Unutrašnje disanje i transport gasova. Poglavlje IV. Disanje Promene u sastavu udahnutog i izdahnutog vazduha

Značenje disanja

Disanje je vitalni proces stalne izmjene plinova između tijela i okoline. U procesu disanja, osoba apsorbira kisik iz okoline i oslobađa ugljični dioksid.

Gotovo sve složene reakcije transformacije tvari u tijelu zahtijevaju učešće kisika. Bez kiseonika metabolizam je nemoguć, a za očuvanje života neophodna je stalna opskrba kiseonikom. U stanicama i tkivima, kao rezultat metabolizma, nastaje ugljični dioksid koji se mora ukloniti iz tijela. Akumulacija značajnih količina ugljičnog dioksida u tijelu je opasna. Ugljični dioksid se krvlju prenosi do respiratornih organa i izdiše se. Kiseonik koji ulazi u respiratorne organe tokom udisanja difunduje u krv i krvlju se isporučuje u organe i tkiva.

U ljudskom i životinjskom tijelu nema rezervi kisika, te je stoga njegovo kontinuirano snabdijevanje u tijelu vitalna potreba. Ako osoba, u nužnim slučajevima, može živjeti bez hrane više od mjesec dana, bez vode do 10 dana, tada u nedostatku kisika dolazi do nepovratnih promjena u roku od 5-7 minuta.

Sastav udahnutog, izdahnutog i alveolarnog zraka

Naizmjeničnim udisanjem i izdisajem, osoba ventilira pluća, održavajući relativno konstantan sastav plina u plućnim vezikulama (alveolama). Čovek udiše atmosferski vazduh sa visokim sadržajem kiseonika (20,9%) i niskim sadržajem ugljen-dioksida (0,03%), a izdiše vazduh u kome ima 16,3% kiseonika i 4% ugljen-dioksida (tabela 8).

Sastav alveolarnog zraka značajno se razlikuje od sastava atmosferskog, udahnutog zraka. Sadrži manje kisika (14,2%) i veliku količinu ugljičnog dioksida (5,2%).

Dušik i inertni gasovi koji čine vazduh ne učestvuju u disanju, a njihov sadržaj u udahnutom, izdahnutom i alveolarnom vazduhu je skoro isti.

Zašto izdahnuti vazduh sadrži više kiseonika nego alveolarni vazduh? To se objašnjava činjenicom da se kada izdišete, vazduh koji se nalazi u disajnim organima, u disajnim putevima, meša sa alveolarnim vazduhom.

Parcijalni pritisak i napetost gasova

U plućima kisik iz alveolarnog zraka prelazi u krv, a ugljični dioksid iz krvi ulazi u pluća. Prijelaz plinova iz zraka u tekućinu i iz tekućine u zrak nastaje zbog razlike u parcijalnim tlakovima ovih plinova u zraku i tekućini. Parcijalni pritisak je dio ukupnog pritiska koji predstavlja udio datog plina u mješavini plina. Što je veći procenat gasa u mešavini, to je odgovarajući njen parcijalni pritisak. Atmosferski vazduh, kao što je poznato, je mešavina gasova. Atmosferski pritisak vazduha 760 mm Hg. Art. Parcijalni pritisak kiseonika u atmosferskom vazduhu iznosi 20,94% od 760 mm, odnosno 159 mm; azot - 79,03% od 760 mm, odnosno oko 600 mm; U atmosferskom vazduhu ima malo ugljen-dioksida - 0,03%, pa je njegov parcijalni pritisak 0,03% od 760 mm - 0,2 mm Hg. Art.

Za gasove rastvorene u tečnosti koristi se termin „napon“, koji odgovara terminu „parcijalni pritisak“ koji se koristi za slobodne gasove. Napon gasa se izražava u istim jedinicama kao i pritisak (mmHg). Ako je parcijalni pritisak gasa u okolini veći od napona tog gasa u tečnosti, tada se gas rastvara u tečnosti.

Parcijalni pritisak kiseonika u alveolarnom vazduhu je 100-105 mm Hg. čl., a u krvi koja teče u pluća tenzija kiseonika je u prosjeku 60 mm Hg. Čl., dakle, u plućima kisik iz alveolarnog zraka prelazi u krv.

