Интенсивный кислород что это такое
Активный кислород: друг или враг, или О пользе и вреде антиоксидантов
Активный кислород: друг или враг, или О пользе и вреде антиоксидантов
Пероксид водорода: мощный окислитель, способный повреждать клеточные структуры, но в то же время регулятор важнейших клеточных процессов
Автор
Редакторы
Статья на конкурс «био/мол/текст»: Долгое время активные формы кислорода считались вредными побочными продуктами обмена веществ. За последнее десятилетие, однако, учёные показали, что живые организмы не только могут использовать активный кислород в своих целях, но и целенаправленно его вырабатывают. Возникает вопрос: нужно ли бороться с активными формами кислорода с помощью антиоксидантов?
Конкурс «био/мол/текст»-2013
Эта статья представлена на конкурс научно-популярных работ «био/мол/текст»-2013 в номинации «Лучший обзор».
Спонсор конкурса — дальновидная компания Thermo Fisher Scientific. Спонсор приза зрительских симпатий — фирма Helicon.
Вот уже много лет производители продуктов питания и косметики твердят о пользе для нашего здоровья антиоксидантов. В связи с этим в головах людей прочно укрепляется точка зрения, что эти чудодейственные вещества являются своего рода панацеей от многих болезней и даже предотвращают процесс старения. Однако недавние исследования показывают, что всё не так однозначно, как считалось ранее.
Со времён изобретения сине-зелёными бактериями кислородного фотосинтеза [1] мы живём в чрезвычайно агрессивной окислительной среде. Правда, сам по себе кислород не очень страшен для нас, живых организмов, поскольку, чтобы пошла реакция окисления, необходимо преодолеть высокий энергетический барьер (или, говоря другими словами, нас нужно было бы поджечь). Однако иногда в процессах неполного окисления кислород превращается в так называемые активные формы (АФК), и тогда эти молекулы становится поистине страшным окислителем, взаимодействуя с любой органикой, встретившейся на пути: белками, жирами, углеводами, нуклеиновыми кислотами. И в наших клетках ежесекундно вырабатываются тысячи таких молекул — как побочные продукты дыхания, реакций синтеза и распада биомолекул.
К счастью, в нашем организме предусмотрены системы защиты от нежелательного окисления. Существуют специальные ферменты, занимающиеся нейтрализацией активных форм кислорода и их восстановлением до воды. Окислительные повреждения белков и ДНК, которые ещё можно обратить, восстанавливаются специальными ферментами репарации, а молекулы, подвергнувшиеся необратимым изменениям, уничтожаются. Таким образом, наш организм наделён природными антиоксидантами и способен сам постоять за себя.
Но иногда антиоксидантные системы организма дают сбой, и тогда активные формы кислорода могут причинить ощутимый урон. Опасность заключается ещё и в том, что процесс накопления окислительных повреждений обладает положительной обратной связью: повреждения молекул, отвечающих за регуляцию выработки и деградации АФК, порождают ещё большее увеличение содержания АФК в клетке. Так, известно, что при старении, травмах и некоторых заболеваниях (например, болезнях Альцгеймера и Паркинсона) повышается уровень окислительных повреждений в мозге [2], [3].
В свете сказанного понятно, почему врачи и фармацевты возлагают большие надежды на использование природных и синтетических антиоксидантов для лечения (или хотя бы облегчения протекания) болезней, сопровождающихся окислительными повреждениями тканей. И действительно, исследования на модельных животных показали, что использование антиоксидантов способствует смягчению симптомов некоторых заболеваний и даже может увеличивать среднюю продолжительность жизни. Так, в лаборатории академика В.П. Скулачёва были получены искусственные антиоксиданты, широко известные под названием «ионы Скулачёва» и способные встраиваться в мембраны митохондрий — одного из основных источников активных форм кислорода в клетке. С помощью этих антиоксидантов удалось обратить вспять некоторые вызванные старением нарушения у лабораторных животных [4].
