Der Mensch und seine Atmung

Wir Menschen müssen fortwährend atmen. Durch die Atmung nehmen wir Sauerstoff auf. Sauerstoff ist unersetzlich in unseren Zellen für Energie liefernde chemische Vorgänge. Am Ende des Sauerstoffwechsels in den zahlreichen Mitochondrien der tierischen/menschlichen Zellen, kommt es zur Bindung von Sauerstoff (O2) mit Wasserstoff (H2): Es entsteht Wasser (H2O bzw. 2H2 + 1O2 → 2H2O). Die erhebliche Menge an Energie, die bei dieser kontrollierten biologische Knallgasreaktion entsteht, bildet das Energiespeichermolekül ATP, das für vielseitige chemische Vorgänge des Zellstoffwechsels benötigt wird und es wird z. T. Wärme erzeugt.

Über die Atmung nimmt der Mensch etwa 900 g „freien“ Sauerstoff pro Tag aus der Atemluft auf („freier Sauerstoff“ ist gasförmiges O2, also nicht in chemischen Verbindungen gebundener O2). Mit der Ernährung sind es weitere mind. 220 g. in chemischen Bindungen (also nicht gasförmig), die für die Energieproduktion nicht unmittelbar genutzt werden können.

Damit also Wasser In den Mitochondrien gebildet werden kann, gelangt der Sauerstoff in ihnen in den Singulett-Zustand. Die Wasserstoffmoleküle werden aus dem Nahrungssubstrat gewonnen. Wasserstoff ist in seinem Grundzustand im Singulett-Zustand und reagiert sofort direkt mit dem Singulett-Sauerstoff.

Die Regulation der Mitochondrien in unseren Zellen, Sauerstoff in den Singulett-Zustand zu aktivieren in genügendem Maß, am richtigen Ort, zur richtigen Zeit, entscheidet über unser Wohlergehen, unsere Gesundheit.

S.O.E.

Die Abkürzung S.O.E. leitet sich ab von Singlet-Oxygen-Energy.
Singlet-Oxygen (deutsch: Singulett-Sauerstoff) ist ein chemisch reaktionsfähiger Zustand des Sauerstoffs. Unmittelbar nach seiner Erzeugung in der Natur reagiert er mit Wassermolekülen der Luft (Luftfeuchtigkeit) zurück in seinen Grundzustand und überträgt dabei Energie auf die Wassermoleküle. Diese Energie ist das Produkt eines natürlichen chemisch-physikalischen Prozesses in unserer Atmosphäre. Ebenso entsteht sie fortwährend im menschlichen Stoffwechsels. S.O.E. bezeichnet die in den Geräten gebildete Energie, die uns durch den Gebrauch der Geräte in unseren künstlichen Räumen nützlich wird.

Sauerstoff – O2

Sauerstoff ist nicht nur auf unserem Planeten das am häufigsten vorkommende Element (16 km obere Erdkruste und bis einschließlich Stratosphäre 49% Gewichts-Anteil), sondern auch in unserem Körper (über 60 Vol.%) – und für uns lebenswichtig. Jedoch kommt Sauerstoff, der 21% unserer Luft ausmacht, dort in chemisch unreaktivem Zustand vor. Dadurch ist Leben möglich, so wie wir es kennen. Wäre Sauerstoff einfach reaktionsfähig, käme es zu spontanen Reaktionen (Oxidations-Reaktionen). Bakterien und organische Verbindungen würden zerstört. Reaktionen mit angeregten Sauerstoff-Zuständen (Ozon, Ionisierter Sauerstoff) macht man sich darum z.B. bei der Desinfektion zu nutze. In unserem Lebensraum der Atmosphäre auf der Erde werden angeregte Sauerstoffzustände unverzüglich vorwiegend durch die Luftfeuchtigkeit inaktiviert.

Wir atmen also mit der Luft Sauerstoff als chemisches Element – als freien Sauerstoff – ein, das in keiner Verbindung mit anderen chemischen Elementen gebunden und chemisch unreaktiv ist.

