Дыхание и углекислый газ. Привет студент

⁰

Изучение влияния на организм человека токсического действия СО 2 представляет существенный практический интерес для биологии и медицины.

Источником СО 2 в газовой среде герметической кабины является прежде всего сам человек, так как СО 2 - один из основных конечных продуктов обмена, образующихся в процессе метаболизма в организме человека и животных. В состоянии покоя человек в сутки выделяет около 400 л СО 2 , при физической работе образование СО 2 и соответственно выделение его из организма значительно возрастают. Помимо этого необходимо иметь в виду, что СО 2 непрерывно образуется в процессе гниения и брожения. Углекислый газ бесцветен, обладает слабым запахом и кисловатым вкусом. Несмотря на эти качества, при накоплении СО 2 в ИГА до нескольких процентов его присутствие оказывается незаметным для человека, так как упомянутые выше свойства (запах и вкус) могут быть обнаружены, по-видимому, только при весьма высоких концентрациях СО 2 .

Исследования Бреслава, в которых испытуемые осуществляли «свободный выбор» газовой среды, показали, что люди начинают избегать ИГА только в тех случаях, когда Р СО 2 в ней превышает 23 мм рт. ст. При этом реакция обнаружения СО 2 связана не с запахом и вкусом, а с проявлением его действия на организм, прежде всего с ростом легочной вентиляции и снижением физической работоспособности.

В земной атмосфере содержится небольшое количество СО 2 (0,03%), что обусловлено участием его в кругообороте веществ. Десятикратное увеличение СО 2 во вдыхаемом воздухе (до 0,3%) еще не оказывает заметного влияния на жизнедеятельность и работоспособность человека. В такой газовой среде человек может находиться очень долго, сохраняя нормальное состояние здоровья и высокий уровень работоспособности. Это, вероятно, обусловлено тем, что в процессе жизнедеятельности образование СО 2 в тканях подвержено значительным колебаниям, превышающим десятикратные изменения содержания этого вещества во вдыхаемом воздухе. Значительное повышение Р СО 2 в ИГА вызывает закономерные изменения физиологического состояния. Эти изменения обусловлены прежде всего функциональными сдвигами, возникающими в центральной нервной системе, дыхании, кровообращении, а также сдвигами кислотно-щелочного равновесия и нарушениями минерального обмена. Характер функциональных сдвигов при гиперкапнии определяется величиной Р СО 2 во вдыхаемой газовой смеси и временем воздействия этого фактора на организм.

Еще Клодом Бернаром в прошлом столетии было показано, что основная причина, вызывающая развитие тяжелого патологического состояния у животных при длительном пребывании их в герметически замкнутых, невенти-лируемых помещениях, связана с повышением содержания СО 2 во вдыхаемом воздухе. В исследованиях на животных был изучен механизм физиологического и патологического действия СО 2 .

О физиологическом механизме влияния гиперкапнии можно в общих чертах судить на основании схемы, приведенной на рис. 19.

Следует иметь в виду, что в случаях длительного по времени пребывания в ИГА, в которой Р СО 2 повышено до 60-70 мм рт. ст. и более, характер физиологических реакций и прежде всего реакций центральной нервной системы существенно изменяется. В последнем случае вместо стимулирующего влияния, как это указано на рис. 19, гиперкапния оказывает угнетающее действие и приводит уже к развитию наркотического состояния. Оно быстро возникает в случаях, когда Р СО 2 возрастает до 100 мм рт. ст. и выше.

Усиление легочной вентиляции при повышении Р СО 2 в ИГА до 10-15 мм рт. ст. и выше определяется, по крайней мере, двумя механизмами:рефлекторной стимуляцией дыхательного центра с хеморецепторов сосудистых зон, и прежде всего сино-коротидной, и стимуляцией дыхательного центра с центральных хеморецепторов. Рост легочной вентиляции при гиперкапнии является основной приспособительной реакцией организма, направленной на поддержание Ра СО 2 на нормальном уровне. Эффективность этой реакции по мере увеличения Р СО 2 в ИГА снижается, так как несмотря на возрастающее усиление легочной вентиляции неуклонно растет и Ра СО 2 .

Рост Ра СО 2 оказывает антагонистическое влияние на центральный и периферический механизмы, регулирующие сосудистый тонус. Стимулирующее влияние СО 2 на сосудодвигательный центр, симпатическую нервную систему определяет сосудосуживающее действие и приводит к увеличению периферического сопротивления, повышению частоты сердечных сокращений и увеличению минутного объема сердца. Одновременно СО 2 оказывает и непосредственное влияние на мышечную стенку сосудов, способствуя их расширению.

Рис. 19. Механизмы физиологического и патофизиологического действия СО 2 на организм животных и человека (по Малкину)

Взаимодействие этих антагонистических влияний в конечном счете и определяет реакции сердечно-сосудистой системы при гиперкапнии. Из сказанного можно сделать заключение, что в случае резкого снижения центрального сосудосуживающего действия гиперкапния может приводить к развитию коллаптоидных реакций, которые были отмечены в эксперименте на животных в условиях значительного повышения содержания СО2 в ИГА.

При большом повышении Р С0 2 в тканях, которое неизбежно возникает в условиях значительного повышения Р СО 2 в ИГА, отмечается развитие наркотического состояния, которое сопровождается отчетливо выраженным снижением уровня обмена. Эта реакция может быть оценена так же, как приспособительная, так как она приводит к резкому уменьшению образования СО 2 в тканях в период, когда транспортные системы, включая и буферные системы крови, оказываются уже не в состоянии поддерживать Ра СО 2 - важнейшую константу внутренней среды на уровне, близком к нормальному.

Важно, что порог реакций различных функциональных систем при развитии острой гиперкапнии неодинаков.

Так, развитие гипервентиляции проявляется уже при повышении Р СО 2 в ИГА до 10- 15 мм рт. ст., а при 23 мм рт. ст. эта реакция становится уже весьма выраженной - вентиляция возрастает почти в 2 раза. Развитие тахикардии и повышение артериального давления крови проявляются тогда, когда Р СО 2 возрастает в ИГА до 35-40 мм рт. ст. Наркотическое же действие отмечено при еще более высоких величинах Р СО 2 в ИГА, порядка 100-150 мм рт. ст., в то время как стимулирующее влияние СО 2 на нейроны коры больших полушарий головного мозга было отмечено при Р СО 2 порядка 10-25 мм рт. ст.

