Θεωρία ΙΙΙ

Η ΧΗΜΙΚΗ ΚΑΙ ΒΙΟΧΗΜΙΚΗ ΒΑΣΗ ΤΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ BUTEYKO ΓΙΑ ΤΗΝ «ΑΣΘΕΝΕΙΑ ΛΟΓΩ ΒΑΘΙΑΣ ΑΝΑΠΝΟΗΣ

Ι. Η ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΕΞΗΓΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ

Ο ρόλος του CO2 στις ζωτικές λειτουργίες του οργανισμού

1. Μορφές του CO2.

Είναι γνωστό από τα αποτελέσματα πολλών ερευνών ότι το CO2 στον οργανισμό του ανθρώπου και των ζώων, δεν είναι μόνο ένα συστατικό των ρυθμιστικών συστημάτων και ένας ρυθμιστής της αναπνοής, αλλά είναι επίσης ένας παράγοντας στον έλεγχο της καρδιακής λειτουργίας καθώς και της κυκλοφορίας, των ορμονών του νευρικού και πεπτικού συστήματος. Επί του παρόντος, μπορούμε να πούμε ότι το CO2 παίρνει μέρος στον έλεγχο πολλών από τις πιο σημαντικές φυσικές λειτουργίες στον οργανισμό του ανθρώπου και των ζώων.

Όταν αναφέρεται το CO2 συχνά εννοείται η μορφή του σαν αέριο. Εντούτοις, το CO2 μπορεί να βρεθεί στον οργανισμό σε πέντε διαφορετικές μορφές:

1. διαλυμένο CO2 (d CO2 )
2. ανθρακικό οξύ (H2 CO3)
3. διτανθρακικές ρίζες (HCO3-)
4. ανθρακικά άλατα (CO3)2-
5. καρβαμίδια (R-NH COOH)
6. Ο ρόλος του CO2 στην αναπνοή.

Η κύρια πηγή του CO2 είναι αυτογενής. Ο ρυθμός σχηματισμού CO2 στους ιστούς, στη διάρκεια του μεταβολισμού, μπορεί να ποικίλει, καθώς εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, αλλά η φυσιολογική συγκέντρωση του CO2 στο αίμα και τα άλλα βιολογικά υγρά του οργανισμού δεν υπόκειται σε μεγάλες διακυμάνσεις. Κανονικά, διατηρείται σ’ ένα αυστηρά καθορισμένο επίπεδο και κάθε πλεόνασμα απομακρύνεται αμέσως. Αυτό επιτυγχάνεται με μια σειρά μηχανισμών που ελέγχουν την συγκέντρωσή του. Από αυτούς ο πιο σημαντικός είναι ο μηχανισμός εξουδετέρωσης και απομάκρυνσης του CO2 από τους ιστούς στο περιβάλλον. Η διαδικασία είναι η εξής:

Το CO2 που δημιουργείται μέσα στα κύτταρα, περνά στο εξωκυτταρικό υγρό και μετά στην κυκλοφορία του αίματος. ο μηχανισμός της μεταφοράς του CO2 διαμέσου των κυτταρικών μεμβρανών δεν είναι ακόμη πλήρως γνωστός. Αυτό που είναι γνωστό είναι ότι οι μεμβράνες είναι περισσότερο διαπερατές στο CO2 και στο H2CO3 παρά στις ρίζες HCO3- . Καθώς το CO2 εισέρχεται στα ενδιάμεσα υγρά και από κει στην κυκλοφορία του αίματος, το μεγαλύτερο μέρος του μετατρέπεται σε HCO3- . Αυτή η διαδικασία καταλύεται από το ένζυμο carboanydrase (CA) των ερυθροκυττάρων:

CO2 + Η2Ο <-( CA )-> H2CO3 + Η- + HCO3-

Σαν συνέπεια αυτής της διαδικασίας, το ΡΗ μέσα στα ερυθροκύτταρα αρχίζει να πέφτει. Σε συγκεκριμένες τιμές του ΡΗ, η ιστιδίνη και η βαλίνη (δύο αμινοξέα που εντοπίζονται στις αλυσίδες της αιμοσφαιρίνης), αρχίζουν να συσσωματώνουν ιόντα Η+ , τα οποία οδηγούν στην εμφάνιση θετικού φορτίου. Αυτό το φορτίο σταθεροποιεί τους δεσμούς άλατος που είναι υπεύθυνοι για τη διατήρηση της δεσοξυ-δομής της αιμοσφαιρίνης. Μια άλλη διαδικασία, αυτή της αντικατάστασης ιόντων Cl από CO2 λαμβάνει χώρα στο δίκτυο των αντιδράσεων, συμβάλλοντας έτσι στη σταθεροποίηση της τεταρτοταγούς δομής της αιμοσφαιρίνης. Επί πλέον, το CO2 επηρεάζει τη δέσμευση και συνδέεται με αμινομάδες που επίσης συμβάλλουν στη σταθεροποίηση της δομής της δεσοξυ-δομής της αιμοσφαιρίνης (φαινόμενο Verico – Bohr).

Το Ο2 διαχέεται στους ιστούς λόγω της διαφοράς συγκεντρώσεώς του ανάμεσα στα ερυθροκύτταρα και στους ιστούς. σαν συνέπεια, η αποδέσμευση μορίων του Ο2 διευκολύνεται λόγω του φαινομένου αυτού.

Τα συνολικά αποτελέσματα των δύο διαδικασιών, είναι η διατήρηση ενός πρακτικά σταθερού ΡΗ, που βοηθά τη διάχυση του Ο2 και την κατακράτηση των ιόντων Κ+ στα ερυθροκύτταρα, τα οποία εξουδετερώθηκαν από HbO2 νωρίτερα και στη συνέχεια εξουδετερώθηκαν από το σχηματισμό ιόντων HCO3-.

Σαν αποτέλεσμα, το μεγαλύτερο μέρος του CO2 που περνά από τους ιστούς στα ερυθροκύτταρα μεταφέρεται από τα τριχοειδή αγγεία στις φλέβες με τη μορφή ιόντων HCO3- που περιέχονται στα ερυθροκύτταρα.

Χάριν αυτής της αλλαγής, η αναλογία των ιόντων HCO3- στα ερυθροκύτταρα (e) προς τα αντίστοιχα του πλάσματος (p) μεταβάλλεται σαν αποτέλεσμα της αύξησης των ιόντων αυτών στα ερυθροκύτταρα. Οπότε η αναλογία HCO3- (e)/ CL- (e) δεν διατηρείται πλέον στο ίδιο επίπεδο με την αναλογία HCO3- (p)/ CL- (p) η οποία εδραιώθηκε μέσα από την εκδήλωση του φαινομένου Gibbs – Donnan .

Η τάση των ιόντων να αφήσουν τα κύτταρα αυξάνει και η απώλεια αυτή αναπληρώνεται με ιόντα CL- που μπαίνουν από το πλάσμα μέχρι να επιτευχθεί μια καινούρια ισορροπία. Το τελικό αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας είναι η κατάσταση όπου ένα μεγάλο μέρος του ολικού ποσού του CO2 που έχει μπει μέσα στα ερυθροκύτταρα των τριχοειδών, μεταφέρεται με τη μορφή ιόντων HCO3- στο φλεβικό πλάσμα.

Πρέπει να σημειωθεί ότι η μετατροπή HbO2 σε HbH+ και η ρυθμιστική δράση που απορρέει, δεν επηρεάζει την οσμωτική πίεση που οφείλεται στην αιμοσφαιρίνη των κυττάρων επειδή το ποσό της αιμοσφαιρίνης δεν αλλάζει, αλλά το τελικό αποτέλεσμα των αντιδράσεων καταλήγει σε μια αύξηση της ολικής ποσότητας ανιόντων και αυτό ανεβάζει την αποτελεσματική οσμωτική πίεση στα κύτταρα. Σαν αποτέλεσμα, το νερό αναδιακατανέμεται ανάμεσα στα κύτταρα και το πλάσμα.

Αυτή η διαδικασία γίνεται αντίστροφα στους πνεύμονες. Εξ’ αίτίας της διαφοράς πιέσεων, το Ο2 μπαίνει στα ερυθροκύτταρα και δημιουργεί όξινο Η HbO2 . Σαν αποτέλεσμα αυτής της διάσπασης δημιουργούνται ιόντα Η+ που αντιδρούν με τις ρίζες HCO3- σχηματίζοντας H2CO3 . Το H2CO3 διασπάται σε CO2 και Η2 Ο κάτω από την επίδραση της (CA):

H2 CO3 <-(CA)-> CO2 + Η2 Ο

Τα CO2 & Η2 Ο απελευθερώνονται στις κυψελίδες.

Η απελευθέρωση του CO2 οδηγεί σε μια μεταβολή της αντίδρασης του Bohr προς τα αριστερά, το οποίο κανονικοποιεί το ΡΗ και διευκολύνει τη δέσμευση του Ο2 στην αιμοσφαιρίνη.

Καθώς αυτή η διαδικασία γίνεται στους πνεύμονες, η διάσπαση των ανθρακικών και η μεταφορά των πρωτεϊνών σε ελεύθερη κατάσταση, προωθούνται την ίδια στιγμή.

