El oxígeno constituye alrededor del 65% de la masa del cuerpo adulto, la mayoría en forma de agua.
Elementos del cuerpo humano. (© Usuario:Openstax/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0)
El oxígeno también constituye aproximadamente el 50% de la masa de la corteza terrestre y el 21% de la atmósfera (aire) — el resto de la atmósfera es principalmente nitrógeno (78%). La Tierra es el único planeta del sistema solar con un alto porcentaje de oxígeno.
Características del oxígeno
El oxígeno es fundamental para las reacciones químicas que mantienen al organismo, incluyendo las reacciones que producen adenosina trifosfato (ATP) — uno de los compuestos utilizados en la producción de energía. Las células del cerebro son sensibles a la falta de oxígeno debido a su demanda de una producción alta y constante de ATP.
El daño cerebral puede ocurrir a los cinco minutos sin oxígeno (hipoxia cerebral), y la muerte suele ocurrir a los diez minutos. Un suministro constante de oxígeno es esencial para la función y la viabilidad cardíaca.
De acuerdo con la US National Library of Medicine Open Chemistry Database:
Un adulto, en reposo, inhala de 1,8 a 2,4 gramos de oxígeno por minuto. Esto equivale a más de 6.000 millones de toneladas de oxígeno inhalado por la humanidad cada año.
En reposo, el corazón consume aproximadamente 8–15 ml de O2/min/100g de tejido. Esto es significativamente más que lo que consume el cerebro (aproximadamente 3 ml de O2/min/100g de tejido) y puede aumentar a más de 70 ml de O2/min/100g de tejido miocárdico durante el ejercicio vigoroso.
La fórmula molecular del oxígeno es O2, que representa la unión química de dos átomos de oxígeno.
El dioxígeno es la forma física, o alótropo, del oxígeno que nos rodea. Nuestra atmósfera también contiene trioxígeno conocido como ozono (O3) — este alótropo es altamente reactivo y daña el tejido pulmonar.
El oxígeno es más soluble en agua que el nitrógeno, por lo que el agua contiene más oxígeno del que se esperaría de una atmósfera rica en nitrógeno.
El agua (H2O) es el compuesto con oxígeno más abundante y conocido. El oxígeno es electronegativo, lo que significa que puede unirse a casi todos los demás elementos. Algunas de estas reacciones de formación de enlaces sólo pueden ocurrir a temperaturas elevadas.
El agua fría puede contener más oxígeno disuelto que el agua caliente, y el agua dulce puede contener más oxígeno disuelto que el agua salada. En consecuencia, cuanto más caliente y salada sea el agua, menos oxígeno disuelto tendrá.
El oxígeno es un gas inodoro e incoloro a presión y temperatura estándar. El oxígeno se condensa a -183,0°C (-297,4°F) hasta convertirse en un líquido azul pálido (oxígeno líquido), y al enfriarse más, se congela a -218,8°C (-361,9°F).
El oxígeno natural tiene tres isótopos estables: 16O, 17O y 18O. El isótopo más abundante es el 16O y se sintetiza principalmente en estrellas masivas después del proceso de fusión de hidrógeno. Después del hidrógeno y el helio, el oxígeno es el tercer elemento más abundante en el universo.
Rol biológico del oxígeno
El ciclo biogeoquímico del oxígeno se produce dentro de tres depósitos principales: la atmósfera, la biosfera (toda la vida en el planeta) y la corteza terrestre.
El ciclo del oxígeno
Las plantas son las principales creadoras de oxígeno atmosférico a través del proceso de la fotosíntesis. En el diagrama del ciclo de oxígeno que se muestra a continuación, se puede ver cómo el oxígeno es utilizado y ciclado por las plantas.
Esquema de la fotosíntesis en las plantas. (© Usuario:At09kg/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0)
El ciclo del carbono y el oxígeno están interconectados. Las plantas utilizan el dióxido de carbono (CO2) y la luz solar para sintetizar y liberar energía y oxígeno. Los humanos y los animales respiran oxígeno y luego exhalan dióxido de carbono — las plantas usan este dióxido de carbono para reiniciar el ciclo perpetuo.
Procesos que utilizan oxígeno
Respiración — Durante la respiración, el aire pasa a través de las vías respiratorias, hacia los pulmones para que se produzca el intercambio de gases, o la difusión — la exhalación de CO2 permite la absorción de O2.
