معلومة

كيف يعتمد امتصاص الإنسان للأكسجين على تركيز الأكسجين في هواء الجهاز التنفسي؟

كيف يعتمد امتصاص الإنسان للأكسجين على تركيز الأكسجين في هواء الجهاز التنفسي؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أردت فقط حساب الفترة الزمنية النظرية التي يمكنني خلالها البقاء (واعيًا) في شقتي دون السماح للهواء الداخلي بتبادل الأكسجين / ثاني أكسيد الكربون بالهواء النقي. أثناء حساباتي ، وصلت إلى النقطة التي لم أكن متأكدًا فيها ، إذا كانت كمية الأكسجين المستهلكة بالفعل ، تؤثر على امتصاص الأكسجين في المستقبل وبالتالي على إنتاج ثاني أكسيد الكربون.

في هذا السيناريو الافتراضي ، أفترض أن الهواء في شقتي متجانس ومختلط بشكل مثالي ، وبالتالي أقيس نفس مستوى الأكسجين في أي مكان من الداخل. أفترض أن جميع غرفتي فارغة تمامًا ، ومن ثم فإن حجم مساحة المعيشة * ارتفاع الغرفة * تركيز الأكسجين كمقدار الأكسجين المتاح لدي في البداية. (حاولت أن أكون مستقلاً عن ضغط الهواء باستخدام القيم القياسية للاستهلاك اعتمادًا على التركيز وحساب المدة التي سيستغرقها مستوى الأكسجين للانخفاض إلى ما دون / ثاني أكسيد الكربون للارتفاع فوق عتبة معينة (اعتمادًا على ما يصبح قاتلًا أولاً) ).

لقد طرحت هذا السؤال بالذات وليس "كم من الوقت يمكن للمرء أن يعيش في غرفة مغلقة ..." ، لأنني لم أجد إجابة مفيدة حتى الآن بالنظر إلى تركيز الأكسجين / ثاني أكسيد الكربون ، ولكن الكمية المطلقة لهذه الغازات فيه.

في حال كان ذلك مفيدًا / ضروريًا: لست على دراية بالتفاعلات البيوكيميائية والاستقلابية ولم أدرس في هذا المجال من قبل.

شكرا لك مقدما.

ملاحظة: إذا كنت تعتقد أن مجتمع تكديس آخر سيكون أكثر ملاءمة ، يرجى التعليق.


الحد الأدنى من تركيز الأكسجين للتنفس البشري

يحتاج البشر إلى الأكسجين ليعيشوا ، ولكن ليس بالقدر الذي قد تتخيله. الحد الأدنى لتركيز الأكسجين في الهواء المطلوب للتنفس البشري هو 19.5٪. يأخذ جسم الإنسان الأكسجين الذي يتم استنشاقه من الرئتين وينقله إلى أجزاء أخرى من الجسم عبر خلايا الدم الحمراء في الجسم. كل خلية تستخدم الأكسجين وتتطلبه لتزدهر. في معظم الأوقات ، يحتوي الهواء في الغلاف الجوي على كمية مناسبة من الأكسجين للتنفس الآمن. لكن في بعض الأحيان ، يمكن أن ينخفض ​​مستوى الأكسجين بسبب تفاعل الغازات السامة الأخرى معه.


كيف يعتمد امتصاص الإنسان للأكسجين على تركيز الأكسجين في هواء الجهاز التنفسي؟ - مادة الاحياء

تأثير الأكسجين ودوره في جسم الإنسان


في جسم الإنسان ، يتم امتصاص الأكسجين عن طريق مجرى الدم في الرئتين ، ثم يتم نقله إلى الخلايا حيث تحدث عملية تغيير معقدة.

يلعب الأكسجين دورًا حيويًا في عمليات التنفس وفي عملية التمثيل الغذائي للكائنات الحية.

من المحتمل أن الخلايا الحية الوحيدة التي لا تحتاج إلى الأكسجين هي بعض البكتيريا اللاهوائية التي تحصل على الطاقة من عمليات التمثيل الغذائي الأخرى.

تتأكسد مركبات المغذيات الموجودة داخل الخلية من خلال عمليات إنزيمية معقدة.

هذه الأكسدة هي مصدر الطاقة لمعظم الحيوانات ، وخاصة الثدييات.

المنتجات هي ثاني أكسيد الكربون والماء (هواء الزفير له رطوبة نسبية 100٪) ، والتي يتخلص منها جسم الإنسان من خلال الرئتين.

انقر فوق الرابط أدناه لقراءة المزيد عن:


مستويات مناسبة من الأكسجين حيوية ل دعم التنفس الخلوي. يلعب الأكسجين دورًا مهمًا في استقلاب الطاقة للكائنات الحية.

الخلية الحية هي موقع نشاط كيميائي حيوي هائل يسمى التمثيل الغذائي.

هذه هي عملية التغيير الكيميائي والفيزيائي الذي يستمر باستمرار في جسم الإنسان: بناء أنسجة جديدة ، واستبدال الأنسجة القديمة ، وتحويل الطعام إلى طاقة ، والتخلص من النفايات ، والتكاثر - جميع الأنشطة التي نتميز بها على أنها "الحياة."

تظهر الأبحاث أن الخلايا لديها "عدد محدود" فقط من الانقسامات الخلوية الممكنة في حياة الإنسان.

تشير الدراسات إلى أنه بحلول الوقت الذي تكون فيه 20 خلية مكونة لجسمك قد استهلكت نصف الانقسامات المتاحة في عمر الخلية.

بحلول الوقت الذي تبلغ فيه سن الأربعين ، ربما لم يتبق سوى 30٪ من انقسامات الخلايا المحتملة. عندما تستهلك الخلايا الانقسامات الخلوية الطبيعية المخصصة لها ، فإن النهاية هي الموت!

الأكسجين الجزيئي س 2 ، ضروري للتنفس الخلوي في جميع الكائنات الهوائية. يستخدم الأكسجين كمتقبل للإلكترون في الميتوكوندريا لتوليد الطاقة الكيميائية.

ألق نظرة داخل الخلية لترى هذه "القوى" من الخلية ،

في جسم الإنسان ، يتم امتصاص الأكسجين من خلال العمليات التالية:

ينتشر الأكسجين عبر الأغشية وإلى خلايا الدم الحمراء بعد استنشاقه إلى الرئتين. ترتبط مجموعة الهيموجلوبين (التي تتكون من الحديد) بالأكسجين عندما يكون موجودًا ، مما يؤدي إلى تغيير لون الهيموغلوبين من الأحمر المزرق إلى الأحمر الفاتح.

يمكن أن يذيب لتر واحد من الدم 200 سم مكعب من غاز الأكسجين ، وهو أكثر بكثير مما يمكن أن يذوبه الماء.

بعد نقل الدم إلى أنسجة الجسم التي تحتاج إلى الأكسجين ، يتم تسليم O2 إلى إنزيم (monooxygenase) يحتوي أيضًا على موقع نشط يحتوي على ذرة من الحديد.