Τα διττανθρακικά που έχουν μπει στο αίμα, αντιδρούν με H2CO3 και διαμορφώνουν το ζευγάρι HCO3- / H2CO3 που είναι συστατικό του κύριου ρυθμιστικού συστήματος στο εξωκυττάριο υγρό. Η ανάγκη για την ύπαρξη ενός τέτοιου ρυθμιστικού συστήματος καθορίζεται από πολλές αιτίες:

1. Υπάρχουν αξιοσημείωτα περισσότερες ρίζες HCO3- από τα άλλα συστατικά του ρυθμιστικού συστήματος στο εξωκυττάριο υγρό.
2. Η πρόσληψη του CO2 είναι απεριόριστη.
3. Οι φυσιολογικοί μηχανισμοί που διατηρούν την τιμή του ΡΗ κανονική στο εξωκυττάριο υγρό το επιτυγχάνουν ρυθμίζοντας τις συγκεντρώσεις είτε των ριζών HCO3- είτε του CO2. Ο Van Skyke , και αργότερα ο Warburg , βρήκαν ότι υπάρχει μια γραμμική σχέση μεταξύ του ΡΗ, του dCO2 και του HCO3- στο αίμα που περιγράφεται από την εξίσωση Henderson – Hasselbach : PH = 6.1+1 g ([ HCO3- / pCO2 ]).
4. Η αναλογία HCO3-/H2CO3 του ρυθμιστικού συστήματος λειτουργεί σε συνδυασμό με το σύστημα της αιμοσφαιρίνης, όπως αναφέρθηκε παραπάνω.

Όπως σε όλα τα ρυθμιστικά συστήματα, το ΡΗ δεν εξαρτάται από τις απόλυτες συγκεντρώσεις των συστατικών του ρυθμιστικού διαλύματος αλλά από τις αναλογίες τους (Πίνακες 1,2 και 3 από το βιβλίο του Robinson J . R . «Βάσεις για τη ρύθμιση της οξεοβασικής ισορροπίας», Μόσχα Meditsina , 1969).

 

ΠΙΝΑΚΑΣ 1

Η επίδραση του dCO 2 στο ΡΗ διαλύματος που περιέχει 27m.- equiv . διττανθρακικών ανά 1 L , στους 37 o C .

dCO2 mmHg	10	20	40	80	160
H2 CO3 m.-equiv./1L	0,3375	0,675	1,35	2,7	5,4
HCO3- m.-equiv./1L	27	27	27	27	27
HCO3- H2 CO3	80	40	20	10	5
PH	8,0	7,7	7,4	7,1	6,8

 

ΠΙΝΑΚΑΣ 2

Το αποτέλεσμα των αλλαγών στη συγκέντρωση των διττανθρακικών.

dCO2 mmHg	40	40	40
H2 CO3 m.-equiv./1L	1.35	1.35	1.35
HCO3- m.-equiv./1L	54	27	13.5
HCO3- H2CO 3	40	20	10
PH	7.7	7.4	7.1

 

ΠΙΝΑΚΑΣ 3

Αλληλεπιδράσεις ανάμεσα στις αλλαγές των dCO2 και HCO3- .

dCO2 mmHg	80	20	10
H2 CO3 m.-equiv./1L	2.7	0.765	0.3375
HCO3 – m.-equiv./1L	54	13.5	6.5
HCO3 – H2 CO3	20	20	20
PH	7.4	7.4	7.4

 

Εν τούτοις, θα έπρεπε να σημειωθεί στον πίνακα 3 ότι, παρόλο που το ΡΗ διατηρείται σταθερό, η ρυθμιστική ικανότητα του πλάσματος μειώνεται. Η αποτελεσματικότητα του ρυθμιστικού συστήματος του HCO3- αυξάνει αξιοσημείωτα με την παρουσία ερυθροκυττάρων.

Ο συνδυασμός των ρυθμιστικών που περιγράφηκαν, όπου ένα από τα συστατικά είναι αέριο και όπου αυτόματη αυτορρύθμιση επιτυγχάνεται δια μέσου εσωκυττάριας αιμοσφαιρίνης, οδηγεί σε μια σημαντική σταθεροποίηση του ΡΗ στο πλάσμα του αίματος.

Επί πλέον, ο οργανισμός χρησιμοποιεί άλλα δύο συστήματα σταθεροποίησης, το αναπνευστικό σύστημα και τα νεφρά, τα οποία ελέγχουν αντίστοιχα το H2CO3 και τις ρίζες HCO3- και από κει παράγονται περαιτέρω δυνατότητες για τη διατήρηση ενός σταθερού ΡΗ στο εξωκυττάριο υγρό.

3. Έλεγχος του επιπέδου CO2 , H2CO3 και H στους ιστούς των ζώων.

Σε διάκριση από το HCO3- (σταθερή συγκέντρωση ανιόντων), το H2CO3 προσδιορίζεται μόνο από μια παράμετρο: τη μερική πίεση του CO2 του αέριου μίγματος που είναι σε ισορροπία στο εξωκυττάριο υγρό και στον κυψελιδικό αέρα. Αυτή η πίεση με τη σειρά της εξαρτάται από το ρυθμό με τον οποίο το CO2 περνώντας από το αίμα στους πνεύμονες αραιώνεται από τον ατμοσφαιρικό αέρα κι έτσι η πίεση του CO2 εξαρτάται από το βάθος και τη συχνότητα της αναπνοής. Ο χαρακτήρας της αναπνοής ρυθμίζεται από ένα αναπνευστικό κέντρο στο νευρικό σύστημα. Προφανώς, αυτό το κέντρο είναι ευαίσθητο στο ΡΗ και στο dCO2 του εξωκυττάριου υγρού. Όταν το ΡΗ του εξωκυττάριου υγρού πέσει κάτω από τη φυσιολογική τιμή, εξ’ αιτίας της μείωσης των ιόντων HCO3- , η αναπνοή εντείνεται κι έτσι οδηγεί σε μείωση του κυψελιδικού dCO2 και συνεπώς του εξωκυττάριου H2CO3.

Αυτό αποκαθιστά το λόγο HCO3-/H2CO3 στη φυσιολογική τιμή του 20/1 και οδηγεί την επαναφορά του ΡΗ στην κανονική τιμή. Η πτώση της πίεσης του CO2 που προκύπτει στο πλάσμα δρα προς την αντίθετη κατεύθυνση στο νευρικό ρυθμιστικό κέντρο, επομένως η αναπλήρωση δε θα ολοκληρωνόταν ποτέ αν λειτουργούσε μόνο αυτός ο ρυθμιστικός μηχανισμός.

Σε ψηλά επίπεδα του ΡΗ του πλάσματος η συχνότητα της αναπνοής πέφτει και το κυψελιδικό dCO2 και επομένως το H2CO3 στο πλάσμα αυξάνουν, το οποίο μετά ρίχνει το ΡΗ στην κανονική τιμή. Σ’ αυτήν την περίπτωση πλήρης αποκατάσταση δεν επιτυγχάνεται γιατί το αυξημένο H2CO3 του πλάσματος, δρώντας στο αναπνευστικό κέντρο, παράγει ένα αποτέλεσμα αντίθετο σ’ αυτό της αύξησης του ΡΗ. Αν η συχνότητα της αναπνοής είναι σημαντικά μειωμένη, μια ελάττωση στο dCO2 θα οδηγήσει σε μια αύξηση της αναπνευστικής δραστηριότητας.

Τη στιγμή που ο αναπνευστικός μηχανισμός συμβάλλει στην αποκατάσταση της οξεοβασικής ισορροπίας μέσω της ρύθμισης του H2CO3 στο εξωκυττάριο υγρό, τα νεφρά συμμετέχουν στον έλεγχο του ΡΗ ρυθμίζοντας τα ιόντα HCO3- . Τα νεφρά αντισταθμίζουν τη μείωση του εξωκυττάριου ΡΗ που προκαλείται από την αύξηση του κυψελιδικού dCO2 ή από τη μείωση των ιόντων HCO3- , με τους δύο τρόπους που διαθέτουν, δηλαδή με απελευθέρωση των ιόντων Η+ με τη μορφή είτε αδιάσπαστου οξέος είτε ιόντων ΝΗ4+.

Η νεφρική αποκατάσταση, κάτω από συνθήκες οι οποίες θα μπορούσαν να προκαλέσουν αύξηση στο εξωκυττάριο ΡΗ, επιτυγχάνεται μέσω της μείωσης των ιόντων HCO3- στο εξωκυττάριο υγρό.

Υπάρχει η ένδειξη ότι ταυτόχρονα μ’ αυτούς τους μηχανισμούς που αποκαθιστούν τις διακυμάνσεις του εξωκυττάριου ΡΗ, ενεργοποιείται η αντλία «καλίου – νατρίου». Μυϊκοί ιστοί, επιθηλιακά κύτταρα των νεφρικών σπειραμάτων και πιθανώς όλα τα άλλα κύτταρα έχουν ένα μηχανισμό ανταλλαγής ιόντων ο οποίος πραγματοποιεί ανταλλαγή είτε ιόντων Κ+ είτε ιόντων Η+ ή και τα δύο απ’ αυτά με ιόντα Να+ μέσα από την κυτταρική μεμβράνη. Εξ’ αιτίας αυτής της ανταλλαγής το κυτταρικό περιεχόμενο μπορεί να συμμετέχει στη διατήρηση του εξωκυττάριου ΡΗ.