Теперь кратко рассмотрим эффекты действия различных величин Р СО 2 в ИГА на организм здорового человека.

Большое значение для суждения об устойчивости человека к гиперкапнии и для нормирования СО 2 имеют исследования, в которых испытуемые, практически здоровые люди, находились в условиях ИГА с избыточными величинами Р СО 2 . В этих исследованиях были установлены характер и динамика реакций ЦНС, дыхания и кровообращения, а также изменения работоспособности при различных величинах Р СО 2 в ИГА.

При относительно кратковременном пребывании человека в условиях ИГА с Р СО 2 до 15 мм рт. ст., несмотря на развитие неболыпого дыхательного ацидоза, существенных сдвигов физиологического состояния не было обнаружено. Люди, находившиеся в такой среде в течение нескольких дней, сохраняли нормальную интеллектуальную работоспособность и не предъявляли жалоб, свидетельствующих об ухудшении самочувствия; лишь при Р СО 2 , равном 15 мм рт. ст., некоторые испытуемые отмечали снижение физической работоспособности, особенно при выполнении тяжелой работы.

При повышении Р СО 2 в ИГА до 20-30 мм рт. ст. у обследуемых был отчетливо выражен дыхательный ацидоз и рост легочной вентиляции. После относительно кратковременного повышения скорости выполнения психологических тестов наблюдалось снижение уровня интеллектуальной работоспособности. Способность выполнять тяжелую физическую работу также оказывалась заметно сниженной. Было отмечено расстройство ночного сна. Многие обследуемые предъявляли жалобы на головную боль, головокружение, одышку и чувство нехватки воздуха при выполнении физической работы.

Рис. 20. Классификация различных эффектов токсического действия СО 2 в зависимости от величины Р СО 2 в ИГА (составлен Ротом и Биллингсом по данным Шеффера, Кинга, Невисона)

I - индифферентная зона;

Л - зона незначительных физиологических сдвигов;

III - зона выраженного дискомфорта;

IV - зона глубоких функциональных расстройств, потеря

сознания А - индифферентная зона;

В - зона начальных функциональных расстройств;

В - эона глубоких нарушений

При увеличении Р СО 2 в ИГА до 35- 40 мм рт. ст. у обследуемых повышалась легочная вентиляция в 3 раза и более. Появлялись функциональные сдвиги в системе кровообращения: повышалась частота сердечных сокращений, росло артериальное давление крови. После кратковременного пребывания в такой ИГА испытуемые жаловались на головную боль, головокружение, нарушения зрения, потерю пространственной ориентировки. Выполнение даже легкой физической нагрузки было сопряжено со значительными трудностями и приводило к развитию резкой одышки. Выполнение психологических тестов также было затруднено, интеллектуальная работоспособность заметно снижалась. При повышении Р СО 2 в ИГА более 45-50 мм рт. ст. острые гиперкапнические расстройства возникали весьма быстро - в течение 10- 15 мин..

Обобщение опубликованных в литературе данных относительно устойчивости человека к токсическому действию СО 2 , равно как и установление предельно допустимого времени пребывания человека в ИГА с повышенным содержанием СО 2 , встречает определенные трудности. Они связаны прежде всего с тем, что устойчивость человека к гиперкапнии в значительной степени зависит от физиологического состояния и в первую очередь от величины выполняемой физической работы. В большинстве известных работ исследования проводились с испытуемыми, находившимися в условиях относительного покоя и лишь периодически выполнявшими различные психологические тесты.

На основании обобщения результатов, полученных в этих работах, было предложено условно выделить четыре различные зоны токсического действия гиперкапнии в зависимости от величины Р СО 2 в ИГА (рис. 20).

Существенное значение для формирования физиологических реакций и устойчивости человека к гиперкапнии имеет скорость роста величины Р СО 2 во вдыхаемой газовой смеси. При помещении человека в ИГА с высоким Р СО 2 , равно как и при переключении его на дыхание газовой смесью, обогащенной СО 2 , быстрое повышение РА СО 2 сопровождается более острым течением гиперкапнических расстройств, чем при медленном повышении Р СО 2 в ИГА. К счастью, последнее более характерно для токсического влияния СО 2 в условиях космических полетов, так как все возрастающий объем кабин кораблей определяет относительно медленное нарастание Р СО 2 в ИГА в случаях отказа системы регенерации воздуха. Более острое течение гиперкапнии может иметь место при выходе из строя системы регенерации скафандра. При острой гиперкапнии трудность точного разграничения зон, определяющих качественно различные проявления токсического действия СО 2 , в зависимости от величины Р СО 2 , связана с наличием фазы «первичной адаптации», продолжительность которой тем больше, чем выше концентрация СО 2 . Речь идет о том, что после быстрого вхождения человека в ИГА, содержащую высокую концентрацию СО 2 , возникают выраженные сдвиги в организме, которые, как правило, сопровождаются появлением жалоб на головную боль, головокружение, потерю пространственной ориентировки, расстройства зрения, тошноту, нехватку воздуха, боль в груди. Все это приводило к тому, что нередко исследование прекращалось уже через 5-10 мин. после перехода испытуемого в гиперкапническую ИГА.

Опубликованные исследования показывают, что при увеличении Р СО 2 в ИГА до 76 мм рт. ст. такое неустойчивое состояние постепенно проходит и возникает как бы частичная адаптация к измененной газовой среде. У испытуемых отмечается некоторая нормализация интеллектуальной работоспособности, и одновременно становятся более умеренными жалобы на головную боль, головокружение, зрительные расстройства и т. п. Продолжительность неустойчивого состояния определяется временем, в течение которого происходит повышение РА СО 2 и отмечается непрерывный рост легочной вентиляции. Вскоре после стабилизации на новом уровне РА СО 2 и легочной вентиляции отмечается развитие частичной адаптации, сопровождающейся улучшением самочувствия и общего состояния обследуемых. Такая динамика развития острой гиперкапнии при больших величинах Р СО 2 в ИГА явилась причиной значительных расхождений в оценке разными исследователями возможного времени пребывания человека в этих условиях.

