Węgiel aktywny – działanie, na co pomaga, na co się stosuje?

Węgiel aktywny to nic innego, jak dobrze znany od tysiącleci technologii i medycynie węgiel drzewny, poddany opracowanemu w XVIII w. procesowi aktywacji, zwiększającemu jego właściwości absorpcyjne. I chociaż oficjalna medycyna zachodu zachowuje daleko posunięty sceptycyzm wobec jego zastosowań leczniczych, w naukowej literaturze tematu spotykamy również głosy przeciwne, przedstawiające węgiel aktywny jako na nowo odkryty, stary bezpieczny lek o ogromnym potencjale terapeutycznym.

1. Milion lat wspólnej historii
2. W historii Polski
3. Lekarstwo na rany
4. Fenicki wynalazek a jakość łyskacza
5. Trucizny i biegunki
6. W tradycji chińskiej medycyny
7. Dla osłody życia
8. We współczesnej medycynie
9. Nowa nadzieja w starym leku
10. Jako suplement
11. Strachy na Lachy
12. Mikrobiom na celowniku
13. Grafenowe kropki kwantowe
14. Fulereny
15. Fuleren fulenerowi nierówny
16. Węgiel niezwykły

Milion lat wspólnej historii

Ponieważ węgiel drzewny powstaje na skutek spalania materiału organicznego przy ograniczonym dostępie powietrza, jak ma to miejsce przykładowo przy tleniu się dużego stosu drewna, naukowcy podejrzewają, że człowiek odkrył ten materiał niedługi czas po tym, jak nauczył się kontrolować ogień. Natomiast najstarsze pewne dane archeologiczne, dotyczące świadomego używania ognia przez istoty praludzkie, pochodzącą sprzed mniej więcej miliona lat, z jaskini Wonderwerk w Republice Południowej Afryki. Z kolei najstarszych dowodów na celowe wykorzystanie węgla drzewnego przez człowieka dostarczają rysunki naskalne, wykonane z jego użyciem jako pigmentem przez jaskiniowców ok. 30 tysięcy lat temu.

Wprawdzie nie wiemy z całą pewnością, od kiedy człowiek zaczął celowo produkować i użytkować węgiel drzewny jako paliwo, niemniej nie mogło wydarzyć się po później, jak ok. 8800 r. p.n.e., albowiem z okolic tego roku pochodzi bryła gleby ze śladami stopionej miedzi, z tureckiej miejscowości Gre Filla. A do wytopu miedzi nie mogło zostać użyte drewno, albowiem temperatura jego spalania jest średnio dwukrotnie niższa od temperatury spalania węgla drzewnego i niewystarczająca do wytopienia miedzi z jej rudy.

W historii Polski

Chociaż nie mamy żadnych przesłanek przemawiających za tym, że pierwsi mieszkańcy Polski, którzy pojawili się na naszych ziemiach 800 tys. lat temu, używając ognia, nie znali węgla drzewnego, niemniej najstarsze dowody świadczące niezbicie o użytkowaniu tego surowca przez naszych przodków są bardzo późne. Dowodami tymi są słynne dymarki świętokrzyskie z I w. n.e. – proste piece do wytopu rudy żelaza, opalane węglem drzewnym.

Wprost niewiarygodna liczba 700 tys. odkrytych tego typu urządzeń wskazuje na Góry Świętokrzyskie jako na największy ośrodek hutnictwa żelaza, a tym samym obszar największego użytkowania węgla drzewnego, w całej ówczesnej Europie. Jednakże węgiel drzewny był dobrze znany naszym przodkom już dużo wcześniej, jak to nas uczy etymologia – nauka o pochodzeniu wyrazów. Otóż dziś mówiąc o węglu, mamy zwykle na myśli węgiel kamienny.

