¿Por qué respiramos? ¿Por qué se necesita oxígeno natural?¿Por qué entra oxígeno al cuerpo?

Como ya resultó, los glóbulos rojos, y en particular la hemoglobina, llevan oxígeno a las células del cuerpo.
¿Por qué una célula necesita oxígeno?

Oxígeno

Características estructurales de la molécula de O: el oxígeno atmosférico consta de moléculas diatómicas, cada molécula de O contiene 2 electrones desapareados.
Energía La disociación de la molécula de O en átomos es bastante alto y es 493,57 kJ/mol.

La alta fuerza del enlace químico entre los átomos de la molécula de O conduce al hecho de que a temperatura ambiente el oxígeno gaseoso es químicamente bastante inactivo. En la naturaleza, sufre una transformación lenta durante los procesos de descomposición. Cuando se calienta, aunque sea ligeramente, la actividad química del oxígeno aumenta drásticamente. Cuando se enciende, reacciona explosivamente con hidrógeno, metano, otros gases inflamables y una gran cantidad de sustancias simples y complejas.

¿Por qué una célula necesita energía?

Cada célula viva debe extraer energía constantemente. Ella necesita energía para generar calor y sintetizar ( crear) algunas sustancias químicas vitales, como proteínas o sustancias hereditarias. La célula necesita energía y para mover.Las células del cuerpo que son capaces de moverse se llaman células musculares. Pueden encogerse. Esto pone en movimiento nuestros brazos, piernas, corazón e intestinos. Finalmente, se necesita energía para generar corriente electrica: Gracias a él, unas partes del cuerpo se comunican con otras. Y la conexión entre ellos la proporcionan principalmente las células nerviosas.

¿Cómo obtiene energía una célula?

Las células queman nutrientes y en el proceso se libera una cierta cantidad de energía.Pueden hacer esto de dos maneras.
Primero, quemar carbohidratos, principalmente glucosa, en falta de oxígeno. Esta es la forma más antigua de extracción de energía y es muy ineficaz. Recuerda que la vida se originó en el agua, es decir, en un ambiente donde había muy poco oxígeno.

En segundo lugar, células del cuerpoquemar ácido pirúvico, grasas y proteínas en presencia de oxígeno.Todas estas sustancias contienen carbono e hidrógeno.Quemando hidrógeno en oxígeno puro.libera una gran cantidad de energía

¿Recuerda los informes televisivos de los puertos espaciales sobre lanzamientos de cohetes? Se elevan debido a la increíble cantidad de energía liberada durante... la oxidación del hidrógeno, es decir, cuando se quema en oxígeno.Los cohetes espaciales de la altura de una torre se elevan hacia el cielo debido a la enorme energía que se libera cuando el hidrógeno se quema en oxígeno puro.Sus tanques de combustible están llenos de hidrógeno y oxígeno líquidos. Cuando los motores arrancan, el hidrógeno comienza a oxidarse y el enorme cohete vuela rápidamente hacia el cielo. Quizás esto parezca increíble, y sin embargo: la misma energía que transporta un cohete espacial hacia el cielo también sustenta la vida en las células de nuestro cuerpo.Esta misma energía mantiene la vida en las células de nuestro cuerpo.Sólo que en las celdas no se produce ninguna explosión y de ellas no brota un haz de llamas. La oxidación se produce por etapas y, por lo tanto, se forman moléculas de ATP en lugar de energía térmica y cinética.

El oxígeno se utiliza activamente para respirar. Y esta es su función principal. También es necesario para otros procesos que normalizan la actividad de todo el organismo en su conjunto.

¿Para qué sirve el oxígeno?

El oxígeno es la clave para el desempeño exitoso de una serie de funciones, que incluyen:
- aumentar el rendimiento mental;
- aumentar la resistencia del cuerpo al estrés y reducir el estrés nervioso;
- mantener un nivel normal de oxígeno en la sangre, mejorando así la nutrición de las células y órganos de la piel;
- se normaliza el funcionamiento de los órganos internos, se acelera el metabolismo;
- aumento de la inmunidad;
- pérdida de peso: el oxígeno favorece la descomposición activa de las grasas;
- normalización del sueño: debido a la saturación de células con oxígeno, el cuerpo se relaja, el sueño se vuelve más profundo y dura más;
- resolver el problema de la hipoxia (es decir, falta de oxígeno).

El oxígeno natural, según científicos y médicos, es bastante capaz de hacer frente a estas tareas, pero, lamentablemente, en condiciones urbanas surgen problemas con una cantidad suficiente de oxígeno.

Los científicos dicen que la cantidad de oxígeno necesaria para garantizar una vida normal sólo se puede encontrar en las zonas boscosas, donde su nivel es de aproximadamente el 21%, y en los bosques suburbanos, alrededor del 22%. Otras zonas incluyen mares y océanos. Además, los gases de escape también influyen en la ciudad. Debido a la falta de la cantidad adecuada de oxígeno, las personas experimentan un estado permanente de hipoxia, es decir, falta de oxígeno. Como resultado, muchos reportan un deterioro significativo de su salud.

Los científicos han determinado que hace 200 años una persona recibía hasta el 40% del oxígeno natural del aire, y hoy esta cifra se ha reducido a la mitad, hasta el 21%.

Cómo reemplazar el oxígeno natural

Dado que una persona claramente no tiene suficiente oxígeno natural, los médicos recomiendan agregar una oxigenoterapia especial. No existen contraindicaciones para tal procedimiento, pero ciertamente habrá beneficios. Las fuentes para obtener oxígeno adicional incluyen cilindros y almohadas de oxígeno, concentradores, cócteles y cócteles formadores de oxígeno.

Además, para recibir la máxima cantidad posible de oxígeno natural, es necesario respirar correctamente. Por lo general, las personas amamantan, pero este método es incorrecto y antinatural para los humanos. Esto se debe al hecho de que cuando se inhala a través del pecho, el aire no puede llenar completamente los pulmones y limpiarlos. Los médicos dicen que la respiración torácica también provoca un funcionamiento inadecuado del sistema nervioso. De ahí el estrés, la depresión y otro tipo de trastornos. Para sentirse bien y obtener la mayor cantidad de oxígeno posible del aire, es necesario respirar con el estómago.

