През последните години терапевтичните ефекти от увеличаване на въглеродния диоксид са все по-широко признати. Дори Джейн Броуди, писателката на NY Times по здравни теми, благоприятно спомена използването на метода на Бутейко при астма, а идеята за “разрешителна хиперкапния” по време на механична вентилация, за да се предотврати увреждането на белите дробове от излишния кислород, е дискутирана в медицински списания.
Мозъкът има висока скорост на окислителен метаболизъм и затова образува много голяма част от въглеродния диоксид, произведен от организма. Освен това той управлява до голяма степен метаболизма на други тъкани, включително тяхната консумация на кислород и производството на въглероден диоксид или млечна киселина. При определен вид скоростта на консумацията на кислород се увеличава пропорционално на размера на мозъка, а не на телесното тегло. Между много различни видове ролята на мозъка в метаболизма е още по-очевидна, тъй като скоростта на метаболизма в покой съответства на размера на мозъка. Например мозъкът на котката е с размерите на крокодил и консумацията на кислород в покой е подобна, въпреки огромната им разлика в размера на тялото.
Стресът трябва да се разбира като процес, който се развива във времето, а мозъкът (особено неокортекса и челните лобове) организира процесите на адаптиране и развитие както в пространственото, така и във временното измерение. Значението на ситуацията влияе върху начина, по който организмът реагира. Например стресът да бъдете сдържан за дълго време може да причини големи стомашно-чревни кръвоизливи и улцеризация, но ако животното има възможност да ухапе нещо по време на стреса (което означава способността му да се бори назад и възможността да избяга), то може да избегне стресовите язви.
Образецът на нервната дейност в цялото тяло управлява местната способност да произвежда въглероден диоксид. Когато мозъчната кора е повредена или отстранена, животното става твърда, така че кората има “тонизиращо инхибиращо действие” върху тялото. Но когато нервите са отстранени от мускул (например по болест или злополука), мускулът преминава в състояние на постоянна активност и способността му да окислява глюкозата и да произвежда въглероден диоксид се намалява, докато нейното окисляване на мастни киселини продължава, т.е. увеличава производството на токсични окислителни фрагменти от мастните киселини, което допринася за атрофията на мускулите.
Намеренията, очакванията или плановете на организма са представени в нервната система като по-голяма готовност за действие и в органите и тъканите, контролирани от нервите, като увеличаване или намаляване на окислителната ефективност, аналогично на разликите между инервирани и денервирани мускули. Този модел в нервната система е наречен „акцептор на действие“, тъй като той непрекъснато се сравнява с реалната ситуация и се усъвършенства, докато ситуацията се оценява. Състоянието на организма, под влияние на определен акцептор на действие, се нарича „функционална система“, включваща всички компоненти на организма, които участват най-пряко в реализирането на предвиденото адаптивно действие.
Действията на нервите могат да се считат за анаболни, защото по време на стресова ситуация, при която катаболните хормони на адаптация, например кортизол, се увеличават, тъканите на функционалната система са защитени и докато тъканите на празен ход могат да бъдат подложени на автофагия или друга форма на инволюция, т.е. нуждите на активните тъкани се снабдяват с хранителни вещества от разпадането им, което им позволява да се променят и, когато е необходимо, да нарастват по размер или сложност.
Ролята на мозъка за предпазване от нараняване от стрес, когато вижда курс на действие, има паралел в разликите между концентрично (положително, скъсяване на мускулите) и ексцентрично (отрицателно, удължаване при напрежение), както и с разликите между инервирани и денервирани мускули. При ексцентрично упражнение и денервация се използва по-малко кислород и се произвежда по-малко въглероден диоксид, докато млечната киселина се увеличава, измествайки въглеродния двуокис и повече мазнини се окисляват. Продължителният стрес подобно намалява въглеродния двуокис и увеличава лактата, като същевременно увеличава употребата на мазнини.
Тъмнината е стресираща и катаболна. Например, при застаряващи хора, сутрешната урина съдържа почти целия калций, загубен през 24-часов период, а митохондриите са особено чувствителни към разрушителните ефекти на тъмнината. Сънят намалява разрушителните катаболни ефекти на тъмнината. По време на фазата на съня с бързо движение (сън) сън дишането се възпрепятства и нивото на въглероден диоксид в тъканите се натрупва. При спокоен сън кислородното напрежение често е достатъчно ниско, а напрежението на въглеродния диоксид достатъчно високо, за да предизвика размножаването на стволовите клетки и митохондриите.
