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氧气有毒 可以杀人

更新:2011年01月04日 阅读次数: 【字体:

OXYGEN氧源自oxys和gen,意为“酸的形成”,1774年被普利斯特里首先发现,是地球上分布最普遍的元素之一。地球空气中21%是氧,构成人体的约有三分之二是氧,氧由植物光合作用吸收二氧化碳产生氧气,为动物呼吸吸收,代谢利用氧气释放二氧化碳,形成循环。

1774年8月,英国科学家普利斯特里发现氧气后,曾经这样考虑过,呼吸这样的气体可能成为一种奢侈品,他考虑到蜡烛在氧气环境中燃烧速度加快,提出呼吸这样的气体可能会因为生命物质被快速消耗而加快衰老。

100多年后的1887年,法国著名的气体生理学家Paul Bert发现动物如果呼吸高压氧气可以发生中毒,这种中毒是以迅速的神经系统功能异常(惊厥)为特点,因此称为急性氧中毒(Bert 效应)。病理学家James Lorrain Smith 1897年发现,即使呼吸常压高浓度氧气,也可以造成类似于支气管肺炎的肺损伤,由于这种损伤发生时间比较长,又称为慢性氧中毒(Lorrain Smith效应)。关于氧气的毒性问题困扰了人们很多年,大概在1950年前后,有人受到放射损伤与身体内自由基增加有关研究的启示,提出氧气的毒性与体内自由基增加有关,这就是氧气毒性的自由基增加学说,也是目前仍被公认最广泛认可的观点。

以下是我个人对氧气有毒的有关思考。

一是为什么肺对氧气最敏感?是肺组织本身对氧气的毒性敏感吗,这个应该不是的,肺对氧气最敏感的根本原因是肺组织永远是氧气分压最高的组织,从这个意义上讲,可能肺组织对氧气的毒性最不敏感才符合规律。

二是为什么氧气对其他器官的损伤多出现在2个绝对压以上?这个原因是因为氧气进入身体最重要的方式是通过与血红蛋白结合,而通过溶解在血浆中运输的只有5%以下,而且身体利用氧气的能力非常强,到达组织内可以使氧气的分压迅速下降。只有当呼吸高压氧气溶解氧气达到或接近结合氧气的程度,才不会因为组织细胞的利用快速降低血液中氧分压,这个时候静脉血管中的血液氧气达到100饱和,由于溶解氧与呼吸氧分压有关,当呼吸2个大气压氧气时,等于空气氧分压的20倍,这个时候溶解氧就可足够满足组织细胞对氧气的需要,氧气在体内的剩余分压会发生迅速升高。特别是当组织内各种具有结合氧气的血红素蛋白都被饱和时,就非常容易发生氧中毒。

三是氧气增加到底为什么可以对组织造成伤害?或者说氧气增加为什么会增加自由基的产生,如果从大的方面理解,因为活性氧的产生是氧气的1%,只要呼吸氧气增加,活性氧自然成比例增加。如果仔细推敲,可以这样理解,99%的氧气主要在线粒体利用,是在氧化磷酸化最后细胞色素还原酶把四个电子同时传给氧气分子,产生2个水分子。当细胞内氧气增加的时候,氧分压的增加可增加氧化磷酸化电子传递链上电子泄露的几率。电子泄露本质是一些电子传递体与氧气分子发生反应,只要氧气分压增加,这种反应的几率必然增加。这种情况与缺氧后再复氧不一样,缺氧的时候由于电子传递过程电子相对多余,电子传递体与氧气反应的可能也增加,特别是在复氧开始阶段,这种可能性会更大。

四是如何正确评价氧气的有毒和有用?氧气本身就是有毒的自由基,细胞利用其特殊的氧化性质实现氧化还原的能量代谢反应,也必然面对这个气体对机体带来的可能伤害,这是生命中的一个悖论,我个人认为,就象烧伤一样,氧气的中毒只能通过避免造成中毒的环境(控制暴露压力和时间范围)来预防发生,采用药物试图避免其发生只能是徒劳,当然用药物延缓发生也是有一定价值。

