Zuurstoftoxiciteit – Hoe komt het voor?

door Dr. K. David Sawatzky

oorspronkelijk gepubliceerd in Diver Magazine, uitgave Dec 2008/Jan 2009, is dit artikel Deel I van een tweedelig artikel over zuurstoftoxiciteit.

een veel voorkomend probleem bij duiken is te veel zuurstof (hyperoxie). In dit artikel zal ik het mechanisme van zuurstoftoxiciteit bekijken en in een vervolgartikel zal ik de tekenen en symptomen van zuurstoftoxiciteit bekijken.

lucht bestaat uit 21% zuurstof (O2). We hebben O2 nodig om te overleven en zonder O2 zullen we heel snel sterven., Het kan ons lichaam eigenlijk niet schelen welk percentage O2 we inademen, ze reageren op de gedeeltelijke druk van O2 (pO2).

aan het oppervlak bedraagt de partiële druk van O2 in lucht 0,21 ATA (0,21 * 1,0 ATA = 0,21 ATA). Zoals we in de laatste kolom zagen, als we jong en gezond zijn presteren onze lichamen perfect bij partiële druk van O2 tot 0,16 ATA en kunnen we gemakkelijk een pO2 van 0,12 ATA in rust verdragen. Bij chronische blootstelling kunnen we ons aanpassen aan nog lagere pO2s.

echter, als we duiken worden we meestal te veel hogere pO2s blootgesteld., Het menselijk lichaam is in staat om verhoogde partiële druk van zuurstof, tot ongeveer 0,45 ATA, zonder probleem te tolereren. Wanneer de pO2 boven dat niveau komt, zullen er uiteindelijk toxische effecten optreden. Het toxische effect van zuurstof op de longen is vooral een probleem van langdurige blootstelling (vele uren of zelfs dagen) aan pO2s van 0,45 tot 1,6 ATA. Bij pO2s boven 1,6 ATA treden de toxische effecten van zuurstof op de hersenen op (minuten tot enkele uren) vóór de toxische effecten op de longen.,

veel recreatieve duikers hoeven zich geen zorgen te maken over zuurstoftoxiciteit, omdat bij het duiken in lucht de pO2 nooit lang genoeg hoog genoeg zal zijn om problemen te veroorzaken. Het narcotische effect van stikstof zorgt ervoor dat luchtduikers hun diepte beperken tot maximaal 130 fsw (40 msw). Op die diepte ademhaling lucht, de pO2 is iets meer dan 1,0 ATA, te laag om zorgen te maken over CNS toxiciteit. De beperkte omvang van onze luchttoevoer houdt de bodemtijden kort genoeg dat we ons meestal geen zorgen hoeven te maken over longtoxiciteit.,

echter, veel recreatieve duikers duiken nu Nitrox met tot 40% zuurstof en sommige gebruiken hogere niveaus van zuurstof of zelfs zuivere zuurstof voor decompressie. Wanneer u hogere percentages zuurstof inademt, worden toxische effecten waargenomen op ondiepere dieptes. De O2 in de lucht bereikt geen gedeeltelijke druk van 1,6 ATA tot een diepte van 218 fsw (66 msw), veel dieper dan een recreatieve duiker zal gaan. De O2 in Nitrox40 zal echter een pO2 van 1,6 ATA bereiken op een diepte van slechts 99 fsw (30 msw), een diepte die de meeste recreatieve duikers ook regelmatig zullen duiken., Bovendien, met behulp van Nitrox kunt u langer duiken voordat decompressie stopt, en om kortere decompressie stopt doen als je in decompressie. Als gevolg hiervan gebruiken recreatieve duikers grotere tanks, of meerdere tanks, en doen ze langere duiken. Deze langere duiken verhogen ook het risico op O2 toxiciteit. Daarom moeten alle duikers ten minste een basiskennis hebben van zuurstoftoxiciteit.

zuurstof is een kleurloos, reukloos, smaakloos gas en vormt 20,98% van het volume van de lucht. De toxiciteit van zuurstof is een functie van de pO2, de tijd van blootstelling en individuele variatie., Er is een duidelijk verschil in de gevoeligheid van individuen voor zuurstoftoxiciteit, en een verandering in hetzelfde individu van dag tot dag.

de toxiciteit van zuurstof is in werkelijkheid een functie van de pO2 in de cellen en alle cellen zullen uiteindelijk afsterven als ze gedurende een voldoende lange periode aan een voldoende hoge pO2 worden blootgesteld. In levende, ademende mensen zijn er echter slechts twee weefsels waar we ons zorgen over hoeven te maken, de longen en de hersenen. De toxische effecten van zuurstof op deze weefsels zullen ons uitschakelen voordat de andere weefsels een ernstig probleem hebben., Om volkomen correct te zijn, kan een derde Weefsel een probleem worden in zeldzame gevallen waar een rebreather duiker veel heeft gedaan, elke dag, voor meerdere dagen op een Rij. Het oog kan in de buurt komen. Deze ‘hyperbare bijziendheid’ valt buiten het bereik van deze kolom.

in het algemeen is de gevoeligheid van een cel voor zuurstoftoxiciteit gerelateerd aan zijn metabolismesnelheid. Een rustcel is relatief resistent terwijl een actieve cel gevoeliger is.

