытая белковым чехлом (сходное строение имеют и наиболее примитивные современные вирусы, например вирус табачной мозаики)

Явление коацервации состоит в том, что в некоторых условиях (например, в присутствии электролитов) высокомолекулярные вещества отделяются от раствора, но не в форме осадка, а в виде более кон центрирован но го раствора — коацервата. При встряхивании коацерват распадается на отдельные мелкие капельки. В воде такие капли покрываются стабилизирующей их гидратной оболочкой (оболочкой из молекул воды) — рис. 5.

Коацерватные капли обладают некоторым подобием обмена веществ: иод воздействием чисто физико-химических сил они могут избирательно впитывать из раствора некоторые вещества и выделять в окружающую среду продукты их распада. За счет избирательного концентрирования веществ из окружающей среды они могут расти, а но достижении определенного размера начинают «размножаться», отпочковывая маленькие капельки, которые, в свою очередь, могут расти и «почковаться».

Возникшие в результате концентрирования белковых растворов коацерватные капли в процессе перемешивания под действием волн и ветра могут покрываться оболочкой из липидов: одинарной, напоминающей мицеллы мыла (при однократном отрыве капли от поверхности воды, покрытой липидным слоем), либо двойной, напоминающей клеточную мембрану (при повторном падении капли, покрытой однослойной липидной мембраной, на липидную пленку, покрывающую поверхность водоема — рис. 5).

Процессы возникновения коацерватных капель, их роста и «почкования», а также «одевания» их мембраной из двойного липидного слоя легко моделируются в лабораторных условиях.

Для коацерватных капель также существует процесс «естественного отбора», при котором в растворе сохраняются наиболее стабильные капли.

Несмотря на внешнее сходство коацерватных капель с живыми клетками, у коацерватных капель отсутствует главный признак живого — способность к точному самовоспроизведению, самокопированию. Очевидно, предшественниками живых клеток явились такие коацерватные капли, в состав которых вошли комплексы молекул-репликаторов (РНК или ДНК) и кодируемых ими белков.

Возможный путь перехода от коацерватных капель к примитивным клешам

Рис 5. Возможный путь перехода от коацерватных капель к примитивным клешам:

а) образование коацервата; 6) стабилизация коацерватных капель в водном растворе; в) — формирование вокруг капли двойного липидного слоя, похожего на клеточную мембрану: 1 — коацерватная капля; 2 — мономолекулярный слой липида на поверхности водоема;

3 — формирование вокруг капли одинарного липидного слоя; 4 — формирование вокруг капли двойного липидного слоя, похожего на клеточную мембрану; г) — коацерватная капля, окруженная двойным липидным слоем, с вошедшим в ее состав белково-нуклеотидным комплексом — прообраз первой живой клетки

Исключительно сложный, не до конца понятный современной науке процесс возникновения жизни на Земле прошел с исторической точки зрения чрезвычайно быстро. Уже 3,5 млрд лет т.н. химическая эволюция завершилась появлением первых живых клеток и началась биологическая эволюция.

Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий