氧中毒:氧气并不是多多益善,吸氧过多可致死
在18世纪以前,人们并不知道氧气是什么。那时人们认为空气是空无一物的。但是,在伟大的拉瓦锡通过实验捕捉到该成分后,人们对其的认知才焕然一新。
氧气之于我们,就好比水之于鱼儿。在各种死亡方式里,缺氧是经久不衰的。
但是,也可能正是因为此,氧气也被灌输了太多不正确的概念。
以前在广告里经常可以看到所谓的吸氧机或氧疗,“有事没事吸一下,保证你年轻十岁!”
但是,如果有人说吸氧过多可导致死亡,你会愿意相信吗?
有毒的“氧”
客观来讲,氧气浓度再高,如果氧气分压不足,是不会对人体产生毒害的。
真正使人置于危险境地的是那些高压氧。比如,潜水员长时间背着氧气瓶呆在水里,或者长时间呆在一些机构的高压氧仓等。
潜水员是氧中毒高危人群
当然还有医院里的吸氧装置,但是一般医院里有专门的医护人员检查,很少会出现这种情况。
研究表明,当人吸入约1个标准大气压的氧8小时后,可导致胸部出现剧烈疼痛和咳嗽,甚至是呼吸困难。
此时,肺部发生炎症反应,可出现水肿、充血、出血等一系列表现。
氧中毒可导致肺水肿等急性事件
而当人吸入2-3个标准大气压的氧后,很快就可导致大脑出现毒性反应。
首先开始看东西模糊,进而听不清别人在说什么,随后一阵恶心呕吐,最终肌肉抽搐、昏死过去。严重者可当场毙命!
氧自由基是罪魁祸首
正常空气中氧气组分占比约为21%,即我们平时吸入的氧分压只有大约0.2个大气压。
而实验室的研究结果显示,当氧分压为0.5个大气压时,就可引起组织细胞出现一系列中毒反应。
这是因为当氧气吸入人体之后,它不会像燃烧反应那样,直接结合电子变成水。它会结合一个未配对的电子,形成自由基的形式。
氧自由基的三种形式:O2-、H2O2、OH·
所谓自由基是指含有原子、原子团或分子中还有未配对的电子。
自由基在生命的许多化学反应中都具有极其重要的作用,比如只有在自由基的参与下,植物才可以光合作用,人体才能获得能量。
但是,自由基就好比“核燃料”,你控制地好就是核电站,控制地不好就是核炸弹。
- 氧自由基对细胞核DNA的损伤
自由基不仅是人体重要的生理化学反应参与者,同时也可对组织造成潜在损伤。
比如,氧自由基可对细胞核DNA结构造成损伤。
脱氧核甘酸是DNA的最小结构单位。它由三部分组成:碱基、脱氧核糖和磷酸。
以下图来讲,P代表磷酸,S代表脱氧核糖,而A、T、C、G则代表四种不同的碱基。
脱氧核甘酸是DNA的基本单位
相配对的脱氧核甘酸(左右)以碱基间的共价键形成组合。而相邻的脱氧核甘酸(上下)则以磷酸P和脱氧核糖S间的磷酸二酯键的化学键形式形成连接。
如此,就可以保证DNA分子,紧密牢固而又不会出错的形成双旋螺结构。
DNA双螺旋结构
虽然DNA由3个部位组成,而且相互间结构很牢固。
但是,氧自由基就如同无敌般的存在。它可以轻而易举地摧毁碱基、脱氧核糖、磷酸二酯键骨架。
而我们可以试想,当有人从原本牢固的“木梯子”中锯开了一个口子,这个梯子还能牢固吗?