На рис. 20 при оценке влияния различных величин Р СО 2 «первичная адаптация» хотя и учтена по времени, однако не указано, что физиологическое состояние человека неодинаково в различные периоды пребывания в ИГА с высоким содержанием СО 2 . Еще раз целесообразно отметить, что результаты, представленные на рис. 20, получены в исследованиях, во время которых испытуемые находились в состоянии покоя. В связи с этим полученные данные без соответствующей корреляции не могут быть использованы для прогноза изменений физиологического состояния космонавтов в случаях накопления СО 2 в ИГА, так как в полете может возникать необходимость выполнения физической работы различной интенсивности.

Установлено, что устойчивость человека к токсическому действию СО 2 снижается по мере увеличения физической нагрузки, которую он выполняет. В связи с этим большое практическое значение приобретают исследования, в которых токсическое действие СО 2 изучалось бы у практически здоровых людей, выполнявших физическую работу различной тяжести. К сожалению, в литературе такие сведения малочисленны, в связи с чем этот вопрос нуждается в дальнейшем изучении. Все же на основании имеющихся данных мы сочли целесообразным с определенным приближением указать на возможность пребывания и выполнения различной физической нагрузки в ИГА в зависимости от величины в ней Р СО 2 .

Как видно из данных, приведенных в табл. 6, при повышении Р СО 2 до 15 мм рт. ст. длительное выполнение тяжелой физической работы оказывается затрудненным; при повышений Р СО 2 до 25 мм рт. ст. ограничена уже возможность выполнения работы средней тяжести и заметно затруднено выполнение тяжелой работы. При увеличении Р СО 2 до 35-40 мм рт. ст. ограничена возможность выполнения даже легкой работы. При повышении Р СО 2 до 60 мм рт. ст. и более, несмотря на то, что человек в состоянии покоя еще может находиться некоторое время в такой ИГА, однако он уже оказывается практически неспособным выполнять какую-либо работу. Для снятия отрицательного влияния острой гиперкапнии лучшим средством является перевод пострадавших в условия «нормальной» атмосферы.

Результаты исследований многих авторов показывают, что быстрое переключение людей, длительно находившихся в ИГА с повышенным Р СО 2 , на дыхание чистым кислородом или воздухом часто вызывает ухудшение их самочувствия и общего состояния. Этот феномен, выраженный в резкой форме, был впервые обнаружен в опытах на животных и описан П. М. Альбицким, который дал ему название обратного действия СО 2 . В связи со сказанным в случаях развития у людей гиперкапнического синдрома следует постепенно выводить их из ИГА, обогащенной СО 2 , относительно медленно снижая в ней Р СО 2 . Попытки купировать гиперкапнический синдром введением щелочей- трис-буфера, соды и т. п.- не дали стойких положительных результатов, несмотря на частичную нормализацию pH крови.

Определенное практическое значение имеет изучение физиологического состояния и работоспособности человека в случаях, когда в результате отказа регенерационной установки в ИГА будут одновременно снижаться Р О 2 и повышаться Р СО 2 .

При значительной скорости нарастания СО 2 и соответствующей ей скорости снижения О 2 , которое имеет место при дыхании в замкнутом, небольшом по величине объеме, как показали исследования еще Холдена и Смита, резкое ухудшение физиологического состояния и самочувствия испытуемых отмечается при повышении СО 2 во вдыхаемой газовой смеси до 5-6% (Р СО 2 -38-45 мм рт. ст.), несмотря на то, что снижение содержания О 2 в этот период времени было еще относительно невелико. При более медленном развитии гиперкапнии и гипоксии, как указывают многие авторы, заметные расстройства работоспособности и ухудшение физиологического состояния наблюдаются при повышении Р СО 2 до 25-30 мм рт. ст. и соответствующем снижении Р О 2 до 110-120 мм рт. ст. Согласно данным Карлина и др., при 3-суточном воздействии ИГА, содержавшей 3% СО 2 (22,8 мм рт. ст.) и 17% О 2 , работоспособность испытуемых была заметно снижена. Эти данные находятся в некотором противоречии с результатами исследований, отмечавших относительно небольшие изменения работоспособности даже при более значительном (до 12%) снижении О 2 в ИГА и повышении в ней СО 2 до 3%.

При одновременном развитии гиперкапнии и гипоксии основным симптомом токсического действия является одышка. Величина вентиляции легких при этом оказывается более значительной, чем при равной по величине гиперкапнии. Согласно мнению многих исследователей, столь значительный рост легочной вентиляции определяется тем, что гипоксия повышает чувствительность дыхательного центра к СО 2 , в результате чего комбинированное действие избытка СО 2 и недостатка О 2

в ИГА приводит не к аддитивному влиянию этих факторов, а к их потенцированию. Об этом можно судить потому, что величина легочной вентиляции оказывается больше той величины вентиляции, которая должна была бы быть при простом складывании эффекта от снижения РА О 2 и увеличения РА СО 2 .

На основании этих данных и характера наблюдаемых нарушений физиологического состояния можно сделать заключение, что ведущая роль в начальном периоде развития патологических состояний в ситуациях, когда имеет место полный отказ системы регенерации, принадлежит гиперкапнии.

ХРОНИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ГИПЕРКАПНИИ

Изучение длительного влияния на организм человека и животных повышенных; величин Р СО 2 в ИГА позволило установить, что появлению клинических симптомов храническо-го токсического действия СО 2 предшествуют закономерные изменения кислотно-щелочного равновесия - развитие дыхательного ацидоза, приводящего к нарушению метаболизма. При этом возникают сдвиги в минеральном обмене, которые, по-видимому, имеют адаптационный характер, так как способствуют сохранению кислотно-щелочного равновесия. Об этих изменениях можно судить по периодическому повышению содержания кальция в крови и по изменениям содержания кальция и фосфора в костной ткани. В связи с тем, что кальций входит в соединения с СО 2 , с ростом Ра СО 2 количество СО 2 , связанного с кальцием, в костях возрастает. В результате сдвигов в минеральном обмене возникает ситуация, способствующая образованию солей кальция в выделительной системе, следствием чего может быть развитие почечно-каменной болезни. На справедливость такого заключения указывают результаты исследования на грызунах, у которых после длительного содержания в ИГА с Р СО 2 , равным 21 мм рт. ст. и выше, были обнаружены камни в почках.