Oxígeno- uno de los elementos más comunes no sólo en la naturaleza, sino también en la composición del cuerpo humano.

Las especiales propiedades del oxígeno como elemento químico lo han convertido, durante la evolución de los seres vivos, en un compañero necesario en los procesos fundamentales de la vida. La configuración electrónica de la molécula de oxígeno es tal que tiene electrones desapareados, que son muy reactivos. Al poseer, por tanto, altas propiedades oxidantes, la molécula de oxígeno se utiliza en los sistemas biológicos como una especie de trampa para los electrones, cuya energía se extingue cuando se combinan con el oxígeno en una molécula de agua.

No hay duda de que el oxígeno está “en casa” para los procesos biológicos como aceptor de electrones. La solubilidad del oxígeno tanto en la fase acuosa como en la lipídica también es muy útil para un organismo cuyas células (especialmente las membranas biológicas) están construidas a partir de materiales física y químicamente diversos. Esto le permite difundirse con relativa facilidad a cualquier formación estructural de las células y participar en reacciones oxidativas. Es cierto que el oxígeno es varias veces más soluble en grasas que en un ambiente acuoso, y esto se tiene en cuenta al utilizar oxígeno como agente terapéutico.

Cada célula de nuestro cuerpo requiere un suministro ininterrumpido de oxígeno, donde se utiliza en diversas reacciones metabólicas. Para entregarlo y clasificarlo en células, se necesita un aparato de transporte bastante potente.

En condiciones normales, las células del cuerpo necesitan suministrar entre 200 y 250 ml de oxígeno por minuto. Es fácil calcular que la necesidad diaria es considerable (unos 300 litros). Con trabajo duro, esta necesidad se multiplica por diez.

La difusión de oxígeno desde los alvéolos pulmonares a la sangre se produce debido a la diferencia (gradiente) alveolar-capilar de la tensión de oxígeno, que al respirar aire normal es: 104 (pO 2 en los alvéolos) - 45 (pO 2 en los capilares pulmonares ) = 59 mmHg. Arte.

El aire alveolar (con una capacidad pulmonar promedio de 6 litros) no contiene más de 850 ml de oxígeno, y esta reserva alveolar puede suministrar oxígeno al cuerpo durante solo 4 minutos, dado que el requerimiento promedio de oxígeno del cuerpo en condiciones normales es de aproximadamente 200 ml. por minuto.

Se ha calculado que si el oxígeno molecular simplemente se disolviera en el plasma sanguíneo (y se disuelve mal en él: 0,3 ml en 100 ml de sangre), entonces, para garantizar la necesidad normal de él por parte de las células, es necesario aumentar la La velocidad del flujo sanguíneo vascular hasta 180 l por minuto. De hecho, la sangre se mueve a una velocidad de sólo 5 litros por minuto. El suministro de oxígeno a los tejidos se realiza mediante una sustancia maravillosa: la hemoglobina.

La hemoglobina contiene un 96% de proteína (globina) y un 4% de componente no proteico (hemo). La hemoglobina, como un pulpo, captura oxígeno con sus cuatro tentáculos. El papel de "tentáculos" que captan específicamente las moléculas de oxígeno en la sangre arterial de los pulmones lo desempeña el hemo, o más bien el átomo de hierro bivalente situado en su centro. El hierro se "une" dentro del anillo de porfirina mediante cuatro enlaces. Este complejo de hierro con porfirina se llama protohema o simplemente hemo. Los otros dos enlaces de hierro se dirigen perpendiculares al plano del anillo de porfirina. Uno de ellos va a la subunidad proteica (globina) y el otro queda libre, capta directamente el oxígeno molecular.

Las cadenas polipeptídicas de la hemoglobina están dispuestas en el espacio de tal manera que su configuración se aproxima a la esférica. Cada uno de los cuatro glóbulos tiene un "bolsillo" en el que se coloca el hemo. Cada hemo es capaz de capturar una molécula de oxígeno. Una molécula de hemoglobina puede unir un máximo de cuatro moléculas de oxígeno.

¿Cómo “funciona” la hemoglobina?

Las observaciones del ciclo respiratorio del "pulmón molecular" (como llamó a la hemoglobina el famoso científico inglés M. Perutz) revelan las sorprendentes características de esta proteína pigmentaria. Resulta que las cuatro gemas funcionan en conjunto, en lugar de hacerlo de forma independiente. A cada una de las gemas se le informa, por así decirlo, si su pareja ha añadido oxígeno o no. En la desoxihemoglobina, todos los "tentáculos" (átomos de hierro) sobresalen del plano del anillo de porfirina y están listos para unirse a una molécula de oxígeno. Una vez atrapada una molécula de oxígeno, el hierro pasa al interior del anillo de porfirina. La primera molécula de oxígeno es la más difícil de unir y cada una de las siguientes se vuelve mejor y más fácil. En otras palabras, la hemoglobina actúa según el proverbio "el apetito viene con la comida". La adición de oxígeno incluso cambia las propiedades de la hemoglobina: se convierte en un ácido más fuerte. Este hecho es de gran importancia en la transferencia de oxígeno y dióxido de carbono.

Una vez saturada de oxígeno en los pulmones, la hemoglobina de los glóbulos rojos la transporta a través del torrente sanguíneo hasta las células y tejidos del cuerpo. Sin embargo, antes de saturar la hemoglobina, el oxígeno debe disolverse en el plasma sanguíneo y atravesar la membrana de los glóbulos rojos. En la práctica, especialmente cuando se utiliza oxigenoterapia, es importante que el médico tenga en cuenta las capacidades potenciales de la hemoglobina de los eritrocitos para retener y administrar oxígeno.

Un gramo de hemoglobina en condiciones normales puede unir 1,34 ml de oxígeno. Razonando más, podemos calcular que con un contenido medio de hemoglobina en la sangre del 14-16 ml%, 100 ml de sangre unen 18-21 ml de oxígeno. Si tenemos en cuenta el volumen de sangre, que en promedio es de unos 4,5 litros en hombres y 4 litros en mujeres, entonces la actividad de unión máxima de la hemoglobina de los eritrocitos es de unos 750-900 ml de oxígeno. Por supuesto, esto sólo es posible si toda la hemoglobina está saturada de oxígeno.

