Gon Diovanni

Blog již není aktualizován. JEHO OBSAH BYL PŘESUNUT NA NOVÝ BLOG: GONDIOVANNIS.BLOGSPOT.CZ , na němž budou opět přidávány nové příspěvky. Doučování pro mediky lze i nadále domluvit na mailu vojtechpetr91@gmail.com. Nabídka STÁLE PLATÍ!

CO2 - oxid uhličitý.


Chemická struktura

Chemická struktura COnení nijak významně složitá. Uhlík je prvek umístěný v periodě druhé a skupině čtvrté. Jeho protonové číslo je 6. Jeho elektronová konfigurace je proto: 2He 2s2 2p2, čili má jeden volný orbital a dva valenční elektrony. Aby mohl vytvořit dvě dvojné vazby s kyslíkem, je nutné, aby vstoupil do excitovaného stavu a umístil jeden elektron z orbitalu 2s do orbitalu 2p, čili získáme stav: 2He 2s1 2p3, čili máme 4 valenční elektrony. Uhlík se vytvoří dvě dvojné vazby s kyslíkem, čili CO2 je z toho důvodu relativně stabilní látka.

Fysiologická významnost v těle

V již dříve publikovaných článcích bylo zmíněno proč v těle oxidu uhličitý vzniká. Je tomu tak z toho důvodu, že pro normální pohon lidských buněk je potřeba získávat energii a protože člověk je chemoorganotrofní heterotrof, tak energii získává oxidací organických látek. Koloběh tohoto děje je velice jednoduchý: zelená rostlina na své fotosystému v chloroplastech zachytí fotony (tedy kvanta energie), které využije pro tvorbu energie ve formě ATP. ATP je použito pro zabudování CO2 ze vzduchu (nebo z vody) do organických látek. Typicky se jedná o glukózu. Glukóza (obvykle ve formě polysacharidů jako je například škrob) dostává do lidského těla, posléze do jeho jednotlivých buněk a organismus musí z glukózy tu energii vyextrahovat, což s sebou přináší uvolnění oxidu uhličitého, který tam byl rostlinami zabudován. Proto člověk vydechuje = "produkuje" oxid uhličitý.

Další významné funkce oxidu uhličitého pro tělo. Oxid uhličitý s vodou reaguje za vzniku velmi slabé kyseliny uhličité. Sůl této kyseliny = hydrogen uhličitan sodný (může být i draselný, ale v těle zdaleka nejvíce sodný), je naprosto nezbytnou součástí pufrovacích mechanismů organismu. Bez pufrů by člověk dlouho nepřežil (denně vzniká 20molů (molů!!! ne mmolů!) oxidu uhličitého = v podstatě 20molů slabé kyseliny + 300mmolů silných kyselin). Oxid uhličitý, protože to je plyn, je možné eliminovat z těla plícemi, a proto s ním obvykle není problém. Problémy nastávají pokud dýcháme málo nebo hodně. 

Oxid uhličitý je též (tím, že produkuje kyselinu) důležitý pro normální zásobení tkání kyslíkem. Umožňuje totiž existenci tzv. Bohrova efektu = hemoglobin "pouští" kyslík ve tkáních, protože tam je oxid uhličitý, tam je tedy nižší pH, a protože hemoglobin je tak nastaven, dochází zde k uvolňování kyslíku, což je žádoucí, aby pracující tkáň dostala kyslík, který potřebuje.


Oxid uhličitý je naprosto nezbytný pro normální funkci regulace dýchání.

Oxid uhličitý je potenciačním faktorem růstu některých patogenních streptokoků (nazývají se proto kapnofilní streptokoky).


Oxid uhličitý je jedním z určujících faktorů, které regulují parciální tlak kyslíku v krvi, neboť hladina oxidu uhličitého v krvi určuje kolik kyslíku může být v alveolech, a tak určuje kolik kyslíku může přejít do krve.