В исследованиях с участием людей было также установлено, что в случаях длительного пребывания в ИГА с Р СО 2 , превышающим 7,5-10 мм рт. ст., несмотря на видимое сохранение нормального физиологического состояния и работоспособности, у испытуемых отмечались изменения метаболизма, обусловленные развитием умеренного газового ацидоза.

Так, во время операции «Хайдаут» испытуемые находились в течение 42 дней в подводной лодке в условиях ИГА, содержавшей 1,5% СО 2 (Р СО 2 - 11,4 мм рт. ст.). Основные физиологические параметры, как вес и температура тела, величина кровяного давления и частота пульса, оставались без существенных изменений. Однако при исследовании дыхания, кислотно-щелочного равновесия и каль-ций-фосфорного обмена были обнаружены сдвиги, имевшие адаптивный характер. На основании изменений pH мочи и крови было установлено, что примерно с 24-го дня пребывания в ИГА, содержавшей 1,5% СО 2 , у испытуемых имело место развитие некомпенси-руемого газового ацидоза. При месячном нахождении молодых здоровых мужчин в ИГА с содержанием 1% СО 2 , согласно данным С. Г. Жарова и др., у испытуемых не было обнаружено изменений pH крови, несмотря на небольшое увеличение РА СО 2 и увеличение на 8-12% легочной вентиляции, свидетельствующее о незначительном компенсируемом газовом ацидозе.

Длительное пребывание (30 дней) испытуемых в ИГА с повышенным до 2% содержанием СО 2 приводило к снижению pH крови, росту РА СО 2 и увеличению легочной вентиляции на 20-25%. В условиях покоя испытуемые чувствовали себя хорошо, однако при выполнении интенсивной физической нагрузки некоторые из них предъявляли жалобы на головную боль и быстрое утомление.

При нахождении в ИГА с 3 % СО 2 (Р СО 2 - 22,8 мм рт. ст.) большинство испытуемых отмечало ухудшение самочувствия. При этом изменения pH крови свидетельствуют о быстром развитии некомпенсируемого газового ацидоза. Пребывание в такой среде хотя и возможно в течение многих, дней, но всегда связано с развитием дискомфорта и прогрессирующим снижением работоспособности.

В результате этих исследований было сделано заключение о том, что длительное (многомесячное) пребывание человека в ИГА с Р СО 2 , превышающим 7,5 мм рт. ст., является нежелательным, так как может привести к проявлению хронического токсического действия СО 2 . Некоторые исследователи указывают, что при пребывании человека в течение 3-4 месяцев в ИГА величина Р СО 2 не должна превышать 3-6 мм рт. ст..

Таким образом, при оценке в целом эффекта хронического влияния гиперкапнии можно согласиться с мнением К. Шефера о целесообразности выделения трех основных уровней повышения Р СО 2 в ИГА, которые определяют различную переносимость человеком гиперкапнии. Первый уровень соответствует повышению Р СО 2 в ИГА до 4-6 мм рт. ст.; он характеризуется отсутствием сколько-нибудь значимого влияния на организм. Второй уровень соответствует повышению Р СО 2 в ИГА до 11 мм рт. ст. При этом основные физиологические функции и работоспособность не претерпевают значительных изменений, однако имеет место медленное развитие сдвигов со стороны дыхания, регуляции

кислотно-щелочного равновесия и обмена электролитов, в результате чего могут возникать патологические изменения.

Третий уровень - повышение Р СО 2 до 22 мм рт. ст. и выше - приводит к снижению работоспособности, выраженным сдвигам физиологических функций и развитию через различные сроки времени патологических состояний.

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.

Без цвета и запаха. Важнейший регулятор кровообращения и дыхания. Не токсичен. Без него не было бы сдобных булочек и приятно колких газированных напитков. Из этой статьи вы узнаете, что такое углекислый газ и как он влияет на организм человека...

Большинство из нас плохо помнят школьный курс физики и химии, но знают: газы невидимы и, как правило, неосязаемы, а потому коварны. Поэтому, прежде чем ответить на вопрос, вреден ли углекислый газ для организма, давайте вспомним, что он собой представляет.

Одеяло Земли

CO2 - двуокись углерода. Он же - углекислый газ, оксид углерода (IV) или угольный ангидрид. В нормальных условиях это бесцветный не имеющий запаха газ с кисловатым вкусом.

В условиях атмосферного давления двуокись углерода имеет два агрегатных состояния: газообразное (углекислый газ тяжелее воздуха, плохо растворяется в воде) и твёрдое (при –78 °С превращается в сухой лёд).

Углекислый газ - один из главных составляющих окружающей среды. Он содержится в воздухе и подземных минеральных водах, выделяется при дыхании человека и животных, участвует в фотосинтезе растений.

Двуокись углерода активно влияет на климат. Она регулирует теплообмен планеты: пропускает ультрафиолет и блокирует инфракрасное излучение. В связи с этим углекислый газ порой называют одеялом Земли.

O2 - энергия. CO2 - искра

Двуокись углерода сопровождает человека на протяжении всей жизни. Будучи естественным регулятором дыхания и кровообращения, углекислый газ является неотъемлемым компонентом обмена веществ.

Вдыхая около 30 литров кислорода в час, человек выделяет 20–25 литров углекислого газа.

Делая вдох, человек наполняет лёгкие кислородом. При этом в альвеолах (специальных «пузырьках» лёгких) происходит двусторонний обмен: кислород переходит в кровь, а углекислый газ выделяется из неё. Человек выдыхает. CO2 - один из конечных продуктов метаболизма. Говоря образно, кислород - это энергия, а углекислый газ - искра, разжигающая её.

