Ник Лэйн: Кислород. Молекула, изменившая мир

Очевидно, что вдыхание кислорода в высокой концентрации опасно. Под давлением выше двух атмосфер чистый кислород вызывает конвульсии и иногда приводит к смерти. Кислород создает примерно пятую часть общего атмосферного давления, так что при вдыхании чистого кислорода под давлением две атмосферы в легкие попадает примерно в десять раз больше кислорода, чем в обычных условиях. В более низкой концентрации кислород редко вызывает конвульсии, но все же вдыхание чистого кислорода при нормальном атмосферном давлении (что в пять раз выше нормы) на протяжении нескольких дней может спровоцировать опасное для жизни повреждение легких. При таком воспалении легких человек не может нормально дышать, кислород не попадает в кровь, и смерть наступает от недостатка кислорода в остальных частях тела. При еще более низкой концентрации кислорода (40-50%, что примерно вдвое выше нормы) легкие функционируют нормально, но при длительном воздействии все же могут повреждаться. В таких условиях организм потихоньку адаптируется, снижая частоту сердечных сокращений и производство эритроцитов. Эти изменения противоположны тому, что происходит при недостатке кислорода на больших высотах. В результате в обоих случаях ткани получают столько же кислорода, сколько и раньше, — не меньше и не больше. Такие адаптации подчеркивают важность поддержания постоянного уровня кислорода в тканях. Они также показывают, что мы не можем извлечь какую-либо долгосрочную выгоду от вдыхания воздуха с низким или высоким содержанием кислорода, за исключением тех случаев, когда мы больны и по этой причине испытываем недостаток кислорода [6] Спортсмены, тренирующиеся на большой высоте над уровнем моря, должны спускаться вниз за считанные дни или недели до состязаний, иначе все преимущества таких тренировок теряются. При тренировках на высоте в организме образуется больше эритроцитов, поглощающих из воздуха дополнительный кислород. При возвращении вниз организм адаптируется к более высокому содержанию кислорода в воздухе и снижает выработку эритроцитов. Преимущества никогда нс сохраняются дольше периода адаптации. .

Я думаю, многим понятна идея, что избыток кислорода может быть вреден — даже очень xорошиx вещей в какой-то момент становится многовато. Аналогичным образом, никого не удивляет, что организм реагирует на небольшие пертурбации, устанавливая новое физиологическое равновесие. Совсем другое дело, если нам скажут, что кислород в концентрации 21% токсичен и в конце концов убивает нас. Это означает, что за миллионы лет эволюции мы не смогли адаптироваться к той концентрации кислорода, которую выбрала для нас природа. Такое утверждение звучит как минимум странно, но именно на нем строится свободнорадикальная теория старения. Если говорить кратко, эта теория утверждает, что старение (и смерть) являются результатом вдыхания кислорода на протяжении всей жизни. Таким образом, кислород не только необходим для жизни, но также является основной причиной старости и смерти.

Многие слышали о свободных радикалах, хотя весьма смутно представляют себе, что это такое. Большинство важных для биологических систем свободных радикалов — это реакционноспособные формы молекулярного кислорода, которые могут повреждать биологические молекулы (подробнее мы поговорим об этом в главе 6). Вне зависимости от того, вызывает ли кислород конвульсии и внезапную смерть, медленные повреждения легких или очень медленное старение, действует он всегда одним и тем же образом: все формы кислородной интоксикации связаны с образованием свободных радикалов кислорода. Как заметил великий алхимик XVI в. Парацельс, все зависит от дозы. Конвульсии связаны с массированным воздействием свободных радикалов на головной мозг, легкие повреждаются в результате более слабой атаки. Но свободные радикалы оказывают не только токсическое действие. Без них невозможно горение, а также фотосинтез и дыхание. Когда с помощью кислорода мы экстрагируем энергию из пищи, в качестве промежуточных продуктов неизбежно образуются свободные радикалы. Суть всей химии кислорода, вне зависимости от того, считаем ли мы его «плохим» или «хорошим», состоит в образовании свободных радикалов.

В традиционной формулировке гипотеза о том, что вдыхание кислорода вызывает старение организма, чрезвычайна проста. В процессе клеточного дыхания внутри каждой клетки нашего тела постоянно образуются свободные радикалы. Бóльшая часть устраняется антиоксидантами, но защитные системы организма несовершенны. Некоторые свободные свободные радикалы обходят защитные механизмы и повреждают жизненно важные элементы клеток и тканей, такие как ДНК и белки. Со временем повреждения накапливаются, и в какой-то момент организм перестает функционировать. Эту постепенную деградацию организма называют старением.