Dit volgende punt is van cruciaal belang voor het begrijpen van zuurstoftoxiciteit., Normale zuurstof is een molecuul dat bestaat uit twee zuurstofatomen met een evenwichtig aantal protonen en elektronen zodat het molecuul geen elektrische lading heeft. Dit normale zuurstofmolecuul is niet giftig!!

het probleem is dat wanneer moleculaire O2 bestaat, het andere stoffen vormt die “zuurstofradicalen” worden genoemd. Zuurstofradicalen zijn zeer reactieve moleculen, gevormd uit zuurstof, die vaak ten minste één extra elektron bevatten., Deze moleculen worden gevormd door botsingen tussen zuurstofmoleculen, botsingen tussen zuurstof en andere moleculen, en als gevolg van metabole processen in de cellen. Voorbeelden zijn superoxide anionen, waterstofperoxide, hydroperoxy en hydroxyl radicalen, en singlet zuurstof. Zuurstofradicalen binden zich vaak aan de volgende molecule waarmee ze in contact komen, waardoor ze die molecule beschadigen of veranderen. Daarom, wanneer je O2, zult u O2 radicalen. Zelfs als er een magische manier was om alle zuurstofradicalen uit een zuurstoftank te verwijderen, zouden er onmiddellijk meer gevormd worden., Het aantal O2-radicalen is evenredig met de partiële druk van O2.

Er zijn honderden specifieke chemische reacties waarbij zuurstofradicalen betrokken kunnen zijn bij het beschadigen van de cel, maar in het algemeen zijn er drie manieren waarop ze schade kunnen veroorzaken. De eerste is door inactivering van enzymen. Enzymen zijn proteã nen die als katalysatoren werken, veroorzakend reacties die normaal niet bij lichaamstemperatuur zouden voorkomen. Ze doen dit door de twee moleculen vast te houden die precies in de juiste richting op elkaar moeten reageren zodat ze zich aansluiten., Het resulterende molecuul wordt vrijgegeven en het enzym begint opnieuw, het proces duizenden keren herhalen. Als de vorm van het enzym wordt veranderd, zullen de moleculen niet in de juiste richting worden gehouden en zal de reactie niet plaatsvinden. Zuurstofradicalen veroorzaken cross-linking van sulfydrylgroepen, waardoor de vorm van het enzym wordt veranderd en het wordt geïnactiveerd. Zij veroorzaken ook veranderingen in de vorm van proteã NEN verantwoordelijk voor vervoer van ionen in en uit de cellen over het celmembraan, die hen verhinderen te functioneren. Tenslotte veroorzaken zuurstofradicalen peroxidatie van de verschillende lipiden in de cellen.,

alle cellen in zuurstofademende dieren hebben manieren om zuurstofradicalen te inactiveren en een deel van de door hen veroorzaakte schade te herstellen. De twee hoofdverdedigingen zijn superoxide dysmutase en catalase. Beide enzymen helpen een goede toevoer van verminderde glutathion te behouden. Verminderde glutathione heeft vele sulfydrylgroepen en zuurstofradicalen zullen aan hen binden, en zo niet beschikbaar zijn om schade aan de cel te veroorzaken. Vitamine E en C zijn ook anti-oxidanten.

zuurstofradicalen zijn niet alleen belangrijk bij duiken, maar worden ook zeer belangrijk in de geneeskunde., Een van de methoden die witte bloedcellen (WBC) gebruiken om bacteriën te doden is om de bacteriën in een membraan te omsluiten en vervolgens zuurstofradicalen in de vacuole te injecteren (de WBC maakt de O2-radicalen). De zuurstofradicalen doden de bacteriën. Daarnaast weten we nu dat O2-radicalen de laatste methode zijn voor schade bij veel ziekten. Zuurstofradicalen zijn dus zowel ‘goed’als ‘ slecht’.

Het lijkt redelijk om te concluderen dat als O2-radicalen cellulaire schade veroorzaken, het gebruik van ‘antioxidanten’ de schade zou helpen verminderen., Tot nu toe hebben de resultaten van veel goed ontworpen studies geen voordeel van het nemen van anti-oxidant supplementen laten zien. Sommige voordeel is aangetoond wanneer verhoogde hoeveelheden anti-oxidanten worden geconsumeerd door het eten van voedingsmiddelen hoog in anti-oxidanten. Dit suggereert dat er iets anders in het voedsel nodig is om het gunstige effect van de anti-oxidanten die niet beschikbaar is in de supplementen te krijgen.

De bottom line is dat wanneer O2 bestaat, O2 radicalen zullen worden gevormd. Het aantal O2-radicalen is evenredig met de pO2. Al onze cellen hebben afweer tegen de schade veroorzaakt door O2-radicalen., Bij normale PO2 ‘ s zijn onze cellen meer dan in staat om de schade te herstellen die wordt veroorzaakt door de O2-radicalen. Aangezien pO2, en het aantal O2-radicalen wordt verhoogd, wordt een punt bereikt waar de cellen de schade niet zo snel kunnen herstellen als het gebeurt. Daarom zal de schade zich ophopen totdat de functie van de cel is aangetast of de cel sterft.

gezien de bovenstaande uitleg moet het duidelijk zijn dat de toxiciteit van O2 afhangt van de pO2 en het tijdstip van blootstelling., De andere factor is dat we allemaal biologisch verschillend zijn en sommige individuen zullen meer afweer tegen O2 radicalen dan anderen hebben. Om het probleem verder te compliceren, onze verdediging tegen O2 radicalen ook sterk veranderen van dag tot dag. Daarom hebben we duidelijke verschillen in gevoeligheid voor O2 radicale schade bij verschillende mensen en op verschillende dagen in dezelfde persoon.

in het volgende artikel zal ik de effecten van zuurstoftoxiciteit op de longen en de hersenen bespreken.