Углекислый газ не менее важен для организма, чем кислород. Он является физиологическим стимулятором дыхания: влияет на кору головного мозга и стимулирует дыхательный центр. Сигналом для очередного вдоха служит не недостаток кислорода, а избыток углекислого газа. Ведь обмен веществ в клетках и тканях непрерывен, и нужно постоянно удалять его конечные продукты.

Кроме того, углекислый газ влияет на секрецию гормонов, активность ферментов и скорость биохимических процессов.

Равновесие газообмена

Углекислый газ не токсичен, не взрывоопасен и абсолютно безвреден для людей. Однако для нормальной жизнедеятельности крайне важен баланс двуокиси углерода и кислорода. Недостаток и избыток углекислого газа в организме приводит к гипокапнии и гиперкапнии соответственно.

Гипокапния - недостаток СО2 в крови. Возникает в результате глубокого учащённого дыхания, когда в организм поступает больше кислорода, чем нужно. Например, во время слишком интенсивных физических нагрузок. Последствия могут быть различными: от лёгкого головокружения до потери сознания.

Гиперкапния - избыток СО2 в крови. Человек вдыхает (вместе с кислородом, азотом, водяными парами и инертными газами) 0,04% углекислого газа, а выдыхает 4,4%. Если находиться в небольшом помещении с плохой вентиляцией, концентрация двуокиси углерода может превысить норму. Как следствие, может возникнуть головная боль, тошнота, сонливость. Но чаще всего гиперкапния сопутствует экстремальным ситуациям: неисправность дыхательного аппарата, задержка дыхания под водой и другим.

Таким образом, вопреки мнению большинства людей, углекислый газ в количествах, предусмотренных природой, необходим для жизни и здоровья человека. Кроме того, он нашёл широкое промышленное применение и приносит людям немало практической пользы.

Игристые пузырьки на службе поваров

СО2 используется во многих сферах. Но, пожалуй, наиболее востребован углекислый газ в пищевой промышленности и кулинарии.

Углекислый газ образуется в дрожжевом тесте под влиянием брожения. Именно его пузырьки разрыхляют тесто, делая его воздушным и увеличивая его объём.

С помощью углекислого газа делают различные освежающие напитки: квас, минеральную воду и другие любимые детьми и взрослыми газировки. Эти напитки пользуются популярностью у миллионов потребителей во всём мире во многом из-за игристых пузырьков, которые так забавно лопаются в бокале и так приятно «колют» в носу.

Может ли углекислый газ, содержащийся в газированных напитках, способствовать гиперкапнии или нанести любой другой вред здоровому организму? Конечно, нет!

Во-первых, углекислый газ, который используется при приготовлении газированных напитков, специально подготовлен для применения в пищевой промышленности. В тех количествах, в которых он содержится в газировках, он абсолютно безвреден для организма здоровых людей.

Во-вторых, большая часть углекислого газа улетучивается сразу после откупоривания бутылки. Оставшиеся пузырьки «испаряются» в процессе питья, оставляя после себя лишь характерное шипение. В итоге в организм попадает ничтожно малое количество углекислого газа.

«Тогда почему врачи порой запрещают пить газированные напитки?» - спросите вы. По мнению кандидата медицинских наук, врача-гастроэнтеролога Алёны Александровны Тяжевой, это связано с тем, что существует ряд заболеваний желудочно-кишечного тракта, при которых предписывается специальная строгая диета. В список противопоказаний попадают не только напитки, содержащие газ, но и многие продукты питания. Здоровый же человек без проблем может включить в свой рацион умеренное количество газированных напитков и время от времени позволять себе стаканчик той же колы.

Вывод

Углекислый газ необходим для поддержания жизни как планеты, так и отдельно взятого организма. СО2 влияет на климат, являясь своеобразным одеялом. Без него невозможен метаболизм: с углекислым газом из организма выходят продукты обмена. А ещё это незаменимый компонент любимых всеми газированных напитков. Именно углекислый газ создаёт игривые пузырьки, щекочущие в носу. При этом для здорового человека он абсолютно безопасен.

Окружающая нас атмосфера имеет в своем составе множество газов. Основную процентную часть составляет азот (78,08%). Далее следует кислород (20,95%), аргон (0,93%), водяной пар (0,5-4%) и углекислый газ (0,034%). В воздухе также в незначительных количествах содержится водород, гелий и другие благородные газы. Концентрация основного большинства газов в атмосфере практически остается постоянной. Исключением являются вода и углекислый газ (СО 2) , процентная доля которых может сильно меняться в зависимости от окружающих условий.

Основным источником углекислого газа в помещении является человек. В любом месте, где находятся люди – школьные классы и детские сады, офисы и залы для совещаний, фитнесс центры и бассейны – всегда существует вероятность превышения нормы углекислого газа вследствие дыхания людей.

Вдали от городов, на природе, уровень СО 2 в воздухе составляет около 0,035%. В таком случае человек чувствует себя комфортно. Но в пределах города, особенно в переполненном транспорте или закрытых помещениях, углекислый газ может значительно превышать нормы. Ученые доказали, что в процентном количестве 0,1-0,2% углекислый газ становится токсичным для человека. Такие симптомы как головная боль или слабость возникают от избытка углекислого газа.

Исследования влияния СО 2 на самочувствие людей показали, что при высоких концентрациях этого газа в воздухе проявляется значительное понижение внимания и возникает хроническая усталость. Более того, углекислый газ становится причиной повышенной заболеваемости людей. В первую очередь страдает носоглотка и дыхательные пути, повышается число астматических приступов. При длительном воздействии углекислого газа на организм человека, в крови начинают происходить биохимические изменения, что приводит к гипертонии, ослаблению сердечнососудистой системы и т. д.

Контролировать углекислый газ нужно не только в школах, детских садах и офисах, но и в квартирах, а особенно в спальнях. Повышенное содержание углекислого газа в квартире может привести к головным болям и бессоннице.

Для нормирования углекислого газа в воздухе, помещения должны быть оснащены вентиляционными системами и регулярно проветриваться. Если же его концентрация часто превышает норму, в помещениях дополнительно устанавливают очистители воздуха.