Oxid uhličitý je zdrojem bikarbonátu, čímž je v podstatě zodpovědný za existenci Hamburgerova efektu (= zvýšený hematokrit žilní krve kvůli výměně bikarbonátu za chloridy, které táhnou do červených krvinek vodu, a tak je zvětšují, a proto má žilní krev vyšší hematokrit)

Shrnutí:

Oxid uhličitý je primárně dýchací plyn. Jeho přítomnost v těle je zcela obligátní (vzhledem k typu lidského metabolismu). Jeho funkce jsou tedy primárně vztaženy na dýchání a přenos krevních plynů. Je však kruciálně zásadní i pro funkce acidobasické. Je součástí tzv. bikarbonátového pufru, který je ze všech pufrů lidského těla nejvýznamnější, protože je tzv. otevřený.

Jste-li mladí, pak by Vám měl normálně fungovat následující jev: při nádechu se zrychluje puls srdce a naopak při výdechu se značně zpomaluje (téměř na poloviční rychlost).

Tento jev se nazývá sinusová arytmie. Je to zcela normální a typické pro mladší lidi. Osoby starší již tento jev nemusí mít. (přesněji řečeno jej mají, ale rozdíly při nádechu a výdechu jsou tak malé, že je normálně člověk nezachytí.)

K čemu to vůbec je, aby srdce zrychlovalo a zpomalovalo svou činnost, a navíc v závislosti na dechu? Odpověď je velmi prostá: při nádechu jde do plic vzduch s vyšším obsahem kyslíku, a tak srdce zrychluje puls, aby plícemi prohnalo co nejvíce krve, dokud je tam aspoň trochu kyslíku. Naopak při výdechu se množství kyslíku v plicích snižuje, a tak nemá smysl tam hnát krev, a proto srdce zpomaluje svou rychlost.

Jedna z teorií snažící se vysvětlit regulaci tohoto fenoménu popisuje toto: Dýchací centra jsou v prodloužené míše mozkového kmene. Ve stejné oblasti jsou i centra regulující rychlost srdečního pulsu, a tak se předpokládá, že se neurony z jednoho i druhého centra vzájemně ovlivňují, a touto zcela jednoduchou cestou by měl být tento zajímavý jev regulován.

Ethanol i methanol jsou si velmi podobné, čehož využívá i terapie otravy methanolem

Ethanol je primární alkohol. Pro lidské tělo je cizorodou látkou a a tělo s ním také tak zachází. Pracuje s lihem jako s jedem. Jedy jsou v těle obvykle odstraňovány v játrech, která také zvýšeným příjmem ethanolu nejvíce trpí.

Ethanol je vystaven působení enzymu alkohol dehydrogenáza, která ethanol oxiduje na acetaldehyd (ethanal), který je posléze měněn na acetát. Tyto reakce v konečném důsledku produkují značné množství energie, proto alkoholici (především těžké případy) nemají hlad.

Ukázalo se, že alkohol dehydrogenáza je enzym, který nebyl v základní výbavě člověka. Existují totiž uzavřené skupiny lidí na Zemi, které se s alkoholem během evoluce do styku nedostaly, a tak alkohol dehydrogenázu vůbec nemají.

V nedávné době jsme se setkali s tím, že do alkoholických nápojů byl v nadlimitním množství přimícháván methanol, což mnohdy vedlo k úmrtí takto intoxikovaných osob.

Methanol je také primární alkohol. Má o jednu skupinu méně než ethanol. Jinak je strukturně stejný. Methanol (stejně jako ethanol) je hydrofilní molekula. Je tedy rozpustný ve vodě, a tak se může bez problémů vylučovat močí. 

Methanol je také vystaven působení alkohol dehydrogenázy. Ta z methanolu vytváří nebezpečný formaldehyd, což je silný jed. Formaldehyd působí například na zrakový nerv, což může vést a vede k oslepnutí. Zásadní fakt je, že methanol jako takový je v podstatě neškodný a pokud by v těle nebyla alkohol dehydrogenáza, která by jej přeměnila na formaldehyd, vyloučil by se z těla močí, aniž by byl organismus závažným způsobem poškozen. Na tomto faktu stojí terapie otravy methanolem (vizte níže).