Με αύξηση του εξωκυττάριου HCO3-, ιόντα Να+ εισέρχονται στα κύτταρα σε ανταλλαγή με ιόντα Η+ και Κ+. Πρωτόνια αντιδρούν με τα εξωκυττάρια ιόντα HCO3- και το σχηματιζόμενο CO2 απομακρύνεται με τον εκπνεόμενο αέρα, τα ιόντα Κ+ απομακρύνονται με τα ούρα μαζί με ισοδύναμη ποσότητα ιόντων HCO3- . Με την αύξηση του ΡΗ, τα ιόντα Να+ αφήνουν το κύτταρο και ιόντα Η+ και Κ+ εισέρχονται σ’ αυτό.

Η αλλαγή της ενεργούς του αίματος οδηγεί όλες τις αλλαγές της οξεοβασικής ισορροπίας να διαιρεθούν σε οξέωση και αλκάλωση και χάριν της αιτίας που δημιουργεί αλλαγές στο ΡΗ του αίματος, διαιρούνται σε μεταβολικές και αναπνευστικές.

4. Αλλαγές της οξεοβασικής ισορροπίας.

Αναπνευστική οξέωση : Χαρακτηρίζεται από τους ακόλουθους παράγοντες: dCO2 > της κανονικής τιμής, ΡΗ < 7.36, HCO3- κανονικό ποσό ή πάνω απ’ αυτό. Αυτές οι καταστάσεις παρατηρούνται με της παρεμποδιστική επίδραση του αναπνευστικού κέντρου εξ’ αιτίας της μορφίνης, στη διάρκεια εισπνοής αεριωδών μειγμάτων που περιέχουν υψηλό ποσοστό CO2, σε βαριές περιπτώσεις πνευμονίας, οιδήματος και εμφυσήματος, κατά τη διάρκεια αυθόρμητης παύσης της αναπνοής με άσθμα και ασφυξία.

Αναπνευστική αλκάλωση : Παράγοντες: dCO2, ΡΗ, HCO3- κανονικό ποσό ή ελάχιστα κάτω απ’ αυτό. Αυτή η κατάσταση αναπτύσσεται κατά τη διάρκεια υπεραερισμού των πνευμόνων λόγω βαριάς φλεγμονής εσωτερικών οργάνων, υποξίας και κακής κυκλοφορίας του αίματος. με παρατεταμένη αναπνευστική αλκάλωση παρατηρείται μια σταθερή αύξηση στο γαλακτικό οξύ χάρη σε ατελώς οξειδωμένο πυρουβικό οξύ, κάτω από την απουσία επαρκούς συγκέντρωσης Ο2 στους ιστούς.

Μεταβολική οξέωση : Παράγοντες: dCO2, ΡΗ και HCO3- κανονική τιμή. Μεταβολική οξέωση αναπτύσσεται σε περιπτώσεις που παράγονται πλεονάζοντα ποσά μη πτητικών οξέων στο εξωκυττάριο υγρό και παρουσιάζεται ως εξής:

α. Με την πρόσληψη τροφής που περιέχει μεγάλη ποσότητα μη πτητικών αερίων.

β. Με την παραγωγή μεγάλων ποσών οργανικών οξέων (γαλακτικό, οξαλοξικό, πυρουβικό κ.λ.π.) κατά τη διάρκεια ανεπάρκειας οξυγόνου στους ιστούς.

γ. Χάρη στη χειροτέρευση της νεφρικής λειτουργίας στον περιορισμό των ιόντων υδρογόνου.

δ. Με ένα σχετικό πλεόνασμα μη πτητικών οξέων, χάρη στην απώλεια βάσεων κατά τη διάρκεια εμετού, διάρροιας, συρρίγγειου κ.λ.π.

Μεταβολική αλκάλωση : Παράγοντες: αύξηση στο ΡΗ, dCO2 , και HCO3- > κανονική τιμή. Η μεταβολική αλκάλωση αναπτύσσεται στην περίπτωση απώλειας μη πτητικών οξέων ή στην περίπτωση απώλειας ιόντων Κ+ (αυτό καταλήγει σε μεγάλο περιορισμό Η+ από τα νεφρά).

Εκτενής εμφάνιση όλων των παραπάνω καταστάσεων του οργανισμού των ζώων και του ανθρώπου έγινε η κύρια αιτία για μεγάλο αριθμό ερευνών που έγιναν από το τέλος του 19 ου αιώνα μέχρι σήμερα. Αυτές οι έρευνες αφιερώθηκαν στη μελέτη χαρακτηριστικών ιδιοτήτων του μεταβολισμού στους ιστούς κατά τη διάρκεια ποικίλων συνθηκών της αλκάλωσης και της οξέωσης. Εν τούτοις, προσεγγίσεις στη μελέτη αυτού του προβλήματος και ερμηνεία των αποτελεσμάτων για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα, στην πλειοψηφία των περιπτώσεων βασίστηκαν μόνο στο ρόλο της αλλαγής της συγκέντρωσης ιόντων Η+ και σχεδόν καμιά προσοχή δε δόθηκε στη σημαντική μεταβολική σημασία της αλλαγής διαφόρων μορφών του CO2 στους ιστούς.

Στα πρόσφατα χρόνια το ενδιαφέρον στο ξεκαθάρισμα της μεταβολικής σημασίας του CO2 έχει αυξηθεί. Έχει αποδειχθεί ότι το CO2 παίρνει μέρος στη ρύθμιση πολλών σημείων κλειδιών του μεταβολισμού και των αντίστοιχων φυσιολογικών λειτουργιών ενός οργανισμού. Ειδικότερα, έχει αποδειχθεί ότι ο αριθμός των διαδικασιών της βιοσύνθεσης βασικών οργανικών συστατικών ζωτικού ιστού είναι ευθέως ανάλογος του ρυθμού των διαδικασιών σταθεροποίησης του CO2 (αντιδράσεις καρβοξυλίωσης).

5. Αντιδράσεις καρβοξυλίωσης.

Μόλις πρόσφατα έχει γίνει γνωστό ότι οι διαδικασίες σταθεροποίησης του CO2 βρίσκονται στη βάση όλων των διαδικασιών μεταβολισμού και της πρωτογενούς βιοσύνθεσης στους ιστούς. μέχρι τώρα έχει δημοσιευθεί ένας αριθμός από αναφορές πάνω σ’ αυτά τα θέματα. Συνοψίζοντας τα μέχρι τώρα δεδομένα είναι δυνατόν να καταλήξουμε στο ότι ένας μεγάλος αριθμός αντιδράσεων που συμβαίνει στους ιστούς ενός οργανισμού μπορούν να διαιρεθούν σε τρεις ομάδες ανάλογα με την πηγή ενέργειας που χρησιμοποιείται:

α. Αντιδράσεις που παίρνουν μέρος με δαπάνη ενέργειας από το ΑΤΡ (αυτές είναι αντιδράσεις καρβοξυλίωσης του propionyl – CoA, πυρουβικού, ακέτυλο- CoA, methyl-crotonyl-CoA, geranyl-CoA , ουρία και σχηματισμός carbomylphosphate ). Εδώ η σταθεροποίηση του CO2 προωθείται από την ίδια την ενεργοποίησή του, το οποίο επιτυγχάνεται λόγω της συγγένειάς του με το ΑΤΡ. Ένας σημαντικός λόγος σ’ αυτήν την περίπτωση αποδίδεται στη βιοτίνη, μια προσθετική ομάδα από σχεδόν όλες τις καρβοξυλάσες που καταλύουν ΑΤΡ – εξαρτώμενες αντιδράσεις καρβοξυλίωσης.

Αυτές οι αντιδράσεις καρβοξυλίωσης χρησιμοποιώντας βιοτίνη μπορούν να παρασταθούν από το σχήμα:

enzyme – biotin + HCO3 – + ATP <== Mg 2 +==> enzyme – biotin + HO – CO – O – PO (OH)2 ;

enzyme – biotin + HO – CO – O – PO (OH)2 <==> enzyme – biotin CO2 + ADP + Pi

Το σύμπλεγμα ‘enzyme-biotin CO2′ είναι ικανό να μεταφέρει καρβοξυλομάδες.

β. Αντιδράσεις που προχωρούν με δαπάνη ενέργειας των μειωμένων μορφών πυριδινονουκλεοτιδίων.

γ. Αντιδράσεις που δεν απαιτούν ενέργεια από έξω.

Αναλύοντας τα δεδομένα σταθεροποίησης του CO2 και στους τρεις τύπους αντιδράσεων, ένας αριθμός παραγόντων επηρεάζει αυτή τη διαδικασία. Απ΄ αυτούς οι κύριοι παράγοντες είναι οι ακόλουθοι:

1. Διακυμάνσεις των συγκεντρώσεων και των μεγεθών στη σχέση των βασικών μορφών του CO2 στους ιστού (dCO2 και HCO3-).
2. Αλλαγή στις συγκεντρώσεις συγκεκριμένων ιόντων μετάλλων που ενεργοποιούν και παρεμποδίζουν την καρβοξυλάση.
3. Αλλαγή στις συγκεντρώσεις υποστρωμάτων που διατίθενται για καρβοξυλίωση.
4. Αλλαγή στο βαθμό εφοδιασμού των κυττάρων από πηγές ενέργειας καθώς και από έναν αριθμό άλλων μεταβολικών-αλοστερικών παραγόντων επίδρασης της καρβοξυλάσης.
5. Αλλαγή στις συγκεντρώσεις των συνενζύμων των καρβοξυλασών στους ιστούς.