И всё же, за последний десяток лет отношение учёных к активным формам кислорода кардинально изменилось. Всё началось с открытия в клетках иммунной системы фермента NADPH-оксидазы, единственная функция которого — осуществлять продукцию активных форм кислорода для борьбы с патогенными организмами. С его помощью макрофаги «поливают» нежелательных гостей токсичными молекулами супероксида, пероксида водорода, гипохлорита и др. в ходе так называемого «окислительного взрыва». Каково же было удивление учёных, когда этот фермент и ещё целых шесть его «родственников» (изоформ) были обнаружены практически во всех тканях организма!
Сейчас известно, что активные формы кислорода участвуют в регуляции многих процессов в клетке, влияя на скорость деления клеток и дифференцировку, а также на другие клеточные функции. Некоторая ирония заключается в том, что развитию «полезных» функций АФК способствовали свойства, следующие из его токсичности — высокая способность взаимодействовать с биомолекулами и наличие систем для его быстрого разрушения в клетке. Иными словами, активный кислород можно использовать как сигнальный маяк, быстро включая или выключая по необходимости. Таким образом, наш организм научился извлекать выгоду даже из такого, казалось бы, «вредного» побочного продукта, как активные формы кислорода.
Как же осуществляется такая регуляция? Для слаженной работы нашего организма клеткам необходимо обмениваться между собой информацией посредством гормонов, факторов роста и других специальных молекул. Эти вещества узнаются и связываются белками-рецепторами, о чём последние извещают клетку с помощью целого каскада ферментативных реакций. Особую роль в этих процессах играет осуществляемая специальными ферментами — киназами [5], [6] — реакция фосфорилирования белков. Она заключается в том, что к некоторым аминокислотным остаткам белка — тирозину и серину — присоединяется фосфатная группа, что приводит к его активации или, наоборот, подавлению активности. Этому процессу противостоит реакция дефосфорилирования, осуществляемая ферментами-фосфатазами и вызывающая в точности обратное действие. Баланс этих двух реакций и определяет уровень активности регулируемого белка в клетке. Например, инсулин — гормон, отвечающий за регуляцию потребления глюкозы клетками, — связывается с инсулиновыми рецепторами, находящимися на поверхности практически всех клеток организма, что приводит к появлению тирозинкиназной активности рецептора. Это запускает цепочку ферментативных процессов, в результате которых на мембране клеток увеличивается число белков-переносчиков глюкозы, и потребление клеткой глюкозы увеличивается [7].
Оказалось, что активные формы кислорода способны обратимо окислять остатки цистеина в каталитических участках некоторых фосфатаз и подавлять их активность. Это приводит к смещению уровня фосфорилированности регулируемых ими белков, что, конечно, влияет на передаваемый клетке сигнал. Так, выделение активных форм кислорода было зафиксировано при связывании клеточными рецепторами инсулина, и было показано, что подавление их продукции добавлением антиоксидантов ослабляет действие гормона на клетку [7].
В многочисленных исследованиях было показано, что активные формы кислорода участвуют в синтезе некоторых соединений (например, тиреоидных гормонов), регуляции подвижности клеток соединительных тканей, роста сосудов и нервных окончаний и т.д.
Ещё один совсем недавно открытый эффект — участие АФК в регуляции процессов в мозге, лежащих в основе обучения и памяти. Как известно, основная функция нервных клеток — получать и передавать электрические сигналы посредством межклеточных контактов — синапсов. Именно здесь определяется, будет ли входящий с другого нейрона электрический сигнал передан дальше следующим нейронам, или же он пропадёт бесследно. При этом мозг — динамичная структура, причём в нём не только постоянно образуются новые и рассасываются ненужные клеточные контакты, но и проводимость самих синапсов может меняться [8]. Без этих процессов мы не смогли бы обучиться никаким навыкам или, например, запомнить сведения, приведённые в данной статье.
Так вот, на клеточных культурах, а потом и в исследованиях на модельных животных было показано, что активные формы кислорода не только влияют, но и необходимы для регулирования проводимости синапсов. Так, чрезмерная продукция антиоксидантных белков в мыши приводила к развитию когнитивных нарушений у этих животных [9].