"Stosowanie węgla aktywowanego pomaga zredukować uczucie dyskomfortu po posiłku, takie jak wzdęcia i nadmierne gazy. Dzięki temu możesz cieszyć się pełnym komfortem nawet po ciężkostrawnym jedzeniu." Łukasz Domeracki - mgr Technologii Żywności

Jednak ten węgiel poznaliśmy dopiero w XII w., gdy na polskich ziemiach podjęto pierwsze próby jego wydobycia, nadając mu – bez wątpienia z uwagi na podobieństwo wyglądu – nazwę znanego od tysiącleci naszym praojcom węgla drzewnego w postaci „wągl”, pochodzącej od prasłowiańskiego wyrazu „ǫglь”, a jeszcze wcześniej od praindoeuropejskiego „angli” w tym samym znaczeniu – w znaczeniu węgla drzewnego.

A ponieważ Indoeuropejczycy, jako stepowi pasterze, przybyli z Ukrainy do Polski, gdzie zmieszali się ok. 3000 r. p.n.e. ze starszymi miejscowymi populacjami naszych przodków – rolnikami i łowcami-zbieraczami, dlatego fakty językowe zaświadczają o minimum pięciu tysiącach lat historii użytkowania węgla drzewnego na ziemiach polskich.

Lekarstwo na rany

Człowiek prawdopodobnie już bardzo dawno poznał się nie tylko na wartości opałowej, ale też zdrowotnej węgla drzewnego. Jednak najstarsze pisemne świadectwa medycznego wykorzystania węgla drzewnego znajdujemy dopiero w egipskich papirusach, datowanych na ok. 1500 r. p.n.e., wspominających o jego skuteczności w eliminacji nieprzyjemnych zapachów emanowanych przez jątrzące się rany. A ponieważ za tego typu zapachy odpowiadają gazy wytwarzane przez zakażające ranę bakterie, te egipskie zapisy poświadczają nam jednocześnie odkryte mimochodem, zarówno absorpcyjne, jak też antyseptyczne właściwości węgla drzewnego.

I tak w późniejszych czasach, w zasadzie we wszystkich tradycyjnych systemach medycyny ludowej, w swoich zastosowaniach zewnętrznych, węgiel drzewny był ordynowany na ropiejące i sączące się rany oraz na owrzodzenia i odleżyny, albowiem działał w tych przypadłościach osuszająco i absorbująco na bakterie zakaźne i ich toksyczne wydzieliny.

Fenicki wynalazek a jakość łyskacza

Podobnego odkrycia, zgodnie ze starożytnymi zapisami historycznymi, dokonali ok. 400 r. p.n.e. Fenicjanie, zalecając załogom swoich flotylli handlowych przechowywanie zapasów wody pitnej w wypalanych beczkach, co miało znacznie wydłużać jej przydatność do spożycia.

Korzyści tego wynalazku zostały szybko dostrzeżone przez starożytnych producentów i dystrybutorów napojów alkoholowych, tak że nawet w dzisiejszych czasach winiarze i browarnicy, hołdujący tradycyjnym technologiom, leżakują swoje wyroby w wypalanych beczkach, co nie tylko nadaje ich trunkom trwałości, ale również charakterystycznych, pożądanych przez koneserów nut aromatyczno-smakowych. A technologia ta tak się głęboko zakorzeniła w przemyśle fermentacyjnym, że w wypalanych beczkach leżakowane są nawet mocne trunki niewymagające utrwalania, takie jak koniak, whisky, burbon czy starka.

Trucizny i biegunki

Chociaż nie znamy konkretnej daty odkrycia odtruwających właściwości węgla drzewnego, wiemy z przekazów ludowych, że od niepamiętnych czasów cieszy się sławą uniwersalnej odtrutki. Zawsze był podstawowym środkiem w leczeniu wszelkiego rodzaju zatruć pokarmowych, czy to powodowanych zepsutą żywnością, trującymi grzybami, przedawkowanymi narkotykami, omyłkowo połkniętą trutką na gryzonie, czy w końcu trucizną dodaną do posiłku przez skrytobójcę. Standardowa procedura opierała się w tym przypadku najczęściej na jak najszybszym wykonaniu płukania żołądka wodną zawiesiną węgla drzewnego, a następnie na doustnym podaniu kilku jego dawek w przeciągu godziny.