ال يستخدم الإنزيم الأكسجين لتحفيز العديد من تفاعلات الأكسدة في الجسم (التمثيل الغذائي). يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون ، وهو منتج نفايات ، من الخلية إلى الدم ، حيث يتحد مع البيكربونات والهيموجلوبين للانتقال إلى الرئتين. يدور الدم عائدًا إلى الرئتين وتتكرر العملية.

جزء صغير من النفايات التي تأتي من خلايا الجسم مائي ، أو يذوب بسهولة في الماء علاوة على ذلك ، يتم نقل هذا في الدم إلى مجموعة محددة من أعضاء التصفية - الكبد والكلى - ويتم سكبه خارج الجسم مثل بول.

ينتقل جزء آخر من الفضلات عبر الجلد على شكل بخار مائي كعرق أو عرق. لكن لا يمكن التخلص من جزء من النفايات إلا عن طريق الحرق ، وما نسميه الحرق هو اسم آخر للاندماج مع الأكسجين ، أو لاستخدام كلمة واحدة وهي الأكسدة

علاوة على ذلك ، هذا هو بالضبط الغرض من حمل الأكسجين بواسطة خلايا الدم الحمراء الصغيرة من الرئتين إلى الأجزاء العميقة من الجسم - لحرق أو أكسدة هذه النفايات التي قد تسمم خلايانا. عندما تحترق أو تتأكسد ، فإنها تصبح غير ضارة تقريبًا.

في حين يدعم الأكسجين حياتنا، و "أكسدة" أو "حرق" الطعام لتوليد الطاقة والحرارة لأجسامنا ، فإن أنواعًا معينة من جزيئات الأكسجين المتغيرة التي تسمى "الجذور الحرة" والتي تتواجد دائمًا في أجسامنا ، ستؤدي إلى إتلاف خلايانا وحتى حمضنا النووي ، مما يتسبب في تنكس وأمراض مثل السرطان.

"الراديكالي" هو ذرة ذات شحنة كهربائية غير متوازنة ، وسوف تسعى إلى سرقة إلكترونات من ذرات أخرى - مثل ذرات خلايا أجسامنا!

كما يحب الدكتور تاي أن يقول ، فإن أكسدة الخلايا بواسطة الجذور الحرة تجعل جسم الإنسان "يصدأ" مثل أكسدة المعدن مما يجعله يصدأ - وأنت تعرف ما يفعله الصدأ لقوة المعدن وجماله الطبيعي.

أجسامنا بحاجة إلى مساعدة من "مضادات الأكسدة" لتحييد خصائص الأكسدة تلك التي تغزو الجذور الحرة.

هناك الآلاف من الأوراق البحثية التي تشير إلى أن إنتاج الجذور الحرة هو السبب الرئيسي للشيخوخة.

الجذور الحرة هي جزيئات غير مستقرة في الجسم يتم إنشاؤها كجزء من منتجات النفايات أو الأنشطة الأيضية الخلوية العادية. أنت تبلغ من العمر مثل الخلايا الخاصة بك فقط! أعطت الأبحاث الحديثة أملاً جديداً لمهمة تجديد وإطالة عمر الخلايا.

هذه تجديد الخلاياوإطالة العمر وتحسين الحيوية باستخدام خاص مضادات الأكسدة يمكن أن يحافظ في الواقع على الخلايا تبدو أصغر سنا وتتصرف - وربما يعكس عملية الشيخوخة!

يمثل جسم الإنسان أحد أكثر الهياكل تصميمًا وتنسيقًا بشكل مثالي. ومع ذلك ، يتم تثبيت كل هذه الهياكل في موضعها من خلال شبكة كثيفة من الأنظمة التي تعمل معًا باستمرار لإبقائنا مستمرين.

الدماغ يمثل 2٪ فقط من وزن جسم الإنسان ، ويتلقى 15٪ من النتاج القلبي ، و 20٪ من إجمالي استهلاك الأكسجين في الجسم ، و 25٪ من إجمالي استخدام الجلوكوز في الجسم.

استهلاك الطاقة للدماغ من أجل البقاء ببساطة هو 0.1 سعرة حرارية في الدقيقة ، في حين أن هذه القيمة يمكن أن تصل إلى 1.5 سعرة حرارية في الدقيقة أثناء حل الكلمات المتقاطعة.

عندما تكون الخلايا العصبية في منطقة معينة من الدماغ نشطة للغاية ، فإنها تستهلك قدرًا كبيرًا من الأكسجين ، مما يؤدي إلى تجنيد تدفق دم إضافي إلى تلك المنطقة.

تنجم الأمراض التنكسية العصبية ، مثل مرض الزهايمر ، ومرض باركنسون ، ومرض الخلايا العصبية الحركية ، ومرض هنتنغتون عن الموت التدريجي للخلايا العصبية الفردية ، مما يؤدي إلى انخفاض في التحكم في الحركة والذاكرة والإدراك.

يمكن تحسين الأداء العقلي في جسم الإنسان عن طريق "تغذية" الدماغ بالأكسجين الإضافي أو الجلوكوز ، وفقًا لبحث نُشر اليوم يمكن أن يكون له آثار على علاج الخرف.

من المعروف أنه بعد حوالي تسع دقائق من عدم وجود أكسجين ، من الغرق أو أي شيء آخر ، يمكنك تقبيل عقلك وداعًا. خلايا الدماغ حساسة للغاية لحرمان الأكسجين ويمكن أن تبدأ في الموت في غضون خمس دقائق بعد انقطاع إمدادات الأكسجين.

يمكن أن يؤدي نقص إمدادات الأكسجين إلى الدماغ على الرغم من وجود تدفق دم كافٍ بسبب التسمم بأول أكسيد الكربون أو التلوث في مدننا أو الاختناق أو الاختناق إلى خلق ظروف مثل التعب والاكتئاب والتهيج وسوء التقدير والمشاكل الصحية.

ستؤدي زيادة إمداد الأكسجين إلى الدماغ والجهاز العصبي إلى عكس هذه الظروف.

يعمل نظام الأكسجين على تحسين اليقظة وردود الفعل والذاكرة والذكاء الظاهر ، وقد يوفر لكبار السن سلاحًا جديدًا ضد الشيخوخة والاضطرابات ذات الصلة. ورد أن مرض الزهايمر وباركنسون يستجيبان له. مدمنو الكحول الذين يبدأون في تناول مكملات الأكسجين سرعان ما يفقدون الاهتمام بالكحول.

التركيب الكيميائي لجسم الإنسان

يتم تحديد حجم جسم الإنسان أولاً عن طريق النظام الغذائي وثانيًا بالجينات. يتأثر نوع الجسم (نحيف ، سمين ، طويل ، رشيق ، عريض الكتفين ، إلخ) وتكوين الجسم (النسب المئوية للدهون والعظام والعضلات) بعوامل ما بعد الولادة مثل النظام الغذائي وممارسة الرياضة.

بحلول الوقت الذي يصل فيه الإنسان إلى غطاء الرأس ، يتكون الجسم من ما يقرب من 100 تريليون خلية. كل منها جزء من نظام عضوي مصمم لأداء وظائف الحياة الأساسية.