Рисунок 1. Механизм регуляции сигнальных каскадов пероксидом водорода. Активация различных клеточных рецепторов активирует NADPH-оксидазу, выделяющую пероксид водорода. Он, в свою очередь, инактивирует тирозин-фосфатазы и активирует тирозин-киназы, регулируя тем самым степень фосфорилирования многих клеточных ферментов и, следовательно, их активность.
Таким образом, за последние десятилетия активный кислород превратился в глазах учёных из опасного побочного продукта в важный компонент сигнальных путей клетки. В связи с этим и нам нужно пересмотреть свое отношение к антиоксидантам как к безусловно полезным веществам, которых чем больше — тем лучше. Антиоксидантов, получаемых с потреблением свежих фруктов и овощей, вполне достаточно для ежедневных нужд организма. А к активному использованию антиоксидантов в медицине надо относиться внимательно, имея в виду возможные побочные эффекты при чрезмерном подавлении продукции активных форм кислорода.
Искусственная вентиляция легких (ИВЛ): инвазивная и неинвазивная респираторная поддержка
К искусственной вентиляции легких (ИВЛ) прибегают для оказания помощи пациентам с острой или хронической дыхательной недостаточностью, когда больной не может самостоятельно вдыхать необходимый для полноценного функционирования организма объем кислорода и выдыхать углекислый газ. Необходимость в ИВЛ возникает при отсутствии естественного дыхания или при его серьезных нарушениях, а также во время хирургических операций под общим наркозом.
Что такое ИВЛ?
Искусственная вентиляция в общем виде представляет собой вдувание газовой смеси в легкие пациента. Процедуру можно проводить вручную, обеспечивая пассивный вдох и выдох путем ритмичных сжиманий и разжиманий легких или с помощью реанимационного мешка типа Амбу. Более распространенной формой респираторной поддержки является аппаратная ИВЛ, при которой доставка кислорода в легкие осуществляется с помощью специального медицинского оборудования.
Показания к искусственной вентиляции легких
Искусственная вентиляция легких проводится при острой или хронической дыхательной недостаточности, вызванной следующими заболеваниями или состояниями:
Инвазивная вентиляция легких
Эндотрахеальная трубка вводится в трахею через рот или через нос и подсоединяется к аппарату ИВЛ
При инвазивной респираторной поддержке аппарат ИВЛ обеспечивает принудительную прокачку легких кислородом и полностью берет на себя функцию дыхания. Газовая смесь подается через эндотрахеальную трубку, помещенную в трахею через рот или нос. В особо критических случаях проводится трахеостомия – хирургическая операция по рассечению передней стенки трахеи для введения трахеостомической трубки непосредственно в ее просвет.
Инвазивная вентиляция обладает высокой эффективностью, но применяется лишь случае невозможности помочь больному более щадящим способом, т.е. без инвазивного вмешательства.
Кому и когда необходима инвазивная ИВЛ?
Подключенный к аппарату ИВЛ человек не может ни говорить, ни принимать пищу. Интубация доставляет не только неудобства, но и болезненные ощущения. Ввиду этого пациента, как правило, вводят в медикаментозную кому. Процедура проводится только в условиях стационара под наблюдением специалистов.
Инвазивная вентиляция легких отличается высокой эффективностью, однако интубация предполагает введение пациента в медикаментозную кому. Кроме того, процедура сопряжена с рисками.
Традиционно инвазивную респираторную поддержку применяют в следующих случаях:
Как работает аппарат инвазивной ИВЛ?
Принцип работы приборов для инвазивной ИВЛ можно описать следующим образом.
Особенности оборудования для инвазивной вентиляции
Оборудование для инвазивной вентиляции легких имеет ряд характерных особенностей.
Неинвазивная вентиляция легких
За последние два десятилетия заметно возросло использование оборудования неинвазивной искусственной вентиляции легких. НИВЛ стала общепризнанным и широко распространенным инструментом терапии острой и хронической дыхательной недостаточности как в лечебном учреждении, так и в домашних условиях.
