Ce este oxigenul și de ce nu putem trăi fara el

Redactor specializat
Biochimist, psihoterapeut, formare nutriție și terapii complementare
Studii: Facultatea de Biologie și Masterul în Biochimie.
Alte formări: cursuri acreditate de Lucrător Social, Manager proiect și Antreprenoriat, Hipnoză Clinică, Relaxare și Terapie Ericksoniană.


Atunci când sunt întrebați ce este oxigenul, mulți oameni nu știu exact ce să răspundă. Majoritatea vor spune că este un gaz necesar pentru respirație. Unii cred chiar că este tot una cu aerul pe care îl inhalăm. Cu toate acestea, oxigenul este mult mai mult de atât și importanța lui pentru viață este inestimabilă. Pe de altă parte, prea mult oxigen este dăunător ființelor vii și poate chiar să ucidă. Viața oamenilor și a animalelor superioare este de neconceput fără oxigen. Dar există o multitudine de organisme care pot trăi în absența oxigenului. Apariția vieții pe pământ a depins de acest element extraordinar, iar evoluția ei până la formele actuale nu ar fi fost posibilă fără el. Iată de ce este important să cunoaștem mai multe detalii despre ce este oxigenul și despre importanța lui covârșitoare pentru viața noastră.

Ce este oxigenul ca element chimic

Cine dorește să știe ce este oxigenul din punct de vedere chimic, trebuie să aibă unele informații legate de Tabelul periodic al elementelor. Astfel, în cadrul tabelului, oxigenul, cu simbolul O, ocupă primul loc în cea de-a VI a grupă principală, fiind un nemetal cu numărul atomic 8 și caracter puternic oxidativ. Acesta formează oxizi prin combinație cu diferite elemente, dintre care unii sunt foarte cunoscuți cum este H2O, cu denumirea chimică de monoxid de hidrogen, de fapt obișnuita apă, sau CO2, respectiv dioxidul de carbon pe care îl eliminăm prin expirație.

Oxigenul reprezintă al treilea cel mai bogat element din Univers, după hidrogen și heliu. În biosferă, însă, oxigenul ocupă locul 1 ca frecvență, iar în ce privește scoarța terestră, este cel mai abundent component al acesteia, ca și al oceanelor (aproape 90% din masa acestora). La temperaturi normale, oxigenul este un gaz diatomic (doi atomi de oxigen se leagă între ei, formând O2), incolor și indodor. Sub formă de oxizi, acest element reprezintă aproape jumătate din structura scoarței terestre.

Oxigenul întreține arderile, de aici și rolul său esențial în organismele vii.

Pe lângă faptul că intră în structura compușilor organici majori, ce formează aceste organisme, respectiv glucidele, lipidele și proteinele, a acizilor nucleici (AND și ARN) care sunt purtătorii informației genetice, oxigenul susține arderile celulare, care furnizează energia necesară vieții. Oxigenul este și componentul substanțelor anorganice din structura oaselor, dinților și cochiliilor. Nu în ultimul rând, el este unul din elementele care intră în constituția apei, fără de care viața nu ar putea exista.

Reînnoirea rezervelor de oxigen din atmosferă se realizează permanent datorită algelor verzi, cianobacteriilor și plantelor, prin procesul de fotosinteză, care utilizează energia solară pentru a produce oxigen din apă și dioxid de carbon. Fotosinteza eliberează oxigen în atmosferă, în vreme ce respirația, descompunerile și arderile îl consumă, cele două procese fiind actualmente în echilibru.

O altă formă sub care există oxigenul, respectiv ozonul (O3), sub forma unui strat aflat la înaltă altitudine,  absoarbe razele ultraviolete distructive,  protejând astfel biosfera. Totuși, la nivelul suprafeței Pământului, ozonul este un polunat puternic, cu efecte nocive.