بالكتلة ، تتكون الخلايا البشرية من 65-90٪ ماء (H2O) ، ويتكون جزء كبير من جزيئات عضوية تحتوي على الكربون. لذلك يساهم الأكسجين في غالبية كتلة جسم الإنسان ، يليه الكربون.

تتكون 99٪ من كتلة جسم الإنسان من ستة عناصر: الأكسجين والكربون والهيدروجين والنيتروجين والكالسيوم والفوسفور.

من أجل فهم علاقة الطعام بغذاء الجسم وإصلاحه ، سيكون من الضروري معرفة ، أولاً ، ما يتكون جسم الإنسان ، والعناصر المقابلة الموجودة في الغذاء المطلوب لبناء الجسم والحفاظ عليه. حالة صحية.

يعطي الجدول التالي التحليل التقريبي لرجل يزن 148 رطلاً:


تبادل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون

تتمثل الوظيفة الأساسية للجهاز التنفسي في امتصاص الأكسجين والتخلص من ثاني أكسيد الكربون. يدخل الأكسجين المستنشق إلى الرئتين ويصل إلى الحويصلات الهوائية. طبقات الخلايا المبطنة للحويصلات الهوائية والشعيرات الدموية المحيطة بها سمك خلية واحدة فقط وتكون على اتصال وثيق مع بعضها البعض. يبلغ متوسط ​​هذا الحاجز بين الهواء والدم حوالي 1 ميكرون (1 /10,000 سم ، أو 0.000039 بوصة) في السماكة. يمر الأكسجين بسرعة عبر هذا الحاجز الهوائي الدموي إلى الدم في الشعيرات الدموية. وبالمثل ، يمر ثاني أكسيد الكربون من الدم إلى الحويصلات الهوائية ثم يتم الزفير.

ينتقل الدم المؤكسج من الرئتين عبر الأوردة الرئوية إلى الجانب الأيسر من القلب ، والذي يضخ الدم إلى باقي الجسم (انظر وظيفة القلب). يعود الدم الغني بثاني أكسيد الكربون الذي يعاني من نقص الأكسجين إلى الجانب الأيمن من القلب من خلال وريدين كبيرين ، الوريد الأجوف العلوي والوريد الأجوف السفلي. ثم يُضخ الدم عبر الشريان الرئوي إلى الرئتين ، حيث يلتقط الأكسجين ويطلق ثاني أكسيد الكربون.

وظيفة الجهاز التنفسي هي إضافة الأكسجين إلى الدم وإزالة ثاني أكسيد الكربون. تسمح الجدران الرقيقة المجهرية للحويصلات الهوائية للأكسجين المستنشق بالتحرك بسرعة وسهولة من الرئتين إلى خلايا الدم الحمراء في الشعيرات الدموية المحيطة. في الوقت نفسه ، ينتقل ثاني أكسيد الكربون من الدم في الشعيرات الدموية إلى الحويصلات الهوائية.

لدعم امتصاص الأكسجين وإطلاق ثاني أكسيد الكربون ، يتم إحضار حوالي 5 إلى 8 لترات (حوالي 1.3 إلى 2.1 جالون) من الهواء في الدقيقة داخل وخارج الرئتين ، وحوالي ثلاثة أعشار اللتر (حوالي ثلاثة أعشار من a ربع لتر) من الأكسجين من الحويصلات الهوائية إلى الدم كل دقيقة ، حتى عندما يكون الشخص في حالة راحة. في الوقت نفسه ، ينتقل حجم مماثل من ثاني أكسيد الكربون من الدم إلى الحويصلات الهوائية ويتم الزفير. أثناء التمرين ، من الممكن استنشاق وإخراج أكثر من 100 لتر (حوالي 26 جالونًا) من الهواء في الدقيقة واستخراج 3 لترات (أقل بقليل من 1 جالون) من الأكسجين من هذا الهواء في الدقيقة. معدل استخدام الجسم للأكسجين هو أحد مقاييس معدل الطاقة التي ينفقها الجسم. يتم التنفس والزفير عن طريق عضلات الجهاز التنفسي.

تبادل الغازات بين الفراغات السنخية والشعيرات الدموية

وظيفة الجهاز التنفسي هي تحريك غازين: الأكسجين وثاني أكسيد الكربون. يحدث تبادل الغازات في ملايين الحويصلات الهوائية في الرئتين والشعيرات الدموية التي تغلفها. كما هو موضح أدناه ، ينتقل الأكسجين المستنشق من الحويصلات الهوائية إلى الدم في الشعيرات الدموية ، وينتقل ثاني أكسيد الكربون من الدم في الشعيرات الدموية إلى الهواء في الحويصلات الهوائية.


نورموكسيا ونقص الأكسجة وفرط التأكسج

حسب الاتفاقية ، تم تعريف نورموكسيا على أنها مستوى الأكسجين المطلوب لحدوث العمليات الفسيولوجية الطبيعية. نقص الأكسجين يعني عدم التوازن بين العرض والطلب على الأكسجين. ومع ذلك ، يمكن أن يشير أيضًا ببساطة إلى حدوث تغيير في بيئة الأكسجين يؤدي إلى سلسلة من الأحداث الفسيولوجية والكيميائية الحيوية التي يتم تعويضها (أو فيزيولوجية) أو غير معوضة (أو مرضية). على الرغم من الحفاظ على حالة الطاقة الحيوية الخلوية في السيناريو السابق ، إلا أن هذا الأخير يؤدي إلى تغييرات خلوية محددة تؤثر على أنشطة الإنزيم ، ووظيفة الميتوكوندريا ، وهيكل الهيكل الخلوي ، ونقل الغشاء ، والدفاعات المضادة للأكسدة.

أثناء نقص الأكسجة المرضي ، يقلل توافر الأكسجين المحدود من الفسفرة المؤكسدة مما يؤدي إلى فشل إعادة تصنيع الفوسفات الغني بالطاقة ، بما في ذلك ATP والفوسفوكرياتين. يتم تغيير مضخة Na + / K + المعتمدة على الغشاء ATP لصالح تدفق Na + و Ca ++ والماء إلى الخلية وبالتالي إنتاج وذمة سامة للخلايا. علاوة على ذلك ، يؤدي تقويض نوكليوتيدات الأدينين أثناء نقص التروية إلى تراكم هيبوكسانثين داخل الخلايا (8). وجدنا ارتفاع نسبة الهيبوكسانتين في دم الحبل السري بعد الولادة ، وبالتالي يمكن استخدام الهيبوكسانثين كعلامة حساسة لنقص الأكسجة داخل الرحم (8). في وجود أوكسيديز الزانثين ، يمكن أن يولد هيبوكسانثين أنواع الأكسجين التفاعلية السامة مع إعادة إدخال الأكسجين الجزيئي أثناء إنعاش حديثي الولادة (9 ، 10). تؤدي زيادة الكالسيوم العصاري الخلوي إلى العديد من مسارات التمثيل الغذائي ، بما في ذلك تنشيط الفوسفوليباز ، وإطلاق البروستاجلاندين ، والليباز ، والبروتياز ، والنويدات الداخلية ، وكلها تصيب المكونات الهيكلية المختلفة للخلايا (11). بالإضافة إلى ذلك ، يتم إحداث حالة التهابية عبر التعبير عن بعض منتجات الجينات المسببة للالتهابات في البطانة ، مثل جزيئات التصاق الكريات البيض والسيتوكينات ، والعوامل النشطة بيولوجيًا ، مثل البطانة الداخلية والثرموبوكسان أ2 (12). من ناحية أخرى ، يتم قمع المنتجات الجينية مثل البروستاسيكلين وأكسيد النيتريك التي قد تكون وقائية (13).