Сънищата представляват „акцептора на действие“, действащ независимо от сетивната информация, с която обикновено взаимодейства. По време на сънища мозъкът (използвайки системата, наречена Възходяща ретикуларна активираща система) се прекъсва от сетивните системи. Мисля, че това е нервният еквивалент на концентричната / положителна мускулна активност, в смисъл, че мозъкът контролира своите действия. Активната, сънувана фаза на съня се появява по-често в по-късната част на нощта, когато наближава сутринта. Това е по-стресиращата част от нощта, когато кортизолът и някои други хормони на стреса достигат пик в зори, така че би било разумно защитните процеси на мозъка да са най-активни по това време. Процесът на сънуване в мозъка е свързан с дълбока мускулна релаксация, т.е.
В древен Китай даоистите се занимавали с дълголетие и според Джоузеф Нудъм ( Наука и цивилизация в Китай ) техните методи включват използването на билки, минерали и стероиди, извлечени от урината на децата. Някои от тези, които претендираха за изключително дълголетие, практикуваха контролирано дишане и тай-чи (включващи изображения, движение и дишане), обикновено в ранните сутрешни часове, когато намаляването на стреса е най-важно. Доколкото знам, няма проучвания за нивата на въглероден диоксид при практикуващи тай чи, но усещането за топлина, за което обикновено съобщават, предполага, че то включва хиповентилация.
През 60-те години руски изследовател изследва болнични записи за измервания на новородени бебета и установява, че от няколко десетилетия размерът на главите им се увеличава. Той предположи, че това може да е резултат от увеличаване на атмосферния въглероден диоксид.
Известно е, че опитът и храненето на бременно животно влияят на експресията на гените в потомството, като влияят върху такива неща като алергии, метаболизъм, размер на мозъка и интелигентност. Майлс Сторфер (1999) е направил преглед на доказателствата за епигенетичен контрол на околната среда върху размера на мозъка и интелигентността. Известно е, че основните механизми на епигенетичните ефекти или „импринтирането“ включват метилиране и ацетилиране на хромозомите (ДНК и хистони).
Определени видове поведение, както и храненето и други фактори на околната среда увеличават производството и задържането на въглероден диоксид. Нормалното вътреутробно ниво на въглероден диоксид е високо и може да бъде повишено или намалено чрез промени във физиологията на майката. Ефектите на въглеродния диоксид върху много биологични процеси, включващи метилиране и ацетилиране на генетичния материал, предполагат, че концентрацията на въглероден диоксид по време на бременността може да регулира степента, до която родителското отпечатване ще се запази в развиващия се плод. Има някои доказателства за повишена деметилация, свързана с ниското ниво на кислород в матката (Wellman, et al., 2008). Високата метаболитна скорост и производството на въглероден диоксид биха увеличили адаптивността на новия организъм чрез намаляване на ограничаващите генетични отпечатъци.
Бързо намаляване на въглеродния диоксид, причинено от хипервентилация, може да провокира епилептичен припадък и може да увеличи мускулните спазми и съдовата теч и (чрез освобождаване на серотонин и хистамин) да допринесе за нарушения в възпалението и съсирването. В малко по-дълъг период от време, намаляването на въглеродния диоксид може да увеличи производството на млечна киселина, която е промотор на възпалението и фиброзата. Продължителното намаляване на въглеродния диоксид може да увеличи чувствителността на протеините към гликация (добавянето на алдехиди, от прекисна окисление на полиненаситени или метилглиоксал от метаболизма на лактат, до амино групи), а подобен процес вероятно ще допринесе за метилирането на хистоните, а процес, който се увеличава със стареенето. Хистоните регулират генетичната активност.
С остаряването се увеличава метилирането на ДНК (Bork, et al., 2009). Предполагам, че метилирането стабилизира и защитава клетките, когато растежът и регенерацията не са възможни (и че е вероятно да се увеличи, когато CO2 не е наличен). Хибернацията (Morin and Storey, 2009) и спорулацията (Ruiz-Herrera, 1994; Clancy, et al., 2002) използват метилирането предпазно.
Родителски стрес, пренатален стрес, стрес в ранен живот и дори стрес в зряла възраст допринасят за „отпечатване на гените“, отчасти чрез метилиране на ДНК и хистоните.