Для растений дело обстоит в точности наоборот. В первую очередь для них углекислый газ является источником углерода для процесса фотосинтеза. Многочисленные опыты показали, что при обогащении воздуха углекислым газом не только возрастает продуктивность растений и ускоряется их рост, но также повышается устойчивость к различным заболеваниям. Концентрация углекислого газа в воздухе, который поступает в теплицы с улицы, оказывается слишком маленькой для растений, особенно в солнечные дни, когда процесс фотосинтеза происходит с большей интенсивностью. Поэтому в теплицах люди организовывают специальные подкормки из углекислого газа для улучшения роста растений и увеличения урожаев.

Очень чувствительными к углекислому газу оказываются грибы. К примеру, для получения опят с очень маленькими шляпками и длинными ножками, используют повышение уровня углекислого газа. Такая необычная форма этих грибов упрощает процесс их сбора. Шампиньон относится к углекислому газу при различных стадиях роста по-разному. В фазе вегетативного роста этот гриб нормально переносит высокую концентрацию СО2. Но в период образования плодов и плодоношения необходимо понижать уровень углекислоты в помещении путем интенсивного вентилирования и регулярного поступления свежего воздуха. Высокое содержание углекислого газа в этот период ухудшает качество плодовых тел и негативно влияет на их рост.

Выше перечислены далеко не все случаи, когда измерение уровня СО 2 является необходимым. Это привело к появлению прибора, который называется . В зависимости от области применения газоанализаторы имеют разные формы (переносные или стационарные), функции (определение количества углекислого газа в воздухе, обнаружение утечек и т. д.) и принципы действия (масс-спектрометрия, фотоакустический анализ и многие другие).

Принцип работы большинства стационарных анализаторов углекислого газа, устанавливаемых в помещениях для контроля воздуха, основан на инфракрасном (ИК) оптическом анализе. Этот метод получил широкое применение после изобретения миниатюрных датчиков. Молекулы углекислого газа имеют свойство поглощать излучение с длиной волны 4,255 мкм (что соответствует инфракрасному диапазону). Чем выше концентрация углекислого газа в воздухе, тем меньше амплитуда прошедшего инфракрасного излучения. Датчик углекислого газа внутри газоанализатора преобразовывает интенсивность излучения в электрический ток и на экран выводится результат. Источник излучения находится внутри самого прибора. Обычно это светодиод или твердотельный лазер.

Часто газоанализаторы СО 2 оснащены звуковым сигнализатором, который уведомляет об изменении уровня углекислого газа в воздухе и позволяет вовремя ввести необходимые меры.

Универсальность анализаторов углекислого газа позволяет без труда использовать их в различных областях человеческой деятельности – на работе и дома, в учебных классах и спортзалах, в теплицах или на грибных фермах, на заправочных станциях, в промышленности и на производстве. Они удобны в использовании и обеспечивают постоянный контроль над углекислым газом там, где Вам это необходимо.

Публикация данного материала в других источниках и его перепечатка без прямой ссылки на первоисточник (сайт ЭкоЮнит Украина) строго запрещена.

От количества углекислого газа в кровяном русле человека зависит нормальное функционирование всех систем жизнедеятельности. Диоксид углерода повышает сопротивляемость организма к бактериальным и вирусным инфекциям, участвует в обмене биологически активных веществ. При физических и интеллектуальных нагрузках углекислый газ помогает поддерживать равновесие организма. Но значительное увеличение этого химического соединения в окружающей атмосфере ухудшает самочувствие человека. Вред и польза углекислого газа для существования жизни на Земле еще не до конца изучены.

Характерные особенности углекислого газа

Двуокись углерода, угольный ангидрид, углекислый газ - газообразное химическое соединение, не обладающее цветом и запахом. Вещество в 1, 5 раза тяжелее воздуха, а его концентрация в атмосфере Земли составляет приблизительно 0,04 %. Отличительной особенностью углекислого газа является отсутствие жидкой формы при увеличении давления - соединение сразу переходит в твердое состояние, известное как «сухой лед». Но при создании определенных искусственных условий двуокись углерода принимает форму жидкости, что широко используется для ее транспортировки и длительного хранения.

Интересный факт
Углекислый газ не становится преградой для ультрафиолетовых лучей, которые поступают в атмосферу от Солнца. А вот инфракрасное излучение Земли абсорбируется углеродным ангидридом. Это и становится причиной глобального потепления с момента образования огромного количества промышленных производств.

В течение суток организм человека поглощает и метаболизирует около 1 кг двуокиси углерода. Она принимает активное участие в обмене веществ, который происходит в мягких, костных, суставных тканях, а затем попадает в венозное русло. С потоком крови углекислый газ поступает в легкие и покидает организм при каждом выдохе.

Химическое вещество находится в теле человека преимущественно в венозной системе. Капиллярная сеть легочных структур и артериальная кровь содержат небольшую концентрацию углекислого газа. В медицине используется термин «парциальное давление», характеризующий концентрационное соотношение соединения по отношению ко всему объему крови.

Терапевтические свойства двуокиси углерода

Проникновение углекислого газа в организм вызывает у человека дыхательный рефлекс. Повышение давления химического соединения провоцирует тонкие нервные окончания посылать импульсы к рецепторам головного или (и) спинного мозга. Именно так происходят процессы вдоха и выдоха. Если уровень углекислоты в крови начинает повышаться, то легкие ускоряют его выделение из тела.

Интересный факт
Ученые доказали, что значительная продолжительность жизни у людей, проживающих в высокогорье, непосредственно связана с большим содержанием углекислого газа в воздухе. Он повышает иммунитет, нормализует обменные процессы, укрепляет сердечно-сосудистую систему.

В организме человека двуокись углерода является одним из важнейших регуляторов, выступая в качестве основного продукта наравне с молекулярным кислородом. Роль углекислого газа в процессе жизнедеятельности человека сложно переоценить. К основным функциональным особенностям вещества можно отнести следующие:

обладает способностями вызывать стойкое расширение крупных сосудов и капилляров;
способно оказывать седативное влияние на центральную нервную системы, провоцируя анестезирующее действие;
принимает участие в продуцировании важнейших аминокислот;
возбуждает дыхательный центр при увеличении концентрации в кровяном русле.