Este important de menționat că oamenii nu au știut dintotdeauna ce este oxigenul și cât de important este rolul său pentru viață. Abia în 1604, medicul, alchimistul și filosoful polonez Michael Sendivogius a vorbit pentru prima dată de o substanță conținută în aer, pe care el a numit-o ”cibus vitae” sau hrana vieții, dar descoperirea sa nu a fost luată în seamă de savanții vremii. Ceva mai târziu, spre sfârșitul secolului 18, farmacistul suedez Carl Wilhelm Scheele identifică un gaz pe care îl numește ”aerul de foc”, întrucât era singurul cunoscut că întreține arderile. Cam în același timp, un cleric englez, Joseph Priestley, susține că el a descoperit o componentă specială a aerului sau un tip special de aer (deflogisticat) care face flăcările să ardă mai puternic și micile animale să trăiască mai mult.

În sfârșit, este meritul lui Lavoisier de a fi dat noului element denumirea de oxigen (de la grecescul oxys- acid), după ce inițial îl denumise ”aer vital”.

A durat încă o vreme până ce oamenii au înțeles mai bine ce este oxigenul și au descris proprietățile sale. Așa cum am precizat, la temperature și presiune standard, oxigenul se găsește în stare gazoasă. El se condensează și trece în formă lichidă la temperaturi foarte joase (-182,95°C) și îngheață la -218,79 °C.

Oxigenul lichid și gazos sunt substanțe înalt reactive și trebuie ținute departe de materialele combustibile.

Aceste câteva informații despre ce este oxigenul din punct de vedere chimic arată cât de mare este importanța sa. Dar nimic nu dă mai exact măsura utilității oxigenului, decât analiza modului în care viața depinde de acest component esențial.

Ce este oxigenul pentru viață

Încercând să înțelegem ce este oxigenul, am văzut deja că viața nu poate fi concepută fără el. Chiar dacă există ființe care nu au nevoie de oxigen pentru respirație, el intră oricum în structura materialului viu, a celulelor, de la cele mai simple la cele mai complexe. Proteinele, glucidele și lipidele care construiesc eșafodajul vieții și asigură energia necesară desfășurării ei, toate conțin oxigen, pe lângă hidrogen, carbon și alte elemente, în cantități mult mai mici.  Este de la sine înțeles, deci, că viața nu poate fi concepută în absența oxigenului.

Pe lângă oxigenul structural însă, majoritatea ființelor vii au nevoie și de oxigen pentru a respira, pentru arderile celulare care eliberează energia necesară tuturor proceselor din corp. De la cele mai simple mișcări până la operațiunile complexe ale creierului, energia este necesară în toate, deci oxigenul este esențial pentru organismele vii. Unele bacterii și ciuperci nu au nevoie de oxigen, pentru că au o respirație anaerobă, dar aceasta furnizează o cantitate mult mai mică de energie și nu este compatibilă cu funcționarea complexă a majorității organismelor vii. Nu numai animalele și plantele, dar chiar și multe bacterii, drojdii și alte microorganisme au nevoie de oxigen pentru a trăi.

Respirația aerobă (bazată pe oxigen) folosește procese chimice și mecanice pentru a aduce oxigenul în fiecare celulă a corpului și pentru a scăpa de dioxidul de carbon rezidual. Corpul nostru are nevoie de oxigen pentru a obține energie necesară tuturor procesele vii. Căile respiratorii aduc aer din mediu în plămâni și facilitează schimbul de gaze atât în ​​plămâni, cât și la nivelul celulelor.

Pentru a înțelege ce este oxigenul din punct de vedere al întreținerii vieții, este necesar să cunoaștem care sunt mecanismele și scopul respirației. Suntem obișnuiți să tratăm respirația ca simpla inhalare- exhalare a aerului, dar ea este mult mai mult decât atât. În primul rând, deși noi inspirăm aer, oxigenul este singurul element care ne trebuie din amestecul inhalat, care conține 78% azot, aproape 21% oxigen și cam 1% diverse alte elemente. În al doilea rând, respirația propriu zisă nu se oprește la nivelul plămânilor, ci se desăvârșește în celule, care funcționează ca niște mici ”fabrici” de energie ale organismului.