Descomposición — Cuando los animales y las plantas mueren, se descomponen — este proceso utiliza O2 y libera CO2.
Oxidación — Al oxidarse las cosas, consumen O2.
Combustión — Tres cosas son necesarias para producir fuego: oxígeno, combustible y calor. Cuando las cosas se queman, utilizan O2 y liberan CO2. Contrariamente a la creencia popular, el oxígeno no es explosivo; sin embargo, la educación de los pacientes es imperativa ya que el oxígeno acelera la combustión.
Procesos que producen oxígeno
Plantas — Producen O2 a través del proceso de fotosíntesis.
Luz Solar — Cierta producción de O2 se genera cuando la luz solar reacciona con el vapor de agua en la atmósfera.
Procesos que producen dióxido de carbono
Desde el comienzo de la Revolución Industrial, han aumentado las concentraciones de co2 en la atmósfera a través de actividades como la tala de árboles, el uso intensivo de la tierra y la quema de combustibles fósiles.
La NASA afirma que, “este [aumento de co2] es el más importante “forzamiento” de larga duración del cambio climático”. Es importante destacar que el dióxido de carbono permanece en la atmósfera durante miles de años.
Disminución en la producción de dióxido de carbono
Cada persona tiene una “huella de carbono”, es decir, la cantidad de gases de efecto invernadero emitidos directa e indirectamente por un individuo a lo largo de su vida
Calculadora de la huella de carbono en el hogar — Tómese unos minutos para averiguar su huella de carbono.
Carbono-neutral — Se trata de compensar el suficiente CO2 para neutralizar la cantidad de contaminación generada por las personas y las empresas. Este es el enfoque actual adoptado por la mayoría de las personas y empresas conscientes de la producción carbono, aunque es un buen comienzo, no aborda la raíz del problema.
Carbono-negativo — Se trata de eliminar más CO2 de la atmósfera del que una persona es responsable de producir; es un enfoque mucho más efectivo. Los individuos y las empresas pueden invertir en la generación de energía renovable u otros proyectos de reducción de las emisiones de carbono, como plantar árboles.
¿Por qué Pacific Medical Training se convirtió en una marca carbono negativa?
No se puede exagerar sobre el impacto del comportamiento humano en el equilibrio del ecosistema. Hemos actuado con tal imprudente abandono durante tanto tiempo que en realidad hemos tenido un grave efecto negativo en los sistemas naturales de la Tierra. Los humanos tienen la responsabilidad de entender su propia contribución personal a este equilibrio, particularmente aquellos involucrados en la industria y las grandes empresas.
Historia del oxígeno
Filón de Bizancio, escritor e ingeniero griego del siglo II, realizó el primer experimento de la relación entre el aire y la combustión. Descubrió que, si se toma una vela encendida en un plato lleno de agua y se invierte un recipiente cilíndrico sobre ella, el agua circundante se elevará hasta el cuello del recipiente.
La primera descripción de la sustancia que ahora llamamos oxígeno fue en el siglo XVII por el alquimista polaco Sedziwoj. Este descubrimiento no fue ampliamente conocido, y el oxígeno fue redescubierto de forma independiente por Scheele, y luego por Priestly en la década de 1770.
Más tarde, el químico francés Lavoisier renombró el compuesto de oxígeno por su capacidad para formar ácidos. El término oxígeno viene de la palabra griega “oxygenes” que significa “productor de ácido”.
En el siglo XIX, los científicos se dieron cuenta de que podían licuar el oxígeno por compresión y enfriamiento. Para 1891, los científicos podían producir suficiente oxígeno líquido para la investigación. Cuatro años más tarde, el primer proceso para generar oxígeno líquido era comercialmente viable.
Uso Industrial del oxígeno
Más del 50% de la producción mundial de acero utiliza el procesamiento básico de oxígeno (BOP) por sus siglas en inglés, que emplea oxígeno puro para convertir la chatarra y el hierro en acero.
Otras aplicaciones del oxígeno en el entorno industrial incluyen la fabricación o el procesamiento de nuevos compuestos como plásticos, papel, vidrio, cerámica, productos farmacéuticos y petróleo.
El oxígeno líquido se combina con hidrógeno líquido para fabricar combustible para cohetes.