Al respirar aire atmosférico, la hemoglobina no está completamente saturada: 95-97%. Puedes saturarlo usando oxígeno puro para respirar. Basta con aumentar su contenido en el aire inhalado al 35% (en lugar del habitual 24%). En este caso, la capacidad de oxígeno será máxima (igual a 21 ml de O 2 por 100 ml de sangre). El oxígeno ya no podrá unirse debido a la falta de hemoglobina libre.

Una pequeña cantidad de oxígeno permanece disuelta en la sangre (0,3 ml por 100 ml de sangre) y de esta forma se transfiere a los tejidos. En condiciones naturales, las necesidades de los tejidos se satisfacen con oxígeno unido a la hemoglobina, porque el oxígeno disuelto en el plasma es una cantidad insignificante: solo 0,3 ml en 100 ml de sangre. Esto lleva a la conclusión: si el cuerpo necesita oxígeno, entonces no puede vivir sin hemoglobina.

Durante su vida (aproximadamente 120 días), los glóbulos rojos hacen un trabajo tremendo, transfiriendo alrededor de mil millones de moléculas de oxígeno desde los pulmones a los tejidos. Sin embargo, la hemoglobina tiene una característica interesante: no siempre absorbe oxígeno con la misma avidez ni lo entrega a las células circundantes con la misma disposición. Este comportamiento de la hemoglobina está determinado por su estructura espacial y puede estar regulado por factores tanto internos como externos.

El proceso de saturación de la hemoglobina con oxígeno en los pulmones (o disociación de la hemoglobina en las células) se describe mediante una curva en forma de S. Gracias a esta dependencia, es posible un suministro normal de oxígeno a las células incluso con pequeñas diferencias en la sangre (de 98 a 40 mm Hg).

La posición de la curva en forma de S no es constante y su cambio indica cambios importantes en las propiedades biológicas de la hemoglobina. Si la curva se desplaza hacia la izquierda y su curvatura disminuye, esto indica un aumento en la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno y una disminución en el proceso inverso: la disociación de la oxihemoglobina. Por el contrario, un desplazamiento de esta curva hacia la derecha (y un aumento en la curvatura) indica exactamente lo contrario: una disminución en la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno y una mejor liberación del mismo a los tejidos. Está claro que es aconsejable desplazar la curva hacia la izquierda para capturar oxígeno en los pulmones y hacia la derecha para liberarlo a los tejidos.

La curva de disociación de la oxihemoglobina cambia según el pH del ambiente y la temperatura. Cuanto más bajo es el pH (cambio al lado ácido) y mayor es la temperatura, peor captura el oxígeno la hemoglobina, pero mejor lo entrega a los tejidos durante la disociación de la oxihemoglobina. De ahí la conclusión: en una atmósfera caliente, la saturación de oxígeno de la sangre se produce de manera ineficaz, pero con un aumento de la temperatura corporal, la descarga de oxihemoglobina del oxígeno es muy activa.

Los glóbulos rojos también tienen sus propios dispositivos reguladores. Es el ácido 2,3-difosfoglicérico, que se forma durante la descomposición de la glucosa. El "estado de ánimo" de la hemoglobina en relación con el oxígeno también depende de esta sustancia. Cuando el ácido 2,3-difosfoglicérico se acumula en los glóbulos rojos, reduce la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno y promueve su liberación a los tejidos. Si no hay suficiente, el panorama es el contrario.

También ocurren acontecimientos interesantes en los capilares. En el extremo arterial del capilar, la difusión de oxígeno se produce perpendicular al movimiento de la sangre (de la sangre a la célula). El movimiento se produce en la dirección de la diferencia de presiones parciales de oxígeno, es decir, hacia el interior de las células.

Las células dan preferencia al oxígeno físicamente disuelto y es el primero en utilizarlo. Al mismo tiempo, la oxihemoglobina se descarga de su carga. Cuanto más intensamente trabaja un órgano, más oxígeno necesita. Cuando se libera oxígeno, se liberan los tentáculos de hemoglobina. Debido a la absorción de oxígeno por los tejidos, el contenido de oxihemoglobina en la sangre venosa cae del 97 al 65-75%.

La descarga de oxihemoglobina favorece simultáneamente el transporte de dióxido de carbono. Este último, formado en los tejidos como producto final de la combustión de sustancias que contienen carbono, ingresa a la sangre y puede provocar una disminución significativa del pH del medio ambiente (acidificación), lo que es incompatible con la vida. De hecho, el pH de la sangre arterial y venosa puede fluctuar dentro de un rango extremadamente estrecho (no más de 0,1), y para ello es necesario neutralizar el dióxido de carbono y eliminarlo de los tejidos a los pulmones.

Es interesante que la acumulación de dióxido de carbono en los capilares y una ligera disminución del pH del medio ambiente simplemente contribuyen a la liberación de oxígeno por la oxihemoglobina (la curva de disociación se desplaza hacia la derecha y la curva en forma de S aumenta). La hemoglobina, que desempeña el papel del propio sistema tampón de la sangre, neutraliza el dióxido de carbono. En este caso se forman bicarbonatos. Parte del dióxido de carbono está unido a la propia hemoglobina (lo que da como resultado la formación de carbhemoglobina). Se estima que la hemoglobina participa directa o indirectamente en el transporte de hasta el 90% del dióxido de carbono desde los tejidos hasta los pulmones. En los pulmones se producen procesos inversos, porque la oxigenación de la hemoglobina conduce a un aumento de sus propiedades ácidas y a la liberación de iones de hidrógeno al medio ambiente. Estos últimos, combinados con bicarbonatos, forman ácido carbónico, que la enzima anhidrasa carbónica descompone en dióxido de carbono y agua. Los pulmones liberan dióxido de carbono y la oxihemoglobina, que une cationes (a cambio de iones de hidrógeno escindidos), se mueve hacia los capilares de los tejidos periféricos. Una conexión tan estrecha entre los actos de suministrar oxígeno a los tejidos y eliminar el dióxido de carbono de los tejidos a los pulmones nos recuerda que cuando utilizamos oxígeno con fines medicinales, no debemos olvidarnos de otra función de la hemoglobina: liberar al cuerpo del exceso de dióxido de carbono.