Если в организме ощущается острый дефицит углекислого газа, то все системы мобилизуются и повышают свою функциональную активность. Все процессы в организме направлены на восполнение запасов двуокиси углерода в тканях и кровяном русле:

сосуды сужаются, развивается бронхоспазм гладкой мускулатуры верхних и нижних дыхательных путей, а также кровеносных сосудов;
бронхи, бронхиолы, структурные отделы легких секретируют повышенной количество слизи;
снижается проницаемость крупных и мелких кровеносных сосудов, капилляров;
на клеточных мембранах начинает откладываться холестерин, что вызывает их уплотнение и тканевой склероз.

Совокупность всех этих патологических факторов в сочетании с малым поступлением молекулярного кислорода приводит к гипоксии тканей и снижению скорости течения крови в венах. Особенно остро ощущается кислородное голодание в клетках головного мозга, они начинают разрушаться. Нарушается регуляция всех систем жизнедеятельности: отекают мозг и легкие, снижается ритм сердечных сокращений. При отсутствии врачебного вмешательства человек может умереть.

Где используется углекислый газ

Углекислый газ находится не только в теле человека и в окружающей атмосфере. Многие промышленные производства активно используют химическое вещество на различных стадиях технологических процессов. Его применяют в качестве:

стабилизатора;
катализатора;
первичного или вторичного сырья.

Интересный факт
Двуокись кислорода способствует преобразованию во вкусное терпкое домашнее вино. При брожении сахара, содержащегося в ягодах, выделяется углекислый газ. Он придает напитку игристость, позволяет ощутить лопающиеся пузырьки во рту.
На упаковке продуктов питания двуокись углерода скрывается под кодом Е290. Как правило, она используется в качестве консерванта для длительного хранения. При выпечке вкусных кексов или пирогов многие хозяйки добавляют в тесто разрыхлитель. В процессе приготовления образуются пузырьки воздуха, делающие сдобу пышной, мягкой. Это и есть углекислый газ - результат химической реакции между гидрокарбонатом натрия и пищевой кислотой. Любители аквариумных рыбок используют бесцветный газ в качестве активатора роста водных растений, а производители автоматических углекислотных установок помещают его в огнетушители.
Вред угольного ангидрида
Дети и взрослые очень любят разнообразные шипучие напитки за содержащиеся в них воздушные пузырьки. Эти скопления воздуха - чистый углекислый газ, выделяющийся при откручивании колпачка бутылки. Используемый в таком качестве, он не приносит организму человека никакой пользы. Попадая в желудочно-кишечный тракт, угольный ангидрид раздражает слизистые оболочки, провоцирует повреждение эпителиальных клеток.
Для человека с заболеваниями желудка крайне нежелательно употребление , так как под их воздействием усиливается воспалительный процесс и изъязвление внутренней стенки органов пищеварительной системы.
Гастроэнтерологи запрещают пить лимонады и минеральную воду пациентам с такими патологиями:
острый, хронический, катаральный гастрит;
язва желудка и двенадцатиперстной кишки;
дуоденит;
снижение перистальтики кишечника;
доброкачественные и злокачественные новообразования желудочно-кишечного тракта.

Следует учесть, что по статистическим данным ВОЗ более половины жителей планеты Земля страдают от той или иной формы гастрита. Основные симптомы заболевания желудка: кислая отрыжка, изжога, вздутие живота и боли в эпигастральной области.
Если человек не в силах отказаться от употребления напитков с углекислым газом, то ему следует остановить выбор на слабогазированной минеральной воде.

Специалисты советуют исключить лимонады из повседневного рациона. После проведенных статистических исследований у людей, которые длительно пили сладкую воду с углекислым газом, были выявлены такие заболевания:
кариес;
эндокринные нарушения;
повышенная хрупкость костной ткани;
жировая дистрофия печени;
образование конкрементов в мочевом пузыре и почках;
нарушения метаболизма углеводов.

Сотрудники офисных помещений, не оборудованных кондиционерами, часто испытывают мучительные головные боли, тошноту, слабость. Это состояние у человека возникает при избыточном скоплении в комнате углекислого газа. Постоянное нахождение в такой обстановке приводит к ацидозу (повышению кислотности крови), провоцирует снижение функциональной активности всех систем жизнедеятельности.
Польза углекислого газа
Оздоровляющее действие двуокиси углерода на организм человека широко используется в медицине в терапии различных заболеваний. Так, в последнее время пользуются огромной популярностью сухие углекислые ванны. Процедура заключается в воздействии углекислого газа на тело человека при отсутствии посторонних факторов: давления воды и температуры окружающей среды.
Косметические салоны и лечебные учреждения предлагают клиентам проведение необычных врачебных манипуляций:
пневмопунктуру;
карбокситерапию.

Под сложными терминами скрываются газовые уколы или инъекции углекислым газом. Такие процедуры можно отнести как к разновидностям мезотерапии, так и к методикам реабилитации после перенесенных тяжелых заболеваний.
Перед проведением этих процедур следует посетить лечащего врача для консультации и тщательной диагностики. Как и все методики терапии, уколы с углекислым газом имеют противопоказания к применению.

Полезные свойства двуокиси углерода используются в терапии сердечно-сосудистых заболеваний, артериальной гипертензии. А сухие ванны снижают содержание свободных радикалов в организме, обладают омолаживающим действием. Углекислый газ увеличивает сопротивляемость человека вирусным и бактериальным инфекциям, укрепляет иммунитет, повышает жизненный тонус.

Ещё в прошлом веке были проведены различные исследования по влиянию CO 2 на организм человека. В 60-ых годах учёная О. В. Елисеева в своей диссертации приводит детальное исследование, как влияет углекислый газ в концентрациях 0,1% (1000 ррm) до 0,5% (5000 ррm) на организм человека, и пришла к выводу, что кратковременное вдыхание здоровыми людьми двуокиси углерода в этих концентрациях вызывает отчетливые сдвиги в функции внешнего дыхания, кровообращении и значительные ухудшения электрической активности головного мозга. Согласно ее рекомендациям, содержание CO 2 в воздухе жилых и общественных зданий не должно превышать 0,1% (1000 ррm), а среднее содержание CO 2 должно быть около 0,05% (500 ррm).