A na jakém principu tedy spočívá terapie otravy methanolem?

Mechanismus léčby tkví ve vypití ethanolu. Methanol je totiž metabolizován stejným enzymem jako ethanol. (tedy alkohol dehydrogenázou). Alkohol dehydrogenáza byla vyrobena organismem na obranu proti ethanolu, proto je pro něj prostorově lépe uspořádána. Čili pokud dáte alkohol dehydrogenáze na výběr ethanol a methanol, "vybere" si ethanol. Množství tohoto enzymu v buňkách ale není nekonečné. Celý trik je tedy v tom, že my vpravíme do těla ethanol, který obsadí většinu molekul enzymu. Tím pádem nezbyde žádná molekula, která by mohla methanol zpracovat. Ten se tedy nemůže přeměňovat na nebezpečný formaldehyd a je vyloučen jako neškodný methanol močí z těla ven.

Tento trik se nepoužívá jen u methanolu, ale například i u otrav fridexem (obsahuje alkoholy)

Funkce cholesterolu

Cholesterol – zdroj pro synthesu steroidních hormonů


               
Cholesterol je používán pro synthesu steroidních hormonů – steroidů. Mezi nejdůležitější steroidní hormony patří: (1) kortizol, (2) aldosteron, (3) testosteron, (4) estrogeny, (5) progesteron. O jejichž funkci možná bude jiný článek (bude-li zájem – komentáře)


 Jak vidno cholesterol je velmi důležitou látko a rozhodně neznamená, že bychom si žili spokojeně, kdybychom jej z jídelníčku zcela vyřadili, a můžeme si být naprosto jisti, že se ho nikdy nezbavíme, a proto jezte vlákninu! :) (už zase, já vím, jenže ona je opravdu hodně důležitá!)


Funkce cholesterolu

Cholesterol – zdroj žlučových kyselin            

Už bylo několikrát zmíněno, že lipidy jsou nerozpustné ve vodě. V tenkém střevě je trávenina ve formě vodného roztoku. To by s tuky moc nefungovalo, srazily by se do jedné velké tukové kapky a nic bychom z nich neměli. Aby enzymy (konkrétně lipázy a kolipázy ze slinivky břišní) mohly efektivně pracovat, musí mít k disposici co největší povrch. Když si představíme jednu velkou kapku tuku tak její povrch má nějakou hodnotu. Když ale rozbijeme tuto jednu velkou kapku na miliony malých kapiček, tak se povrch mnohonásobně zvětší. Tím pádem razantně stoupne i efektivita enzymů.
               
Nyní víme, že potřebujeme takzvaně emulgovat tuky = rozbít velkou kapku na milion menších. Účinným emulgátorem jsou právě již tolikrát zmiňované žlučové kyseliny. Mají totiž více –OH skupin, a tak jsou hydrofilnější, a proto jsou schopny roztrhat kapky na menší, a tak zvětšit povrch. Žlučové kyseliny jsou tvořeny v játrech, kde jsou jim přidávány –OH skupiny. Dostávají se pak do žluče a žlučovodem do dvanáctníku, kde provádějí emulgaci. Bez žlučových kyselin není v podstatě trávení tuků možné.
               
Žlučové kyseliny jsou v tenkém střevě vstřebávány do krve. (alespoň větší část z nich) Krví se dostanou do jater, takže játra nemusí (pokud není přítomna vláknina) vyrábět velká kvanta žlučových kyselin každý den. Jen mírně doplňují zásoby. Ty žlučové kyseliny, které se nevstřebaly v tenkém střevě pokračují s tráveninou do tlustého střeva, kde jsou střevní mikroflórou přeměněny na sekundární, které, pokud působí na stěnu střeva dlouho, mohou způsobovat rakovinu tlustého střeva.