La diferencia arterial-venosa o la diferencia de presión de oxígeno a lo largo del capilar (desde el extremo arterial al venoso) da una idea de la demanda de oxígeno de los tejidos. La longitud del recorrido capilar de la oxihemoglobina varía en los diferentes órganos (y sus necesidades de oxígeno no son las mismas). Por tanto, por ejemplo, la tensión de oxígeno en el cerebro desciende menos que en el miocardio.

Aquí, sin embargo, es necesario hacer una reserva y recordar que el miocardio y otros tejidos musculares se encuentran en condiciones especiales. Las células musculares tienen un sistema activo para capturar oxígeno de la sangre que fluye. Esta función la realiza la mioglobina, que tiene la misma estructura y funciona según el mismo principio que la hemoglobina. Solo la mioglobina tiene una cadena proteica (y no cuatro, como la hemoglobina) y, en consecuencia, un hemo. La mioglobina es como una cuarta parte de la hemoglobina y captura solo una molécula de oxígeno.

La estructura única de la mioglobina, que se limita únicamente al nivel terciario de organización de su molécula proteica, está asociada con la interacción con el oxígeno. La mioglobina se une al oxígeno cinco veces más rápido que la hemoglobina (tiene una alta afinidad por el oxígeno). La curva de saturación de mioglobina (o disociación de oximioglobina) con oxígeno tiene forma de hipérbola en lugar de forma de S. Esto tiene un gran sentido biológico, ya que la mioglobina, ubicada en lo profundo del tejido muscular (donde la presión parcial de oxígeno es baja), capta oxígeno con avidez incluso en condiciones de baja tensión. Se crea una especie de reserva de oxígeno, que se gasta, si es necesario, en la formación de energía en las mitocondrias. Por ejemplo, en el músculo cardíaco, donde hay mucha mioglobina, durante la diástole se forma una reserva de oxígeno en las células en forma de oximioglobina, que durante la sístole satisface las necesidades del tejido muscular.

Al parecer, el trabajo mecánico constante de los órganos musculares requería dispositivos adicionales para captar y reservar oxígeno. La naturaleza lo creó en forma de mioglobina. Es posible que las células no musculares también tengan algún mecanismo aún desconocido para capturar oxígeno de la sangre.

En general, la utilidad del trabajo de la hemoglobina de los eritrocitos está determinada por la cantidad que pudo transportar a la célula y transferirle moléculas de oxígeno y eliminar el dióxido de carbono que se acumula en los capilares de los tejidos. Desafortunadamente, este trabajador a veces no trabaja a plena capacidad y sin culpa alguna: la liberación de oxígeno de la oxihemoglobina en el capilar depende de la capacidad de las reacciones bioquímicas de las células para consumir oxígeno. Si se consume poco oxígeno, parece “estancarse” y, debido a su baja solubilidad en un medio líquido, ya no sale del lecho arterial. Los médicos observan una disminución en la diferencia arteriovenosa de oxígeno. Resulta que la hemoglobina transporta inútilmente parte del oxígeno y, además, menos dióxido de carbono. La situación no es agradable.

El conocimiento de los patrones de funcionamiento del sistema de transporte de oxígeno en condiciones naturales permite al médico sacar una serie de conclusiones útiles para el uso correcto de la oxigenoterapia. No hace falta decir que es necesario utilizar, junto con el oxígeno, agentes que estimulen la zitropoyesis, aumenten el flujo sanguíneo en el cuerpo afectado y ayuden al uso del oxígeno en los tejidos del cuerpo.

Al mismo tiempo, ¿es necesario saber claramente para qué se gasta el oxígeno en las células, garantizando su existencia normal?

En su camino hacia su lugar de participación en las reacciones metabólicas dentro de las células, el oxígeno supera muchas formaciones estructurales. Las más importantes son las membranas biológicas.

Cada célula tiene una membrana plasmática (o externa) y una extraña variedad de otras estructuras de membrana que unen partículas subcelulares (orgánulos). Las membranas no son simplemente particiones, sino formaciones que realizan funciones especiales (transporte, descomposición y síntesis de sustancias, producción de energía, etc.), que están determinadas por su organización y la composición de las biomoléculas que las componen. A pesar de la variabilidad en la forma y tamaño de las membranas, están compuestas predominantemente de proteínas y lípidos. Otras sustancias que también se encuentran en las membranas (por ejemplo, los carbohidratos) están conectadas mediante enlaces químicos a lípidos o proteínas.

No nos detendremos en los detalles de la organización de las moléculas de proteínas y lípidos en las membranas. Es importante señalar que todos los modelos de estructura de biomembranas ("sándwich", "mosaico", etc.) asumen la presencia en las membranas de una película lipídica bimolecular mantenida unida por moléculas de proteínas.

La capa lipídica de la membrana es una película líquida que está en constante movimiento. El oxígeno, debido a su buena solubilidad en grasas, atraviesa la doble capa lipídica de las membranas y ingresa a las células. Parte del oxígeno se transfiere al ambiente interno de las células a través de transportadores como la mioglobina. Se cree que el oxígeno está en estado soluble en la célula. Probablemente se disuelva más en formaciones lipídicas y menos en hidrofílicas. Recordemos que la estructura del oxígeno responde perfectamente a los criterios de un agente oxidante utilizado como trampa de electrones. Se sabe que la principal concentración de reacciones oxidativas se produce en orgánulos especiales, las mitocondrias. Las comparaciones figurativas que los bioquímicos hicieron con las mitocondrias hablan del propósito de estas partículas pequeñas (de 0,5 a 2 micrones de tamaño). Se les llama tanto “centrales de energía” como “centrales eléctricas” de la célula, destacando así su papel principal en la formación de compuestos ricos en energía.