而核DNA就好比细胞的司令部,当核DNA出现问题之后,自然就各项功能就开始紊乱了。
此外,长期慢性的氧自由基对DNA的损害,被认为与细胞衰老、癌变等有关。
- 氧自由基对细胞膜等的损伤
有下厨房经验的人都闻过油脂腐败的气味。这就是空气中的氧气对油脂氧化后所导致的。
氧自由基比空气中的氧气对脂质的破坏力显然要强得多。
此外,不幸地是,细胞膜的结构中就含有丰富的脂质。
细胞膜结构
细胞膜上有很多功能性的蛋白质,比如转运离子的通道蛋白质,传导细胞信号的糖蛋白。
但是,更重要地是,细胞膜的骨架是由磷脂分子所组成的。
磷脂分子结构
磷脂分子的头部拥有亲水基团,故朝向细胞内外的水相界面。
而磷脂分子的尾部拥有疏水基团,则相互间聚拢构成磷脂双分子的体部。
而氧自由基不“挑食”,它可毁坏整个磷脂双分子层,导致细胞膜上出现“裂缝”。
当这种裂缝太大之时,就可导致细胞膜彻底破裂。而这意味着细胞死亡。
细胞膜破裂
- 氧自由基对蛋白质的损伤
蛋白质是生命功能的具体执行者。但是,氧自由基真的不挑食。
它可以作用于蛋白质,使得原来正常聚拢的蛋白质变性散开,形成失活的蛋白质。
这个过程可以参考煮鸡蛋的过程。在鸡蛋还是生的时候,它里面的蛋白质还拥有生物活性,还可能孵化小鸡。
但是,一旦受热变性之后,它就失去了蛋白质的生物功能。
而蛋白质在氧自由基攻击之后,就类似这个过程。原本拥有活性的蛋白质被“杀死”了。
所以,当细胞内的蛋白质这样出现意外时,整个细胞的生命活动就受到了致命伤,自然等待它的只剩下死亡。
机体应对自由基损伤的保护机制
从上文中,我们就知道自由基的可怕之处了。
所以,机体为此发展出了应对自由基损伤的机制。
大致可以分为两大类:一类叫做清除自由基的酶系统;另一类是提供能中和自由基的化合物系统。
- 清除自由基的酶系统
清除自由基的酶系统有很多,比如超氧化物歧化酶系统、过氧化氢酶系统、谷胱甘肽过氧化物酶系统和谷胱甘肽转硫酶系统等。
但是,其中最重要的是超氧化物歧化酶系统。
超氧化物歧化酶,也称SOD。是不是觉得很眼熟。没错,很多护肤品的广告里会出现这个SOD的成分。
这是因为皮肤的衰老也被认为与氧自由基有关,而人为的涂抹SOD可以在一定程度上清除氧自由基,延缓肌肤衰老。
SOD属于金属酶,即在其活性中心含有一些过渡金属元素,比如铜元素(Cu)、锌元素(Zn)等。
SOD的主要功能是可催化氧自由基的一种形式——超氧阴离子O2-,并最终将其通过层层化学反应变成水。
又由于超氧阴离子是活性氧生成的第一步,因此SOD系统被看作是活性氧防御的第一线。
- 提供中和自由基的化合物系统
除了酶系统,机体内还会由很多非酶类抗氧化剂来中和氧自由基。
比如,维生素E是一种重要的抗氧化剂。
它可预防脂质被氧自由基氧化,在维护细胞膜的稳定性上具有重要的作用。
维生素E
所以,维生素E也经常会出现在各种护肤品的配方之中。
此外,胡萝卜素、维生素C也是非常常见的具有还原性的化合物。胡萝卜素的主要功能是协调维生素E发挥其功能。
而维生素C是维生素中非常难得的水溶性维生素(其它的大多数是脂溶性的),所以维生素C对于清除细胞内外的水溶液中的自由基拥有非常重要的作用。
由此可见,定期食用水果补充维生素对于细胞正常功能的维持具有重要作用。
此外,谷胱甘肽是细胞合成的另一种极其重要的抗氧化剂,主要在细胞内水相提供抗氧化保护。
当其合成不足,可导致细胞出现功能障碍甚至死亡。
高压氧的毒性机理
当人体吸入过多的氧,氧进入组织后,首先会被机体生成氧自由基。这些额外过量的氧自由基,显著地超过了机体自身的抗氧化酶系统和抗氧化剂的清除能力。
于是,它们就开始攻击细胞核DNA、细胞膜以及各种重要的蛋白质。
氧自由基攻击核DNA,可使细胞死亡、而攻击细胞膜可导致细胞水解而死,而攻击蛋白质可使其变性也可导致细胞死亡。
细胞水解
总的来讲,氧自由基一旦超越了机体自身的控制水平,它们就如“野火”一般一直烧向它沿途的所有可能接触到的物质和组织结构。
在吸氧过多引起的毒性机理中,主要有两种情况。
一种是以肺部症状为典型的中毒,这个也比较好理解。因为吸入的氧首先要在肺组织中被生成各种氧自由基,所以自然也首先损伤的也是肺部。
当氧自由基攻击肺部组织之后,炎性介质就开始出现,肺开始出现水肿、充血。如此一来,原本想额外补充氧,结果肺却损伤停止工作了。
而如果当人觉得普通氧无法满足“要求”,而吸入2-3个大气压以上的氧。高压氧可加快氧快速流向脑,而此时生成的氧自由基就可以肆无忌惮地攻击脑组织了。
而这时的危险系数瞬间提高,病人可出现视觉和听觉障碍,同时伴恶心呕吐,而且往往会出现抽搐、晕厥等症状,严重者可直接导致死亡。
结语
看到这,你对所谓吸氧养生还会有之前那样的“坚定信念”吗?吸氧过度不仅不能补充氧,还可导致缺氧,甚至有时还可能造成悲剧。
切勿想当然地用一些“直觉”而做了错事,一方面花费不必要的钱财,另一方面还带来负面效果。
时常多保持一颗质疑的心,并通过多系统的获取相关知识非常重要!