Ο πρώτος είναι ο πιο γενικός από όλους τους ενδεδειγμένους τρόπους της επίδρασης στη σταθεροποίηση του CO2 επειδή σε όλες τις αντιδράσεις καρβοξυλίωσης τα dCO2 και HCO3- είναι υποστρώματα. Η συγκέντρωση των υποστρωμάτων στις ενζυμικές αντιδράσεις μπορεί να παίξει ακόμη και συγκεκριμένο ρόλο στο ρυθμό της μετατροπής του. Δείχθηκε σε πολλά πειράματα, κάτω από συνθήκες κανονικού ΡΗ του μέσου επώασης, ότι ο ρυθμός σταθεροποίησης του CO2 στους ιστούς αυξήθηκε ανάλογα με την αύξηση της συγκέντρωσής του. Επομένως, βγαίνει το συμπέρασμα ότι ο ρυθμός καρβοξυλίωσης σε πολλές περιπτώσεις αποφασίζεται από τη συγκέντρωση και το μέγεθος της αναλογίας του dCO2 και HCO3- στους ιστούς. Κάτω από συνθήκες σταθερού ΡΗ υπάρχει η δυνατότητα για αξιοσημείωτη αύξηση στο ρυθμό της καρβοξυλίωσης αυξάνοντας τη συγκέντρωση του CO2 μέχρι ένα ορισμένο επίπεδο στους ιστούς.

Έχει αποδειχθεί σε πολλές έρευνες ότι η μεταβολική σημασία του CO2 δεν περιορίζεται στα παραπάνω. Βρέθηκε ότι όταν αλλάζει το επίπεδο CO2 στους ιστούς, η δράση μιας μεγάλης γκάμας ενζύμων στη γλυκόλυση, στον κύκλο του τρικαρβονικού οξέος και στο μεταβολισμό των αζωτούχων ενώσεων αλλάζει και η παραγωγή κάποιων ορμονών κ.λ.π. αυξάνεται.

6. Ο ρόλος του CO2 και η ρύθμιση των αντιδράσεων του κύκλου του τρικαρβονικού οξέως (ΤΚΟ).

Θεωρώντας τον ρόλο του CO2 στη ρύθμιση των αντιδράσεων του ΤΚΟ, πρέπει να σημειωθούν τα ακόλουθα. Πολλοί βιοχημικοί καλλιέργησαν την εσφαλμένη ιδέα ότι ο κύκλος του ΤΚΟ ήταν μόνο ένας μηχανισμός οξείδωσης του ακέτυλο-συνένζυμου Α. Γι’ αυτόν το λόγο ονόματα όπως ‘μύλος ενέργειας’, ‘λέβητας’ κ.λ.π. αποδόθηκαν στον ΤΚΟ και σχεδόν όλα τα βιβλία βιοχημείας και ακόμα σε μερικές μονογραφίες, ο ΤΚΟ παρουσιάστηκε σαν μια σειρά αντιδράσεων με τη διαδικασία να συμβαίνει μόνο προς την κατεύθυνση των δεικτών του ρολογιού.

Συνεπώς, συχνά τίθεται το ερώτημα: ποιος είναι ο ρόλος του CO2 στην κανονική λειτουργία του κύκλου, με τη σκέψη ότι σε έναν κύκλο αντιδράσεων καρβοξυλίωσης δύο μόρια CO2 δημιουργούνται αλλά μόνο ένα χρειάζεται για την παραγωγή οξαλοξικού οξέος (καρβοξυλίωση του πυρουβικού). Επί πλέον επειδή στη διάρκεια του κύκλου το οξαλοξικό οξύ ξανασχηματίζεται, είναι αρκετό ότι μιας και ένα μόριο οξαλοξικού οξέος δημιουργήθηκε, αυτό θα διατηρήσει σταθερά τον κύκλο σε μια σταθερή κατάσταση. Μια εντύπωση είναι ότι το CO2 δεν είναι πρακτικά απαραίτητο για τη λειτουργία του κύκλου. Τέτοιες προτάσεις είναι θεμελιωδώς λανθασμένες. Το λάθος φαίνεται από τα παρακάτω:

1. Σχεδόν όλες οι αντιδράσεις του ΤΚΟ είναι αντιστρεπτές καθώς συμβαίνουν και προς τις δύο κατευθύνσεις μέσα σ’ ένα κύτταρο. Στην αντίθετη κατεύθυνση (αντίθετη προς τη φορά των δεικτών του ρολογιού) ο άνθρακας από το CO2 δεν θ’ απελευθερωθεί αλλά θα χρησιμοποιηθεί στις αντιδράσεις καρβοξυλίωσης για να κτίσει την ανθρακική αλυσίδα ενός αριθμού οργανικών συστατικών. Αυτό σημαίνει ότι το CO2 θα έπρεπε να έρθει απ’ έξω. Σ’ αυτή την περίπτωση η συγκέντρωση διττανθρακικών και CO2 σ’ ένα κύτταρο θα επηρεάσει πολύ το ρυθμό αυτών των αντιδράσεων και σαν συνέπεια και την κατάσταση και τη λειτουργία του ΤΚΟ.
2. Ο ΤΚΟ παίζει ένα σημαντικό ρόλο παρέχοντας τη βάση για οξειδωτικές και βιοσυνθετικές διαδικασίες όπου δρα σαν ένας μηχανισμός για την παραγωγή πολλών υποστρωμάτων που χρησιμεύουν στη σύνθεση πολλών αμινοξέων, των αζωτούχων βάσεων των νουκλετιδίων (πουρίνες και πυριμιδίνες), υδατανθράκων και λιπιδίων.
3. Ένας αξιοσημείωτος αριθμός μεταβολιτών του ΤΚΟ χρησιμεύουν στη διαδικασία της διαμεμβρανικής μεταφοράς διαφόρων ανιόντων και άλλων ουσιών. Υπάρχει η άποψη ότι περίπου 40% των μεταβολικών παραγόντων του ΤΚΟ απομακρύνονται σταθερά και χρησιμοποιούνται σε ποικίλες βιοσυνθετικές διαδικασίες. Αν αυτή η άποψη είναι σωστή, η κανονική λειτουργία του ΤΚΟ είναι δυνατή μόνο όταν τα μέσα για διαρκή παραγωγή των μεταβολιτών του δεν διακόπτονται.

Επειδή οι 4 από τους 9 μεταβολίτες (oxaloacetate, malate, succinate, isocitrate) παράγονται σαν αποτέλεσμα της καρβοξυλίωσης του alpha-ketoglutarate, pyruvate, phosphoenolpyruvate, propionyl-coenzyme A, η λειτουργία του κύκλου είναι αδύνατη χωρίς την παραγωγή διττανθρακικών και CO2.

Συνοψίζοντας τα αποτελέσματα από ποικίλα πειράματα (Adler et al., Ostberg et al.), μπορεί να ειπωθεί ότι η ενεργοποίηση του ΤΚΟ καθορίζεται κατά πολύ από την τιμή του ΡΗ των βιολογικών υγρών και από το επίπεδο των διττανθρακικών και του CO2 που περιέχονται. Παράλληλα, κάτω από τις συνθήκες σταθερού ΡΗ στα βιολογικά υγρά, η δράση του ΤΚΟ επίσης αυξάνει όταν η συγκέντρωσή τους σε CO2 αυξάνει. Τα πειραματικά αποτελέσματα των Berri, Kun και Werner παρέχουν πειστικές διαβεβαιώσεις για τη σημασία του CO2 και της διαδικασίας σταθεροποίησής του στη ρύθμιση της οξείδωσης οργανικών υποστρωμάτων στο κύτταρο. Αυτά τα πειράματα έδειξαν ότι κατά τη διάρκεια επώασης για 40 λεπτά απομονωμένων κυττάρων συκωτιού ποντικών σε μέσον που περιέχει διττανθρακικά, η συγκέντρωση του malate (μηλικό άλας) αυξήθηκε σχεδόν 7 φορές σε σύγκριση με τη συγκέντρωσή του σε μέσον χωρίς διττανθρακικά, μολονότι το ΡΗ των μέσων ήταν το ίδιο.

Βγαίνει λοιπόν το συμπέρασμα ότι το CO2 , καθώς είναι ένα από τα βασικά τελικά προϊόντα του ΤΚΟ, φαίνεται σαν ένας από τους ισχυρούς ρυθμιστές. Τα αποτελέσματα των πρόσφατων ερευνών επιβεβαιώνουν ότι ο μηχανισμός της ρυθμιστικής επίδρασης του CO2 στη λειτουργία του ΤΚΟ δεν έγκειται μόνο στο γεγονός ότι είναι ένα από τα συστατικά της καρβοξυλίωσης και της αποκαρβοξυλίωσης. Η ουσία είναι ότι η δράση ορισμένων ενζύμων τα οποία δεν συμμετέχουν στις διαδικασίες αυτές μπορεί να αλλάξουν σημαντικά σε σταθερό ΡΗ που εξαρτάται από τις αλλαγές συγκεντρώσεων των διττανθρακικών και του CO2 στο μέσον (ακόμα και στην κλίμακα των φυσιολογικών διακυμάνσεων).