Probablemente valga la pena hacer aquí una pequeña digresión. Como sabes, una de las características fundamentales de los seres vivos es la extracción eficiente de energía. El cuerpo humano utiliza fuentes externas de energía: nutrientes (carbohidratos, lípidos y proteínas), que se trituran en trozos más pequeños (monómeros) con la ayuda de enzimas hidrolíticas del tracto gastrointestinal. Estos últimos son absorbidos y entregados a las células. Sólo aquellas sustancias que contienen hidrógeno, que tiene un gran suministro de energía libre, tienen valor energético. La tarea principal de la célula, o más bien de las enzimas que contiene, es procesar los sustratos de tal manera que se les elimine el hidrógeno.

Casi todos los sistemas enzimáticos que desempeñan una función similar están localizados en las mitocondrias. Aquí se oxidan el fragmento de glucosa (ácido pirúvico), los ácidos grasos y los esqueletos carbonados de los aminoácidos. Después del procesamiento final, se “quita” el hidrógeno restante de estas sustancias.

El hidrógeno, que se separa de sustancias combustibles con la ayuda de enzimas especiales (deshidrogenasas), no se encuentra en forma libre, sino en combinación con portadores especiales: las coenzimas. Son derivados de la nicotinamida (vitamina PP) - NAD (nicotinamida adenina dinucleótido), NADP (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato) y derivados de riboflavina (vitamina B 2) - FMN (flavina mononucleótido) y FAD (flavina adenina dinucleótido).

El hidrógeno no se quema inmediatamente, sino gradualmente, en porciones. De lo contrario, la célula no podría utilizar su energía, porque cuando el hidrógeno interactúa con el oxígeno se produciría una explosión, lo que se demuestra fácilmente en experimentos de laboratorio. Para que el hidrógeno libere en partes la energía contenida en él, existe una cadena de portadores de electrones y protones en la membrana interna de las mitocondrias, también llamada cadena respiratoria. En una determinada sección de esta cadena, los caminos de electrones y protones divergen; los electrones saltan a través de los citocromos (que, como la hemoglobina, están formados por proteínas y hemo) y los protones escapan al medio ambiente. En el punto final de la cadena respiratoria, donde se encuentra la citocromo oxidasa, los electrones se "deslizan" hacia el oxígeno. En este caso, la energía de los electrones se extingue por completo y el oxígeno, que une los protones, se reduce a una molécula de agua. El agua ya no tiene valor energético para el organismo.

La energía liberada por los electrones que saltan a lo largo de la cadena respiratoria se convierte en energía de los enlaces químicos del trifosfato de adenosina, ATP, que sirve como principal acumulador de energía en los organismos vivos. Dado que aquí se combinan dos actos: la oxidación y la formación de enlaces fosfato ricos en energía (presentes en el ATP), el proceso de formación de energía en la cadena respiratoria se denomina fosforilación oxidativa.

¿Cómo se produce la combinación del movimiento de los electrones a lo largo de la cadena respiratoria y la captura de energía durante este movimiento? Aún no está del todo claro. Mientras tanto, la acción de los convertidores de energía biológicos permitiría resolver muchas cuestiones relacionadas con la salvación de las células del organismo afectadas por un proceso patológico, que, por regla general, experimentan falta de energía. Según los expertos, revelar los secretos del mecanismo de formación de energía en los seres vivos conducirá a la creación de generadores de energía técnicamente más prometedores.

Éstas son perspectivas. Por ahora, se sabe que la captura de energía de los electrones se produce en tres tramos de la cadena respiratoria y, por tanto, la combustión de dos átomos de hidrógeno produce tres moléculas de ATP. La eficiencia de un transformador de energía de este tipo se acerca al 50%. Teniendo en cuenta que la proporción de energía suministrada a la célula durante la oxidación del hidrógeno en la cadena respiratoria es de al menos el 70-90%, quedan claras las coloridas comparaciones que se hicieron con las mitocondrias.

La energía ATP se utiliza en una variedad de procesos: para el ensamblaje de estructuras complejas (por ejemplo, proteínas, grasas, carbohidratos, ácidos nucleicos) a partir de la construcción de proteínas, actividad mecánica (contracción muscular), trabajo eléctrico (la aparición y propagación de impulsos nerviosos). ), transporte y acumulación de sustancias en el interior de las células, etc. En definitiva, la vida sin energía es imposible, y en cuanto hay una fuerte escasez de ella, los seres vivos mueren.

Volvamos a la cuestión del lugar que ocupa el oxígeno en la generación de energía. A primera vista, la participación directa del oxígeno en este proceso vital parece disfrazada. Probablemente sería apropiado comparar la combustión de hidrógeno (y la resultante formación de energía) con una línea de producción, aunque la cadena respiratoria no es una línea para ensamblar, sino para “desensamblar” materia.

En el origen de la cadena respiratoria se encuentra el hidrógeno. Desde allí, el flujo de electrones se precipita hacia el destino final: el oxígeno. En ausencia de oxígeno o su escasez, la línea de producción se detiene o no funciona a plena capacidad, porque no hay nadie que la descargue o la eficiencia de la descarga es limitada. Sin flujo de electrones, sin energía. Según la acertada definición del destacado bioquímico A. Szent-Gyorgyi, la vida está controlada por el flujo de electrones, cuyo movimiento está determinado por una fuente externa de energía: el Sol. Es tentador continuar con este pensamiento y agregar que dado que la vida está controlada por el flujo de electrones, el oxígeno mantiene la continuidad de este flujo.

¿Es posible sustituir el oxígeno por otro aceptor de electrones, descargar la cadena respiratoria y restablecer la producción de energía? En principio es posible. Esto se demuestra fácilmente en experimentos de laboratorio. Para el organismo, seleccionar un aceptor de electrones como el oxígeno, de modo que pueda transportarse fácilmente, penetre en todas las células y participe en reacciones redox sigue siendo una tarea incomprensible.

Entonces, el oxígeno, si bien mantiene la continuidad del flujo de electrones en la cadena respiratoria, en condiciones normales contribuye a la formación constante de energía a partir de sustancias que ingresan a las mitocondrias.

