Aktivni kisik

U današnje vrijeme, koncetracija kisika varira između 18.5% i 20%. Još prije kojih 60 godina, švicarski znanstvenici su izmjerili koncetraciju kisika oko 22%. Studija istraživanja tla ukazuje da je u prethistorijskom razdoblju udio kisika u atmosferi bio oko 30%. Međutim u slijedećih 20 miliona godina udio je pao na 12%. U tom razdoblju izumrlo je preko 80% svih biljaka i životinja na Zemlji. Dok je pad od 18% u 20 miliona godina popriličan šok za kompletnu biosferu, sličnu stvar možemo ustvrditi i za pad od 2-3% u približno 60 godina. Te činjenice otvaraju novu dimenziju u kojoj trebamo promatrati tehnologije bazirane na aktivnom kisiku.

Što je aktivni kisik?

Kisik kojeg udišemo je u vrlo stabilnoj dvoatomnoj formi. Ogromna večina kisika u donjim dijelovima atmosfere je u tom stabilnom obliku.

Slika 1. Lewisov prikaz dvoatomne molekule kisika.

Kisik u atomarnom stanju u vanjskim orbitalama ima 6 elektrona. Da bi bio stabilan potrebna su mu još dva elektrona. Njih dobija u molekuli kisika gdje ima dva zajednička elektronska para kojima čini dvostruku kovalentnu vezu. Iz tog razloga molekula kisika je vrlo stabilna što je i uzrok njene učestalosti u prirodi. Međutim nas zanima jedna nestabilnija alotropska modifikacija kisika - ozon.

Slika 2. Lewisov prikaz ozona

Chapmanov ciklus:

1. O₂ + hv ---> 2O ( O + O ) - Energija u obliku fotona (185 nm) donosi eneregiju za razbijanje inače stabilne molekule kisika i stvara visoko reaktivni monoatomni kisik. Ostatak energije je prenesen na kisik kao kinetička energija.
2. O + O₂ ---> O₃ Atom kisika reagira sa molekulom kisika i stvara ozon.
3. O₃ + O ---> 2O₂ Ozon se spontano raspada na stabilniju dvoatomnu molekulu.

Promatrajući strukturu ozona vidimo da je dio molekule zadržao stari elektronski ustroj, međutim i da je treći kisik "posudio" jedan elektron od središnjeg atoma kisika time destablizirajući molekulu i čineći je na tom dijelu negativnom. Ta destabilizacija kao posljedicu ima visoku reaktivnost molekule koja je drugi najjači poznati oksidans u prirodi iza fluora. Taj dio je i ključan za razumijevanje pojma aktivirani kisik. Naime pri reakciji taj treći atom se oslobađa i odgovoran je za oksidaciju.

Kada se ta visoko reaktivna molekula sudari sa bakterijom, aktivni kisik koji se u tom trenu stvara raspadanjem ozona proizvede kinetičku energiju i oksidativni potencijal koji razara staničnu stjenku uzrokujući pojavu koja se zova liza stanice.

1. kompjutorski prikaz stanice bakterije; 2. kontakt s staničnom membranom; 3. ozon prodire i stvara rupu na staničnoj membrani; 4. efekt kontakta ozona; 5. stanična membrana nakon ulaska nekoliko molekula  ozona u stanicu; 6. uništenje stanice (cell lysing) – liza stanice

Bitna je rezidualna koncetracija ozona tj. dio ozona koji ne reagira sa okolinom odmah nakon aplikacije. Uspješnost terapija ovisi o koncetraciji rezidualnog ozona. U jednoj studiji kod koncetracija od oko 550 mikrograma u metru kubičnom u sat vremena ozon je uklonio 99% bakterija. Za razliku od klora koji da bi pokazao djelovanje mora proći staničnu stijenku, za ozon to nije nužno šta ga čini znatno jačim baktericidom. Kod virusa zamjećujemo sličan efekt. Ozon razbija lipidne molekule na mjestima višestrukih veza. Jednom kad je kapsida razbijena virus više ne može biti aktivan. Kod "golih virusa" ozon djeluje stvarajući protein hidrokside i hiperokside neutralizirajući virus. Virusi nemaju nikakvu obranu protiv oksidativnog stresa. Uprkos tome što gljivice imaju određenu zaštitu za oksidativni stres ona općenito govoreći nije dovoljno jaka za dugotrajniju rezistenciju. Svojstva aktivnog kisika omogućuju ozonu da oksidira sve metale osim zlata, platine i iridija, da razbija toksične molekule i čisti hranu i vodu od aditiva i antibiotika. Ozonizirana voda može poslužiti za dekontaminaciju voća i povrća.

Dok je jaka moć ozona i aktivnog kisika kao oksidativnog sredstva priznata ona je istovremeno i dio razloga zašto je često spominjan u negativnom kontekstu u medicini, vrlo često bez osnova. Obično se kritizira inhaliranje ozona kao nečeg potencijalno vrlo opasnog za plućno tkivo. Međutim činjenica je da ta ista vrsta terapije za sad nema negativnih nuspojava. Također je zanimljiva činjenica da je ozon za razliku od in vitro uvjeta gdje se ponaša kao šta se od njega i očekuje - dakle jaki oksidans, in vivo ponekad ponaša kao antioksidans, npr kod fibromialgije i CFS-a (cronic fatigue syndrom). Često se o ozonu priča i u kontekstu slobodnih radikala. Slobodni radikali kao uobičajeni u biokemijskim reakcijama su generalno govoreći loši za metabolizam, međutim pojam slobodnog radikala obuhvaća vrlo široki dijapazon reaktanata. Kisik u singletnom stanju gdje mu fali jedan elektron je moćan radikal koji u organizmu ima ulogu neutraliziranju ostalih slobodnih radikala. Dok ljudska stanica ima glutation peroksidazu, super-oksid dismutazu, katalazu, i reduktazu kao enzimski štit od tog oblika radikala, razni toksini, virusi i bakterije nemaju te bivaju uništeni. U stvari, ne postoji niti jedna studija koja bi dokazala da ozon u formi aktivnog kisika radi bilo kakvu štetu kao slobodni radikal u organizmu. Čak staviše pokazao se bezopasan po čovjeka u koncentracijama daleko višim od praga koji je preporučen kao maksimalan dozvoljen. Posljedice podoksigeniranosti kisikom su puno jasnije i dokazanije. Ako količina kisika dostupna stanici padne od 40% uobičajene, stanica se prisiljena prebaciti na inferironiji način preživljavanja - fermentaciju. Stanica tad ne upravlja svojom replikacijom. ATP koji se proizvodi je inferioran po kvaliteti i količini te kao produkt nastaje laktatna kiselina i ugljični monoksid. Kisela okolina koja nastaje kao posljedica može biti signal T-stanicama da počne oslobađati faktore rasta. Tako stimulirane anaerobne stanice se mogu početi razmnožavati bez kontrole i time značajno povećat opasnost od raka. U prisutnosti parazita koji svojim djelovanjem sam po sebi snizuje pH ta šansa je još veća.