Εκτός απ’ αυτό, τα δεδομένα δείχνουν ότι το επίπεδο του CO2 είναι υπεύθυνο για την ένταση της λειτουργίας των αντιδράσεων αυτών αλλά επίσης επηρεάζει το επίπεδο βιοσύνθεσης στον οργανισμό το οποίο επίσης εξαρτάται από τη λειτουργία του ΤΚΟ στον μεταβολισμό των λιπιδίων, υδατανθράκων, πρωτεϊνών, νουκλεοτιδίων και νουκλεϊνικών οξέων.

7. Ο ρόλος του CO2 στη διαδικασία της βιοσύνθεσης.

Βιοσύνθεση των αμινοξέων:

Σύνθεση αμινοξέων όπως γλυκίνη, σερίνη, κιτρουλλίνη, γλουταμινικό και ασπαρτικό οξύ καθώς και τα αμίδιά τους γλουταμίνη και ασπαραγίνη, εξαρτώνται σχεδόν εξ’ ολοκλήρου από την ένταση της καρβοξυλίωσης του συγκεκριμένου υποστρώματος:

pyruvate + CO2 + ATP –>//phosphoenolpyruvate + CO2 + GDP –> //

// pyruvate + CO2 + NADP.H2 –>//propionyl -CoA + CO2 + ATP–>//

//oxaloacetate + NH3–> aspartate + NH3–>asparagine//(acetyl CoA)//

//–>citrate//–>isocytrate –>succinate//–>glyoxylate–>glycine//

//–> alpha-ketoglutarate –> glutamate –> glutatmine serine + CO2 + H3 + NAD.H2 //

// –> 2 glycine + NAD+ CO2 + H3 +ADP

Βιοσύνθεση των αζωτούχων βάσεων των νουκλεοτιδίων

Βιοσύνθεση της πουρίνης: Τα πρώτα σημαντικά δεδομένα για τη βιοσύνθεση των βάσεων της πουρίνης προέκυψαν από τον Beaukenen ο οποίος έδωσε τροφή σε ζώα με σημασμένους προδρόμους και διαπίστωσε σημάδια έγκλισης των σημασμένων ατόμων στο δακτύλιο της πουρίνης. Αυτά τα πειράματα εφαρμόστηκαν σε πουλιά των οποίων το άζωτο απελευθερώνεται κυρίως με τη μορφή ουρικού οξέος, το οποίο είναι μια πηγή πουρίνης. Βρέθηκε ότι δύο άτομα αζώτου από τον δακτύλιο της πουρίνης παρήχθησαν από την ομάδα αμιδίων της γλουταμίνης. Το τρίτο άτομο αζώτου προέκυψε από το ασπαρτικό οξύ και τέλος, το τελευταίο προέρχεται από τη γλυκίνη.

8

— C ===

| |

| |

9 N 7 N

(asparate) (formate) | | (CO2 )

=== N —– C ===== N —– C ===== C —– C ====

|| 1 2 3 4 5 6 ||

|| ||

======================

3,9 amide nitrogen of glutamine

4+5+7 glycine

Το τέταρτο και πέμπτο άτομο άνθρακα επίσης προέρχεται από τη γλυκίνη. Επομένως, το μόριο της γλυκίνης έδωσε τρία άτομα εγκλεισμένα σ’ ένα πλαίσιο. Το δεύτερο και το έκτο άτομο προέρχονται από το format και το έκτο από το CO2.

  Βιοσύνθεση της Pyrimidine Nucleotides  

Carbomylphosphate + aspartic acid <====>

-H2 O

alpha carbomoylaspartic acid <========>

+H2 O

NADH H +

L-dihydro-orotic acid <==========> orotic acid

NAD+

{Adapted from Diagram}

[CO2 ]

1 2 3 4 5 6

NH —- CO—-HN 3 —–CO——-CH—–C(COOH)—

 

Το δεύτερο άτομα άνθρακα της πυριμιδίνης παράγεται χρησιμοποιώντας μόνο τον άνθρακα από το μόριο του CO2. Επομένως, από αυτό φαίνεται ότι χωρίς το CO2 η βιοσύνθεση τέτοιων συστατικών δεν είναι δυνατή. Θεωρώντας ότι στη βιοσύνθεση αζωτούχων βάσεων συμμετέχουν αμινοξέα όπως το ασπαρτικό οξύ, γλυκίνη και γλουταμίνη, των οποίων η παραγωγή εξαρτάται από αντιδράσεις καρβοξυλίωσης, μπορεί να ειπωθεί ότι η βιοσύνθεση αυτών των βάσεων και επίσης των νουκλεϊνικών οξέων εξαρτάται ευθέως από τις αντιδράσεις καρβοξυλίωσης.   Βιοσύνθεση λιπιδίων: Μελετώντας τον προορισμό των σημασμένων ατόμων άνθρακα από το μόριο του CO2 σε δείγματα συκωτιού που συνέθεσαν λιπαρά οξέα με μακριά οξική αλυσίδα, ο Wakephil και άλλοι συγγραφείς παρατήρησαν ότι τα άτομα άνθρακα βρέθηκαν σε μια από τις καρβοξυλικές ομάδες του malonyl – CoA .

Malonyl – CoA παράγεται κατά τη διάρκεια της καρβοξυλίωσης του ακέτυλο-συνένζυμου Α και είναι ένας άμεσος πρόδρομος δύο μονάδων άνθρακα στη σύνθεση λιπαρών οξέων.

COOH | CH 3 CO . CoA + CO 2 + ATP <== Mg 2 + ==> CH 2 + ADP + P | CO . CoA

Βιοσύνθεση υδατανθράκων

Η πλειοψηφία των σταδίων της καλά μελετημένης βιοσύνθεσης της γλυκόζης από πυρουβικό οξύ καταλύεται από ένζυμα του γλυκολυτικού κύκλου και επομένως παριστούν αντιστροφή των αντιδράσεων που δημιουργούνται στη διαδικασία της γλυκόλυσης. Εν τούτοις υπάρχουν τρία μη αντιστρεπτά στάδια στο φυσιολογικό γλυκολυτικό κύκλο που δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν κατά τη διάρκεια της μετατροπής του πυρουβικού οξέος σε γλυκόζη. Η βιοσύνθεση προχωρά υπερπηδώντας τρία στάδια χρησιμοποιώντας εναλλακτικές αντιδράσεις που ευνοούν τη σύνθεση θερμοδυναμικά.

Μια απ’ αυτές είναι η αλλαγή του πυρουβικού οξέος σε φωσφοενολπυρουβικό οξύ. Συνήθως, αυτή η αντίδραση δεν προχωράει με απ’ ευθείας προσθήκη κινάσης του πυρουβικού οξέος. Η φωσφορυλίωση του πυρουβικού οξέος επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας μια έμμεση σειρά αντιδράσεων:

pyruvate <——————- phosphenolpyruvate <==> glucose | –> | | CO2 | |——————-> CO2 | | +Mg2+ —-oxaloacetate— +GTP

Είναι πολύ σημαντικό να δώσουμε έμφαση στο ότι το CO2 υπερκαλύπτει την καταλυτική λειτουργία και στη λιπογένεση και στη γλυκογένεση γιατί το άτομο του άνθρακα σ’ αυτές τις αντιδράσεις δεν συσσωματώνεται ευθέως ούτε στα λιπαρά οξέα ούτε στο φωσφοενολπυρουβικό οξύ. Εν τούτοις η σημασία αυτών των αντιδράσεων είναι μεγάλη γιατί είναι περιοριστικές στις ενδεδειγμένες διαδικασίες.

Λαμβάνοντας υπ’ όψιν τη συμμετοχή του CO2 σε όλες τις βασικές βιοσυνθετικές και οξυμεθυλικές διαδικασίες σ’ ένα κύτταρο, μπορεί να αποδειχθεί ότι χωρίς CO2 η ζωή είναι απολύτως αδύνατη.

 

 

 

 

ΙΙ. Ο ΡΟΛΟΣ ΤΟΥ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ΣΤΙΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΤΟΥ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥ

1. Ο ρόλος του CO2 στη ρύθμιση της λειτουργίας του νευρικού συστήματος.

Ήταν γνωστό για πολύ καιρό ότι μια αύξηση στο επίπεδο του CO2 στον αέρα που εισπνέουμε έχει ναρκωτική επίδραση στον οργανισμό των ανθρώπων και των ζώων. Εισπνοή μίγματος αερίου που περιέχει 10% CO2 φέρνει ζάλη στους ανθρώπους και σε υψηλότερες συγκεντρώσεις χάνουν μέχρι και τις αισθήσεις τους. Κάτω από συνθήκες αύξησης των διττανθρακικών και της συγκέντρωσης του CO2, η σύνθεση της ακετυλχολίνης στο νευρικό ιστό αυξάνει και η διαμεμβρανική δυνατότητα των νευρικών κυττάρων αλλάζει εξ’ αιτίας της μεταφοράς αρνητικά φορτισμένων ιόντων υδατανθράκων δια μέσου συζευγμένων μεμβρανών σύμφωνα με τη διαβάθμιση των συγκεντρώσεων: από το κύτταρο στο μέσον ή από τα μιτοχόνδρια στο κυτταρόπλασμα και επίσης σύμφωνα με το ηλεκτρικό δυναμικό. Σ’ αυτή την περίπτωση συμβαίνει μια εκφόρτιση των μεμβρανών των κυττάρων. Για να διατηρηθεί η σταθερότητά του απαιτείται δαπάνη ΑΤΡ. Όταν το CO2 προστίθεται στο μέσον, η διαβάθμιση της συγκέντρωσης HCO3- θα μειωθεί, και αν το ΡΗ του μέσου είναι υψηλότερο από το pK του ανθρακικού οξέος, η διαμεμβρανική διαβάθμιση του HCO3- θα μειωθεί περισσότερο από ότι η διαβάθμιση του CO2 και H2CO3. Αυτό σημαίνει ότι το ποσό μεταφοράς ιόντων HCO3- μειώνεται ανάλογα με τη διαβάθμιση των συγκεντρώσεων, το ποσό εκφόρτισης του ηλεκτρικού δυναμικού της μεμβράνης και τη χρήση του ΑΤΡ για συμπλήρωση ενέργειας στις μεμβράνες των κυττάρων.