Por supuesto, la situación presentada anteriormente está algo simplificada y lo hicimos para mostrar más claramente el papel del oxígeno en la regulación de los procesos energéticos. La eficacia de dicha regulación está determinada por el funcionamiento del aparato para transformar la energía de los electrones en movimiento (corriente eléctrica) en energía química de los enlaces ATP. Si los nutrientes están presentes incluso en presencia de oxígeno. quemarse en las mitocondrias "en vano", la energía térmica liberada en este caso es inútil para el cuerpo y puede ocurrir falta de energía con todas las consecuencias consiguientes. Sin embargo, casos tan extremos de fosforilación alterada durante la transferencia de electrones en las mitocondrias tisulares son casi imposibles y no se han encontrado en la práctica.

Mucho más frecuentes son los casos de desregulación de la producción de energía asociada con un suministro insuficiente de oxígeno a las células. ¿Esto significa muerte inmediata? Resulta que no. La evolución decidió sabiamente, dejando una cierta reserva de fuerza energética para los tejidos humanos. Lo proporciona una vía libre de oxígeno (anaeróbica) para la formación de energía a partir de carbohidratos. Su eficiencia, sin embargo, es relativamente baja, ya que la oxidación de los mismos nutrientes en presencia de oxígeno proporciona entre 15 y 18 veces más energía que sin él. Sin embargo, en situaciones críticas, los tejidos corporales siguen siendo viables precisamente gracias a la producción de energía anaeróbica (mediante glucólisis y glucogenólisis).

Esta es una pequeña digresión que habla del potencial para la formación de energía y la existencia de un organismo sin oxígeno, una prueba más de que el oxígeno es el regulador más importante de los procesos de la vida y que la existencia es imposible sin él.

Sin embargo, no menos importante es la participación del oxígeno no sólo en la energía, sino también en los procesos plásticos. Este lado del oxígeno fue señalado en 1897 por nuestro destacado compatriota A. N. Bach y el científico alemán K. Engler, quienes desarrollaron la posición "sobre la lenta oxidación de sustancias con oxígeno activado". Durante mucho tiempo estas disposiciones quedaron en el olvido debido al demasiado interés de los investigadores por el problema de la participación del oxígeno en las reacciones energéticas. Sólo en los años 60 de nuestro siglo volvió a plantearse la cuestión del papel del oxígeno en la oxidación de muchos compuestos naturales y extraños. Al final resultó que, este proceso no tiene nada que ver con la generación de energía.

El principal órgano que utiliza oxígeno para introducirlo en la molécula de la sustancia oxidada es el hígado. En las células del hígado se neutralizan de esta manera muchos compuestos extraños. Y si al hígado se le llama con razón un laboratorio para la neutralización de drogas y venenos, entonces al oxígeno en este proceso se le asigna un lugar muy honorable (si no dominante).

Brevemente sobre la localización y diseño de un aparato de consumo de oxígeno con fines plásticos. En las membranas del retículo endoplásmico, que penetra en el citoplasma de las células del hígado, hay una corta cadena de transporte de electrones. Se diferencia de una cadena respiratoria larga (con una gran cantidad de portadores). La fuente de electrones y protones en esta cadena es el NADP reducido, que se forma en el citoplasma, por ejemplo, durante la oxidación de la glucosa en el ciclo de las pentosas fosfato (por lo tanto, la glucosa puede considerarse un socio pleno en la desintoxicación de sustancias). Los electrones y protones se transfieren a una proteína especial que contiene flavina (FAD) y desde allí al enlace final, un citocromo especial llamado citocromo P-450. Al igual que la hemoglobina y los citocromos mitocondriales, es una proteína que contiene hemo. Su función es dual: une la sustancia oxidada y participa en la activación del oxígeno. El resultado final de una función tan compleja del citocromo P-450 es que un átomo de oxígeno ingresa a la molécula de la sustancia oxidada y el segundo ingresa a la molécula de agua. Las diferencias entre los actos finales de consumo de oxígeno durante la formación de energía en las mitocondrias y durante la oxidación de sustancias en el retículo endoplásmico son obvias. En el primer caso, el oxígeno se utiliza para formar agua y, en el segundo, para formar agua y un sustrato oxidado. La proporción de oxígeno consumido en el cuerpo con fines plásticos puede ser del 10 al 30% (dependiendo de las condiciones para que se produzcan favorables estas reacciones).

Plantear la cuestión (incluso de forma puramente teórica) sobre la posibilidad de sustituir el oxígeno por otros elementos no tiene sentido. Teniendo en cuenta que esta vía de utilización del oxígeno también es necesaria para el intercambio de los compuestos naturales más importantes (colesterol, ácidos biliares, hormonas esteroides), es fácil comprender hasta qué punto se extienden las funciones del oxígeno. Resulta que regula la formación de una serie de compuestos endógenos importantes y la desintoxicación de sustancias extrañas (o, como ahora se les llama, xenobióticos).

Sin embargo, cabe señalar que el sistema enzimático del retículo endoplásmico, que utiliza oxígeno para oxidar los xenobióticos, tiene algunos costes, que son los siguientes. A veces, cuando se introduce oxígeno en una sustancia, se forma un compuesto más tóxico que el original. En tales casos, el oxígeno actúa como cómplice del envenenamiento del organismo con compuestos inofensivos. Estos costes adquieren un giro importante, por ejemplo, cuando los carcinógenos se forman a partir de procarcinógenos con la participación de oxígeno. En particular, el conocido componente del humo del tabaco, el benzopireno, que se consideraba carcinógeno, adquiere estas propiedades cuando se oxida en el cuerpo para formar oxibenzopireno.

Los hechos anteriores nos obligan a prestar mucha atención a aquellos procesos enzimáticos en los que se utiliza oxígeno como material de construcción. En algunos casos, es necesario desarrollar medidas preventivas contra este método de consumo de oxígeno. Esta tarea es muy difícil, pero es necesario buscar enfoques para utilizar diversas técnicas para dirigir las potencias reguladoras del oxígeno en la dirección necesaria para el cuerpo.