Одним из ведущих производителей медицинских респираторных устройств является австралийская компания ResMed
НИВЛ — что это?
Неинвазивная вентиляция легких относится к искусственной респираторной поддержке без инвазивного доступа (т.е. без эндотрахеальной или трахеостомической трубки) с использованием различных известных вспомогательных режимов вентиляции.
Оборудование подает воздух в интерфейс пациента через дыхательный контур. Для обеспечения НИВЛ используются различные интерфейсы – носовая или рото-носовая маска, шлем, мундштук. В отличие от инвазивного метода, человек продолжает дышать самостоятельно, но получает аппаратную поддержку на вдохе.
Когда применяется неинвазивная вентиляция легких?
Ключом к успешному использованию неинвазивной вентиляции легких является признание ее возможностей и ограничений, а также тщательный отбор пациентов (уточнение диагноза и оценка состояния больного). Показаниями для НИВЛ являются следующие критерии:
Что такое ЭКМО и чем отличается от ИВЛ?
Врачи во время хирургической операции по подготовке пациента к процедуре экстракорпоральной оксигенации
Как работает ЭКМО?
Само слово экстракорпоральный означает «вне организма/тела». В общем и целом ЭКМО – это система искусственного кровообращения – аппарат перекачивает и насыщает кислородом кровь пациента вне его тела. Эта процедура проводится в тех случаях, когда все другие виды лечения уже испробованы. Когда человек подключен к ЭКМО, кровь с помощью насоса поступает к искусственному легкому – оксигенератору. Технически, оксигенатор – это устройство, которое насыщает кровь кислородом и удаляет углекислый газ. Когда пациент выходит из критического состояния, его отключают от ЭКМО.
Простыми словами если ИВЛ нагнетает в легкие чистый сухой кислород и забирает углекислый газ из них, то ЭКМО берет на себя все функции легких по насыщению крови кислородом и удалению углекислого газа из них. Кровь забирается у пациента (через вены), попадает в аппарат ЭКМО, отчищается от углекислого газа, насыщается кислородом и возвращается пациенту.
В каких случаях используется аппарат ЭКМО?
ЭКМО требуется пациентам с сердечной недостаточностью, легочной недостаточностью и тем, кто недавно перенес операцию на сердце. Также ЭКМО используют, чтобы оценить состояние других органов, таких как почки или мозг, прежде чем приступать к операции на сердце или легких. Помимо этого, аппарат применяют для поддержки организма пациентов, которые стоят в очереди на пересадку легких – метод экстракорпоральной оксигенации помогает поддерживать ткани хорошо насыщенными кислородом, что делает пациента лучшим кандидатом для трансплантации.
Сегодня, в условиях пандемии нового коронавируса SARS-CoV-2 (COVID-19), ЭКМО требуется большому количеству пациентов. В Китае экстракорпоральная оксигенация позволила существенно снизить смертность. Но сложность заключается в том, что далеко не во всех странах проводят эту процедуру, к тому же, ситуация с количеством аппаратов ЭКМО такая же, как и с количеством аппаратов искусственной вентиляции легких (ИВЛ). При этом очень часто пациентов подключают сразу и к ЭКМО и ИВЛ, так как это помогает заживлению главного органа дыхания — легких.
Врачи в Ухане, Китай, оперируют больного коронавирусом
Еще больше интересных статей о достижениях современной медицины читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен
Чем ЭКМО отличается от ИВЛ?
Как пишет UCSF Health, метод экстракорпоральной оксигенации отличается от ИВЛ. Дело в том, что ЭКМО воздействует напрямую на кровь, не затрагивая органы. Более того, пациенты могут быть подключены к аппарату экстракорпоральной оксигенации длительное время. А непосредственно после подключения, человеку не нужна еда, так как все витамины и питательные вещества поступают внутривенно – через катетер.
Подробней о том как работает Аппарат искусственной вентиляции лёгких (ИВЛ) мы писали в нашей статье.