BTW,突然想到10年前第一次给学生上课讲《氧中毒》这节课,准备了很久,效果仍不理想,课间有学生问:能不能用屏气的方法来避免氧气的毒性。我当时想,屏气肯定能减少氧气的摄取,回答说是的,并夸奖了学生,后来随着对这个疾病的认识,才意识到,屏气因为可导致体内二氧化碳潴留,而二氧化碳增加回强烈扩展脑血管,不仅不会降低氧气毒性,还会促进中枢氧中毒的发生,因此在吸高分压氧或潜水的时候严格禁止屏气。后来一直没有找到这个学生,成为教学历史上的一次遗憾。不过后来我将这个作为反面教材用于课堂,也增加了授课效果,也算是一种安慰。

氧中毒的临床表现(来自陶恒沂 孙学军主编教材《潜水医学》)

呼吸氧气分压60~100kPa已时,其毒性突出地表现在视觉器官;100~200kPaO2时,主要表现在呼吸系统;300kPaO2以上时,主要出现中枢神经系统症状体征。以上3种情况分别称为:眼型、肺型、脑型氧中毒。这主要是从临床角度根据不同氧压和主要表现人为地加以划分的,并不是说某型氧中毒只有某器官的病理变化而无其他异常,事实上在较高氧压和较长暴露时程后,几乎全身各类组织都可遭受相应的损害。之所以特别提出某某型,只是强调该器官的病变和症状比较突出而已。

扩展阅读来自网络资料:氧的发现简史

氧气的发现经历过一段曲折的历史。18世纪初,德国化学家施塔尔(Stahl G E,1660—1734)等人提出“燃素理论”,认为一切可以燃烧的物质由灰和“燃素”组成,物质燃烧后剩下来的是灰,而燃素本身变成了光和热,散逸到空间去了。这样一来,燃烧后物质的质量应当减轻,但人们发现,炼铁时燃烧过的铁块的质量不是减轻,而是增加了,锡、汞等燃烧后,也都比原先重。为什么燃素跑掉后,物质反而会增加呢?随着欧洲工业革命的发展,金属的冶炼和煅烧在生产实践中给化学提出了许多新问题,冲击着燃素理论。

1771—1772年间,瑞典化学家舍勒(Scheele K W,1742—1786)在加热红色的氧化汞、黑色的氧化锰、硝石等时制得了氧气,把燃着的蜡烛放在这个气体中,火烧得更加明亮,他把这个气体称为“火空气”。他还将磷、硫化钾等放置在密闭的玻璃罩内的水面上燃烧,经过一段时间后,钟罩内的水面上升了1/5高度,接着,舍勒把一支点燃的蜡烛放进剩余的“用过了的”空气里去,不一会儿,蜡烛熄灭了。他把不能支持蜡烛燃烧的空气称为“无效的空气”。他认为空气是由这两种彼此不同的成分组成的。

1774年8月,英国科学家普利斯特里( Priestley J,1773—1804 )在用一个直径达一英尺的聚光透镜加热密闭在玻璃罩内的氧化汞时得到了氧气,他发现物质在这种气体里燃烧比在空气中更强烈,他称这种气体为“脱去燃素的空气”。

舍勒和普利斯特里虽然先后独立地发现了氧气,但由于他们墨守陈旧的燃素学说,使他们不知道自己找到了什么。

氧气毒性强弱决定于剂量,高剂量可致命,低剂量会缺乏,合适剂量才是存活的必需。这与任何有毒物质是一样的,这个例子也告诉我们,许多有毒的物质,当剂量适当的时候可能是药物,甚至是必需物,唯一重要的是剂量,是剂量决定后果。(科学网孙学军的博客)

关键词:氧气 OXYGEN
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