Η επίδραση βλαπτικών και δηλητηριωδών ουσιών στην αναπνοή

της Δήμητρας Σπανού , Χημικού, Καθηγήτριας Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης, 1ου Γυμνασίου Δάφνης

 

 

 

Οι  τοξικές ουσιες μπορούν να επιρρεάσουν το ενδοκρινικό σύστημα, το νευρικό σύστημα , και  η επίδρασή τους στο κυκλοφορικό είναι αναμενώμενη 

εφ' όσον αυτό εξαρτάται άμεσα από τους νευροδιαβιβαστές 

Οι δηλητηριάσεις όμως σχετίζονται   και με την αναπνευστική λειτουργία (μεθαισφαιριναιμία, κυάνωση κ.α.)  

 

Πως κυκλοφορούν τα αέρια της αναπνοής μέσα στον οργανισμό


Έξω αναπνοή

Οξυγόνο προσλαμβάνεται από τον ατμοσφαιρικό αέρα αφού εισέλθει μέσα από τους αναπνευστικούς σωλήνες έως τις αναπνευστικές κυψελίδες

και   μεταφέρεται μέσω του αίματος στο μεσοκυττάριο υγρό. Διοξείδιο του άνθρακα από τις οξειδώσεις,  αντίστοιχα διοχετεύεται στους πνεύμονες  μέσω του αίματος απομακρύνεται με την εκπνοή

Το οξυγόνο από τις κυψελίδες εισέρχεται από το αίμα της μικρής κυκλοφορίας μέσω ενός πυκνού δικτύου τριχοειδών αγγείων που βρίσκονται έξω από τις κυψελίδες σε στενή επαφή με το πλακώδες επιθήλιό τους. 

Η διακίνηση του οξυγόνου από τον αέρα των κυψελίδων προς τα τριχοειδή των κυψελίδων γίνεται μόνο με φυσικές δυνάμεις διάχυσης  με κινούσα δύναμη την διαφορά μερικής τάσης

 

Η αναπνευστική λειτουργία του αίματος

 Η εξασφάλιση σταθερής τάσης για το οξυγόνο και το διοξείδιο του άνθρακα  στο μεσοκυττάριο υγρό ,  επιτυγχάνεται με το αίμα με την κυκλοφορία του που ανεφοδιάζεται συνεχώς με  οξυγόνο  στις πνευμονικές κυψελίδες μέσω  της μικρής κυκλοφορίας 

 Διακίνηση οξυγόνου και διοξείδιου του άνθρακα στις πνευμονικές κυψελίδες μέσω  της μικρής κυκλοφορίας 

Το οξυγόνο περνάει στο αίμα σε δυο μορφές. 1. Σε μορφή αερίου διαλυμένου στο υγρό πλάσμα και στα ερυθροκύτταρα (ελάχιστο) 
Το ποσό που μπορεί να διαλυθεί εξαρτάται από την μερική τάση του αερίου τον συντελεστή φυσικής απορρόφησης του αερίου προς το υγρό και την θερμοκρασία. Η διακίνηση του οξυγόνου από τις κυψελίδες προς τα τριχοειδή των κυψελίδων, γίνεται με φυσικές δυνάμεις διάχυσης και η κινούσα δύναμη είναι η διαφορά της μερικής πίεσης στις κυψελίδες και στο πλάσμα. Στα φλεβικά τριχοειδή η τάση του οξυγόνου είναι περίπου 40 mmHg, ενώ στις κυψελίδες περίπου 100, οπότε η διαφορά είναι γύρω στα 60 mmHg. να σημειώσουμε ότι το διοξείδιο του άνθρακα διεισδύει πολύ ευκολότερα στο πλάσμα από ότι το οξυγόνο. Το διαλυμένο οξυγόνο είναι ελάχιστο για τις ανάγκες των κυττάρων και το περισσότερο μεταφέρεται μέσω της αιμοσφαιρίνης. 
2. σε μορφή οξυαιμοσφαιρίνης που περιέχεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια

Το αίμα παραλαμβάνει το οξυγόνο από τους πνεύμονες μέσω μιας μεταλλοπρωτείνης του δισθενούς σιδήρου, που βρίσκεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια της αιμοσφαιρίνης (Hb).

 Σε ποσοστό 97% η πρωτείνη αυτή στο αρτηριακό αίμα ενώνεται με το οξυγόνο που διεισδύει στο αίμα από τις κυψελίδες  (οξυαιμοσφαιρίνη HbO2). 

Αυτό  όπως και με το εν διαλύσει οξυγόνο, εξαρτάται κυρίως από την τάση του οξυγόνου στο αίμα (στα τριχοειδή των πνευμόνων που είναι περίπου 100mmHg και με αυτό το ποσοστό μετατρέπεται σε οξυαιμοσφαιρίνη το 96% της αιμοσφαιρίνης, ενώ για μικρότερη τάση το ποσοστό μετατροπής μειώνεται).

 

Αντίστοιχοι λόγοι ισχύουν για την μεταφορά του διοξειδίου του άνθρακα. από τα φλεβικά τριχοειδή προς τις πνευμονικές κυψελίδες.