Przez dawnych medyków węgiel drzewny był też zawsze standardowo podawany przy wszelkiego rodzaju problemach żołądkowo jelitowych – przy wymiotach i biegunkach nieznanego pochodzenia, owrzodzeniach przewodu pokarmowego, nadkwasocie, niestrawności i wzdęciach, zwanych w dawnych czasach „cuchnącymi gazami”.

W tradycji chińskiej medycyny

Pierwsze wzmianki o wykorzystaniu węgla drzewnego w medycynie chińskiej sięgają czasów Dynastii Han, rządzącej Państwem Środka w latach 206 p.n.e.–220 n.e. Co ciekawe, węgiel drzewny znajdował główne zastosowanie w medycynie chińskiej jako skuteczny środek przeciwkrwotoczny, stosowany przy krwawych biegunkach i wymiotach, krwiopluciu, krwotokach poporodowych i poporonieniowych oraz przy obfitych krwawieniach menstruacyjnych. Zgodnie z tradycją medycyny chińskiej, węgiel drzewny miał też pomagać przy żylakach i hemoroidach oraz wybroczynach związanych z zaburzoną elastycznością i szczelnością naczyń włosowatych.

Dla osłody życia

Obecnie cukier jest średnio 10 razy tańszy od miodu, podczas gdy jeszcze całkiem niedawno było zupełnie odwrotnie – cukier był 10 razy droższy od miodu. Tę sytuację rynkową odwrócili o 180 stopni Portugalczycy, eksploatujący od XVII w. ogromne plantacje trzciny cukrowej w Ameryce Południowej. Jednak mankamentem produkowanego przez nich masowo, surowego cukru była ciemna barwa produktu, obniżająca wszechstronność jego kulinarnego wykorzystania. Dlatego też, posiadając wiedzę o absorpcyjnych właściwościach węgla drzewnego, portugalscy plantatorzy zaczęli przefiltrowywać syrop cukrowy przez jego warstwy, otrzymując taki krystalicznie biały cukier, jakim znamy go dziś.

A że nowy produkt znakomicie przyjął się w rynku, szybki rozwój przemysłu rafinacyjnego wymusił potrzebę poszukiwań wydajniejszej formy węgla drzewnego o większych właściwościach adsorpcyjnych. A że potrzeba matką wynalazku, w sytuacji rosnącego zapotrzebowania na biały cukier, wynaleziono węgiel aktywny. I chociaż obecnie stosowane są różne technologie, początkowo węgiel drzewny, uzyskany poprzez spalanie drewna (ewentualnie innego materiału biologicznego) przy ograniczonym dostępie powietrza, aktywowano parą wodną o bardzo wysokiej temperaturze.

Jak wyjaśniono we współcześnie prowadzonych badaniach, zabieg aktywacji zwiększa powierzchnię jednego grama węgla drzewnego z 5 m2 do 3 000 m2 (2 g węgla aktywowanego osiągają powierzchnię boiska piłkarskiego), poprawiając tym samym zdecydowanie jego zdolności absorpcyjne.

We współczesnej medycynie

Węgiel aktywny wprowadził do współczesnej medycyny Tovery, który zademonstrował w 1831 r. przed Francuską Akademią Medyczną, że śmiertelna dawka strychniny staje się zupełnie nieszkodliwa po zmieszaniu z węglem aktywowanym.

We współczesnej medycynie, główne wskazania do zastosowania węgla aktywnego obejmują:

• zatrucia
• biegunki
• niestrawności
• wzdęcia

Jak bowiem dowiodły badania, dzięki swojej ogromnej potencji absorpcyjnej, węgiel aktywny pochłania i unieszkodliwia większość trucizn, toksyn pokarmowych i bakteryjnych, wirusów i gazów jelitowych. W przypadku zatrucia najważniejsze dla skuteczności terapii okazuje się szybkie podanie węgla aktywnego, w ciągu godziny od zażycia trucizny, albowiem zwykle tyle wynosi czas wchłaniania się większości trucizn. Co ciekawe, jak zaobserwowano w badaniach, podawanie węgla aktywnego w przypadku biegunek infekcyjnych zapobiega rozwojowi sepsy.