Cu alte cuvinte, oxigenul nu pătrunde în plămâni și atât. El este preluat de sânge și distribuit fiecărei celule, unde au loc o serie de procese complexe, care duc la producerea energiei. Aceste procese trebuie cunoscute, de fapt, dacă vrem să știm ce este oxigenul pentru viață.

Oxigenul pătrunde prin căile respiratorii superioare (cavitatea nazală/bucală, faringe, laringe), apoi trece prin trahee și arborele bronșic și ajunge la plămâni.

La nivelul plămânilor, oxigenul difuzează prin membranele celulare și este preluat de globulele roșii din sânge.

Plămânii conțin straturi subțiri de celule care formează saci aerieni numiți alveole, fiecare dintre acestea fiind înconjurat de capilare pulmonare din sânge care sunt legate de arterele pulmonare ce ies din inimă. Alveolele sunt menținute deschise prin secreții lichide (surfactant pulmonar), astfel încât să nu se lipească împreună atunci când aerul este expulzat din plămâni.

În timpul inhalării, fiecare alveolă primește aer care conține diverse gaze: azot (aproape 80%), oxigen (aproape 20%) și alte gaze, inclusiv 0,04% dioxid de carbon. Apoi are loc schimbul gazos extern, folosind principiul difuziei:

  • Oxigenul difuzează din alveole în capilarele pulmonare deoarece există o concentrație mare de oxigen în plămâni și o concentrație scăzută în sânge;
  • Dioxidul de carbon difuzează din capilarele pulmonare în alveole, deoarece există o concentrație mare de dioxid de carbon în sânge și o concentrație scăzută în plămâni;
  • Azotul difuzează în ambele sensuri.

Hemoglobina este purtătorul oxigenului în sânge, iar în momentul în care se leagă de acesta își schimbă culoarea de la roșu închis la roșu strălucitor. Unele animale nu au hemoglobină, ci o altă substanță, numită hemocianină (moluștele și  unele artropode) sau hemeritrină (păianjenii și homarii).

Ajuns la nivelul  celulelor, oxigenul pătrunde în interiorul acestora și determină ”arderea”, oxidarea nutrienților din hrană, ajunși și ei la celule, în urma procesului de digestie și transport al particulelor rezultate. Procesele oxidative au loc în mitocondrii, energia fiind stocată sub formă de ATP (adenozintrifosfat), care o eliberează ulterior, în funcție de nevoile organismului.

Deoarece fiecare celulă din corpul nostru are nevoie de energie, fiecare dintre ele are nevoie de oxigen. Fără oxigen, viața celulelor nu ar fi posibilă. Iată de ce atunci când ne întrebăm ce este oxigenul pentru organisme, putem răspunde simplu: ”oxigenul înseamnă viață.” Nu este de mirare câ Lavoisier l-a denumit inițial aer vital.

Oxigenul este necesar pentru cele mai simple procese, iar cantitatea necesară crește pe măsură ce acestea devin din ce în ce mai complexe. Astfel, deși creierul reprezintă doar 2% din greutatea totală a corpului, acesta consumă 20% din cantitatea totală de oxigen al corpului. Creierul are nevoie de foarte multă energie, pentru a supraviețui, între 0,1- 1,5 calorii pe minut. Pentru a crea acestă energie, creierul are nevoie de o cantitate semnificativă de oxigen. Dacă oxigenul se diminuează sau lipsește timp de doar cinci minute, celulele creierului încep să moară, ceea ce duce la leziuni cerebrale severe.

Oxigenul alimentează celulele sistemului imunitar, menținându-l puternic și sănătos.. Nivelurile scăzute de oxigen inhibă părți ale sistemului imunitar, putând avea efecte negative în ceea ce privește apărarea organismului împotriva agenților patogeni.