Напомним, что аппараты ИВЛ предназначены для подачи смеси кислорода и сжатого воздуха в легкие. Благодаря ИВЛ легкие насыщаются кислородом, а углекислый газ удаляется. Подключают пациентов через интубационную трубку, которую вводят в дыхательные пути, но существует и подключение через маску. Аппараты ИВЛ спасают много жизней, однако их количество сильно ограничено во всем мире, а стоимость варьируется от 500 000 до 300 000 000 рублей.
Аппаратов ЭКМО в десятки раз меньше, чем аппаратов ИВЛ. Да и стоимость у ЭКМО в разы больше.
Еще одним немаловажным отличием ЭКМО от ИВЛ является хирургическая процедура, которая чаще всего проводится в палате пациента. Пациенту дают успокоительное и обезболивающие препараты, а чтобы свести к минимуму свертываемость крови, назначают антикоагулянты. Хирург и команда операционной вводит катетеры ЭКМО либо в артерию, либо в вены. Затем делается рентгеновский снимок – это необходимо для того, чтобы убедиться, что трубки находятся в нужном месте. После подключения к аппарату питание будет обеспечиваться либо внутривенно, либо через носоглоточную трубку.
Пациентка, подключенная к ЭКМО
Также во время экстракорпоральной оксигенации пациентам дают определенные лекарства, в том числе: гепарин для предотвращения образования тромбов; антибиотики для предотвращения инфекций; седативные средства для минимизации движения и улучшения сна и др. Чтобы отключить пациента от аппарата и удалить трубки, нужна хирургическая процедура. Перед прекращением ЭКМО-терапии обычно проводится несколько тестов, чтобы подтвердить, что сердце и легкие готовы к самостоятельной работе. Затем – на этот раз в операционной – врач накладывает небольшие швы для защиты места подсоединения трубки. Однако даже если пациента отключили от ЭКМО, ему все равно может понадобиться ИВЛ.
Как вы думаете, будет ли достаточно аппаратов ЭКМО и ИВЛ в условиях эпидемии коронавируса в России? Поделитесь своим мнением в комментариях к данной статье, а также с участниками нашего Telegram-чата
Какие риски ЭКМО существуют?
К сожалению, несмотря на высокую эффективность, процедура ЭКМО действительно несет в себе риски, в том числе:
Будем надеяться, что подключение к аппаратам ЭКМО и ИВЛ потребуется как можно меньшему количеству людей, а распространение нового коронавируса удастся сдержать, соблюдая все рекомендации ВОЗ. Будьте здоровы и старайтесь как можно реже выходить из дома.
Применение кислородных концентраторов при коронавирусе
Вирус COVID-19 опасен воспалением легких и развитием дыхательной недостаточности. Если раньше многие люди не знали, что такое кислородный концентратор или пульсоксиметр, то теперь из-за эпидемии эти понятия используются часто. Почему при коронавирусе так важны кислородные концентраторы, и как они применяются?
Как коронавирус действует на организм?
Заражение происходит воздушно-капельным путём. Любые общественные места и городской транспорт потенциально опасны из-за большого скопления людей. Кроме непосредственного контакта с больным человеком, угрозу несут любые поверхности, например дверные ручки и поручни, на которых может находиться вирус.
Опасность патологии в том, что вирус является настолько мелкой частицей, что он не подлежит фильтрации даже слизистыми оболочками, т. е. проникает в организм сквозь них. Первые симптомы порой не отличаются от обычной простуды и выражаются в повышении температуры, кашле и чихании. Выявить заражение коронавирусом позволяет лишь лабораторное исследование.
Норма кислорода в крови
При отсутствии поражения альвеол уровень сатурации приближается к 100%. В данном случае кислородная терапия не нужна, использование кислорода допускается в рамках профилактики или для общего улучшения состояния организма. На то, сколько кислорода в крови заболевшего, прежде всего, влияет уровень поражения легких. Чем большая область пострадала от пневмонии, и буквально не дышит, тем ниже жизненные показатели:
Содержание кислорода в крови при COVID-19 кроме степени поражения легких зависит от иммунитета конкретного человека, его возраста, наличия сопутствую болезней. Для определения сатурации применяются следующие методы:
Кислородотерапия: что это такое?