Węgiel a antybiotyki

Kolejną niezwykle ciekawą, aktualną obserwacją badawczą jest skuteczność węgla aktywnego w zapobieganiu dysbiozie poantybiotykowej, odpowiedzialnej za problemy żołądkowo jelitowe, pojawiające się jako skutki uboczne antybiotykoterapii. Jak bowiem wykazano w badaniach, wprawdzie podawane doustnie antybiotyki wchłaniają się niemal w całości, zwykle w przeciągu godziny, niemniej niewielkie, niewchłonięte ich ilości pozostają w jelitach, gdzie niszczą pożyteczną mikroflorę jelitową, co właśnie nazywamy dysbiozą.

Natomiast przyjęcie dawki węgla aktywnego w minimum godzinnym oddaleniu od dawki antybiotyku, nie obniża jego stężenia w krwiobiegu, za to eliminuje 99% niewchłoniętego środka, pozostającego w jelitach. Podobna praktyka, jak wynika z badań, z pełną skutecznością ochrania przewód pokarmowy przed rozwojem dysbiozy związanej z antybiotykoterapią.

Nowa nadzieja w starym leku

Plagą dzisiejszych czasów okazują się nieswoiste choroby zapalne jelit, czyli wrzodziejące zapalenie jelita grubego oraz choroba Leśniowskiego-Crohna. Otóż, jak mówią statystyki, w ostatnich latach zapadalność na te schorzenia stopniowo wzrasta na całym świecie, a najwyższą częstotliwość, wynoszącą ok. 500 przypadków na 100 000 osób, obserwujemy obecnie w Europie Północnej. Przebiegowi tych chorób zwykle towarzyszy ciężkie zapalenie jelit, w tym ból brzucha, biegunka, krwawienie z odbytu oraz utrata masy ciała.

Pomimo znacznego postępu w leczeniu nieswoistych chorób zapalnych jelit, brakuje do tej pory dostępnych, tzw. trapi ostatecznych, gwarantujących całkowite wyleczenie, natomiast pojawia się inne wyzwanie, w postaci problemu toksyczności leków stosowanych przy tych schorzeniach. Dlatego też, znając ochronny wpływ węgla aktywnego na przewód pokarmowy, naukowcy badali również jego skuteczność w leczeniu nieswoistych chorób zapalnych jelit. A podsumowując efekty tych eksperymentów orzekli, że uzyskane wyniki wskazują na zdolność węgla aktywnego do hamowania stanu zapalnego jelit i tym samym stanowią pewne dowody na skuteczność jego potencjalnego zastosowania w leczeniu wspomagającym nieswoistych chorób zapalnych jelit.  

Jako suplement

Poza preparatami leczniczymi, stosowanymi ze wskazań medycznych przy wymienionych wyżej problemach zdrowotnych, na rynku spotykamy również suplementy diety a nawet produkty żywności funkcjonalnej z węglem aktywnym, z przeznaczeniem do uzupełniania codziennej diety. Jednak pojawienie się tego typu produktów spotkało się ze sceptycyzmem niektórych środowisk medycznych. Podstawowa wątpliwość dotyczyła tutaj kwestii, czy niezwiązany chemicznie węgiel, czyli nie jako budulec cząsteczek organicznych (węglowodanów, kwasów tłuszczowych, aminokwasów), można w ogóle uznać za składnik pokarmowy, czyli czy istnieje jakakolwiek zasadność uzupełniania nim diety?

Tutaj możemy od razu rozwiać podobne wątpliwości, gdyż węgiel stał się składnikiem diety człowieka od czasu, gdy nauczył się on używać ognia do kulinarnej obróbki żywności. Co najciekawsze, solidnie przypieczone, czyli częściowo zwęglone, kąski żywności większość z nas uznaje za smakowo niezwykle atrakcyjne, co oznacza, że – jak podpowiada nam intuicja – spożycie węgla musi nieść jakieś wymierne korzyści dla naszego organizmu.

