Sauerstoff

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 21. November 2016
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Eines der häufigsten Elemente auf der Erde ist der Sauerstoff. Etwa ein Fünftel Volumenanteil dieses chemischen Elements ist in der Luft vorhanden, wobei es farb-, geschmacks- und geruchslos ist. Es kommt daneben ebenso häufig in Wasser und in der Erdkruste vor. Die meisten Lebewesen und lebendigen Zellen benötigen Sauerstoff zur Atmung.

Inhaltsverzeichnis

Was ist Sauerstoff?

Im Periodensystem wird Sauerstoff mit dem Symbol „O“ angegeben und besitzt die Ordnungszahl „8.“ Meistens tritt es in Verbindungen und als zwei- und dreiatomiges Molekül auf. Letzteres wird auch als „Ozon“ bezeichnet.

Gesteine und Mineralien sind häufig sauerstoffhaltig, so z. B. Quarz, Marmor oder Kalkstein. Freie und einzelne Sauerstoffatome sind dagegen in stabiler Form nur unter extremen Bedingungen möglich. Das ist im Vakuum des Weltalls der Fall. Durch Destillation kann Sauerstoff von der Luft getrennt werden und gewinnt dann verflüssigt eine bläuliche Farbe. Solche Bedingungen dienen z. B. bei der Veredelung von Metallen, der Gewinnung von Chemikalien oder als medizinische Anwendung zur Lebenserhaltung.

Sauerstoff ist unter Normalbedingungen immer gasförmig und in Kombination mit anderen Elementen an vielen Verbrennungsprozessen beteiligt. Entdeckt und erforscht wurde es 1772 durch den Chemiker und Apotheker Carl Wilhelm Scheéle.

Dieser isolierte Sauerstoff als Gas, ein Vorgang, der Ähnlichkeit mit dem Pasteurisierungsprozess hatte, und entdeckte auf diese Weise auch andere Elemente, daneben z. B. Stickstoff. Da er jedoch seine Arbeiten darüber erst einige Jahre später veröffentlichte, kam ihm zwischenzeitlich der Chemiker Josep Priestley zuvor, der, unabhängig von ihm, die gleiche Entdeckung machte, darunter, was Sauerstoff für eine Auswirkung auf Verbrennungsprozesse hatte, wobei der eigentliche Vorgang selbst dabei noch nicht entschlüsselt war.

Zuvor wurde Feuer eher metaphysisch betrachtet, als ein Grundstoff der vier Elemente, aus denen das Sein bestand. Neben dem Feuer waren das Erde, Luft und Wasser. Im 17. Jahrhundert wurde dann mit dem Feuer die Wärme verbunden und durch die Entdeckung im 18. Jahrhundert wurde der Stoff zum Element. Aber erst durch den Privatgelehrten Antoine Laurent de Lavoisier war es dann möglich, Verbrennung und Atmung korrekt zu deuten. Er führte Versuche mit reinem Sauerstoff durch und bestimmte die Zusammensetzung der Luft.

Funktion, Wirkung & Aufgaben

In der Atmosphäre kommt Sauerstoff immer gasförmig und gelöst von Gewässern vor. Das Element ist dabei sehr reaktionsfreudig und wird hauptsächlich von Pflanzen mittels Photosynthese produziert, durch Atmung und andere Verbrennungsprozesse wieder verbraucht. Ebenso haben Blaualgen bzw. Cyanobakterien Anteil an diesen Vorgängen, die vor mehr als drei Milliarden Jahren anfingen, Sonnenlicht zu speichern und dieses für die Synthese organischer Verbindungen zu benutzen. Sauerstoff war und ist demnach ein sehr effektives Abfallprodukt.

Menschen, Pflanzen und Bakterien benötigen Sauerstoff, um leben zu können und in dieser Form Energie zu gewinnen. Die Verarbeitung geschieht in den Mitochondrien, wobei der Sauerstoff in der Atmungskette dann wieder zu Wasser wird. Durch Enzyme wiederum werden im Organismus Stoffe durch Oxygenierung abgebaut.

Bildung, Vorkommen, Eigenschaften & optimale Werte

Die gute Reaktionsfähigkeit des Sauerstoffs und seine Verbindungen können allerdings auch zu gefährlicheren Zerstörungen von Zellstrukturen führen. Obwohl der Mensch Sauerstoff zur Atmung benötigt, ist zu viel Sauerstoff giftig und kann in erhöhter Menge über einen längeren Zeitraum sogar zu Lungenschädigungen führen.

Der menschliche Organismus funktioniert mit einer Sauerstoffkonzentration von etwa 21 Prozent in der Luft. Rote Blutkörperchen transportieren den Sauerstoff von der Lunge zu den Organen. Ist dieser zu hoch, kommt es zum Anschwellen der Lungenbläschen und einer Nekrose der Wandzellen in der Lunge, zu Schädigungen der Pneumozyten und zu Ablagerung von Eiweißmassen an der Innenwand. Das Ergebnis ist ein stark verminderter Gasaustausch bei der Atmung und im Blutkreislauf.

Ebenso kann durch ein Gasgemisch mit erhöhtem Sauerstoff das Zentralnervensystem geschädigt werden und zentralnervöse Symptome hervorrufen. Dabei wird vom Paul-Bert-Effekt gesprochen, der sich in Ohrengeräuschen, Schwindelanfällen, Übelkeit, Erbrechen, aber auch in drastischen Bedingungen wie Persönlichkeitsveränderungen und geistiger Verwirrung äußern kann. Das ist besonders beim Tauchsport eine häufige Begleiterscheinung, so dass Sauerstoffgehalt und maximale Tauchtiefe beachtet werden müssen.

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Krankheiten & Störungen

Die meisten Organismen besitzen Schutzenzyme wie Peroxidase und Katalase, um den Sauerstoff zu entgiften. Durch den Sauerstoffabbau im Körper entstehen freie Radikale, die die mitochondriale DNA schädigen und denen durch Antioxidantien entgegengewirkt werden kann. Solche werden mit der Nahrung aufgenommen und sind z. B. die Vitamine C, A und E, Mineralien und Spurenelemente.

Ein Ungleichgewicht zwischen reduzierenden und oxidierenden Stoffen in den Zellen führt zu einer Störung der körpereigenen Entgiftungsfunktion und schädigt die Zelle. Das wird als oxidativer Stress bezeichnet, der wiederum zu Alterungsprozessen führt.

Zu einem Sauerstoffmangel kommt es häufig bei Herz- und Lungenerkrankungen. Das wiederum hat schädigende Auswirkungen auf die Arterien und das Gewebe aller lebenswichtigen Organe. Hier muss zusätzlich Sauerstoff verabreicht werden und eine künstliche Beatmung herbeigeführt werden. Ebenso dient Sauerstoff dem Wundheilungsprozess selbst. Nach Operationen können Infektionen der Wunden auftreten, wobei die Sauerstoffspannung des Gewebes und die Abwehrzellen im Blut eine Rolle spielen, die mit freien Radikalen die Bakterien im Körper bekämpfen. Meistens wird daher auch nach der Narkose noch Sauerstoff zugeführt, um das Infektionsrisiko zu verringern.

Erkrankungen, die mit einem chronischen Sauerstoffmangel einhergehen, erfordern eine Sauerstoff-Langzeittherapie. Ursachen können eine Verengung der Atemwege, Lungenembolien, Schädigungen am Lungengewebe oder schwere Herzfehler sein.

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