Терапия кислородом – метод лечения хронической дыхательной недостаточности. Цель процедуры – повышение уровня кислорода в альвеолах, благодаря чему происходит насыщением им гемоглобина и транспортировка с кровотоком по всему организму. Методика имеет ряд преимуществ:
Что такое кислородный концентратор и как он работает?
При поражении организма коронавирусом страдают легкие и затрудняется дыхание, что влечет за собой гипоксию. Кислородное голодание провоцирует сердечную недостаточность, нарушения в работе мозга и пр. У пациента кроме одышки появляются признаки нарушения работы почек и печени. В этом случае ему необходим концентратор кислорода. В результате его использования у пациента улучшается самочувствие, налаживается работа дыхательной и сердечнососудистой системы.
Кроме борьбы с COVID-19, данное устройство используется при бронхиальной астме, хронических болезнях легких, сердечной недостаточности, во время восстановления после серьезных операций и травм. Постоянные процедуры кислородотерапии устраняют признаки гипоксии, а организм насыщается кислородом в нужном объеме.
Использование кислородных концентраторов полезно жителям больших городов, где из-за сильного загрязнения воздуха гипоксия наблюдается даже у людей, не имеющих проблем с легкими. Частые жалобы горожан на головные боли, хроническую усталость, сонливость – признаки кислородного голодания, которое легко устранить с помощью кислородного концентратора.
Принцип работы аппарата прост. Это устройство выделяет кислород из окружающей среды (из воздуха в помещении), концентрирует этот газ и подает человеку. Фильтрация захваченного воздуха происходит с помощью шариков цеолита, которые находятся в двух цилиндрах. При этом происходит разделение молекул азота и кислорода. Два газа концентрируются с разных сторон. После фильтрации кислород подается человеку через респиратор, а азот возвращается в атмосферу. По сути, аппарат выполняет часть работы легких, выделяя из атмосферного воздуха только необходимую часть. Аппарат может работать от сети или на аккумуляторе.
При вирусных и инфекционных заболеваниях врачи часто рекомендуют постоянно проветривать комнату (палату), в котором находится больной. Это требуется по двум причинам: выветривание скопившихся патогенных микроорганизмов и наполнение комнаты свежим воздухом, богатым кислородом. Это важно и при работе кислородного концентратора, который пропускает через себя окружающие воздух и выделяет жизненно важный газ. Для эффективной работы устройства нужно периодически «обновлять» воздух в комнате.
Преимущества применения кислородных концентраторов при коронавирусе
При коронавирусе кислородный аппарат не просто полезен, он может спасти жизнь человека. Из-за поражения легких и развития гипоксии нарушается работа всех систем и органов. Кислородотерапия устраняет причину патологии, обеспечивая ткани питанием. Кроме восстановления нормальной работы дыхательной системы и сердца, организм получает силы, необходимые для борьбы с вирусом. Данная процедура должна проводиться каждый день не менее 30-60 мин. Но, чтобы устранить пневмонию, кислородотерапия обязательно дополняется противовирусными и противовоспалительными препаратами.
Какие бывают кислородные концентраторы?
Кислородные аппараты делятся на три вида:
Применение кислородных концентраторов при коронавирусе
Основное правило при использовании кислородного аппарата – не допустить передозировку. Продолжительность сеанса терапии назначается врачом индивидуально. Во время эксплуатации устройства следует придерживаться следующих рекомендаций:
Кислородный концентратор широко используется в рамках профилактики коронавируса. Он очищает воздух от вредных микроорганизмов, укрепляет иммунитет человека, предупреждает нарушения в работе легких.
На что обратить внимание при выборе кислородного концентратора?
Эпидемия коронавируса внесла ряд корректив в жизнь каждого человека. Одним из полезных изменений станет приобретение собственного кислородного аппарата. Выбирая устройство, следует учесть следующие параметры:
Чтобы выбрать кислородный аппарат, соответствующий всем предъявляемым требованиям, обратитесь к нашим консультантам. Они помогут подобрать оптимальный вариант и ответят на любые вопросы.