Метионинът и холинът са основните хранителни източници на донори на метил. Ограничаването на метионина има много защитни ефекти, включително увеличен среден (42%) и максимален (44%) дълголетие при плъхове (Richie, et al., 1994). Ограничаването на донорите на метил причинява деметилиране на ДНК (Epner, 2001). Ефектът на метионина, ускоряващ възрастта, може да бъде свързан с нарушаване на баланса на метилиране, неподходящо потискане на клетъчната активност. Освен ефекта си върху метиловия басейн, метионинът инхибира функцията на щитовидната жлеза и уврежда митохондриите.
Локалната концентрация на въглероден диоксид в специфични тъкани и органи може да се регулира чрез нервно и хормонално активиране или инхибиране на ензимите на карбоанхидразата, които ускоряват превръщането на CO2 във въглеродна киселина, H2CO3. Активността на карбоанхидразата може да определи плътността и здравината на скелета, възбудимостта на нервите, натрупването на вода и може да регулира структурата и функцията на тъканите и органите.
Обикновено въглеродният диоксид и бикарбонат се мислят само във връзка с регулирането на pH и то само по много общ начин. Поради значението на поддържането на pH на кръвта в тесни граници, въглеродният диоксид обикновено се смята за токсин, тъй като излишъкът може да причини безсъзнание и ацидоза. Но увеличаването на въглеродния двуокис не води непременно до ацидоза, а ацидозата, причинена от въглеродния двуокис, не е толкова вредна, колкото лактатната ацидоза.
Жабите и жабите, бидейки земноводни, са особено зависими от водата, а в пустините или районите със сух сезон те могат да преживеят продължителен сух период, като се изровят в кал или пясък. Тъй като те могат да бъдат погребани на 10 или 11 инча под повърхността, те рядко се срещат и затова не са подробно проучени. За видовете, които живеят в пустинята в Калифорния, е известно, че са оцелели 5 години на погребение без валежи, въпреки умерено топлата средна температура на заобикалящата ги среда. Една от техните известни адаптации е да произвеждат високо ниво на урея, което им позволява осмотично да абсорбират и задържат вода. (Много стари хора понякога имат изключително високо количество урея и осмотично напрежение.)
Някои лабораторни проучвания показват, че като жаба се нахвърля в кал, количеството въглероден диоксид в тъканите й се увеличава. Кожата им нормално функционира като бял дроб, обменяйки кислород за въглероден диоксид. Ако ноздрите на жабата се намират на повърхността на калта, тъй като започва сънливостта, дишането й постепенно ще се забави, увеличавайки още повече въглеродния двуокис. Въпреки увеличаващия се въглероден диоксид, рН се поддържа стабилен чрез увеличаване на бикарбонат (Boutilier, et al., 1979). Подобно увеличение на бикарбоната се наблюдава при хибернация на хамстери и врата.
Мислейки за дългото сънливост на жабите, ми напомни една вестникарска история, която прочетох през 50-те години. Работници, които разрушават стара бетонна конструкция, откриват неподвижна жаба, затворена в бетона, и тя се съживи скоро след освобождаването. Бетонът се е изсипвал десетилетия по-рано.
Въпреки че системното изследване на жаби или жаби по време на естественото им погребване е много ограничено, има много съобщения за случайни открития, които предполагат, че спящото състояние може да бъде удължено за неопределено време, ако условията са благоприятни. Въглеродният диоксид има антиоксидантни ефекти и много други стабилизиращи действия, включително защита срещу хипоксия и възбудителни ефекти на вътреклетъчния калций и възпалението (Baev, et al., 1978, 1995; Bari, et al., 1996; Brzecka, 2007; Kogan, et al., 1994; Malyshev, et al., 1995).
Когато митохондриите са „несвързани“, те произвеждат повече въглероден диоксид от нормалното, а митохондриите произвеждат по-малко свободни радикали. Животните с несвързани митохондрии живеят по-дълго от животните с обикновените, по-ефективни митохондрии, които произвеждат по-реактивни окислителни фрагменти. Един ефект от високата скорост на окисляване на несвързаните митохондрии е, че те могат да елиминират полиненаситените мастни киселини, които иначе биха могли да бъдат интегрирани в тъканните структури или да функционират като неподходящи регулаторни сигнали.
Птиците имат по-висока метаболитна скорост от бозайниците със същия размер и живеят по-дълго. Техните тъкани съдържат по-малко от силно ненаситените мастни киселини. Пчелните кралици, които живеят многократно по-дълго от пчелите работнички, имат главно мононенаситени мазнини в тъканите си, докато тъканите на краткотрайните пчели-работници, получаващи различна диета, в рамките на няколко седмици от излюпването ще съдържат силно ненаситени мазнини.