يُعتقد عمومًا أن فرط الأكسجة ينشأ عندما تؤدي مستويات الأكسجين المرتفعة إلى إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية السامة. ومع ذلك ، فإن الانحرافات عن نقص الأكسجة الفسيولوجي التي لا تؤدي إلى إصابة مباشرة تعتمد على ROS يمكن أن يكون لها أيضًا عواقب سلبية من خلال تعطيل عمليات النمو التي يحركها نقص الأكسجة الفسيولوجي. من المهم أيضًا ملاحظة أن مستويات الأكسجين التي تشير إلى نقص الأكسجة أو فرط التأكسج قد تعتمد على السياق. يتطلب الدماغ والعضلات مستويات مختلفة من الأكسجين وقد تؤثر العمليات الفسيولوجية وكذلك المرضية على ما إذا كانت كمية معينة من الأكسجين تشكل نوروكسيا أو نقص الأكسجة أو حتى فرط الأكسجة (14).


تبادل الغاز عبر الحويصلات الهوائية

في الجسم ، يتم استخدام الأكسجين بواسطة خلايا أنسجة الجسم ويتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون كمنتج فضلات. نسبة إنتاج ثاني أكسيد الكربون إلى استهلاك الأكسجين هي حاصل الجهاز التنفسي (RQ) . يتراوح معدل RQ بين 0.7 و 1.0. إذا تم استخدام الجلوكوز فقط لتزويد الجسم بالطاقة ، فإن RQ ستساوي واحدًا. سيتم إنتاج مول واحد من ثاني أكسيد الكربون لكل مول من الأكسجين المستهلك. ومع ذلك ، فإن الجلوكوز ليس الوقود الوحيد للجسم. كما يستخدم البروتين والدهون كوقود للجسم. وبسبب هذا ، يتم إنتاج كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون مقارنة بالأكسجين المستهلك ، ويبلغ معدل RQ ، في المتوسط ​​، حوالي 0.7 للدهون وحوالي 0.8 للبروتين.

يستخدم RQ لحساب الضغط الجزئي للأكسجين في الفراغات السنخية داخل الرئة اللسان وسقف الفم صا2 أعلاه ، تم حساب الضغط الجزئي للأكسجين في الرئتين ليكون 150 ملم زئبق. ومع ذلك ، لا تفرغ الرئتان تمامًا مع الزفير ، لذلك يختلط الهواء الملهم مع هذا الهواء المتبقي ويقلل من الضغط الجزئي للأكسجين داخل الحويصلات الهوائية. هذا يعني أن هناك تركيزًا أقل من الأكسجين في الرئتين مما هو موجود في الهواء خارج الجسم. بمعرفة RQ ، يمكن حساب الضغط الجزئي للأكسجين في الحويصلات الهوائية:

مع RQ من 0.8 و PCO2 في الحويصلات الهوائية التي تبلغ 40 ملم زئبق ، PO السنخية2

لاحظ أن هذا الضغط أقل من الهواء الخارجي. لذلك ، سيتدفق الأكسجين من الهواء الملهم في الرئة (Pا2 = 150 ملم زئبق) في مجرى الدم (صا2 = 100 مم زئبق)

في الرئتين ، ينتشر الأكسجين من الحويصلات الهوائية إلى الشعيرات الدموية المحيطة بالحويصلات الهوائية. يرتبط الأكسجين (حوالي 98 بالمائة) بشكل عكسي بصبغة الجهاز التنفسي الهيموجلوبين الموجودة في خلايا الدم الحمراء (كرات الدم الحمراء). تحمل كرات الدم الحمراء الأكسجين إلى الأنسجة حيث ينفصل الأكسجين عن الهيموجلوبين وينتشر في خلايا الأنسجة. وبشكل أكثر تحديدًا ، السنخية Pا2أعلى في الحويصلات الهوائية (صALVO2 = 100 مم زئبق) من الدم Pا2 (40 ملم زئبق) في الشعيرات الدموية. نظرًا لوجود هذا التدرج في الضغط ، ينتشر الأكسجين نزولاً من تدرج ضغطه ، ويخرج من الحويصلات الهوائية ويدخل إلى دم الشعيرات الدموية حيث O2 يرتبط بالهيموجلوبين. في نفس الوقت ، السنخية Pثاني أكسيد الكربون هو P أقلALVO2 = 40 ملم زئبق من الدم Pثاني أكسيد الكربون = (45 ملم زئبق). كو2 ينتشر أسفل تدرج الضغط ، ويخرج من الشعيرات الدموية ويدخل الحويصلات الهوائية.

يتحرك الأكسجين وثاني أكسيد الكربون بشكل مستقل عن بعضهما البعض وينتشران أسفل تدرجات الضغط الخاصة بهما. عندما يخرج الدم من الرئتين عبر الأوردة الرئوية ، فإن الوريدي P.ا2= 100 مم زئبق ، في حين أن الأوردة صثاني أكسيد الكربون = 40 ملم زئبق. عندما يدخل الدم إلى الشعيرات الدموية الجهازية ، يفقد الدم الأكسجين ويكتسب ثاني أكسيد الكربون بسبب اختلاف ضغط الأنسجة والدم. في الشعيرات الدموية الجهازية ، صا2= 100 مم زئبق ، ولكن في خلايا الأنسجة ، Pا2= 40 ملم زئبق. يدفع هذا التدرج في الضغط انتشار الأكسجين من الشعيرات الدموية إلى خلايا الأنسجة. في نفس الوقت الدم Pثاني أكسيد الكربون= 40 مم زئبق والأنسجة الجهازية P.ثاني أكسيد الكربون= 45 ملم زئبق. يقود تدرج الضغط ثاني أكسيد الكربون2 من خلايا الأنسجة إلى الشعيرات الدموية. الدم العائد إلى الرئتين من خلال الشرايين الرئوية يحتوي على P وريديا2= 40 ملم زئبق و pثاني أكسيد الكربون= 45 ملم زئبق. يدخل الدم إلى الشعيرات الدموية في الرئة حيث تبدأ عملية تبادل الغازات بين الشعيرات الدموية والحويصلات الهوائية مرة أخرى (الشكل 20.13).

الشكل 20.13. تتغير الضغوط الجزئية للأكسجين وثاني أكسيد الكربون مع انتقال الدم عبر الجسم.

