Hiperoksija

Hiperoksija je termin kojim se opisuje koncentracije kiseonika veće od onih koje se normalno sreću u prirodi. Slično hipoksiji, ne postoji jasna definicija hiperoksije. Međutim, hiperoksija se obično smatra nivoom kiseonika iznad njegove zasićenosti (koja je > 100% zasićenosti kisonikom). Tako nivoi kiseonika u studijama u vezi sa hiperoksijom mogu da variraju, na primer, od 105% do 390% zasićenosti kiseonika.

Opšta razmatranja o hiperoksiji

Lečenje u barokomori zasniva se na primeni hiperoksije

Dva važna izvora hiperoksije u vodenoj sredini su:

• prirodna pojava fotosintetskih organizama

• veštačko dodavanje kiseonika u akvakulturi
• eksperimentalna prekomerna oksigenacija 100% kiseonikom u barokomorama.

U prirodi slučajevi, sa ekstremnim nivoom hiperoksije kao što je ona sa 400% zasićenja kisonikom izuzetno su primećeni, u podučjima plime i oseke koji se nalaze visoko u međuplimnoj zoni.

Hiperoksija se takođe veštački može dobiti u procesu proizvodnje ribe u mrestilištima veštačkim dodavanje kiseonika u akvakulturi i u eksperimentima prekomernom oksigenacijom 100% kiseonikom. U vodnom okruženju sa intenzivnim mehurićem vazduha, može se postići 100% zasićenja kisonika (bez mešanja biotičkih faktora). Međutim, pošto razmena gasova između vode i atmosfere ima ograničenja, prirodna vodena sredina često pokazuje vrednosti zasićenosti kiseonikom blizu 80% (otprilike 6 mg kisonika po litru na 25 °C – što se smatra normoksijom) i znatno je ispod hiperoksije.

Hiperoksija, ili visok pritisak kisonika, indukuje ekspresiju hem-oksigenaza 1 (HO-1) u nekoliko tipova ćelija, uključujući endotelne ćelije i fibroblaste. Od prekomerna ekspresija HO-1 ili nakon izlaganje ugljen-monoksidu ćelije alveolarnog epitela se od smrti mogu zaštititi izlaganjem hiperoksiji.

Tretman inhibitorom p38 MAPK ili prolazna transfekcija sa dominantno negativnim mutantima p38β ili mitogenom aktiviranom protein kinazom kinazom-3 (MKK3) eliminisao je citoprotektivni efekat ugljen-monoksida protiv hiperoksije. Nedavne studije su takođe implicirale STAT3 kao posrednika antiapoptotičke zaštite zavisne od ugljen-monoksida od hiperoksične povrede plućnih ćelija.

Toksičnost hiperoksije

Vidi još: Trovanje kiseonikom

Kiseonik je esencijalni element neophodan eukariotima da oksidiraju hranljive materije tokom ćelijskog disanja i dobiju većinu svoje energije. Terapija suplementacijom kiseonikom se daje prevremeno rođenim bebama i odraslim osobama sa teškim respiratornim distresom. Međutim, od 1870-ih istraživači su izveštavali o toksičnim efektima hiperoksije, nakon izloženosti parcijalnim pritiscima kiseonika višim od atmosferskih (21%).

Hiperoksija je jedno od mnogih patoloških stanja koje povećavaju proizvodnju reaktivnih vrsta kiseonika (ROS), što dovodi do intracelularnog oksidativnog stresa. Mitohondrije su i izvori i mete ovih ROS koji oksidativnim stresom posredovan hiperoksijom narušava bioenergetiku mitohondrija, indukuje oksidaciju mitohondrijalne DNK, lipida i proteina i na kraju može dovesti do smrti ćelije i povrede organa. Mnogi dokazi pokazuju da antioksidanti ciljani na mitohondrije mogu zaštititi od hiperoksičnog oštećenja, što sugeriše obećavajuću strategiju protiv toksičnosti mitohondrijalnog kiseonika povezanog sa terapijama kiseonikom.

Nerešena pitanja

Kiseonik je vitalan i toksičan za život. Molekularni kiseonik je najčešće korišćeni supstrat u ljudskom telu i potreban je za nekoliko stotina različitih biohemijskih reakcija. Otkriće PHD-HIF-pVHL sistema je revolucionisalo naše fundamentalno razumevanje senzora kiseonika i ćelijske adaptacije na hipoksiju. To je produbilo naše znanje o biohemijskim osnovama brojnih bolesti, od anemije do raka. Ćelijska disfunkcija i patologija tkiva mogu biti rezultat neusklađenosti snabdevanja i potražnje kiseonika. Nedavni rad je pokazao da modeli mitohondrijske bolesti pokazuju hiperoksiju tkiva i da se patologija bolesti može preokrenuti normalizacijom viška kiseonika (hiperoksije), što sugeriše da se određena stanja bolesti mogu potencijalno lečiti modulacijom nivoa kiseonika.

I pored ovih saznanja mnogo toga ostaje nepoznato o ćelijskim odgovorima na hiperoksiju. Sve je više dokaza da je višak kiseonika toksičan na ćelijskom i sistemskom nivou iz razloga koji nisu u potpunosti shvaćeni. Isporuku kiseonika treba smatrati terapijom koju treba primenjivati kada je indikovano, titrirati da bi se zadovoljile potrebe tkiva za kiseonikom i prekinuti kada više nije potrebno da bi se minimizirali toksični sistemski neželjeni efekti. Važno je izbegavati dodatak kiseonika osim ako je to apsolutno indikovano kod pacijenata sa mitohondrijskom bolešću, sa dokazima koji ukazuju da su patologija i progresija bolesti povezani sa tkivnom i venskom hiperoksijom i da normalizacija hiperoksije može imati dramatična fenotipska poboljšanja, uključujući produženje života.

Buduća istraživanja bi trebalo da imaju za cilj da otkriju kako ćelije i tkiva osećaju, reaguju i prilagođavaju se na hiperoksiju, kao i mehanizme pomoću kojih su određeni organi tolerantniji na hiperoksiju od drugih.

Brojna saznanja iz istraživanja kiseonika izgledaju sjajno jer mogu otkriti tragove za lečenje neuroloških i kardiovaskularnih bolesti, mitohondrijalne disfunkcije, proteotoksičnih stanja, dopaminergičke neurodegeneracije, maligniteta izazvanih abnormalnom signalizacijom hipoksije i starenja.

Prešli smo dug put od vremena vožnje balonom i ekspedicija na velike visine. Ipak, preostaje bezgranična neistražena teritorija za istraživanje uspona i padova metabolizma kiseonika. Tu treba uključiti i odgovore na to kako ćelije i organizmi osećaju i prilagođavaju se hiperoksiji? Da li postoje ljudske bolesti koje su definisane hiperoksijom tkiva koje se mogu korigovati normalizacijom parcijalnim pritiskom kiseonika u tkivima hipoksijom?

Vidi još

• Kiseonik
• Hipoksija
• Trovanje kiseonikom

Spoljašnje veze

Molimo Vas, obratite pažnju na važno upozorenje u vezi sa temama iz oblasti medicine (zdravlja).