Damit Sauerstoff jedoch genutzt werden kann, muss er in einen angeregten oder aktivierten Zustand gelangen. Bekannte angeregte und dadurch reaktionsfähige Zustände sind Ozon (das Molekül besteht aus drei Atomen, O3), ionisierter Sauerstoff (das Molekül besteht aus zwei Atomen mit elektrischer Ladung, O2+/-) und Singulett-Sauerstoff (das Molekül besteht aus zwei Atomen mit angeregten, Energie reichen Elektronen, 1O2). Es werden unterschiedlich hohe Anregungsenergien benötigt, um Sauerstoff zu aktivieren bzw. in einen reaktionsfähigen Zustand zu bringen. Dabei benötigt die Bildung des Singulett-Zustandes die geringste Menge an Anregungsenergie.

Singulett-Sauerstoff

Sauerstoff kann aus seinem energiearmen, relativ reaktionsträgen Grundzustand durch Energieübertragung angeregt werden in den sog. Singulett-Zustand[1]. In diesem Zustand ist Sauerstoff membrangängig (Entdeckung in den 1930er Jahren durch Hans Kautsky 1891 – 1966)). Ebenso ist Sauerstoff im H2O-Molekül (Wassermolekül) am Ende seines Transports aus der Luft in den Mitochondrien innerhalb unserer Zellen in diesem Singulett-Zustand. Die Forschung der letzten Jahrzehnte konnte zeigen, dass der Körper Sauerstoff an Zellmembranen, in Zellen und Zellorganellen in den Singulett-Zustand anregt und somit den Transport durch Membranen und das Bilden von Verbindungen mit anderen chemischen Elementen ermöglicht.

Die meisten chemischen Elemente sind in ihrem Grundzustand in einem nicht reaktionsaktiven, energiearmen Singulett-Zustand. Sauerstoff ist dagegen in dieser Beziehung ein Ausnahmeelement. In seinem Grundzustand ist er in einem sog. Triplett-Zustand. Darum geht Sauerstoff in der Luft nicht einfach Verbindungen mit Stickstoff oder den übrigen Spuren-Gasen ein. Er kann auch nicht spontan mit Biomolekülen reagieren. Dadurch ist das Leben von Mikroorganismen, Pflanzen, Tieren und Menschen möglich.

Bekannt ist die keimtötende Wirkung von Ozon und ionisiertem Sauerstoff. Würden diese in unserem Lebens-Atemraum in erheblichem Maße gebildet, wäre Leben in den uns bekannten Formen nicht möglich. Für unser gesundes Leben besteht die Voraussetzung, dass Sauerstoff in der Luft im unreaktiven Grundzustand existiert und im Moment des Transport durch Membranen und zur Bildung von Verbindungen mit weiteren Elementen von dem jeweiligen Organismus in einen reaktionsfähigen Zustand angeregt wird.

Der Nutzungsvorteil des Singulett-Sauerstoffs gegenüber anderen angeregten Zuständen in biologischen Systemen ist, dass er eine nur relativ geringe Energie benötigt, um erzeugt zu werden. Sie liegt bei nur knapp einem 13tel der Menge, die benötigt wird um Ionisierten Sauerstoff zu erzeugen (0,89 eV zu 13,6 eV). Die Bildung zum Ozon benötigt sehr viel mehr Anregungsenergie.

Ozon wird im Körper nicht gebildet.

Ionisierter Sauerstoff wird im Modell der Atmungskette beschrieben.

Der Nachweis der Singulett-Sauerstoff Erzeugung ist im Körper mehrfach erbracht. Es konnte auch gezeigt werden, dass er in Mitochondrien gebildet wird und über welche Entfernungen er sich dort bewegt. Wegen der kurzen Zeit der Existenz angeregter Zustände im Menschen, ist es sehr schwierig unter normalen Lebensumständen die Existenz nachzuweisen.

[1] Singulett(=Singlett)-Sauerstoff, 1O2 (1Δg), ist die biologisch relevante physikalisch angeregte Form des Sauerstoffmoleküls. Im Gegensatz zum Sauerstoff im Grundzustand hat 1O π*-Elektronen mit antiparallelem Spin; daher sind seine Reaktionen mit anderen Atomen und Molekülen im Grundzustand nicht „spin-verboten“ und laufen mit annehmbaren oder schnellen Raten ab. (Elstner, Der Sauerstoff Biochemie, Biologie, Medizin, S. 40, Wissenschaftsverlag Mannheim/Wien/Zürich 1990).