أي من العبارات التالية غير صحيح؟

  1. في الأنسجة ، صا2 يسقط مع مرور الدم من الشرايين إلى الأوردة ، بينما يسقط P.ثاني أكسيد الكربون يزيد.
  2. ينتقل الدم من الرئتين إلى القلب إلى أنسجة الجسم ، ثم يعود إلى القلب ، ثم الرئتين.
  3. ينتقل الدم من الرئتين إلى القلب إلى أنسجة الجسم ، ثم يعود إلى الرئتين ، ثم القلب.
  4. صا2 أعلى في الهواء منه في الرئتين.

باختصار ، يؤدي التغيير في الضغط الجزئي من الحويصلات الهوائية إلى الشعيرات الدموية إلى دفع الأكسجين إلى الأنسجة وثاني أكسيد الكربون في الدم من الأنسجة. ثم يتم نقل الدم إلى الرئتين حيث تؤدي الاختلافات في الضغط في الحويصلات الهوائية إلى انتقال ثاني أكسيد الكربون من الدم إلى الرئتين والأكسجين إلى الدم.


الضغط الشرياني الجزئي للأكسجين (PaO2)

بمجرد وصول الأكسجين إلى الرئتين ، ينتشر عبر الحاجز الشعري السنخي من الحويصلات الهوائية إلى الدورة الدموية الشريانية. ينشأ التدرج الأولي للانتشار للضغوط في دوران الأوعية الدقيقة عند الضغط الجزئي الشرياني للأكسجين (PaO2) مع ضغط أعلى يخلط مع ضغط الأكسجين داخل الأوردة (PVO2) [23].

معدل انتشار الأكسجين عبر الغشاء الحويصلي الشعري بالإضافة إلى التخلص الأسرع والأسهل من ثاني أكسيد الكربون2، يؤكد أن الشعيرات الدموية PaO2 يكاد يساوي PAO السنخي2 وأثناء الظروف العادية (عند مستوى سطح البحر) تتوافق مع 75 إلى 100 مم زئبق [24].

عند مستوى سطح البحر ، أثناء الظروف العادية ، يكون الضغط الجزئي للأكسجين في الشرايين مرتفعًا بما يكفي لتلبية متطلبات الأكسجين للكائن الحي بأكمله [10]. ومع ذلك ، أثناء التعرض للارتفاعات العالية (نقص الأكسجة الناقص الضغط) ، حيث ينخفض ​​الضغط الجوي ، ينخفض ​​ضغط الأكسجين في الدورة الدموية الشريانية تناسبيًا عكسيًا [25 ، 26]. يعزى هذا التخفيض إلى انخفاض كبير في ماكينة الصراف الآليص2 ويحدد الضغط الفعلي للأكسجين المتاح للأنسجة والمتطلبات الخلوية [27 ، 28] (الشكل 2).

توتر الأكسجين الشرياني (PaO2) على ارتفاعات مختلفة عند البشر حسب القيم الواردة في العديد من التقارير [3 ، 4 ، 12 ، 17].


ما هي مستويات تشبع الأكسجين؟

تشبع الأكسجين هو مقياس لمقدار الأكسجين الذي يحمله الدم عبر الجسم. يرتبط الأكسجين بجزيئات الهيموجلوبين في الدم. يُشار عادةً إلى الأكسجين الموجود في الدم كنسبة مئوية من الحد الأقصى لكمية O2 التي يمكن أن يحملها الدم.

تتراوح مستويات تشبع الأكسجين الطبيعي من 95 إلى 100 بالمائة. ببساطة ، تعتبر مستويات الأكسجين التي تقل عن 90 في المائة منخفضة ، وتُعرف أيضًا باسم نقص الأكسجة في الدم. يشار إلى تشبع الأكسجين أيضًا باسم SpO2.


التعليق

تثير هذه الحالة مخاوف بشأن تقييم وإدارة ومراقبة مريض مصاب بواحدة من أكثر الحالات الطبية شيوعًا في أقسام الطوارئ بالمستشفى - تفاقم مرض الانسداد الرئوي المزمن. على وجه الخصوص ، تسلط هذه الحالة الضوء على التحدي المتمثل في توصيل الأكسجين المناسب في حالة تفاقم مرض الانسداد الرئوي المزمن.

كان الأطباء المعتمدون على علم بأن المريضة تخضع للعلاج بالأكسجين المنزلي المزمن لمرض الانسداد الرئوي المزمن. نظرًا لأن الأكسجين المنزلي يتم وصفه عمومًا فقط للمرضى الذين يقل توتر الأكسجين في الدم لديهم عند تنفس الهواء عن 55 مم زئبق ، يمكن للأطباء أن يفترضوا أن تشبع الأكسجين الأساسي لديهم كان 88٪ أو أقل بدون أكسجين (الجدول). [1) على الرغم من تشبع الأكسجين الأساسي لديها بينما من المحتمل أن 2 لتر / دقيقة لم يكن معروفاً من قبل فريق القبول ، فربما تم طمأنتهم زوراً من خلال تشبع الأكسجين بنسبة 94 ٪. لسوء الحظ ، لم يتم إجراء غازات الدم في قسم الطوارئ ، على الرغم من حقيقة أن معظم إرشادات الخبراء توصي بغازات الدم لجميع المرضى الذين يعانون من تفاقم مرض الانسداد الرئوي المزمن. من ثاني أكسيد الكربون ، وربما تحديدها كمريضة معرضة لخطر الإصابة بفرط الكربون (مستويات مرتفعة من ثاني أكسيد الكربون).

يبلغ توتر الأكسجين المستهدف الموصى به حاليًا في حالة الإصابة بمرض الانسداد الرئوي المزمن المتفاقم حوالي 60-65 ملم زئبق ، وهو ما يعادل تشبعًا بنسبة 90٪ -92٪ تقريبًا (الجدول). تم زيادة معدل التدفق من 2 إلى 4 لتر / دقيقة. هذا يعادل زيادة FIO2 من حوالي 28٪ إلى 35٪. [3) أدت زيادة جرعة الأكسجين إلى زيادة تشبعها بالأكسجين من 94٪ إلى 98٪ ، وهي نسبة أعلى بكثير من الإرشادات المنشورة وتعادل زيادة توتر الأكسجين في الدم من حوالي 70 ملم زئبق إلى حوالي 100 مم زئبق (جدول). من المحتمل أن يؤدي توتر الأكسجين المتزايد هذا إلى فرط ثنائي أكسيد الكربون (زيادة مستوى ثاني أكسيد الكربون) خلال الليل (انظر أدناه لمزيد من الشرح لمخاطر زيادة الأكسجين في المرضى الذين يعانون من مرض الانسداد الرئوي المزمن الشديد). لسوء الحظ ، يبدو أنه لم يتم إجراء أي تقييم إضافي لحالتها حتى تم اكتشاف أنها مصابة بنصف كوماتوز مع نسبة عالية من ثاني أكسيد الكربون وحماض تنفسي في صباح اليوم التالي للدخول.