2. Ο ρόλος του CO2 στη ρύθμιση της λειτουργίας του ορμονικού συστήματος.

Μέχρι στιγμής, υπάρχουν δεδομένα για την ένταση της λειτουργίας των ενδοκρινών αδένων στα ζώα όταν το επίπεδο των διττανθρακικών και του CO2 στους ιστούς αλλάζει. Ένας αριθμός από συγγραφείς πήραν σημαντικά αποτελέσματα για την επίδραση της αλλαγής της ορμονικής κατάστασης του οργανισμού πάνω στο μεταβολισμό των υδατανθράκων που εξαρτάται από τις συγκεντρώσεις των HCO3, CO2 και Η+ . Για παράδειγμα ο Kaplan παρατήρησε τη διέγερση παραγωγής παραθορμόνης στο πρόβατο μετά από ενδοφλέβια ένεση διαλύματος ΝαΗCO3. Οι άλλοι ερευνητές παρατήρησαν την αύξηση παραγωγής επινεφρίνης στα σκυλιά και στα κουνέλια στη διάρκεια της οξείδωσης.

Έχει επίσης αναφερθεί ότι το CO2 αυξάνει την ευαισθησία στην ινσουλίνη μέσα από διαδικασίες μεταφοράς γαλακτόζης δια μέσου των κυτταρικών μεμβρανών του μυοκαρδίου στα ποντίκια και ότι εξωκυτταρικά διττανθρακικά και CO2 έχουν διεγερτική επίδραση στην έκκριση ινσουλίνης από κύτταρα του παγκρέατος στα ποντίκια.

3. Ο ρόλος του CO2 στο καρδιαγγειακό σύστημα.

Έχει βρεθεί ότι κάτω από συνθήκες αύξησης της υπερκαπνίας στο αίμα ανά λεπτό, συμβαίνει πτώση της συχνότητας των καρδιακών παλμών, κάποια αύξηση στην πίεση του αίματος και αλλαγή στον τόνο των εγκεφαλικών, στεφανιαίων και περιφερειακών αγγείων.

Είναι ενδιαφέρον ότι το αποτέλεσμα της δράσης του CO2 στον τόνο των αγγείων μπορεί να είναι διπλό: Το αντανακλαστικό αποτέλεσμα όταν η υπερκαπνία αυξάνει την ευερεθιστότητα του αγγειοκινητικού κέντρου και επιφέρει στένωση των περιφερειακών αγγείων και το τοπικό αποτέλεσμα όταν η αύξηση της συγκέντρωσης του CO2 στα αγγεία προκαλεί τη διαστολή τους. Επομένως, το τελικό αποτέλεσμα της επίδρασης του CO2 θα κριθεί από την αντίδραση αυτών των δύο διαδικασιών. Ειδικότερα, έχει δειχθεί ότι κατά τη διάρκεια της υπερκαπνίας, τα αγγεία του εγκεφάλου, της καρδιάς και των εντέρων διαστέλλονται και τα αγγεία των σκελετικών μυών συστέλλονται. Επί πλέον, σε πειράματα με εθελοντές των οποίων τα επίπεδα των διττανθρακικών και του CO2 αυξήθηκαν στο αίμα μιας από τις βραχιόνιες αρτηρίες (χωρίς αλλαγή του ΡΗ), παρατηρήθηκε μια αξιοσημείωτη αγγειοδιασταλτική πίεση του CO2.

4. Ο ρόλος του CO2 στη ρύθμιση του πεπτικού συστήματος.

Τα δεδομένα της επίδρασης του επιπέδου των διττανθρακικών και του CO2 στους ιστούς στη δράση των αδένων του πεπτικού συστήματος είναι πολύ ενδιαφέροντα. Έχει δειχθεί ότι η συγκέντρωση του CO2 σ’ ένα μέσον έχει μεγάλη σημασία στη ρύθμιση της παραγωγής του υδροχλωρικού οξέος (γραμμική σχέση). Γραμμική σχέση επίσης παρατηρείται ανάμεσα στην ένταση των γαστρικών εκκρίσεων και το επίπεδο του CO2 στο περιεχόμενο του δωδεκαδάκτυλου στον άνθρωπο.

5. Ο ρόλος του CO2 στη ρύθμιση του ανοσολογικού συστήματος.

Υπάρχουν δεδομένα που επιβεβαιώνουν την πρόταση ότι η αλλαγή στην περιεκτικότητα του CO2 επηρεάζει τη λειτουργία του ανοσολογικού συστήματος. Μερικά απ’ αυτά φαίνονται σαν παραδείγματα.

Το 1980, κάποιοι συγγραφείς στο άρθρο «Διαφοροποιημένες Αντιδράσεις για τη Διέγερση των Λεμφοκυττάρων με Μιτογένεση σε Υγιείς ανθρώπους και Ασθενείς με σύνδρομο Lesch-Nyahan: Τα Αποτέλεσμα του Διττανθρακικού Ρυθμιστικού Συστήματος» παρατήρησαν αύξηση στην αντίδραση πολλαπλασιασμού των λεμφοκυττάρων που ήταν ανεπαρκή σε υποξανθίνη – γουανίνη – φωσφοριβοτρανσφεράση σε απάντηση και δράση πολυκλωνικών ενεργοποιητών στην περίπτωση όπου λεμφοκύτταρα καλλιεργήθηκαν σε ατμόσφαιρα με 5% CO2 στο διττανθρακικό ρυθμιστικό σύστημα, η διαδικασία πολλαπλασιασμού των λεμφοκυττάρων με σύνδρομο Lesch-Nyahan καταστράφηκε κάτω από την επίδραση κάποιων ενεργοποιητών των Τ-κυττάρων [PHA (phytohemagglutinin), ConA (concanavalin A), streptokinase-streptodornase]. Οι συγγραφείς αυτού του άρθρου συμπεραίνουν ‘ότι τα δεδομένα αυτά δείχνουν τον αποφασιστικό ρόλο της εκ νέου βιοσύνθεσης του DNA στη μιτογενετική διέγερση των λεμφοκυττάρων.

Επί πλέον, η αύξηση στο ολικό διοξείδιο (CO2 και HCO3-) που περιέχεται στο αίμα κοτόπουλου, διέγειρε σημαντικά τη βιοσύνθεση αντιπανωλικού κατά 12-21% σε σύγκριση με το δείγμα ελέγχου. Αυτό εξηγείται με την αύξηση της βιοσύνθεσης των πρωτεϊνών και των βιοπολυμερών, συμπεριλαμβανομένων και των αντισωμάτων (I. N. Zhuravski et al).

Την ίδια στιγμή υπάρχει αρκετή πληροφόρηση σχετικά με το ρόλο του ΡΗ στη διαδικασία δέσμευσης των αντισωμάτων με τα αντιγόνα. Μια απόκλιση του ΡΗ προς την πλευρά ενός συγκεκριμένου optimum, καταλήγει σε μια μείωση της συγγένειας και κατά προέκταση σε εξασθένιση των ανοσολογικών αντιδράσεων. Επί πλέον έχουν δημοσιευτεί αναφορές σχετικά με την αλλαγή στην εξειδίκευση των αντισωμάτων σαν αποτέλεσμα της αλλαγής του ΡΗ.

Έτσι, για παράδειγμα, ο Arepalli S. Rao με άλλους συγγραφείς στη διάρκεια της μελέτης της λειτουργίας κατακρήμνισης της ανθρώπινης macroglobulin IgM-WEA, χρησιμοποιώντας πολυσακχαρίτες Klebsiella K30 και K21 έδειξαν ότι η IgM-WEA που κατακρημνίζεται σε ΡΗ 7 με πολυσακχαρίτες K30 και δεν αντιδρά με πολυσακχαρίτη K21, έχανε την εξειδίκευσή του όταν το ΡΗ έπεφτε στο 4-4.5. σ’ αυτό το ΡΗ, η IgM-WEA αντιδρούσε με τον πολυσακχαρίτη K21 με τον ίδιο τρόπο όπως με τον πολυσακχαρίτη K30 σε ΡH 7. αλλά σε ΡΗ 4-4.5 η αντίδραση της IgM-WEA με τον πολυσακχαρίτη K30 ήταν περισσότερο ασθενής απ’ ότι με τον πολυσακχαρίτη K21.

Επομένως μπορεί να ειπωθεί ότι τουλάχιστον τρεις παράγοντες που εξαρτώνται από τη συγκέντρωση CO2 έχουν ουσιώδη επίδραση στο ανοσολογικό σύστημα.

 

 

 

 

 

 

ΙΙΙ. Η ΘΕΜΕΛΙΩΣΗ ΤΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ‘ BUTEYKO ‘

1. Ο σκοπός της επινόησης.