Strachy na Lachy

Przeciwnicy suplementacji węgla aktywnego straszą rzekomymi skutkami ubocznymi jego suplementacji w postaci obstrukcji i niedrożności jelit. Wyjaśnimy, że stosowanie węgla aktywnego może rzeczywiście wiązać się z podobnymi problemami, ale tylko gdy jest on podawany ze wskazań medycznych w kilkudziesięciogramowych dawkach dobowych (zatrucie, biegunka), a nie w dwugramowych dawkach suplementacyjnych. Jednakże tak dla świętego spokoju, warto pamiętać o większym spożyciu wody podczas suplementacji węglem aktywnym, co skutecznie oddali ewentualne niebezpieczeństwo pojawiania się podobnych problemów.  

Drugim argumentem przeciwników suplementacji węgla aktywnego jest jego wyjątkowo wysoka zdolność do absorpcji polifenoli – niezwykle pożytecznych zdrowotnie, roślinnych składników pokarmowych, budujących barierę antyoksydacyjną, działających przeciwzapalnie oraz uszczelniających śródbłonek naczyniowy. To szczególne powinowactwo węgla aktywnego do polifenoli wzbudziło również zainteresowanie naukowców, którzy badali ten problem.

A jak się w efekcie tych badań okazało, ku zaskoczeniu samych badaczy, absorpcja przez węgiel toksyn i polifenoli przynosi zupełnie odwrotne skutki – nie pozbawia cząsteczek ich aktywności biologicznej, tylko ją potęguje. Jak wykazano w tych badaniach, do wywołania charakterystycznych dla polifenoli efektów biologicznych potrzebna była 200 razy niższa ich dawka zaabsorbowana węglem, niż pochodząca z ekstraktu roślinnego.

Mikrobiom na celowniku

Jak już wynika ze wskazań leczniczych do stosowania węgla aktywnego, szczególnych korzyści jego suplementacji powinny spodziewać się osoby z tendencjami do wzdęć. Jak jednak dowiodły badania, mechanizm działania węgla aktywnego nie ogranicza się tylko do samej absorpcji gazów. Otóż węgiel aktywny reguluje pozytywnie nasz mikrobiom jelitowy, czyli że musimy go zaliczyć do grupy prebiotyków, albowiem eksperci WHO zdefiniowali prebiotyki jako niezbędne do życia składniki pokarmowe, które wywierają korzystny wpływ na zdrowie gospodarza w związku z modulacją zespołu mikroorganizmów jelitowych.

Grafenowe kropki kwantowe

Przy okazji poszukiwania mechanizmów aktywacji polifenoli, naukowcy ustalili, że węgiel drzewny obfituje w grafenowe kropki kwantowe. Grafen to jedna z postaci krystalicznych węgla, a kropka kwantowa to jego maleńka drobina, podlegająca – z uwagi na swoje wymiary – zjawiskom kwantowym.  I chociaż się okazało, że grafenowe kropki kwantowe jedynie nieznacznie potęgują aktywność biologiczną polifenoli (ok. 2-krotnie), wykazują szczególne powinowactwo do mózgu, gdzie hamują procesy neurodegeneracyjne, zapobiegając rozwojowi takich problemów zdrowotnych, jak choroba Parkinsona czy Alzheimera.

Fulereny

Fulereny to cząsteczki organiczne, składające się z parzystej liczby (28-1500) atomów węgla, tworzące zamknięte, puste w środku bryły geometryczne. Najbardziej rozpoznawalnym fulerenem jest zbudowany z 60 atomów węgiel C60, którego molekuła wygląda dokładnie tak, jak piłka futbolowa. Wprawdzie pierwsze fulereny uzyskano syntetycznie, odtwarzając w laboratorium warunki reakcji chemicznych, przebiegających w atmosferach gwiazd, w toku dalszych badań ustalono, że występują dość powszechnie w zwęglonej materii organicznej, w tym w węglu drzewnym, gdzie ich stężenie wzrasta na skutek procesu jego aktywacji.