لماذا نهتم بفرط ثنائي أكسيد الكربون وحماض الجهاز التنفسي؟ ثبت أن الحماض التنفسي مرتبط بزيادة خطر التنبيب والوفاة في التفاقم الحاد لمرض الانسداد الرئوي المزمن. 7.35 ، والذي ربما يكون قد دفع الأطباء لبدء تجربة NIPPV. بحلول صباح اليوم التالي ، كانت درجة حموضتها المنخفضة للغاية البالغة 7.21 تتطلب تهوية غازية ، مما زاد بشكل كبير من مخاطر وتكاليف إدارة حالتها. استقرت حالتها بسرعة مع العلاج بالأكسجين الخاضع للرقابة.

جانبا ، لا يذكر تاريخ الحالة ما إذا كان قد تم وصف جرعة الأكسجين الزائدة من قبل فريق الإدخال أو تركها لتقدير طاقم التمريض. أظهرت المراجعات في العديد من البلدان أن الأكسجين موصوف بشكل سيئ وسوء إدارته في إعدادات المستشفى. ، سيتم نشره في منتصف عام 2008. [7)

تعد معايرة الأكسجين بشكل مناسب في حالات تفاقم مرض الانسداد الرئوي المزمن أمرًا صعبًا حيث يمكن أن يتضرر المرضى في هذا المكان من الأكسجين الزائد أو القليل جدًا. يجب أن نتذكر أن معظم هؤلاء المرضى (كما في الحالة الحالية) يقضون معظم حياتهم مع انخفاض غير طبيعي في توتر الأكسجين في الدم وتعديل أجسامهم من الناحية الفسيولوجية أصبحت معتادة على مستويات أكسجين أقل من المرضى الذين لا يعانون من مرض الانسداد الرئوي المزمن. تشير مراجعة الأدبيات إلى أن معظم المرضى الذين يعانون من مرض الانسداد الرئوي المزمن المتفاقم يتلقون الأكسجين بشكل كافٍ إذا أمكن الحفاظ على توتر الأكسجين فوق 50 مم زئبق ، وهو ما يقابل تشبع الأكسجين أعلى من 85٪ (على عكس الأشخاص الذين لا يعانون من مرض الانسداد الرئوي المزمن ، والذين يحتاجون إلى مستويات أكسجين أعلى من 60 مم Hg أو 90٪). [4) سيوصي دليل الأكسجين الطارئ الجديد للجمعية البريطانية لأمراض الصدر في المملكة المتحدة بالحفاظ على التشبع أعلى من 88 ٪ في معظم حالات مرض الانسداد الرئوي المزمن المتفاقمة للسماح بهامش إضافي من الأمان. [7) ومع ذلك ، يمكن تدبير المرضى المعرضين للخطر والذين يعانون من قصور تنفسي سابق بفرط التعرق بأمان من خلال تشبع بالأكسجين في نطاق 85٪ -88٪.

ما هي أضرار إعطاء الأكسجين المفرط؟ يمكن أن تسبب الجرعات العالية من الأكسجين عددًا من الآثار الضارة بما في ذلك انخماص الامتصاص وزيادة عدم التوافق بين التهوية والتروية داخل الرئة ، مما يضعف التخلص من ثاني أكسيد الكربون وبالتالي يؤدي إلى الحماض. كان "قمع محرك نقص الأكسجين" (فقدان الزيادة الطبيعية في الدافع التنفسي في حالة نقص الأكسجة) السبب الأكثر أهمية لزيادة مستوى ثاني أكسيد الكربون في المرضى الذين يعانون من مرض الانسداد الرئوي المزمن المتفاقم ، ويعتقد معظم المؤلفين الجدد ، وليس كلهم ​​، أن تعتبر عوامل مثل التهوية غير المتطابقة والتروية أكثر أهمية. (7) ما لا خلاف عليه هو أن بعض (وليس كل) المرضى الذين يعانون من مرض الانسداد الرئوي المزمن سيصابون بفرط ثنائي أكسيد الكربون (زيادة ثاني أكسيد الكربون) إذا تم إعطاؤهم مستويات عالية من الأكسجين الإضافي. أظهرت دراسة أجريت على 972 مريضًا يعانون من هذه الحالة أن ما يقرب من نصفهم كانوا يعانون من فرط النشاط عند وصولهم إلى قسم الطوارئ ، وأن خمسهم كانوا حامضيًا (درجة الحموضة أقل من 7.35) ، و 4.6٪ كانوا حامضيًا بشدة مع درجة حموضة أقل من 7.25. كان المرضى الذين يعانون من أعلى توترات أكسجين في الدم يعانون من أسوأ الحماض ، مما يدعم فرضية أن الأكسجين الزائد يمكن أن يؤدي إلى الحماض التنفسي في هذا الوضع. (5) كان أكثر من نصف المرضى الذين يعانون من PaO2 أعلى من 75 ملم زئبق حامضيًا. بناءً على النتائج التي توصلوا إليها ، أوصى المؤلفون بالحفاظ على تشبع الأكسجين أقل من 92٪ لتجنب هذا الخطر. في دراسة أحدث ، أوضح جوستين وزملاؤه أن توتر الأكسجين فوق 74.5 ملم زئبق في مرض الانسداد الرئوي المزمن الحاد كان مرتبطًا بزيادة خطر الإصابة بمتطلبات NIPPV وزيادة مدة الإقامة في المستشفى. [9)

بناءً على هذه الدراسات وغيرها ، ستوصي إرشادات الطوارئ في المملكة المتحدة بنطاق تشبع الأكسجين المستهدف من 88٪ إلى 92٪ لمعظم المرضى الذين يعانون من مرض الانسداد الرئوي المزمن المتفاقم. 85٪ - 90٪ بناءً على نتائج تحليل غازات الدم السابق. سيتم إصدار "بطاقة تنبيه الأكسجين" لهؤلاء المرضى (الشكل 1) مع تعليمات فردية للعلاج بالأكسجين أثناء النوبات المستقبلية. يجب حمل البطاقة من قبل المرضى في جميع الأوقات وإتاحتها لمقدمي الرعاية الصحية للمساعدة في توجيه العلاج بالأكسجين. من المفيد أيضًا إصدار قناع فينتوري لمثل هؤلاء المرضى بنسبة 24٪ أو 28٪ لاستخدامه أثناء تفاقم المرض. مرضى الانسداد الرئوي المزمن. ومع ذلك ، يستخدم قناع الفنتوري صمامًا خاصًا يدخل الهواء باستخدام مبدأ فنتوري (الشكل 2). يوفر هذا جرعة ثابتة من الأكسجين حتى في حالة زيادة معدل التدفق وبالتالي يساعد في ضمان حصول المريض على جرعة ثابتة وآمنة من الأكسجين.

سيوصي الدليل الإرشادي للأكسجين في حالات الطوارئ في المملكة المتحدة بأن العلاج الأولي للمرضى الذين يعانون من مرض الانسداد الرئوي المزمن المتفاقم يجب أن يكون قناع فينتوري بنسبة 28٪ بمعدل 4 لتر / دقيقة ولكن يجب استخدام قناع فنتوري 24٪ إذا ارتفع التشبع فوق 92٪. [7) غازات الدم يجب فحص جميع هذه الحالات عند الوصول إلى قسم الطوارئ ، ويجب إجراء NIPPV إذا كان المريض حامضًا (الرقم الهيدروجيني أقل من 7.35).