Αυτό στο φλεβικό αίμα βρίσκεται επίσης σε δυο μορφές. 1. Σαν φυσικώς απορροφημένο αέριο με τάση 47mmHg και σε ποσό 3,5ml/100ml πλάσματος και 2. σαν χημικά ενωμένο σε διάφορες ουσίες όπως το διττανθρακικό Νάτριο σε ποσό περίπου 50ml/100ml πλάσματος. 

Η αλλαγή περιβάλλοντός του οφείλεται στην διαφορά πίεσης. Στις κυψελίδες γίνεται μεταφορά διοξειδίου προς τις πνευμονικές κυψελίδες οι τάσεις του διοξειδίου του άνθρακα των κυψελίδων και αυτού του φλεβικού αίματος εξισώνονται γύρω και 40mmHg ενώ το φυσικώς διαλυμένο κατέρχεται σε 3ml/100ml πλάσματος, .

 

Ανταλλαγή οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα  στα τριχοειδή των κυτταρικών ιστών

 Αντίθετα  με τα πνευμονικά , στα τριχοειδή των κυτταρικών ιστών αποδίδεται στους ιστούς οξυγόνο, η τάση του  πέφτει στα 30-40 mmHg  και έτσι  η οξυαιμοσφαιρίνη από 96% πέφτει στους 62-72% δηλαδή αποδίδεται το 1/3 περίπου του δεσμευμένου οξυγόνου της.

Επίσης στους ιστούς κατά την δίοδο του αρτηριακού αίματος η τάση του μεσοκυττάριου υγρού κυμαίνεται στα 46-47 mmHg σε διοξείδιο του άνθρακα από τον μεταβολισμό και το αέριο αυτό εισέρχεται στο αίμα ώστε να εξισωθούν οι μερικές πιέσεις 46-47mmHg ενώ ταυτόχρονα το χημικά δεσμευμένο μέσα στο πλάσμα επανέρχεται στην αρχική του τιμή, 3,5ml/100ml.

  .

 

Πότε η αιμοσφαιρίνη αδυνατεί να μεταφέρει οξυγόνο 

α. Μεθαιμοσφαιριναιμία.  Εάν ένα μεγάλο ποσοστό του Σιδήρου της αίμης (πάνω από 4%) έχει οξειδωθεί σε τρισθενη μεθαιμοσφαιρίνη (met-Hb)

με  (Fe+3 ) αντί Fe+2 που υπάρχει κανονικά στην αίμη της αιμοσφαιρίνης των ερυθρών αιμοσφαιρίων  

Η δέσμευση του οξυγόνου από την μεθαιμοσφαιρίνη είναι ισχυρότερη από αυτήν της αιμοσφαιρίνης. έτσι τα ερυθρά αιμοσφαίρια που φέρουν μεθαιμοσφαιρίνη αδυνατούν να αποδώσουν το οξυγόνο στους ιστούς και στα κύτταρα με συνέπεια την ένδεια των ιστών σε οξυγόνο (υποξεία)

Συμπτώματα από την υποξεία μπορεί να είναι δύσπνοια, κυάνωση,  μεταβολές της νοητικής κατάστασης (~ 50%), κεφαλαλγία, κόπωση, την άσκηση της μισαλλοδοξίας, ζάλη και απώλεια hairlines. Σε σοβαρές περιπτώσεις επιληπτικές κρίσεις, κώμα και θάνατο. 

Αύξηση της αιμοσφαιρίνης συμβαίνει σε καταστάσεις οξειδωτικού στρες.

Μπορεί επίσης να προκληθεί απο τοξικές ουσίες που εισέρχονται στον οργανισμό, όπως αντιβιωτικά, τοπικά αναισθητικά, βαφές ανιλίνης, χλωρικά και βρωμικά παράγωγα, ενώσεις που περιέχουν νιτρικά άλατα. 

 Το αίμα αποκτά ένα γαλαζωπό ή σοκολακαφέ χρώμα.

 Φυσιολογικά υπάρχουν στα ερυθρά αιμοσφαίρια υπάρχουν ένζυμα που ανάγουν την μεθαιμοσφαιρίνη σε αιμοσφαιρίνη (αναγέννηση αιμοσφαιρίνης) όπως   NADH αναγωγάση μεθαιμοσφαιρίνης, ασκορβικό οξύ, γλουταθειόνη κ.λ.π.. καθώς και συστήματα προστασίας των ενζύμων αυτών

Φάρμακα όπως οι  βενζοκαΐνη , δαψόνη και νιτρικά άλατα και προιόντα του μεταβολισμού τους μπορεί να οδηγήσουν σε καταστροφή των ενζύμων  προσασία από  την μεθαιμοσφαιριναιμία.

 

β. Ανθρακυλαιμοσφαιριναιμία ( HbCO) Όταν την θέση του οξυγόνου στην αίμη της αιμοσφαιρίνης, έχει καταλάβει άλλη ουσία με μεγαλύτερη χημική συγγένεια , όπως το μονοξείδιο του άνθρακα με αποτέλεσμα την ανθρακυλαιμοσφαιρίνη ( HbCO).