Uso Médico del Oxígeno
El oxígeno tiene varios usos en la atención sanitaria: el tratamiento es lo suficientemente flexible como para ser utilizado en pacientes hospitalizados, ambulatorios y en situaciones de urgencia. Puede ayudar a tratar ciertos padecimientos como trastornos cardíacos, neumonía y enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC).
La circulación pulmonar recambia el oxígeno al sistema circulatorio sistémico. El tratamiento con oxígeno no solo aumenta la saturación de oxígeno de la sangre, sino que también puede mejorar el gasto cardíaco.
Cuando se proporciona soporte vital, el manejo de las vías respiratorias y las respiraciones de rescate mejoran las posibilidades de supervivencia de una persona, como se describe en la siguiente sección historias que salvan vidas. Otros usos del soporte vital incluyen la suplementación de oxígeno para astronautas y buzos.
Existen varias indicaciones aprobadas para el uso de oxígeno al 100% a presiones superiores a la presión atmosférica, como el uso de la terapia de oxígeno hiperbárico para el tratamiento de buceadores que sufren la enfermedad de la descompresión. La terapia de oxígeno hiperbárico (HBOT) es una prescripción común para la curación de heridas en una persona con insuficiencia vascular. Falsas afirmaciones sobre la terapia con HBOT están por toda la red — no ha sido aprobada para tratar o curar el cáncer, el autismo o la diabetes.
El ozono es confiable para la esterilización del agua, ya que tiene un historial probado de destrucción de patógenos. Debido a su capacidad para matar patógenos, el uso médico de O3 trata numerosas enfermedades patógenas. Sus aplicaciones varían, e incluyen la infusión intravenosa, la insuflación rectal y el uso tópico.
La Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) afirma:
El ozono es un gas tóxico que no tiene ninguna aplicación médica útil conocida en terapias específicas, complementarias o preventivas. Para que el ozono sea eficaz como germicida, debe estar presente en una concentración muy superior a la que pueden tolerar con seguridad el hombre y los animales.
El oxígeno también tiene su uso recreativo. Los bares de oxígeno ofrecen una exposición al oxígeno más alta de lo normal, por una cuota. Se dice que produce experiencias ligeramente eufóricas; sin embargo, las investigaciones no respaldan esta afirmación.
Seguridad y precauciones
A presiones parciales elevadas durante períodos prolongados, el oxígeno puede ser muy tóxico; ocasionar convulsiones y muchos otros problemas de salud. El contacto con el oxígeno líquido puede causar irritación de la piel y los ojos, así como quemaduras y congelación. A principios y mediados del siglo XX, era una terapia común colocar a los bebés prematuros en incubadoras con un alto porcentaje de oxígeno; esto cesó cuando se encontró una correlación entre esta práctica y un tipo de ceguera denominada retinopatía del prematuro (ROP).
La administración de oxígeno suplementario mejora el pronóstico en la mayoría de los pacientes admitidos en las unidades de cuidados intensivos; sin embargo, la falta de manejo adecuado del oxígeno puede poner a los pacientes en riesgo de hiperoxia (suministro excesivo de oxígeno).
La hiperoxemia: ¿De qué se trata?
La hiperventilación es una respiración rápida y profunda que genera niveles bajos de CO2 en la sangre. Un individuo puede hiperventilarse secundario a una reacción emocional, como la ansiedad, o por una condición médica como una infección o una hemorragia. Además, puede ocurrir en alguien cuando experimenta algún cambio de altitud, de una altitud baja a una alta—el ritmo y la profundidad de la ventilación del individuo aumenta para compensar la reducción de la presión parcial de oxígeno.
Manejo en casa para la hiperventilación
La depresión respiratoria, o hipoventilación, causa un aumento en la concentración de CO2 en la sangre. La hipoventilación no es lo mismo que el paro respiratorio, en el que la respiración se detiene por completo, y la muerte se produce debido a una anoxia completa (privación total de oxígeno), aunque ambas son emergencias médicas. La hipoventilación puede ser un precursor de la hipoxia.
¿Qué es el síndrome de hipoventilación por obesidad?
El oxígeno debe considerarse como cualquier otro medicamento; sus efectos beneficiosos deben equilibrarse con sus efectos adversos. Ningún medicamento o suplemento está completamente libre de riesgos.