Kretanje plinova odvija se prema zakonima difuzije, prema kojima se plin širi iz medija visokog parcijalnog tlaka u medij sa nižim tlakom.

Izmjena plinova u plućima

Prijelaz kisika iz alveolarnog zraka u krv u plućima i protok ugljičnog dioksida iz krvi u pluća podliježu gore opisanim zakonima.

Zahvaljujući radu velikog ruskog fiziologa Ivana Mihajloviča Sečenova, postalo je moguće proučavati plinski sastav krvi i uslove izmjene plinova u plućima i tkivima.

Razmjena plinova u plućima se odvija između alveolarnog zraka i krvi difuzijom. Alveole pluća su isprepletene gustom mrežom kapilara. Zidovi alveola i kapilara su vrlo tanki, što olakšava prodiranje plinova iz pluća u krv i obrnuto. Razmjena plinova ovisi o veličini površine kroz koju difundiraju plinovi i razlici parcijalnog tlaka (napetosti) difuznih plinova. Uz dubok udah, alveole se rastežu, a njihova površina dostiže 100-105 m2. Površina kapilara u plućima je takođe velika. Postoji, i to dovoljna, razlika između parcijalnog pritiska gasova u alveolarnom vazduhu i napetosti ovih gasova u venskoj krvi (tabela 9).

Iz tabele 9 proizilazi da je razlika između napetosti gasova u venskoj krvi i njihovog parcijalnog pritiska u alveolarnom vazduhu 110 - 40 = 70 mm Hg za kiseonik. čl., a za ugljični dioksid 47 - 40 = 7 mm Hg. Art.

Eksperimentalno je to bilo moguće utvrditi uz razliku u napetosti kiseonika od 1 mm Hg. Art. kod odrasle osobe u mirovanju 25-60 ml kisika može ući u krv za 1 minutu. Osobi u mirovanju potrebno je otprilike 25-30 ml kiseonika u minuti. Dakle, razlika u pritisku kiseonika od 70 mmHg. Art., dovoljan je da obezbedi organizam kiseonikom u različitim uslovima njegove aktivnosti: tokom fizičkog rada, sportskih vežbi itd.

Brzina difuzije ugljičnog dioksida iz krvi je 25 puta veća od one kisika, dakle, s razlikom tlaka od 7 mm Hg. Čl., ugljični dioksid ima vremena da se oslobodi iz krvi.

Prijenos plinova krvlju

Krv prenosi kiseonik i ugljični dioksid. U krvi, kao iu svakoj tekućini, plinovi mogu biti u dva stanja: fizički otopljeni i kemijski vezani. I kisik i ugljični dioksid otapaju se u vrlo malim količinama u krvnoj plazmi. Većina kiseonika i ugljen-dioksida se transportuju u hemijski vezanom obliku.

Glavni nosilac kiseonika je hemoglobin u krvi. 1 g hemoglobina veže 1,34 ml kiseonika. Hemoglobin ima sposobnost spajanja sa kiseonikom, formirajući oksihemoglobin. Što je veći parcijalni pritisak kiseonika, formira se više oksihemoglobina. U alveolarnom vazduhu parcijalni pritisak kiseonika je 100-110 mm Hg. Art. U takvim uslovima, 97% hemoglobina u krvi se vezuje za kiseonik. Krv donosi kiseonik u tkiva u obliku oksihemoglobina. Ovdje je parcijalni pritisak kiseonika nizak, a oksihemoglobin - krhko jedinjenje - oslobađa kiseonik koji koriste tkiva. Na vezivanje kiseonika hemoglobinom utiče i napetost ugljen-dioksida. Ugljični dioksid smanjuje sposobnost hemoglobina da veže kisik i potiče disocijaciju oksihemoglobina. Povećanje temperature takođe smanjuje sposobnost hemoglobina da veže kiseonik. Poznato je da je temperatura u tkivima viša nego u plućima. Sva ova stanja pomažu u disociaciji oksihemoglobina, zbog čega krv oslobađa kisik oslobođen iz kemijskog spoja u tkivnu tekućinu.