Esto último es especialmente importante en el caso del uso de oxígeno en un proceso tan "incontrolado" como la oxidación con peróxido (o radicales libres) de ácidos grasos insaturados. Los ácidos grasos insaturados forman parte de varios lípidos en las membranas biológicas. La arquitectura de las membranas, su permeabilidad y las funciones de las proteínas enzimáticas incluidas en las membranas están determinadas en gran medida por la proporción de distintos lípidos. La peroxidación lipídica se produce con la ayuda de enzimas o sin ellas. La segunda opción no es diferente de la oxidación de lípidos por radicales libres en los sistemas químicos convencionales y requiere la presencia de ácido ascórbico. La participación del oxígeno en la peroxidación lipídica no es, por supuesto, la mejor manera de aprovechar sus valiosas cualidades biológicas. La naturaleza de radicales libres de este proceso, que puede ser iniciado por el hierro divalente (el centro de formación de radicales), permite que conduzca rápidamente a la desintegración de la columna vertebral lipídica de las membranas y, en consecuencia, a la muerte celular.

Sin embargo, tal catástrofe no ocurre en condiciones naturales. Las células contienen antioxidantes naturales (vitamina E, selenio, algunas hormonas) que rompen la cadena de peroxidación lipídica, impidiendo la formación de radicales libres. Sin embargo, según algunos investigadores, el uso de oxígeno en la peroxidación lipídica también tiene aspectos positivos. En condiciones biológicas, la peroxidación lipídica es necesaria para la autorrenovación de la membrana, ya que los peróxidos lipídicos son compuestos más solubles en agua y se liberan más fácilmente de la membrana. Son reemplazados por nuevas moléculas de lípidos hidrofóbicos. Sólo el exceso de este proceso conduce al colapso de las membranas y a cambios patológicos en el cuerpo.

Es hora de hacer balance. Así, el oxígeno es el regulador más importante de los procesos vitales, utilizado por las células del cuerpo como componente necesario para la formación de energía en la cadena respiratoria de las mitocondrias. Las necesidades de oxígeno de estos procesos se satisfacen de manera desigual y dependen de muchas condiciones (del poder del sistema enzimático, de la abundancia en el sustrato y de la disponibilidad de oxígeno en sí), pero aún así la mayor parte del oxígeno se gasta en procesos energéticos. Por lo tanto, el “salario digno” y las funciones de los tejidos y órganos individuales durante una falta aguda de oxígeno están determinados por las reservas endógenas de oxígeno y el poder de la vía de producción de energía sin oxígeno.

Sin embargo, no es menos importante suministrar oxígeno a otros procesos plásticos, aunque para ello se consume una parte menor. Además de una serie de síntesis naturales necesarias (colesterol, ácidos biliares, prostaglandinas, hormonas esteroides, productos biológicamente activos del metabolismo de los aminoácidos), la presencia de oxígeno es especialmente necesaria para la neutralización de drogas y venenos. En caso de intoxicación por sustancias extrañas, quizás se pueda suponer que el oxígeno es de mayor importancia para el plástico que para fines energéticos. En caso de intoxicación, este lado de la acción encuentra aplicación práctica. Y sólo en un caso el médico tiene que pensar en cómo poner una barrera al consumo de oxígeno en las células. Estamos hablando de inhibición del uso de oxígeno en la peroxidación lipídica.

Como podemos ver, el conocimiento de las características del suministro y las rutas de consumo de oxígeno en el cuerpo es la clave para desentrañar los trastornos que surgen durante los diversos tipos de condiciones hipóxicas y para las tácticas correctas para el uso terapéutico del oxígeno en la clínica. .

Si encuentra un error, resalte un fragmento de texto y haga clic en Ctrl+Entrar.

Probablemente sepas que respirar es necesario para que el oxígeno necesario para la vida ingrese al cuerpo con el aire inhalado y, al exhalar, el cuerpo libere dióxido de carbono.

Todos los seres vivos respiran, incluidos los animales,

tanto aves como plantas.

¿Por qué los organismos vivos necesitan tanto oxígeno que la vida es imposible sin él? ¿Y de dónde proviene el dióxido de carbono en las células, del que el cuerpo necesita deshacerse constantemente?

El hecho es que cada célula de un organismo vivo representa una producción bioquímica pequeña pero muy activa. ¿Sabes que no es posible producir sin energía? Todos los procesos que ocurren en las células y tejidos ocurren con el consumo de grandes cantidades de energía.

¿De dónde viene?

Con los alimentos que comemos: carbohidratos, grasas y proteínas. En las células estas sustancias oxidar. Muy a menudo, una cadena de transformaciones de sustancias complejas conduce a la formación de una fuente universal de energía: la glucosa. Como resultado de la oxidación de la glucosa, se libera energía. El oxígeno es precisamente lo que se necesita para la oxidación. La energía que se libera como resultado de estas reacciones es almacenada por la célula en forma de moléculas especiales de alta energía que, como las baterías o acumuladores, liberan energía según sea necesario. Y el producto final de la oxidación de los nutrientes es agua y dióxido de carbono, que se eliminan del cuerpo: de las células ingresa a la sangre, que transporta dióxido de carbono a los pulmones, y allí se expulsa durante la exhalación. En una hora, una persona libera a través de los pulmones de 5 a 18 litros de dióxido de carbono y hasta 50 gramos de agua.

Por cierto...

Las moléculas de alta energía que son el "combustible" de los procesos bioquímicos se denominan ATP, ácido adenosín trifosfórico. En los seres humanos, la vida útil de una molécula de ATP es inferior a 1 minuto. El cuerpo humano sintetiza alrededor de 40 kg de ATP por día, pero todo se gasta casi de inmediato y prácticamente no se crea ninguna reserva de ATP en el cuerpo. Para la vida normal, es necesario sintetizar constantemente nuevas moléculas de ATP. Por eso, sin oxígeno, un organismo vivo puede vivir como máximo unos minutos.

¿Existen organismos vivos que no necesitan oxígeno?

¡Cada uno de nosotros está familiarizado con los procesos de respiración anaeróbica! Así, la fermentación de masa o kvas es un ejemplo de proceso anaeróbico que llevan a cabo las levaduras: oxidan la glucosa a etanol (alcohol); El proceso de acidificación de la leche es el resultado del trabajo de las bacterias del ácido láctico, que llevan a cabo la fermentación del ácido láctico: convierten el azúcar de la leche en ácido láctico.