Αρκεί η παρουσία 0,2% CO για μετατροπή 50% σε HbCO που παρεμποδίζει την ικανότητα της αιμοσφαιρίνης να παραδίδει το οξυγόνο στους ιστούς. Το μονοξείδιο του άνθρακα μπορεί να παραχθεί κατά τον μεταβολισμό, αλλά και να εισέλθει στον οργανισμό σαν χημική ένωση.

Φυσιολογικά το οξυγόνο δεσμεύεται από την αιμοσφαιρίνη στους πνεύμονες και αποδεσμεύεται σε περιοχές που η μερική πίεση του οξυγόνου είναι χαμηλή όπως τα τριχοειδή των ιστών. Κατά την δίοδο του αίματος μέσα από τα τριχοειδή το 1/3 περίπου της οξυαιμοσφαιρίνης, αποδίδει το οξυγόνο της στο μεσοκυττάριο, Εάν υπάρχει στο περιβάλλον  διοξείδιο του άνθρακα δεσμεύεται από την αιμοσφαιρίνη 200 φορές ισχυρότερα 

 


 

Κυτταρική αναπνοή

 Ο ανεφοδίασμός του κυττάρου σε οξυγόνο, που καταναλώνεται με τις οξειδώσεις, καθως και η απομάκρυνση του διοξείδιου του άνθρακα που δημιουργείται,  γίνεται με απλή διάχυση , δια μέσου της κυτταρικής μεμβράνης με το μεσοκυττάριο υγρό

Το απαραίτητο για τον οργανισμό στοιχείο οξυγόνο περνά από το μεσοκυττάριο υγρόμέσα στο κύτταρο δια μέσου της μεμβράνης  χρησιμοποιείται για την επανοξείδωση των ανηγμένων απο τις οξειδώσεις στα μιτοχόνδρια  συνενζύμων, NADH και FADH2. Το οξυγόνο που περνά μέσα στο κύτταρο αποσπά υδρογόνο από τα συνένζυμα και έτσι αυτά αναγεννώνται. Ταυτόχρονα από την ένωση αυτή, παράγεται νερό και ενέργεια (που θα χρησιμοποιηθεί στην συνέχεια για παραγωγή ATP).

Αυτό καταλύεται από το  ένζυμο οξειδάση του κυτοχρώματος. Το κυτόχρωμα είναι μια ομάδα πρωτεινών που δρουν στο μιτοχόνδριο και    αντλούν  πρωτόνια δια μέσου της μιτοχονδριακής μεμβράνης. Περιέχουν στο μόριό τους τον δακτύλιο της αίμης όπως η αιμοσφαιρίνη που όμως δεν μεταφέρει οξυγόνο αλλά μόνο ηλεκτρόνια μέσω του δισθενούς  και τρισθενούς σιδήρου.

 

Πότε τα κύτταρα αδυνατούν να παραλάβουν το οξυγόνο από το περιβάλλον τους

Υπάρχουν ορισμένες ουσίες που δεσμεύονται  από την οξειδάση του κυτοχρώματος σαν εξωγενείς υποκαταστάτες  (CN-, N3-, NO2-)

Μελέτες έδειξαν πως η σύνδεση του κυανίου γίνεται αρχικά με γέφυρα και στην συνέχεια με σύμπλοκο  (a3 Fe2+-CN-)

Η φασματοσκοπική μελέτη της σύνδεσης του  αζώτου Ν3- με την ίδια οξειδάση έδειξε τον σχηματισμό συμπλόκου (CuB2+-N3-)

Πρόσφατες μελέτες που έδειξαν ότι οι οξειδάσες του κυτοχρώματος των θηλαστικών δρουν αναγωγικά επί των νιτρδών ιόντων . Φασματοσκοπικές αναλύσεις έδειξαν και εδώ σχηματισμό συμπλόκου με το νιτρώδες ιόν. 

Και στις τρεις περιπτώσεις το αποτέλεσμα είναι η αδυναμία της οξειδάσης του κυτοσώματος να δράσει ενζυμικά για την ένωση του οξυγόνου με το υδρογόνο. Το οξυγόνο που μεταφέρεται με το αρτηριακό αίμα,  επιστρέφει δια μέσου των φλεβών χωρίς να αποδώσει οξυγόνο στους ιστούς και έχει το ζωηρό κόκκινο χρώμα της οξυαιμοσφαιρίνης. (ερυθρίαση)

Οι κυανιούχες ενώσεις , τα νιτρώδη άλατα, προκαλούν αυτές τις δυσλειτουργίες στην αναπνοή με αυτά τα συμπτώματα .

Δήμητρα Σπανού

 

ΠΗΓΕΣ

ΕΠΙΤΟΜΗ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ  Ιωάννου Χατζημηνά  1987


www.eleodi.gr630 × 419

https://en.wikipedia.org/wiki/Methemoglobinemia

www.cancerdiet.gr › ΚΑΡΚΙΝΟΣ & ΒΙΟΛΟΓΙΑ

https://en.wikipedia.org/wiki/Carboxyhemoglobin

http://www.openarchives.gr/view/2699495

http://www.openarchives.gr/view/2699495

fblt.cz777 × 597