Fără o cantitate suficientă de oxigen, poate apărea hipoxemie, adică un nivel scăzut de oxigen în sânge. Acest lucru se transformă rapid în hipoxie, care înseamnă un conținut scăzut de oxigen la nivelul țesuturilor. Simptomele includ confuzie, ritm cardiac rapid, respirație rapidă, dificultăți de respirație, transpirație și modificări ale culorii pielii. Dacă nu este tratată, hipoxia afectează organele și duce la moarte.

Acestea fiind spuse, este de la sine înțeles că oxigenul este foarte important în medicină. Terapia cu oxigen este utilizată pentru a trata Boala Pulmonară Obstructivă Cronică, emfizemul, pneumonia, unele afecțiuni cardiace (insuficiență cardiacă congestivă), unele afecțiuni care determină creșterea presiunii arterelor pulmonare și orice boală care afectează capacitatea organismului de a prelua și utiliza oxigenul gazos. Fibroza chistică, apneea de somn sau complicațiile COVID-19 sunt tratate, de asemenea, prin oxigenoterapie.

În cadrul camerei hiperbare, se folosește oxigen de puritate ridicată, la presiune înaltă, pentru tratamentul mai multor probleme medicale, precum intoxicația cu monoxid de carbon, gangrena gazoasă și boala de decompresie.

Pe de altă parte, oxigenul  cu puritate ridicată poate fi toxic la presiuni parțiale ridicate, ducând la convulsii și alte probleme de sănătate. Oxigenul pur poate determina orbirea bebelușilor prematuri.

Toxicitatea oxigenului pentru plămâni și sistemul nervos central poate apărea, de asemenea, la scufundători.  Inhalarea prelungită a unui amestec de aer cu O2 cu presiunea parțială mai mare de 60 kPa poate duce la fibroza pulmonară permanentă.  Expunerea la un O2  cu presiuni parțiale mai mari de 160 kPa poate duce la convulsii (în mod normal letale pentru scafandri.)

Ce valoare trebuie să aibă oxigenul din sânge

Pentru  a înțelege și mai bine ce este oxigenul pentru respirație, trebuie să cunoaștem valorile normale pe care le are acesta în sânge. Nivelul de oxigen din sânge este un indicator al eficienței distribuției oxigenului de la plămâni spre celule.

” Nivelul normal de oxigen din sânge variază între 75 și 100 mm Hg. Un nivel sub 60 mm Hg este considerat scăzut și poate necesita suplimentarea cu oxigen, în funcție de decizia medicului și de fiecare pacient în parte.

Când nivelul de oxigen din sânge este prea scăzut în comparație cu nivelul mediu al unei persoane sănătoase, acesta poate fi un semn al unei afecțiuni cunoscute sub numele de hipoxemie. Aceasta înseamnă că organismul are dificultăți în a furniza oxigen către toate celulele, țesuturile și organele sale. Hipoxemia, această scădere a nivelului de oxigen din sânge, poate duce la hipoxie, care înseamnă scăderea nivelului de oxigen din țesuturi.”, arată dr. Daniela Bartoș, doctor în științe medicale, medic primar medicină internă și cardiologie pe site-ul doc.ro

Măsurată cu ajutorul unui pulsoximetru, saturația oxigenului în sânge trebuie să fie de peste 95%, ideal 98-99%. O saturație de 93-94% este deja problematică, în vreme ce sub 92% putem vorbi deja despre hipoxemie.

”Hipoxemia sau nivelurile de oxigen sub valorile normale pot fi cauzate de o cantitate prea mică de oxigen în aer, incapacitatea plămânilor de a inhala și de a trimite oxigen către toate celulele și țesuturile sau incapacitatea fluxului sangvin de a ajunge la plămâni, de a colecta oxigen și de a-l transporta în restul corpului. Unele boli pot contribui la apariția factorilor enumerați, cum ar fi astmul, unele boli de inimă, altitudinea mare, anemia, bronhopneumopatia obstructivă cronică (BPOC), boala pulmonară interstițială, emfizemul, sindromul de detresă respiratorie acută, pneumonia.Alte probleme care pot duce la hipoxemie sunt obstrucția unei artere pulmonare, fibroza pulmonară, excesul de lichid în plămâni, apneea în somn sau administrarea anumitor medicamente, inclusiv unele narcotice și analgezice.”, arată dr. Bartoș.