Funkce cholesterolu

Cholesterol – součást cytoplasmatické membrány eukaryotických buněk              

V prvním článku této série jsme uvedli, že cholesterol je lipid. Zároveň však disponuje hydrofilní –OH skupinou. Tato skupina dává cholesterolu amfipatický charakter = umí se chovat jako hydrofilní a hydrofobní zároveň. Tato vlastnost je pro cytoplasmatické membrány úžasná. Nepředstavujte si membránu jako pevnou strukturu, ale naopak jako strukturu tekutou, jejíž tekutost je zabezpečena také díky přítomnosti cholesterolu. On se totiž mezi těmi řetězci mastných kyselin neustále točí a „není v klidu“, protože se snaží najít nějaké stabilní postavení, neboť se nemůže navázat na okolní mastné kyseliny. Tím jak se v membráně pořád „vrtí“, tak jí neumožní zaujmout pevné, stabilní uspořádání, a tak je membrána více tekutá než pevná. Především díky cholesterolu, nicméně svůj velký vliv na to mají i cis isomerie dvojných vazeb v mastných kyselinách!
               
V nadpisu tohoto odstavce je termín eukaryotická buňka. To jsou buňky našeho těla. Existuje ještě jeden druh uspořádání buňky, a to buňka prokaryotická, která je vývojově méně dokonalá. Tento typ buňky mají bakterie. Cytoplasmatická membrána bakterií neobsahuje cholesterol.
               
Pokud víte, co je organela pojmenovaná mitochondrie, pak také jistě víte, že má dvě membrány: vnitřní a vnější. Dlouhá léta se bádalo (a stále bádá) nad tím, jakého původu mitochondrie je. Asi nejrozumnější a pravděpodobně také nejpravděpodobnější teorie je teorie endosymbiotická. Z názvu vyplývá, že mechanismus je následující: existovaly kdysi dvě buňky, z nichž jedna pohltila druhou. Druhá (menší) si ponechala svou membránu, ale tím, jak byla pohlcena, s sebou unesla i kus membrány první buňky. A od té doby mají mitochondrie, které pravděpodobně tedy vznikly z té druhé (menší) buňky, dvě membrány. Vnitřní mitochondriální membrána nemá cholesterol, tedy má stejnou vlastnost jako membrána prokaryotické buňky. To je jeden z poměrně pádných důkazů, který podporuje endosymbiotickou teorii.


Vztah cholesterolu a vlákniny


               
V již dříve publikovaném článku o vláknině (zde), jste se mohli dočíst o vlivu vlákniny na hladinu cholesterolu, vlivu na snižování incidence rakoviny tlustého střeva atd…
               
Zde, když již známe některá další fakta o cholesterolu je jeho vztah s vlákninou ještě jasnější. Vláknina (nesolubilní) je schopná vázat žlučové kyseliny. Žlučové kyseliny se v nepřítomnosti vlákniny z velké části zpětně resorbují do krve, jsou vychytány játry a znovu použity. Nicméně to se v přítomnosti vlákniny děje v mnohem menší míře. Většina žlučových kyselin je tak zachycena na vláknině, a tyto molekuly nemohou být znovu použity. Časem (v průběhu jednoho dne) by játrům vznikl velmi akutní nedostatek žlučových kyselin, který by znamenal obrovský problém s trávením tuků (jednoduše bychom nemohli trávit tuky). Játra tedy musí umět žlučové kyseliny vyrobit. Játra jsou schopná vyslat do krve HDL, které „přivezou“ cholesterol, který je v játrech oxidován na primární žlučové kyseliny. Pokud máme zvýšené ztráty žlučových kyselin (což díky vláknině máme), pak se musí zákonitě zvýšit spotřeba cholesterolu v játrech, a tak se i zvyšuje hladina „hodného“ cholesterolu. Z toho jasně vyplývá, proč vláknina účinně snižuje hladinu cholesterolu v krvi.
              
Navíc víme, že vláknina neumožňuje další oxidace žlučových kyselin v tlustém střevu, a tak zabraňuje vzniku sekundárních žlučových kyselin, které jsou podezřelé z karcinogenity. Tím pádem se velmi snižuje pravděpodobnost vzniku rakoviny tlustého střeva, a tak zařaďte do svého jídelníčku vlákninu! Má to smysl! :)