Прилепите имат много висока метаболитна скорост и изключително дълъг живот на животно от техния размер. Докато повечето животни с малкия си размер живеят само няколко години, много прилепи живеят няколко десетилетия. Пещерите на прилеп обикновено имат малко повече въглероден диоксид от външната атмосфера, но обикновено съдържат голямо количество амоняк, а прилепите поддържат високо ниво на въглероден диоксид в серума, което ги предпазва от иначе токсичните ефекти на амоняка.
Голият мол плъх, друго малко животно с изключително дълъг живот (в плен те са живели до 30 години, 9 или 10 пъти по-дълги от мишки със същия размер) има нисък базален метаболитен процент, но мисля, че измерванията, направени в лаборатории може да не представляват метаболизма си в естественото им местообитание. Те живеят в гнезда, които се държат затворени, така че процентът на кислород е по-нисък, отколкото във външния въздух, а процентът на въглеродния диоксид варира от 0,2% до 5% (атмосферният CO2 е около 0,038). Температурата и влажността в техните бразди могат да бъдат изключително високи и за да бъде много смислен техният метаболитен процент трябва да бъде измерен, когато телесната им температура се повиши от топлината в изкопа.
Когато са проучени в Европа и САЩ, не е проучено влиянието на надморската височина върху техния метаболизъм и тези животни са местни във високите равнини на Кения и Етиопия, където ниското атмосферно налягане вероятно ще увеличи ниво на въглероден диоксид в тъканите им. Следователно се съмнявам, че дълголетието, наблюдавано в лабораторни ситуации, точно отразява дълголетието на животните в нормалното им местообитание.
Освен че живеят в затворено пространство с високо съдържание на въглероден диоксид, плъховете на мол имат и друго сходство с пчелите. Във всяка колония има само една женска, която се възпроизвежда, кралицата и, подобно на кралица пчела, тя е най-големият индивид в колонията. В пчелните кошери работниците внимателно регулират концентрацията на въглероден диоксид, която варира от около 0,2% до 6%, подобно на тази в колонията на мол плъхове. Високото съдържание на въглероден диоксид активира яйчниците на кралица пчела, повишавайки нейната плодовитост.
Тъй като пчелните кралици и плъховете на къртиците живеят в тъмното, мисля, че техният висок въглероден диоксид компенсира липсата на светлина. (И светлината, и CO2 помагат за поддържане на окислителния метаболизъм и инхибират образуването на млечна киселина.) Смята се, че молките плъхове спят много малко. През нощта нормалните хора понасят повече CO2 и така дишат по-малко, особено близо до сутринта, с повишен активен сън в съня.
Никога не се е знаело, че мол плъх развива рак. Серумният им С-реактивен протеин е изключително нисък, което показва, че те са устойчиви на възпаление. При хора и други животни, които са податливи на рак, един от гените, който е вероятно да бъде заглушен от стрес, стареене и метилиране е p53, ген, подтискащ тумора.
Ако вътрематочното преживяване, с ниско съдържание на кислород и високо въглероден диоксид, служи за „препрограмиране“ на клетките за премахване на натрупаните ефекти от възрастта и стреса и така за увеличаване на потенциала за развитие на новия организъм, живот, който е живял с почти тези нива на кислородът и въглеродният диоксид могат да бъдат в състояние да избегнат прогресивното заглушаване на гените и загубата на функции, които причиняват стареене и дегенеративни заболявания.
За няколко заболявания и синдроми сега се смята, че включват ненормално метилиране на гени. Синдромът на Прадер-Уили, синдромът на Анджелман и различни „нарушения в аутистичния спектър“, както и посттравматичното стресово разстройство и няколко вида рак изглежда включват прекомерно метилиране.
Умереното ограничаване на метионина (например, редовно използване на желатин в диетата) може да бъде практично, но ако повишеният въглероден диоксид може да активира ензимите на деметилаза по контролиран начин, това може да бъде полезно лечение за дегенеративните заболявания и за самото стареене.
Често се пренебрегва ниското производство на хипотиреоидизъм с въглероден диоксид (напр. Lee и Levine, 1999) и дихателната алкалоза на излишъка от естроген. Адекватното снабдяване с калций, а понякога и добавка на сол и сода за хляб, може да увеличи съдържанието на CO2 в тъканите.
Референции тук: http://raypeat.com/articles/articles/co2.shtml
