Happi: Mitä happi on – ja voiko sitä saada liikaa?

Kehittynyt monisoluinen eliö vaatii happea pysyäkseen elossa, koska happi on välttämätöntä solujen – ja siten kehon – energiantuotannolle. Kyse on käytännössä solujen voimalaitoksiksi kutsutuissa mitokondrioissa tapahtuvasta soluhengityksestä, jossa syntyy ATP:tä eli adenosiinitrifosfaattia.

Monivaiheisen prosessin lähtöaineina ovat yleensä rypälesokeri, glukoosi, ja happi. Esimerkiksi pyruvaattimolekyylit hapetetaan.

Glukoosin hajotus eli glykolyysi voi tapahtua myös ilman happea, mutta happi tekee siitä 13 kertaa tehokkaamman.

Niinpä happi on välttämättömyys monisoluisille eliöille madoista ihmisiin ja matelijoihin.

Tavallinen kuiva ilma koostuu 20,95-prosenttisesti hapesta. Kun ilma on kosteaa, osuus pienenee, koska vesihöyry vie osan tilasta.

Happipitoisuus on vaihdellut Maan olemassaolon aikana. Ensimmäisten kahden miljardin vuoden aikana kaasukehässä ei ollut lainkaan happea, mutta noin 2,4 miljardia vuotta sitten hapen määrä alkoi hitaasti kasvaa.

Yli 540 miljoonaa vuotta sitten tapahtuneen monisoluisten eliöiden runsastumisen jälkeen ilmakehän happipitoisuus on vaihdellut 15:stä 35 prosenttiin.

Hapen määrä oli suurimmillaan kivihiilikaudella, ja se ilmeisesti johti hyönteisten koon kasvuun. Silloin eli muun muassa sudenkorentoja, joiden siipiväli oli 70 senttiä.

Keskimääräinen hengitystiheys on 16 kertaa minuutissa, kun ollaan fyysisesti aktiivisia muttei esimerkiksi juosta hengästyneenä. Aikuinen saa hengitysilmasta noin 500 litraa eli 0,7 kiloa puhdasta happea vuorokaudessa.

Kaikkea keuhkojen vastaanottamaa happea ei kuluteta. Sisäänhengitysilma sisältää 20–21 prosenttia happea, mutta sitä on uloshengitysilmassakin noin 15 prosenttia.

Happi ei jakaudu kehoon tasaisesti. Aivot, joiden osuus ruumiinpainosta on vain kaksi prosenttia, ahnehtivat viidesosan koko happimäärästä, jotta ne voivat tyydyttää hyvin suuren energiantarpeensa.

Yliannoksesta happea ei aiheudu välitöntä vaaraa, mutta yli vuorokauden jatkuva liian runsas hapensaanti voi esimerkiksi vahingoittaa keuhkojen soluja.

Puhdasta – toisin sanoen 100-prosenttista – happea voidaan antaa sairaalassa muun muassa savumyrkytys- tai sydämenpysähdyspotilaille.

Apollo-ohjelman kuulennoilla astronautit hengittivät puhdasta happea, mutta ilmanpaine oli pienempi kuin maanpinnalla.

Soluja vahingoittava vaikutus ei riipu hapen prosenttiosuudesta vaan niin sanotusta osapaineesta, joka kertoo, mikä osa keuhkokudokseen kohdistuvasta ilmanpaineesta johtuu hapesta.

Mereen siirtyy happea ilmakehästä, mutta sitä tuottavat veteen myös yhteyttävät levät ja muut vesieliöt kaikkiaan yhtä paljon kuin mantereilla kasvavat kasvit.

Valtameret ovat kerrostuneet niin, että kerrokset eivät yleensä juuri sekoitu.

Ylempien vesikerrosten sisältämää happea ei siksi päädy syvänmeren pohjaan. Happea kuljettaa sen sijaan valtamerien maailmanlaajuinen virtausjärjestelmä, jossa hapekas pintavesi vajoaa tietyin paikoin useiden kilometrien syvyyteen ja virtaa kauas. Näin tapahtuu esimerkiksi Islannin, Grönlannin ja Färsaarten välisellä merialueella.

Epätasaisen jakautumisen takia pohjavesi on muun muassa Intian valtameren pohjoisosissa melkein hapetonta.

Sukeltajantaudissa verenkiertoon ja kudoksiin syntyvät kuplat johtuvat hapen sijasta typestä. Kuplia muodostuu, kun sukeltaja nousee liian nopeasti pintaan, ja ne saattavat johtaa hengenvaaralliseen verenkiertohäiriöön tukkiessaan suonia.

Sukeltajantautia hoidetaan yleensä painekammiossa tapahtuvalla paineistuksella, joka hävittää typpikuplat. Usein potilas saa samanaikaisesti myös happihoitoa.

Vereen syntyvistä happikuplista johtuva sukeltajantauti on teoriassa mahdollinen silloin, kun hengityskaasussa hapen osuus on merkittävästi suurempi kuin tavallisessa ilmassa. Keho käyttää happea kuitenkin niin reippaasti, että käytännössä vaaraa tuskin on olemassa.