Nivelul de oxigen din sânge poate fi măsurat cu ajutorul pulsoximetrului sau prin gazometrie sanguină. Tratamentul în cazul hipoxemiei urmărește creșterea nivelului de oxigen până la valorile normale, în primul rând prin eliminarea cauzelor care au determinat scăderea nivelului de oxigen.  O serie de măsuri sunt obligatorii:

  • Renunțarea la fumat și evitarea fumatului pasiv și a zonelor poluate
  • Tratarea infecțiilor și inflamațiilor care pot determina blocarea căilor respiratorii
  • Exerciții de igienă pulmonară, pentru eliminarea mucusului care împiedică o bună respirație
  • Suplimentarea oxigenului (oxigenoterapie în mediul spitalicesc sau la domiciliu)

O dietă sănătoasă și exerciții fizice regulate pot fi, de asemenea, recomandate.

Informații interesante despre oxigen

În sfârșit, pentru a complete înțelegerea noastră despre ce este oxigenul și cât de misterioase sunt influențele sale, putem să mai precizăm câteva fapte interesante, de tipul Știați că…

  • Un om adult, în repaus, inhalează 1,8 până la 2,4 grame de oxigen pe minut. Aceasta înseamnă peste 6 miliarde de tone de oxigen inhalat de omenire pe an.
  • Aproximativ 2/3 din masa corpului uman este oxigen. Acest lucru îl face cel mai abundent element, după masă, din corp.
  • Prea puțin oxigen este problematic. La fel este însă și prea mult.  Inhalarea a 80% oxigenul timp de mai mult de 12 ore irită căile respiratorii și poate provoca în cele din urmă formarea de edem cerebral și chiar moartea
  • Un litru de sânge poate dizolva 200 cm3  de oxigen
  • Conform unor estimări, algele verzi și cianobacteriile din mediile marine furnizează până la 70% din oxigenul liber de pe Pământ
  • În vreme ce oxigenul gazos este incolor, oxigenul lichid și solid (înghețat) sunt substanțe transparente, cu o culoare albastră ca cerul.
  • Oxigenul întreține arderea, cu toate acestea, nu este cu adevărat inflamabil! Este considerat un oxidant. Bulele de oxigen pur nu ard.
  • O moleculă de oxigen poate supraviețui presiunilor de 19 milioane de ori mai mari decât presiunea atmosferică
  • Oxigenul este paramagnetic, ceea ce înseamnă că este slab atras de un magnet, dar nu păstrează magnetismul permanent.
  • Cele mai scăzute niveluri de oxigen înregistrate vreodată în sângele uman au fost măsurate în apropierea vârfului muntelui Everest în 2009. Alpiniștii au avut în medie niveluri de oxigen arterial de 3,28 kilopascali. Comparați acest lucru cu valoarea normală de 12-14 kilopascali (deci valori de circa 4- 5 ori mai mici decât normal)!
  • Este ideal că avem o atmosferă cu 21% oxigen. În urmă cu aproximativ 300 de milioane de ani, când nivelurile de oxigen erau de 35%, insectele puteau crește foarte mari: gândiți-vă la libelule cu aripile cât ale unor șoimi!

Surse:

  • https://doc.ro/sanatate/nivelul-de-oxigen-din-sange-ce-e-bine-sa-stii
  • https://en.wikipedia.org/wiki/Oxygen
  • https://www.livescience.com/28738-oxygen.html
  • https://theimportantsite.com/10-reasons-why-oxygen-is-important/
  • https://www.nursingtimes.net/clinical-archive/respiratory-clinical-archive/every-breath-you-take-the-process-of-breathing-explained-08-01-2018/