Z uwagi na podobieństwo struktury, właściwości fizyko-chemiczne fulerenów są zbliżone do cyklicznych związków pierścieniowych, takich jak wspominane wyżej polifenole. Tak więc fulereny są w pierwszej kolejności, tak jak polifenole, wyjątkowo aktywnymi antyoksydantami. Podobnie do polifenoli, fulereny zwiększają stabilność kolagenu, co tłumaczy omówione wyżej, znane z praktyki medycyny chińskiej właściwości węgla drzewnego, polegające na uszczelnianiu i poprawie elastyczności naczyń krwionośnych.

Inna sprawa, że – jak ustalili badający ten fenomen, chińscy naukowcy – węgiel drzewny obfituje w polifenole, szczególnie katechinę i kwas galusowy, które naturalnie występują w drewnie i jako związki odporne na temperatury osiągane przy jego zwęglaniu, ulegają kondensacji w węglu drzewnym.

Fuleren fulenerowi nierówny

Na skalę przemysłową fulereny produkowane są poprzez spalenie toluenu – organicznego związku chemicznego z grupy węglowodorów aromatycznych. Badania prowadzone pod kątem zdrowotnych właściwości przemysłowych fulerenów dawały niejednoznaczne wyniki, czyli obserwowano w nich zarówno pozytywne, jak też negatywne skutki zdrowotne. Wiele zależy tutaj najprawdopodobniej od dawki i celu stosowania, ale badania wciąż trwają…

"Węgiel aktywny absorbuje toksyny. Jest to rozwiązanie doraźne, które warto stosować w wyjątkowych sytuacjach, gdy układ pokarmowy potrzebuje dodatkowego wsparcia." Łukasz Domeracki - mgr Technologii Żywności

Natomiast w odniesieniu do fulerenów pochodzących z węgla aktywnego potwierdzono brak ich negatywnego wpływu na zdrowie. Jak postulują naukowcy na podstawie licznych już w tej chwili wyników badań, dzięki swoim unikalnym właściwościom przeciwutleniającym i przeciwzapalnym, mogą skutecznie wspomagać walkę ze skutkami starzenia się organizmu oraz chorób związanych z podeszłym wiekiem.

W badaniach dotychczas dowiedziono, że fulereny – głównie z uwagi na swoją aktywność antyoksydacyjną i przeciwzapalną – wspomagają leczenie chorób alergicznych, neurodegeneracyjnych, wirusowych i chorób zapalnych jelit, wspomagają procesy uczenia się i zapamiętywania, opóźniają proces starzenia się skóry, wzmacniają włosy i pobudzają ich wzrost, a także wydłużają czas aktywnej pracy mięśni przed wystąpieniem objawów zmęczenia oraz skracają czas regeneracji siły mięśni po wysiłku fizycznym.    

Węgiel niezwykły

Ponieważ fulereny, podobnie jak cykliczne związki pierścieniowe, znacznie lepiej rozpuszczają się w tłuszczu, niż w wodzie, dlatego też – dla ich dobrego wchłaniania – najlepiej suplementować węgiel aktywny przy posiłkach zawierających tłuszcz. Dobrze, jeżeli taki posiłek będzie jednocześnie obfitował w polifenole (owoce, warzywa, orzechy, pełne zboża, przyprawy, czekolada, kawa naturalna, kawa zbożowa, zielona lub czarna herbata, kakao, napary ziołowe), albowiem węgiel aktywny pomoże nam wykorzystać w maksymalnym stopniu ich prozdrowotną aktywność biologiczną.

Ogólnie można powiedzieć, że w chwili obecnej obserwujemy renesans węgla drzewnego jako najstarszego leku ludzkości. W literaturze tematu możemy spotkać się nawet z opinią naukowców, że węgiel drzewny to najbardziej niezwykły dar natury, jaki udało się kiedykolwiek odkryć człowiekowi.

Autor: Sławomir Ambroziak

Źródła:                                                   

• https://www.mdpi.com/2311-5629/9/3/72
• https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1567576916304398
• https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3521259/  
• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK482294/
• https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10886519/
• https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5853327/
• https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2186495012000144
• https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30865828/
• https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/1536383X.2017.1339274
• https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6713113/
• https://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:3e6cc288-f7ec-41d0-85c1-971529a35c40
• https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10808307/
• https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9833127/
• https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5237293/
•  https://www.biologicznefulereny.pl/