يمكن أن تكون إدارة الأكسجين بشكل مناسب في حالة تفاقم مرض الانسداد الرئوي المزمن أمرًا صعبًا. من الواضح ، بالنسبة للمريض الذي يعاني من نقص الأكسجين ، يمكن أن يكون الأكسجين منقذًا للحياة. ولكن يجب أن يكون الأطباء على دراية بالتحديات والمخاطر التي ينطوي عليها العلاج بالأكسجين في المرضى الذين يعانون من مرض الانسداد الرئوي المزمن الحاد والاستفادة من الإرشادات المنشورة للمساعدة في ضمان الرعاية الأكثر أمانًا والأكثر ملاءمة.

  • تعتبر الإدارة المناسبة والآمنة للعلاج بالأكسجين في ظروف تفاقم مرض الانسداد الرئوي المزمن أمرًا صعبًا.
  • توترات الأكسجين التي تزيد عن 50 مم زئبق (التشبع فوق حوالي 85٪) ستحمي المرضى من الإصابة بنقص التأكسج أثناء تفاقم مرض الانسداد الرئوي المزمن.
  • توترات الأكسجين التي تزيد عن 75 مم زئبق (التشبع فوق حوالي 95٪) ترتبط بزيادة خطر فرط ثنائي أكسيد الكربون في الدم والحماض في مرض الانسداد الرئوي المزمن المتفاقم.
  • من الأفضل وصف الأكسجين لتحقيق نطاق مستهدف مرغوب فيه بدلاً من جرعة ثابتة من الأكسجين. بالنسبة لمعظم مرضى الانسداد الرئوي المزمن ، فإن نطاق التشبع المستهدف من 88٪ إلى 92٪ سوف يتجنب مخاطر نقص الأكسجة وفرط ثنائي أكسيد الكربون.
  • قد يحتاج بعض المرضى الذين يعانون من نوبات سابقة من الحماض التنفسي إلى "بطاقة تنبيه بالأكسجين" ذات نطاق تشبع مستهدف (شخصي) أقل.

رونان أودريسكول ، طبيب استشاري أمراض الجهاز التنفسي ، مستشفى جامعة سالفورد الملكية ، سالفورد ، المملكة المتحدة


عواقب فرط الأكسجة وسمية الأكسجين في الرئة

الأكسجين (O2) ضروري للحياة ولكن كدواء له أقصى فائدة بيولوجية إيجابية وتأثيرات سمية مصاحبة. يعتبر الأكسجين علاجيًا لعلاج نقص الأكسجة في الدم المرتبط بالعديد من العمليات المرضية. ترتبط العمليات الفيزيولوجية المرضية بزيادة مستويات O التفاعلي الناجم عن فرط التأكسج2 الأنواع (ROS) التي قد تتفاعل بسهولة مع الأنسجة البيولوجية المحيطة ، مما يؤدي إلى إتلاف الدهون والبروتينات والأحماض النووية. يمكن أن تغمر الدفاعات الوقائية المضادة للأكسدة بـ ROS مما يؤدي إلى الإجهاد التأكسدي. تتميز البطانة الشعرية السنخية المنشطة بزيادة الالتصاق مما يؤدي إلى تراكم مجموعات الخلايا مثل العدلات ، والتي تعد مصدرًا لـ ROS. تؤدي المستويات المتزايدة من أنواع الأكسجين التفاعلية إلى نفاذية مفرطة ، واعتلال تخثر الدم ، وترسب الكولاجين بالإضافة إلى تغيرات أخرى لا رجعة فيها تحدث داخل الحيز السنخي. في حالة فرط التأكسج ، تحدد مسارات الإشارات المتعددة الاستجابة الخلوية الرئوية: موت الخلايا المبرمج أو النخر أو الإصلاح. فهم تأثيرات O2 الإدارة مهمة لمنع الضرر السنخي غير المقصود الناجم عن فرط الأكسجة في المرضى الذين يحتاجون إلى أكسجة تكميلية.

1 المقدمة

عند إعطاء الأكسجين التكميلي (O2) لعلاج نقص الأكسجة المصاحب للحالات الحادة والمزمنة ، O2 قد تكون السمية عن طريق التعرض المفرط موجودة. سنويا ، الحاجة إلى O التكميلية2 من المتوقع أن يكون عددهم حوالي 800000 فرد بتكلفة 1.8 مليار دولار [1]. الاستخدام دون الأمثل لـ O2 ينعكس في أخطاء الوصفات الطبية والعلاج التي تتجاوز تلك المتعلقة بالمضادات الحيوية [2-4].

الخلايا البطانية الشعرية السنخية والسنخية هي أهداف معرضة للإصابة بـ O2- الإصابة الخالية من الجذور الناتجة عن فرط التأكسج. في إصابة الرئة الحادة (ALI) الناتجة عن فرط التأكسج ، يتسبب فرط نفاذية الأوعية الدموية الدقيقة الرئوية في غمر الحويصلات الهوائية مع تسربات البلازما مما يؤدي إلى وذمة رئوية وتشوهات في مسارات التخثر وانحلال الفيبرين التي تعزز ترسب الفيبرين [5 ، 6]. يتم إصابة الخلايا الظهارية السنخية من النوع الثاني بواسطة O2 الجذور الحرة تؤدي إلى ضعف إنتاج الفاعل بالسطح [7]. وبالتالي ، فإن أقصى فائدة بيولوجية إيجابية لهذا الجزيء الضروري للحياة ولكن السامة موجودة على طول سلسلة الاستجابة للجرعة والسمية والنقص.

2. الفيزيولوجيا المرضية لسمية الأكسجين

Hyperoxia هو حالة من فائض المعروض من O2 في الأنسجة والأعضاء. تحدث سمية الأكسجين عند الضغط الجزئي للسنخية O2أا2) يتجاوز ما يتنفس في الظروف العادية. مع التعرض المستمر لتركيزات فوق فيزيولوجية من O2، تتطور حالة من فرط التأكسج. في ظل الظروف المرضية المفرطة التأكسج ، تدفق كبير من رد الفعل O2 يتم إنتاج الأنواع (ROS). في الأنظمة البيولوجية داخل الخلايا وخارجها ، يكون التأثير الكتلي لارتفاع ROS الناجم عن O2 التعرض المفرط ، يخل بالتوازن بين المواد المؤكسدة ومضادات الأكسدة ، وهذا الاضطراب في التوازن يمكن أن يؤدي إلى تلف الخلايا والأنسجة [8-11].

