Токсическое действие кислорода

05.08.2016
Появление в эволюции у живых организмов систем, дающих возможность с высокой энергетической эффективностью утилизировать кислород, сопровождалось формированием соответствующих сложных механизмов, позволяющих полностью нейтрализовать токсическое действие на организм оксигенных радикалов — неизбежных спутников аэробного метаболизма. Более того, по-видимому, не лишено оснований предположение некоторых исследователей о том, что сама способность к созданию прочной системы антиоксидантной защиты явилась одним из важнейших факторов эволюционного процесса. Подтверждением сказанному служит изучение особенностей эволюции анаэробных бактерий, которое позволило установить, что среди них существуют очень древние, примитивные формы, возникшие еще до того времени, как в атмосфере Земли появился кислород. Эти формы жизни не сумели адаптироваться к увеличению содержания кислорода в земной атмосфере. И в настоящее время воздействие кислорода на большинство анаэробов прекращает рост и вызывает их гибель, хотя спектр чувствительности к O2 здесь различен.

По мере возрастания содержания кислорода в атмосфере некоторым организмам удалось избежать его токсического эффекта путем приспособления к жизни в среде, через которую кислород плохо проникает. Из этих организмов эволюционировали предшественники современных анаэробов. Другие формы жизни смогли сформировать систему-защиты от токсического действия кислорода. Именно создание мощных антиокислительных механизмов делает понятной возможность существования живых организмов в течение определенного времени в среде с гораздо более высокой, а подчас и экстремальной концентрацией кислорода, чем та, с которой они сталкивались в процессе эволюции.

Однако, как бы ни была велика мощность антиоксидантных защитных механизмов, резервные возможности этих механизмов, разумеется, не рассчитаны на длительное воздействие высоких парциальных давлений кислорода во вдыхаемом воздухе. Это, по всей видимости, является причиной того, что аэробные организмы, резистентные к обычному уровню кислорода в атмосфере, погибают при их достаточной экспозиции в среде с высоким рО2.

Токсичность кислорода для живых организмов была обнаружена сразу после его открытия Пристли в 1774 г. Последующие исследования полностью подтвердили эти наблюдения. Первым, кто окончательно доказал, что повышенное содержание кислорода во внешней среде при достаточной длительности воздействия закономерно вызывает гибель животных, был Поль Бер. Им было показано, что гибель организмов от кислорода под давлением 4 ата развивается на фоне поражения нервной системы и сопровождается судорогами. Он также установил, что кислород под повышенным давлением является для любого организма универсальным ядом и кислородной интоксикации могут подвергаться все без исключения представители животного и растительного мира, в том числе бактерии и грибы. Проведенные в последние десятилетия исследования показали, что продолжительность жизни простейших, насекомых, рыб, млекопитающих (мышей, крыс, кроликов) в гипероксической среде находится в обратной зависимости от напряжения кислорода.

Проблема токсичности кислорода, помимо того что она имеет большой общебиологический интерес, представляет важнейшее практическое значение. Поэтому раскрытие механизмов токсического действия кислорода создаст предпосылки для успешного решения многих кардинальных проблем не только ГБО, но и гипербарической медицины в целом.

Наиболее актуальными из этих проблем на сегодняшний день являются разработка принципов оптимизации режима ГБО, прогнозирование и ранняя диагностика кислородной интоксикации.
Токсическое действие кислорода

Клинически кислородная интоксикация проявляется в двух формах — острой и хронической. При острой основным признаком выступает поражение центральной нервной системы (кислородная эпилепсия, эффект Бера), а при хронической — поражение легких (кислородная пневмония, эффект Смита). Острая интоксикация возникает обычно при сравнительно кратковременной экспозиции кислорода под давлением 3 ата и выше. Возникновение симптомов поражения центральной нервной системы при этом практически находится в прямой зависимости от длительности пребывания в сжатом кислороде (рис. 23). Хроническое кислородное отравление развивается, как правило, при длительном, нередко повторном воздействии малых давлений кислорода, в том числе и при нормальном атмосферном давлении. У взрослых людей при дыхании 100%-ным кислородом приблизительно через 6—12 ч появляются болезненные ощущения в груди, кашель и боли в горле. Дальнейшее удлинение экспозиции ведет к повреждению альвеол легких, выражающемуся в развитии интерстициального отека, утолщении аэрогематического барьера, замещении тонких эпителиальных клеток на гиперплазированные и появление на 7—10-й день признаков интерстициального фиброза.