Исследователи знают, что существует связь между концентрацией CO 2 и ощущением духоты. Это ощущение возникает у здорового человека уже на уровне 0,08%, т. е. 800 ррm. Хотя в современных офисах бывает 2000 ррm и более. И человек может не ощущать опасного воздействия CO 2 . Когда речь идёт о больном человеке, то порог чувствительности ещё увеличивается.

Уровень CO 2 , ррm	Физиологические проявления
Атмосферный воздух 380-400	Идеальный для здоровья и хорошего самочувствия
400-600	Нормальное количество воздуха. Рекомендовано для детских комнат, спален, офисных помещений, школ и детских садов
600-1000	Появляются жалобы на качество воздуха. У людей, страдающих астмой, могут учащаться приступы
Выше 1000	Общий дискомфорт, слабость, головная боль, концентрация внимания падает на треть, растёт число ошибок в работе. Может привести к негативным изменениям в крови, также могут появиться проблемы с дыхательной и кровеносной системой
Выше 2000	Количество ошибок в работе сильно возрастает, 70% сотрудников не могут сосредоточиться на работе.

Основные изменения происходят, конечно же, в центральной нервной системе, и носят они при гиперкапнии фазный характер: сначала повышение, а затем снижение возбудимости нервных образований. Ухудшение условнорефлекторной деятельности наблюдается при концентрациях, близких 2%, понижается возбудимость дыхательного центра мозга, уменьшается вентиляторная функция лёгких, также нарушается гомеостаз (равновесие внутренней среды) организма, путем либо повреждения клеток, либо путем раздражения рецепторов неадекватным уровнем определенного вещества. А при содержании углекислого газа до 5% происходит значительное снижение амплитуды вызванных потенциалов головного мозга, десинхронизация ритмов спонтанной электроэнцефалограммы с дальнейшим угнетением электрической активности мозга.

Что происходит при повышении концентрации CO 2 в воздухе, который попадает в организм? Увеличивается парциальное давление CO 2 в наших альвеолах, его растворимость в крови повышается, и образуется слабая угольная кислота (CO 2 + Н 2 O = Н 2 СО 3), распадающаяся, в свою очередь, на Н+ и НССО 3 -. Кровь закисляется, что по-научному и называется ацидозом. Чем выше концентрация CO 2 в воздухе, которым мы постоянно дышим, тем ниже рН крови и тем более кислую реакцию она имеет.

Когда начинается ацидоз, то сначала организм защищается, повышая концентрацию бикарбоната в плазме крови, — об этом свидетельствуют многочисленные биохимические исследования. Чтобы компенсировать ацидоз, почки усиленно выделяют Н+ и задерживают НССО 3 -. Потом включаются другие буферные системы, и вторичные биохимические реакции организма. Поскольку слабые кислоты, в т. ч. и угольная (Н 2 СО 3), могут образовывать с ионами металлов слаборастворимые соединения (СаСО 3), то они откладываются в виде камней, прежде всего в почках.

Сотрудник медицинской научно-исследовательской лаборатории военно-морского подводного флота США Карл Шафер исследовал, как влияют различные концентрации углекислого газа на морских свинок. Грызунов восемь недель содержали при 0,5% CO 2 (кислород был в норме — 21%), после чего у них наблюдалась значительная кальцификация почек. Она отмечалась даже после длительного воздействия на морских свинок меньших концентраций — 0,3% CO 2 (3000 ррm). Но это еще не все. Шафер и его коллеги нашли у свинок через восемь недель воздействия 1%-го CO 2 деминерализацию костей, а также структурные изменения в легких. Исследователи расценили эти заболевания как адаптацию организма к хроническому воздействию CO 2 .

Отличительной особенностью долгосрочной гиперкапнии (повышенное CO 2) является длительное отрицательное последствие. Несмотря на нормализацию атмосферного дыхания, в организме человека продолжительное время наблюдаются изменения биохимического состава крови, снижение иммунологического статуса, устойчивости к физическим нагрузкам и другим внешним воздействиям.

В нашем выдохе, примерно 4,5% углекислого газа. А если создать прибор накапливающий CO 2 . А если начать на нём дышать. То получится прибор «мечта начальника концлагеря». При этом в удушающую камеру жертвы направляются сами, потому что на входе написано «здоровье» и обещание, что когда у вас CO 2 в крови будет 6,5%, то получите обещанное. И не важно, что по пути вы будете получать отравления мелкими дозами, привыкните и подготовитесь. Подготовитесь к разочарованию, так как отметка 6,5 это не причина здоровья, а следствие совсем противоположного действия.

Кто-то может сказать: «Когда двигаются деревья, то они создают ветер». Нет, всё наоборот. Дыхание с лечебным сопротивлением и с пониженным содержанием кислорода (как в горах) становится редким и глубоким. Кислород начинает хорошо усваиваться, расщепляются токсины и шлаки, содержащие кислород, проявляется естественный анаэробный способ получения энергии в теле человека. Каждая клетка организма начинает оживать. В результате потребность в кислороде уменьшается, а углекислый газ, отчасти занимает место кислорода. Как балансный газ он создаст устойчивую среду в организме.

Именно такая идея описана в древних трактатах по дыханию, именно это доказал на практике доктор медицинских наук Стрелков Р. Б. и другие учёные детально показав эффективность гипоксической терапии (умеренное уменьшение кислорода во вдыхаемом воздухе). Именно такую задачу ставили В. Ф. Фролов и Е. Ф. Кустов, создавая дыхательный прибор ТДИ-01 для каждого человека на этой планете.

Тем не менее, несмотря на заявления Министерства Здравоохранения и видных научных деятелей страны продолжается выпуск и широкая реализация дыхательных приборов, работающих без внутреннего давления, как накопители CO 2 под маркой «Самоздрав».

С середины 19 века содержание CO 2 катастрофически растёт на 1,7% каждый год, что в конечном счёте может привести к выводу из равновесия систему Земля. И, похоже, производители «Самоздравов» поставили задачу ускорить приближение конца света. Перефразируя классика можно закончить словами:

Уж сколько раз твердили миру,
Что ложь гнусна, вредна; но только все не впрок,
И в сердце ложь всегда отыщет уголок.