Ник Лэйн - Кислород. Молекула, изменившая мир

«Конвульсии очень сильные, и в моем случае повреждение спины было настолько серьезным, что спина болит до сих пор, спустя год. Конвульсии длятся около двух минут и сменяются слабостью. Я нахожусь в состоянии крайнего ужаса, в котором все мои попытки выбраться из стальной камеры совершенно бесполезны».

Усилия Холдейна дали результат. Королевский военный флот разработал несколько секретных азотно-кислородных смесей («найтрокс»), снижавших риск кислородного отравления и азотного наркоза. Эти смеси использовались британскими коммандос, защищавшими Гибралтар во время Второй мировой войны, и хранились в таком секрете, что даже военный флот США раскрыл их только в 1950-х гг. Благодаря «найтроксу» британские аквалангисты могли работать на большой глубине. Их стратегия заключалась в том, чтобы заманивать противника на такую глубину, где он погибал от конвульсий. Поцелуй кислорода! Вот уж действительно коварный Альбион!

Очевидно, что вдыхание кислорода в высокой концентрации опасно. Под давлением выше двух атмосфер чистый кислород вызывает конвульсии и иногда приводит к смерти. Кислород создает примерно пятую часть общего атмосферного давления, так что при вдыхании чистого кислорода под давлением две атмосферы в легкие попадает примерно в десять раз больше кислорода, чем в обычных условиях. В более низкой концентрации кислород редко вызывает конвульсии, но все же вдыхание чистого кислорода при нормальном атмосферном давлении (что в пять раз выше нормы) на протяжении нескольких дней может спровоцировать опасное для жизни повреждение легких. При таком воспалении легких человек не может нормально дышать, кислород не попадает в кровь, и смерть наступает от недостатка кислорода в остальных частях тела. При еще более низкой концентрации кислорода (40-50%, что примерно вдвое выше нормы) легкие функционируют нормально, но при длительном воздействии все же могут повреждаться. В таких условиях организм потихоньку адаптируется, снижая частоту сердечных сокращений и производство эритроцитов. Эти изменения противоположны тому, что происходит при недостатке кислорода на больших высотах. В результате в обоих случаях ткани получают столько же кислорода, сколько и раньше, — не меньше и не больше. Такие адаптации подчеркивают важность поддержания постоянного уровня кислорода в тканях. Они также показывают, что мы не можем извлечь какую-либо долгосрочную выгоду от вдыхания воздуха с низким или высоким содержанием кислорода, за исключением тех случаев, когда мы больны и по этой причине испытываем недостаток кислорода [6] Спортсмены, тренирующиеся на большой высоте над уровнем моря, должны спускаться вниз за считанные дни или недели до состязаний, иначе все преимущества таких тренировок теряются. При тренировках на высоте в организме образуется больше эритроцитов, поглощающих из воздуха дополнительный кислород. При возвращении вниз организм адаптируется к более высокому содержанию кислорода в воздухе и снижает выработку эритроцитов. Преимущества никогда нс сохраняются дольше периода адаптации. .

Я думаю, многим понятна идея, что избыток кислорода может быть вреден — даже очень xорошиx вещей в какой-то момент становится многовато. Аналогичным образом, никого не удивляет, что организм реагирует на небольшие пертурбации, устанавливая новое физиологическое равновесие. Совсем другое дело, если нам скажут, что кислород в концентрации 21% токсичен и в конце концов убивает нас. Это означает, что за миллионы лет эволюции мы не смогли адаптироваться к той концентрации кислорода, которую выбрала для нас природа. Такое утверждение звучит как минимум странно, но именно на нем строится свободнорадикальная теория старения. Если говорить кратко, эта теория утверждает, что старение (и смерть) являются результатом вдыхания кислорода на протяжении всей жизни. Таким образом, кислород не только необходим для жизни, но также является основной причиной старости и смерти.

Многие слышали о свободных радикалах, хотя весьма смутно представляют себе, что это такое. Большинство важных для биологических систем свободных радикалов — это реакционноспособные формы молекулярного кислорода, которые могут повреждать биологические молекулы (подробнее мы поговорим об этом в главе 6). Вне зависимости от того, вызывает ли кислород конвульсии и внезапную смерть, медленные повреждения легких или очень медленное старение, действует он всегда одним и тем же образом: все формы кислородной интоксикации связаны с образованием свободных радикалов кислорода. Как заметил великий алхимик XVI в. Парацельс, все зависит от дозы. Конвульсии связаны с массированным воздействием свободных радикалов на головной мозг, легкие повреждаются в результате более слабой атаки. Но свободные радикалы оказывают не только токсическое действие. Без них невозможно горение, а также фотосинтез и дыхание. Когда с помощью кислорода мы экстрагируем энергию из пищи, в качестве промежуточных продуктов неизбежно образуются свободные радикалы. Суть всей химии кислорода, вне зависимости от того, считаем ли мы его «плохим» или «хорошим», состоит в образовании свободных радикалов.

В традиционной формулировке гипотеза о том, что вдыхание кислорода вызывает старение организма, чрезвычайна проста. В процессе клеточного дыхания внутри каждой клетки нашего тела постоянно образуются свободные радикалы. Бóльшая часть устраняется антиоксидантами, но защитные системы организма несовершенны. Некоторые свободные свободные радикалы обходят защитные механизмы и повреждают жизненно важные элементы клеток и тканей, такие как ДНК и белки. Со временем повреждения накапливаются, и в какой-то момент организм перестает функционировать. Эту постепенную деградацию организма называют старением.

В соответствии с таким традиционным (в данном случае несколько упрощенным) представлением чем больше мы потребляем антиоксидантов, тем лучше наш организм противостоит атакам свободных радикалов. Вот почему фрукты и овощи полезны для здоровья ― в них содержится много антиоксидантов. В наши дни люди часто принимают антиоксиданты в виде пищевых добавок, полагая, что в еде их недостаточно. Идея заключается в том, что употребление большого количества антиоксидантов может затормозить старение и развитие старческих заболеваний (так называемое антиоксидантное чудо).

В реальности картина чуть сложнее и гораздо интереснее. Я согласен, что свободные радикалы кислорода вызывают старение, только выводы из этого следуют практически противоположные. Даже закармливая самих себя самыми мощными антиоксидантами, мы не сможем продлить жизнь до 150 или 200 лет. Напротив, прием антиоксидантов способен повысить вероятность развития некоторых заболеваний. Антиоксиданты — всего лишь пешки в сложной системе адаптаций, возникшей в ходе развития жизни в кислородной среде. Понять роль антиоксидантов можно только при анализе всей системы в целом. Приспособление жизни к опасностям и возможностям, которые принес с собой кислород, имело чрезвычайно серьезные последствия.