Üks kõige arvukamaid elemente Maal on hapnik. Umbes viiendik maht selle keemilise elemendi sisaldus õhus on värvitu, maitsetu ja lõhnatu. Seda on sama palju ka aastal vesi ja maapõues. Enamik elusolendeid ja elusrakke nõuab hapnik hingamiseks.
Mis on hapnik?
Perioodilises tabelis hapnik tähistatakse sümboliga “O” ja sellel on aatomnumber “8.” See esineb enamasti ühendites ning diatoomiliste ja triatoomsete vormidena molekulid. Viimast nimetatakse ka osooniks. Kivid ja mineraalid on sageli hapnikuga rikastatud, näiteks kvarts, marmor või lubjakivi. Vabad ja üksikud hapniku aatomid on seevastu stabiilsel kujul võimalikud ainult äärmuslikes tingimustes. Nii on see ruumi vaakumis. Hapnikku saab õhust eraldada destilleerimise teel ja seejärel omandab see veeldamisel sinaka värvi. Selliseid tingimusi kasutatakse näiteks metallide rafineerimisel, kemikaalide ekstraheerimisel või elu säilitamiseks meditsiinilise rakendusena. Hapnik on tavatingimustes alati gaasiline ja koos teiste elementidega osaleb paljudes põlemisprotsessides. Selle avastas ja uuris 1772. aastal keemik ja proviisor Carl Wilhelm Scheéle. Viimane eraldas hapnikku gaasina, protsessil, millel oli pastöriseerimisprotsessiga sarnasusi, ja avastas sel viisil lisaks lämmastik, näiteks. Kuna ta avaldas oma teose selle kohta alles mitu aastat hiljem, eelnes talle vahepeal keemik Josep Priestley, kes tegi temast sõltumatult sama avastuse, sealhulgas selle, milline oli hapniku mõju põlemisprotsessidele, kuigi tegelik protsess ise polnud veel lahti mõtestatud. Varem peeti tulekahju metafüüsilisemalt, olendi moodustanud nelja elemendi põhiaineks. Peale tule olid need maa, õhk ja vesi. Siis seostati 17. sajandil kuumust tulega ja 18. sajandil toimunud avastuste kaudu sai aineks element. Kuid ainult erateadlane Antoine Laurent de Lavoisier sai siis põlemist ja hingamist õigesti tõlgendada. Ta viis läbi katseid puhta hapnikuga ja määras õhu koostise.
Funktsioon, mõju ja ülesanded
Atmosfääris toimub hapnik alati gaasilises vormis ja veest lahustatuna. Element on seeläbi väga reaktsioonivõimeline ja seda toodavad peamiselt taimed fotosünteesi abil, mida tarbitakse uuesti hingamise ja muude põlemisprotsesside abil. Neis protsessides on oma osa ka sinivetikatel või sinivetikatel, mis algasid rohkem kui kolm miljardit aastat tagasi päikesevalguse salvestamiseks ja orgaaniliste ühendite sünteesiks kasutamiseks. Hapnik oli ja on seetõttu väga tõhus jääkaine. Inimesed, taimed ja bakterid vajavad elamiseks ja sellisel kujul energia tootmiseks hapnikku. Töötlemine toimub mitokondrid, kus seejärel hapnik uuesti sisse lülitatakse vesi hingamisahelas. Ensüümidomakorda lagundavad organismis olevaid aineid hapnikuga rikastamise teel.
Moodustumine, esinemine, omadused ja optimaalsed väärtused
Kuid ka hapniku ja selle ühendite hea reaktsioonivõime võib viima rakustruktuuride ohtlikumale hävitamisele. Kuigi inimene vajab hingamiseks hapnikku, on liiga palju hapnikku mürgine ja võib isegi põhjustada kops kahju suurenenud summades pika aja jooksul. Inimorganism toimib hapnikuga kontsentratsioon umbes 21 protsenti õhus. Punane veri rakud transpordivad hapnikku kopsudest elunditesse. Kui see on liiga kõrge, on alveoolide turse ja nekroos seina rakkudest kopsudes, pneumotsüütide kahjustus ja valgumasside sadestumine siseseinale. Tulemuseks on oluliselt vähenenud gaasivahetus hingamise ajal ja vereringes. Samamoodi võib suurenenud hapnikuga gaasisegu kahjustada tsentraalset närvisüsteem ja põhjustada kesknärvisümptomeid. Seda nimetatakse Paul Berti efektiks, mis võib avalduda kõrvade helinana, uimasena, iiveldus, oksendamineja ka drastilisi tingimusi, nagu isiksuse muutused ja vaimne segadus. See on sagedane kaaslane, eriti sukeldumisel, mistõttu tuleb arvestada hapnikusisalduse ja maksimaalse sukeldumissügavusega.
Haigused ja häired
Enamikul organismidel on kaitsev ensüümide nagu peroksüdaas ja katalaas hapniku detoksifitseerimiseks. Hapnikuvaegus kehas tekitab mitokondrite DNA-d kahjustavaid vabu radikaale, millele antioksüdandid võivad vastu astuda. Selliseid tarbitakse koos toiduga ja need sisaldavad vitamiinid C, A ja E, mineraalid ja mikroelemendid. Rakkude redutseerivate ja oksüdeerivate ainete tasakaalustamatus viib keha häireteni võõrutus toimib ja kahjustab rakku. Seda nimetatakse oksüdatiivseks stress, mis omakorda viib vananemisprotsessideni. Hapnikupuudus esineb sageli aastal süda ja kops haigused. See omakorda kahjustab kõigi elutähtsate elundite artereid ja kudesid. Sellistel juhtudel tuleb manustada täiendavat hapnikku ja kunstlik hingamine tuleb esile kutsuda. Samamoodi teenib hapnik haavade paranemist protsess ise. Pärast operatsioone infektsioonid haavad võib tekkida, kusjuures koe ja kaitserakkude hapnikupinge veri mängivad rolli, mis võitlevad bakterid kehas vabade radikaalidega. Seetõttu antakse hapnikku tavaliselt ka pärast anesteesia nakkusohu vähendamiseks. Kroonilise hapnikupuudusega seotud haigused vajavad pikaajalist hapnikku ravi. Põhjused võivad hõlmata hingamisteede ahenemist, kopsuembooliat, kahjustusi kops koe või raske süda puudused.