وقت التعرض والضغط الجوي وجزء من الملهم O2 (FIO2) تحديد O التراكمي2 جرعة تؤدي إلى تسمم. يعتبر الأكسجين سامًا للرئتين عند ارتفاع نسبة الأكسجين في الدم2 (>0.60) is administered over extended exposure time (≥24 hours) at normal barometric pressure (1 atmospheres absolute (ATA)). This type of exposure is referred to as low pressure O2 poisoning, pulmonary toxicity, or the Lorraine Smith effect. Oxygen exposure after approximately 12 hours leads to lung passageway congestion, pulmonary edema, and atelectasis caused by damage to the linings of the bronchi and alveoli. The formation of fluid in the lungs causes a feeling of shortness of breath combined with a burning of the throat and chest, and breathing becomes very painful [12]. The reason for this effect in the lungs but not in other tissues is that the air spaces of the lungs are directly exposed to the high O2 الضغط. Oxygen is delivered to the other body tissues at almost normal partial pressure of O22) because of the hemoglobin-O2 buffer system [13–15]. Toxicity also occurs when the ATA is high (1.6–4) and the high FIO2 exposure time is short. This type of exposure is referred to as high pressure O2 poisoning or the Paul Bert effect and is toxic to the central nervous system (CNS). Central nervous system toxicity results in seizures followed by coma in most people within 30 to 60 minutes. Seizures often occur without warning and are likely to be lethal. Other symptoms include nausea, muscle twitching, dizziness, disturbances of vision, irritability, and disorientation [13, 16–20]. Oceanic divers are more likely to experience CNS toxicity [17].

Pulmonary capillary endothelial and alveolar epithelial cells are targets for ROS resulting in injury-induced lung edema, alveolar flooding, hemorrhage, and collagen, elastin, and hyaline membrane deposits [11, 21, 22]. Above a critical Pأا2, the hemoglobin-O2 buffering mechanism fails and the tissue PO2 can rise to hundreds or thousands of mm Hg. At high levels of O2, protective endogenous antioxidant enzyme systems become consumed by ROS leading to cell death [16, 23].

Oxygen toxicity caused by ROS progresses in overlapping phases based on degree of severity and reversibility of injury. The phases are initiation, inflammation, proliferation, and fibrosis. Initially, there are increased ROS and depleted antioxidant levels, and the lung fails to clear itself of mucous. The inflammation phase or exudative phase is characterized by the destruction of the pulmonary lining and migration of leukocyte derived inflammatory mediators to the sites of injury. The proliferative phase is subacute and there are cellular hypertrophy, increased secretions from surfactant secreting alveolar type II cells, and increased monocytes. The final terminal phase is the fibrotic phase in which the changes to the lung are irreversible and permanent. There is collagen deposition and thickening of the pulmonary interstitial space and the lung becomes fibrotic [24–27].

Clinically, progressive hypoxemia, or high O2 tension in the blood, requires increased FIO2 and assisted ventilation, which further aggravate the pathophysiological changes associated with O2 toxicity. Chest X-rays may show an alveolar interstitial pattern in an irregular distribution with evidence of a moderate loss of volume from atelectasis, however there is no clinical way of diagnosing O2 toxicity. Lung biopsy specimens may show changes consistent with O2 toxicity but the primary value of the biopsy is to exclude other causes of lung injury. Air pressure changes within the enclosed lung cavity and ventilator-induced injury may accompany and be indistinguishable from O2 toxicity. Oxygen toxicity can be minimized by keeping the Pأا2 less than 80 mm Hg or the FIO2 below 0.40 to 0.50 [12].

The pulmonary cellular response to hyperoxic exposure and increased ROS is well described. Anatomically, the pulmonary epithelial surface is vulnerable to a destructive inflammatory response. This inflammation damages the alveolar capillary barrier leading to impaired gas exchange and pulmonary edema. Reactive O2 species induces pulmonary cell secretion of chemoattractants, and cytokines stimulate macrophage and monocyte mobilization and accumulation into the lungs, leading to additional ROS. The ROS leukocyte interaction further exacerbates injury. Research has shown that as these highly reduced cell layers become increasingly oxidized and levels of antioxidants fall, ROS-induced activation of multiple upstream signal transduction pathways regulates the cellular response: adaptation, repair, or cell death by apoptosis, oncosis, or necrosis [28, 29].

Mitogen-activated protein kinase (MAPK), toll-like receptor 4 (TLR4), signal transducers and activators of transcription (STAT), and nuclear factor kappa beta (NF kβ) are a few well-researched protein pathways that communicate the receptor signal to the deoxyribonucleic acid (DNA) of the cell thereby determining the cellular response. The MAPK pathway is a regulator of cell death genes, stress, and transformation and growth regulation. Mitogen-activated protein kinase activation precedes extracellular signal regulated kinase (ERK1/2), a promoter of cell proliferation. C-Jun-terminal protein kinase (JNK1/2) and p38 kinase both induce cell death and inflammation [30]. The TLR4, STAT, and nuclear regulatory factor 2 (Nrf2) pathways are associated with survival gene expression such as caspase-3 proteins and antioxidant response element (ARE) [31, 32]. The NF kβ pathway is an up-stream signal for inflammation and survival genes: anti-oxidant enzymes (AOE), Bcl-2, AKT, heme oxygenase (HO-1), and heat shock proteins (HSPs). The AKT1-4 family of signals plays an important role in glucose metabolism, cell proliferation, apoptosis, transcription, and cell migration. The Bcl-2 proteins are antiapoptotic while HO-1 and HSPs are ubiquitous stress-response proteins [33]. These signaling pathways are regulators of the pulmonary epithelial cell response to increases in ROS and hyperoxia [18, 34]. Cytokine and chemokine overexpression in response to hyperoxic stress can be protective. Tumor necrosis factor alpha (TNFα), interleukin 1 beta (IL-1β), interleukin 6 (IL-6), chemokine receptor 2 (CXCR2), interleukin 11 (IL-11), insulin and keratinocyte growth factor expression, and the beta subunit of Na, K-ATPase have been shown to attenuate death signals [35–37].

3. The Formation of Free Radicals

Oxygen is a requirement for cellular respiration in the metabolism of glucose and the majority of O2 consumed by the mitochondria is utilized for adenosine triphosphate (ATP) generation [38, 39]. The mitochondrial electron transport chain reduces the elemental molecular O2 to ionic O2 by the relay of electrons making O2 usable for ATP generation, during this process, oxidizing free radicals are generated [40, 41]. Toxic levels of O2 lead to the formation of additional ROS, which can impose damage to lipid membranes, proteins, and nucleic acids. Reactive O2 species mediate physiological and pathophysiological roles within the body [42].

Free radicals are a type of unstable, reactive, short-lived chemical species that have one or more unpaired electrons and may possess a net charge or be neutral. The species is termed free because the unpaired electron in the outer orbit is free to interact with surrounding molecules [42, 43]. Cells generate free radicals, or ROS, by the reduction of molecular O2 to water (H2O) (Figure 1) [44, 45].


شاهد الفيديو: رحلة الأكسجين عبر جسمك (قد 2022).


تعليقات:

  1. Zukus

    مثل قلة الذوق

  2. Talrajas

    يبدو لي أنك لست على حق

  3. Gacage

    إنها مجرد رسالة صوتية)

  4. Eustatius

    السؤال المفيد جدا

  5. Stewart

    شكرا جزيلا على التفسير ، الآن لن ارتكب مثل هذا الخطأ.

  6. Hamelstun

    ستظهر النتيجة الجيدة

  7. Gyamfi

    هذا صحيح! فكرة الدعم الجيد؟



اكتب رسالة