Η σημασία της επινόησης έγκειται στο γεγονός ότι κατά τη βαθιά αναπνοή συμβαίνει μια μαζική απομάκρυνση του CO2 που έχει σαν αποτέλεσμα την αλλαγή της ομοιόστασης. Αυτή η αλλαγή εξουδετερώνεται εν μέρει με πολλούς αντισταθμιστικούς μηχανισμούς. Η διαταραχή της ομοιόστασης που συσσωρεύεται για αρκετό καιρό (στο έμβρυο δια μέσου της αναπνοής της μητέρας) φέρνει στην επιφάνεια τη διαταραχή των προαναφερθέντων βιοσυνθετικών και άλλων διαδικασιών. Η κατάσταση της υγείας των ανθρώπων που υποφέρουν από έλλειψη CO2 διορθώνεται με αμυντικές αντιδράσεις του οργανισμού, που εκδηλώνονται με τη μορφή διαταραχών των διαδικασιών της αναπνοής και των αιμοδυναμικών. Εν τούτοις, θα έπρεπε να σημειωθεί ότι, αν αυτές οι αμυντικές αντιδράσεις που επιδεινώνουν την κατάσταση της υγείας των ασθενών δεν είχαν συμβεί, αυτοί οι άνθρωποι θα είχαν φθαρεί πολύ νωρίτερα.

2. Η πρώτη διατύπωση της θεωρίας.

Η βαθιά αναπνοή, κατά τη διάρκεια της οποίας το ποσοστό του εκπνεόμενου CO2 από τον οργανισμό, κατά κάποιο τρόπο υπερέχει του ποσοστού της συγκέντρωσής του στους ιστούς, εξελίσσεται σε αναπνευστική αλκάλωση, που χαρακτηρίζεται από τη μείωση σε CO2 και την αύξηση του ΡΗ.

Η αναπνευστική αλκάλωση συνοδεύεται κατά κανόνα από ανεπάρκεια οξυγόνου που αναπτύσσεται σαν αποτέλεσμα της παρεμπόδισης του αποτελέσματος Verigo-Bohr. Αυτό επιφέρει πλεόνασμα ή ανεπάρκεια οξειδωμένων προϊόντων μεταβολισμού στο αίμα και από κει μια ανάπτυξη μεταβολικής οξέωσης, που κατά κάποιο τρόπο αντισταθμίζει τις αποκλίσεις του ΡΗ που δημιουργήθηκαν από την αναπνευστική αλκάλωση. Εν τούτοις, θα έπρεπε να σημειωθεί ότι αυτή η αντιστάθμιση δεν είναι επαρκής. Σαν αποτέλεσμα αυτών των διαδικασιών στον οργανισμό, συμβαίνουν οι ακόλουθες αλλαγές:

1) Αλλαγή στη σύνθεση ηλεκτρολυτών του εξωκυτταρικού υγρού.

2) Αλλαγή του ΡΗ του εξωκυτταρικού υγρού.

3) Αλλαγή του ΡΗ των κυττάρων σαν συνέπεια της συμμετοχής τους στην αντίδραση ομαλοποίησης του εξωκυτταρικού υγρού.

4) Εξουδετέρωση της ρυθμιστικής ικανότητας του πλάσματος σαν αποτέλεσμα της νεφρικής δράσης του περιορισμού των HCO3- , που συνδέεται με την τάση του οργανισμού να ομαλοποιήσει το ΡΗ.

5) Αλλαγή του ρυθμού διάχυσης του HCO3- από το κύτταρο στο πλάσμα του αίματος, λόγω της αλλαγής της αναλογίας HCO3- κυττάρου / HCO3- πλάσματος.

6) Διαταραχή στην αποτελεσματικότητα της αντίδρασης

H2O + CO2 <====> H2 CO3 <====> H + HCO3-

HbO2 + H + <====> HbH + + O2

7) Διαταραχή των διαδικασιών σύνθεσης αμινοξέων, αζωτούχων βάσεων, λιπών και υδατανθράκων.

Τα αποτελέσματα αυτών των αλλαγών είναι τα εξής:

Α. Διαταραχή του σχηματισμού: πρωτεϊνών και πεπτιδίων, νουκλεϊνικών οξέων, λιπιδίων και υδατανθράκων.

Β. Διαταραχή στο έργο των ενζύμων που ξεκινούν σαν αποτέλεσμα της αλλαγής του ΡΗ, μια αλλαγή στην ένταση της καρβοξυλίωσης.

Γ. Διαταραχή στην ενέργεια από το μεταβολισμό του οργανισμού (μείωση του σχηματισμού ΑΤΡ).

Εξ’ αιτίας των ανωτέρω διαταραχών ξεκινούν αλλαγές σε ποικίλα συστήματα του οργανισμού. Στη μείωση του dCO2 και H+ που αναπτύσσονται σαν συνέπεια της βαθιάς αναπνοής, το αναπνευστικό κέντρο προσαρμόζεται σ’ αυτές τις συγκεντρώσεις με αποτέλεσμα να συμβαίνει μια διευκόλυνση της βαθιάς αναπνοής. Αργότερα, όταν η συγκέντρωση του CO2 γίνεται σημαντικά χαμηλή, ο οργανισμός θα αισθανθεί οξεία έλλειψη οξυγόνου και θ’ αρχίσει ν’ αντιδρά όχι πάνω στο πλεόνασμα του CO2 αλλά στην έλλειψη του οξυγόνου εντείνοντας την αναπνοή. Σαν αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας, ξεκινά ένας θετικός ανάστροφος δεσμός ο οποίος θα φέρει αύξηση στην ένταση του έργου του συστήματος και στην περίπτωσή μας θα εντείνει την αναπνοή μέχρι το σημείο ολοκληρωτικής καταστροφής.

Είναι αρκετά φυσικό να καταλήξουμε στην παρουσία ειδικών αμυντικών μηχανισμών που εμποδίζουν την εκπνοή του CO2 από τον οργανισμό. Τέτοιοι μηχανισμοί μπορεί να είναι: στένωση των αγγείων του αίματος, αλλαγή στη λειτουργία της καρδιάς και κλείσιμο των αναπνευστικών οδών.

Η επιλογή του αμυντικού μηχανισμού εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του ατόμου όπως και από την ένταση και το εύρος των διαδικασιών που οδηγούν στην αύξηση της αναπνοής. Εξ’ αιτίας αυτών, σε μερικές περιπτώσεις, η συστολή των αγγείων σ’ ένα συγκεκριμένο όργανο συμβαίνει κατά προτίμηση ενάντια στο υπόβαθρο των αγγείων που απομένουν και των αναπνευστικών οδών του οργανισμού και σε μερικές περιπτώσεις συμβαίνει μια ριζική αλλαγή στην αναπνοή και την κυκλοφορία.

3. Συγκρίσεις των θεωρητικών αποτελεσμάτων με το πειραματικό υλικό.

Ας δούμε πως αυτά τα συμπεράσματα του Buteyko συμφωνούν με τα γεγονότα. Στο βιβλίο «Εισαγωγή στην κλινική Βιοχημεία» του καθηγητή I.I. Ivanov (1969), αναφέρεται ότι ασθενείς με παθήσεις της μιτροειδούς της καρδιάς, δείχνουν καθαρή σχέση μεταξύ του βαθμού ανάπτυξης της παθολογικής διαδικασίας και της κατάστασης μεταβολισμού του μυοκαρδίου. Κατά τη διάρκεια του τέταρτου και πέμπτου σταδίου της ασθένειας (σύμφωνα με την ταξινόμηση Bakulaev) παρατηρείται μια μείωση στη χρήση οξυγόνου στους μύες του δεξιού κόλπου και στη συγκέντρωση της φωσφοκρεατίνης. Επί πλέον αυξάνει η ένταση της γλυκόλυσης και το περιεχόμενο των ανόργανων φωσφορικών.

Επίσης, το 1963, ο Karsanov βρήκε μια μείωση στο ολικό ποσό της ακτομυοσίνης στα δείγματα μυοκαρδίου που αποσπάστηκαν από ανθρώπους που πεθάνει από χρόνια ανεπάρκεια καρδιάς που άρχισε σαν αποτέλεσμα αδυναμίας, υπερτονίας στη συστηματική και πνευμονική κυκλοφορία και αρτηριοσκλήρωση. Όσο μεγαλύτερη είναι η μείωση στην ποσότητα της ακτομυοσίνης στα δείγματα από διάφορα μέρη της καρδιάς, τόσο υψηλότερη είναι η ανεπάρκεια της καρδιακής λειτουργίας. Ειδικότερα, στη σύνθετη βλάβη μιτροειδούς, η ακτομυοσίνη μειώνεται στα δείγματα, κατά προτίμηση από το δεξιό κόλπο και τη δεξιά κοιλία. Στην καρδιά οι ασθενείς καταλήγουν κυρίως σε ανεπάρκεια του αριστερού κόλπου. Η μείωση στο ποσό της ακτομυοσίνης στα δείγματα από τον αριστερό κόλπο κυριαρχεί της μείωσης αυτών του δεξιού κόλπου. Οι F.Z. Meerson και T.Ya Zeyats (1960) συνάγουν ότι η διακοπή της συστολικής λειτουργίας του μυοκαρδίου κατά τη διάρκεια χρόνιας ανεπάρκειας μπορεί να συνδεθεί με χειροτέρευση της πρωτεϊνοσύνθεσης στο μυοκάρδιο και με εξάντληση των αποθεμάτων των κυττάρων.