¿Por qué necesita respiración con oxígeno si tiene respiración sin oxígeno?

Entonces, la oxidación aeróbica es muchas veces más eficaz que la oxidación anaeróbica. Compare: durante la descomposición anaeróbica de una molécula de glucosa, solo se forman 2 moléculas de ATP y, como resultado de la descomposición aeróbica de una molécula de glucosa, ¡se forman 38 moléculas de ATP! Para organismos complejos con alta velocidad e intensidad de procesos metabólicos, la respiración anaeróbica simplemente no es suficiente para mantener la vida; por ejemplo, un juguete electrónico que requiere de 3 a 4 baterías para funcionar simplemente no se encenderá si solo se le inserta una batería.

¿Es posible la respiración sin oxígeno en las células del cuerpo humano?

¡Ciertamente! La primera etapa de degradación de la molécula de glucosa, llamada glucólisis, se produce sin presencia de oxígeno. La glucólisis es un proceso común a casi todos los organismos vivos. Durante la glucólisis se forma ácido pirúvico (piruvato). Es ella quien emprende el camino de nuevas transformaciones que conducen a la síntesis de ATP tanto durante la respiración con oxígeno como sin oxígeno.

Por lo tanto, las reservas de ATP en los músculos son muy pequeñas: solo son suficientes para 1 o 2 segundos de trabajo muscular. Si un músculo necesita una actividad activa pero a corto plazo, la respiración anaeróbica es la primera que se moviliza en él: se activa más rápido y proporciona energía durante unos 90 segundos de trabajo muscular activo. Si el músculo trabaja activamente durante más de dos minutos, entonces se activa la respiración aeróbica: con ella, la producción de ATP se produce lentamente, pero proporciona suficiente energía para mantener la actividad física durante mucho tiempo (hasta varias horas).

La importancia del aire para las plantas y la vida humana.

El aire es una mezcla de varios gases. El oxígeno contiene mucho nitrógeno y oxígeno. Lo más interesante es que sin estos componentes la vida en el planeta es imposible. Esto se debe al hecho de que estos químicos promueven diversas reacciones en el cuerpo. Sin ellos, el metabolismo es imposible.

¿Cuál es la importancia del aire y el oxígeno para la vida humana, las plantas y todos los organismos vivos?

Este gas participa en los procesos metabólicos. Gracias a este gas, todos los organismos vivos respiran. Esto se aplica tanto a las personas como a las plantas. Además. Cuando se inhala aire, se produce el proceso de oxidación de la glucosa en el cuerpo de animales y humanos. Durante esta reacción química, se libera energía.

Sin energía, a su vez, no es posible realizar movimiento.

¿Cuánto tiempo puede vivir una persona sana, un cerebro humano, sin aire ni oxígeno?

Los significados son ambiguos. Depende de la salud física y el entrenamiento. En general, una persona común y corriente puede estar sin aire en promedio durante 4 a 9 minutos. Si se tiene en cuenta estar bajo el agua, el bañista promedio puede estar bajo el agua durante 30 a 80 segundos. Y las niñas que extraen perlas del agua pueden vivir sin aire durante 5 minutos. El hecho es que sin oxígeno la producción de energía se detiene y el corazón se detiene. Sin oxígeno, las células cerebrales mueren.

Actualmente se han desarrollado muchos métodos para prolongar el período de dificultad para respirar. Estas técnicas son practicadas por yoguis y buceadores famosos.

¿Por qué se acumula dióxido de carbono en la sangre cuando contiene la respiración?

Esto ocurre como resultado de procesos metabólicos, o más precisamente durante la oxidación de la glucosa. Cuando la glucosa y el oxígeno interactúan, se producen agua y dióxido de carbono, que se acumulan en el cuerpo.

¿Cuánto aire y oxígeno necesita una persona por hora y por día?

Estos son números diferentes para cada persona. La cantidad también depende de la carga.

Datos aproximados sobre el consumo de aire por minuto:

• Posición sentada y de descanso 6 l
• Actividad física ligera 20 l
• Fitness, entrenamiento cardiovascular 60 l

Es decir, por día los valores serán:

• 864 l en reposo
• 28800 l con carga ligera
• 86400 l con cargas pesadas

Volumen de aire y oxígeno necesario por persona en la habitación: valor

Estos números se utilizan para guiar el diseño de la ventilación.

El valor medio está entre 30 y 60 metros cúbicos de aire por hora en interiores.

¿Cuál es el récord de contener la respiración de una persona bajo el agua?

Tom Sitas está incluido en el Libro Guinness de los Récords. Se trata de un apneista cuya capacidad pulmonar es un 20% mayor que la de una persona normal. Su récord fue de 22 minutos y 22 segundos. La contención de la respiración se produjo bajo el agua. Antes del récord, el buzo respiró oxígeno de un tanque y no comió durante 5 horas.

Entrenamiento para contener la respiración: ejercicios

Existen varias técnicas para entrenar conteniendo la respiración.

Ejercicios:

• Caminando para contar. De hecho, no es necesario contener la respiración al comienzo del entrenamiento. Es necesario inhalar después de 10 pasos y exhalar después de 10 pasos. Con el tiempo, puedes inhalar y exhalar para insertar intervalos de contención de la respiración.
• Yoga. Casi todos los ejercicios de yoga tienen como objetivo aumentar la capacidad pulmonar. Necesitas hacer yoga con más frecuencia.
• Enjuague. Por paradójico que parezca, este ejercicio se utiliza a menudo en la danza del vientre. Es necesario respirar profundamente y luego exhalar. Después de esto, se contiene la respiración y se realizan movimientos espasmódicos del estómago.
• Respiración de perro. Es necesario respirar como un perro de vez en cuando durante el día. Es decir, realice inhalaciones y exhalaciones breves y frecuentes.

El aire es la base de la vida. Sin él, la existencia de personas y otros organismos vivos es imposible.

VÍDEO: Conteniendo la respiración