Στα κουνέλια με στένωση αορτής, οι F.Z. Meerson και G.P. Ramenskaya (1960) παρατήρησαν μια αξιοσημείωτη μείωση στην περιεκτικότητα του μυοκαρδίου σε DNA .

Είναι γνωστό ότι μια από τις χαρακτηριστικές, παθολογικές διαδικασίες στο νευρικό ιστό που αναπτύσσεται σαν πρωτογενής βλάβη ή συνοδεύει άλλες δυσλειτουργίες του νευρικού συστήματος, είναι η διαδικασία της απομυελίνωσης. Η φύση αυτής της διαδικασίας συνίσταται στην αποσύνθεση της δομής, καλά οργανωμένης στο μοριακό επίπεδο του συμπλέγματος που σχηματίζει μυελινικές θήκες από φαιά ουσία για τα νεύρα. Πιστεύεται ότι η διαδικασία απομυελίνωσης συνδέεται με την αλλαγή στην ενζυμική δράση του μεταβολισμού των λιπιδίων.

Ο R.N. Phil kevich στο άρθρο «Αλλαγή του μεταβολισμού των πρωτεϊνών σε ασθενείς με δερμάτωση» δείχνει την παρουσία δυσπρωτεϊνικών αλλαγών κατά τη διάρκεια ερευνών του τμήματος των πρωτεϊνών του ορού του αίματος χρησιμοποιώντας ηλεκτροφόρηση.

Ο V.S. Shchelkunov στο άρθρο «Η επίδραση της θεραπείας με ελαφριά δίαιτα στον πρωτεϊνικό μεταβολισμό, δυναμική της ανταλλαγής του κυκλοφορούντος αίματος και του εξωκυτταρικού υγρού στην οξεία παγκρεατίτιδα» έδειξε ότι αναπτύχθηκαν αξιοσημείωτες πρωτεϊνικές διαταραχές σε ασθενείς με οιδηματώδη μορφή οξείας παγκρεατίτιδας.

Υπάρχει μεγάλη ποσότητα δεδομένων σχετικά με τη διαταραχή του μεταβολισμού των πρωτεϊνών στο έλκος, την αρτηριοσκλήρωση κ.λ.π.

Δεν είναι απαραίτητο να αναφέρουμε το μεγάλο ποσό των δημοσιευμάτων σχετικά με τις μεταβολικές αλλαγές λιπιδίων και τη μείωση του οξυγόνου στην καρδιά κατά τη διάρκεια της ισχαιμίας.

Αξίζει να σημειωθεί το άρθρο του I.I. Zhuravasky «Η επίδραση της αλλαγής του επιπέδου του CO2 στη βιοσύνθεση των αντισωμάτων στα κοτόπουλα» στο οποίο επιβεβαιώνεται ότι η έναρξη της μεταβολικής οξέωσης εμποδίζει το σχηματισμό αντισωμάτων από 12.7 ως 32.6% σε σύγκριση με δείγμα ελέγχου.

Στο άρθρο «Βρογχόσπασμοι λόγω βαθιάς αναπνοής» ο Messerlich γράφει σχετικά με την ανάπτυξη βρογχόσπασμου λόγω βαθιάς αναπνοής. Ο Kilham στο άρθρο “Τρέξιμο, περπάτημα, υπεραερισμός στα παιδιά» οδηγεί στο συμπέρασμα ότι ο υπεραερισμός επιφέρει άσθμα στα παιδιά.

Για να έχουμε πλήρη εικόνα, θα αναφέρουμε το άρθρο του Chr. Marinov «Η αλλαγή και κάποιοι μηχανισμοί διαταραχής της οξεοβασικής ισορροπίας σε παθήσεις της καρδιάς» όπου σημειώνεται ότι στη μελέτη 76 ασθενών με επίκτητες παθήσεις καρδιάς και ανεπάρκεια ποικίλων βαθμών, εδραιώνεται η παρουσία αναπνευστικής αλκάλωσης συνοδευόμενη από μεταβολική οξέωση.

Μπορεί να ειπωθεί ότι τα υπάρχοντα δεδομένα συμφωνούν απόλυτα με τα συμπεράσματα που βγαίνουν από τη θεωρία του Buteyko. Σε πολλές ασθένειες έχουν σημειωθεί αλλαγές στο ΡΗ προς την κατεύθυνση που προβλέπεται από τη θεωρία και αλλαγές στη βιοσύνθεση των πολυμερών όπως και στην απορρόφηση του οξυγόνου στους ιστούς.

Επομένως, η θεωρία που αναπτύχθηκε στη βάση της εσωτερικής λογικής καταλήγει σ’ ένα αριθμό συμπερασμάτων που δεν αντιτίθενται στα πειραματικά δεδομένα που βγήκαν ανεξάρτητα από τη θεωρία. Αυτό σημαίνει ότι η θεωρία που αναπτύχθηκε έχει το δικαίωμα να θεωρείται ότι ταιριάζει με την εξήγηση και την ουσία του πειραματικού υλικού που υπάρχει σε σχέση με τη διαδικασία προέλευσης των ασθενειών.

4. Η δεύτερη διατύπωση της θεωρίας.

Σύμφωνα με την πρώτη διατύπωση της θεωρίας του Buteyko, δύο εκδοχές μπορούν να δοθούν στον όρο ‘ασθένεια’.

1) Αλλαγή των λειτουργιών του οργανισμού εξ’ αιτίας της έλλειψης του CO2.

2) Αμυντική αντίδραση του οργανισμού στην απώλεια CO2.

Επειδή η δεύτερη άποψη ακολουθεί την πρώτη, σύμφωνα με τη γνώμη του Buteyko είναι αρκετό να περιορίσουμε την ασθένεια που συνδέεται με την ανεπάρκεια του CO2. Αποτέλεσμα αυτού μπορεί να είναι ο περιορισμός της ασθένειας που συνδέεται με την αμυντική αντίδραση του οργανισμού στην απώλεια του CO2.

Η αντίστροφη διαδικασία της αντίδρασης είναι δυνατή καθώς όλοι οι βιοχημικοί δρόμοι είναι αντιστρεπτοί.

Επομένως, η ανακάλυψη του Buteyko κάνει εύκολο τουλάχιστον να σταματήσει η εξέλιξη της ασθένειας και να βελτιωθεί η κατάσταση υγείας του ασθενούς, εντείνοντας ποικίλες μεταβολικές αντιδράσεις και άλλες διαδικασίες και επομένως αντιστρέφοντας την εξέλιξη της ασθένειας μέχρι την ολοκληρωτική καταστολή της, βελτιώνοντας την εσωτερική κατάσταση του οργανισμού.

Θα μπορούσε να σημειωθεί ότι προς το παρών σε μια πλειοψηφία καταστάσεων οι κύριες προσπάθειες των γιατρών κατευθύνονται στο να θεραπεύσουν μια ασθένεια συνδεδεμένη με την αμυντική αντίδραση του οργανισμού στην έλλειψη CO2.

Σύμφωνα με την ιδέα του Buteyko , αυτό χειροτερεύει τη βασική ασθένεια και ποτέ δεν οδηγεί στη θεραπεία της δεύτερης ασθένειας, καθώς τα συμπτώματα της βασικής ασθένειας, όντας καταπιεσμένα σ’ ένα μέρος, μπορούν ν’ αναπτυχθούν σ’ ένα άλλο.

5. Η Μέθοδος της Συνειδητής Μείωσης της Βαθιάς Αναπνοής.

Μειώνοντας τη βαθιά αναπνοή, λιγότερο οξυγόνο μπαίνει στους πνεύμονες, το CO2 συσσωρεύεται και το αναπνευστικό κέντρο προσαρμόζεται στις υψηλές συγκεντρώσεις του. Σαν συνέπεια του αποτελέσματος του Verigo – Bohr , το οξυγόνο από το αίμα μπαίνει πιο ενεργά μέσα στους ιστούς. αυτό οδηγεί σε καλύτερη οξείδωση των υποστρωμάτων και επομένως στη μείωση των ατελώς οξειδωμένων προϊόντων. Η αύξηση στα ιόντα υδρογόνου εξ’ αιτίας της μεθόδου περιορίζεται από τη λειτουργία των νεφρών τα οποία, από τη μια εντείνουν την απώλεια των ιόντων υδρογόνου και από την άλλη μεριά μειώνουν την απομάκρυνση των διττανθρακικών. Σαν αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας, η συγκέντρωση μη πτητικών οξέων μειώνεται και ρυθμιστική δυνατότητα του πλάσματος αυξάνεται. Αυτό, μαζί με τη διόρθωση όλων των προηγούμενων διαδικασιών οδηγεί στην καταστολή της βασικής ασθένειας.

6. Συμπέρασμα.

Οι κύριες διατυπώσεις της θεωρίας του Buteyko βασίζονται στο μεγάλο ποσό του πειραματικού υλικού πάνω στο ρόλο του CO2 στις διαδικασίες της δράσης του οργανισμού και στην ιδέα της αντιστρεψιμότητας των βιοχημικών διαδικασιών, συμπεριλαμβανομένων των παλίνδρομων αλλαγών στην ανάπτυξη της ασθένειας, το οποίο επανειλημμένα ξεκαθαρίστηκε και επιβεβαιώθηκε στη Μόσχα και το Λένινγκραντ.