Svojstvo hemoglobina da veže kiseonik je od vitalnog značaja za organizam. Ponekad ljudi umiru od nedostatka kiseonika u telu, okruženi najčistijim vazduhom. Ovo se može desiti osobi koja se nađe u uslovima niskog pritiska (na velikim visinama), gde tanka atmosfera ima veoma nizak parcijalni pritisak kiseonika. 15. aprila 1875. godine balon Zenit, sa tri balonista na njemu, dostigao je visinu od 8000 m. Kada je balon sletio, samo je jedna osoba ostala živa. Uzrok smrti bio je nagli pad parcijalnog tlaka kisika na velikoj nadmorskoj visini. Na velikim visinama (7-8 km), arterijska krv se u svom gasovitom sastavu približava venskoj krvi; sva tkiva u tijelu počinju osjećati akutni nedostatak kisika, što dovodi do ozbiljnih posljedica. Penjanje na visine iznad 5000 m obično zahtijeva upotrebu posebnih uređaja za kisik.

Uz poseban trening, tijelo se može prilagoditi niskom sadržaju kisika u atmosferskom zraku. Uvježbana osoba se produbljuje disanje, povećava se broj crvenih krvnih zrnaca u krvi zbog njihovog pojačanog stvaranja u hematopoetskim organima i njihovog snabdijevanja iz depoa krvi. Osim toga, povećavaju se srčane kontrakcije, što dovodi do povećanja minutnog volumena krvi.

Tlačne komore se široko koriste za trening.

Ugljični dioksid se prenosi krvlju u obliku hemijskih jedinjenja - natrijum i kalijum bikarbonata. Vezanje ugljičnog dioksida i njegovo oslobađanje u krv ovise o njegovoj napetosti u tkivima i krvi.

Osim toga, hemoglobin u krvi je uključen u prijenos ugljičnog dioksida. U kapilarama tkiva hemoglobin ulazi u hemijsku kombinaciju sa ugljičnim dioksidom. U plućima se ovo jedinjenje razgrađuje i oslobađa ugljični dioksid. Hemoglobin prenosi oko 25-30% ugljičnog dioksida koji se oslobađa u plućima.

Kada sam frizuru, salon mi je savjetovao da kupim Rinfoltil, našla sam ga od ovih momaka. vitamins.com.ua.

Svi dobro znamo da bez vazduha ni jedno živo biće ne može da živi na zemlji. Vazduh je od vitalnog značaja za sve nas. Svi, od djece do odraslih, znaju da je nemoguće preživjeti bez zraka, ali ne znaju svi šta je zrak i od čega se sastoji. Dakle, vazduh je mešavina gasova koja se ne može videti ni dodirnuti, ali svi dobro znamo da je oko nas, iako to praktično ne primećujemo. Za obavljanje istraživanja različitih vrsta, uključujući i, možete u našoj laboratoriji.

Vazduh možemo osjetiti samo kada osjetimo jak vjetar ili smo blizu ventilatora. Od čega se sastoji vazduh Sastoji se od azota i kiseonika, a samo manji deo od argona, vode, vodonika i ugljen-dioksida. Ako uzmemo u obzir sastav vazduha u procentima, tada je azota 78,08 posto, kiseonika 20,94 posto, argona 0,93 posto, ugljičnog dioksida 0,04 posto, neona 1,82 * 10-3 posto, helijuma 4,6 * 10-4 posto, metana 1,7 * 10- 4 posto, kripton 1,14*10-4 posto, vodonik 5*10-5 posto, ksenon 8,7*10-6 posto, azot oksid 5*10-5 posto.

Sadržaj kiseonika u vazduhu je veoma visok, jer je kiseonik neophodan za funkcionisanje ljudskog organizma. Kiseonik, koji se posmatra u vazduhu tokom disanja, ulazi u ćelije ljudskog tela i učestvuje u procesu oksidacije, usled čega se oslobađa energija potrebna za život. Takođe, kiseonik koji je prisutan u vazduhu je neophodan za sagorevanje goriva koje proizvodi toplotu, kao i za proizvodnju mehaničke energije u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem.

Inertni gasovi se takođe izdvajaju iz vazduha tokom tečenja. Koliko kiseonika ima u vazduhu, ako gledate u procentima, onda kiseonika i azota u vazduhu ima 98 procenata. Znajući odgovor na ovo pitanje, postavlja se još jedno pitanje koje su plinovite tvari uključene u zrak.

Tako je 1754. godine naučnik po imenu Joseph Black potvrdio da se zrak sastoji od mješavine plinova, a ne od homogene tvari kako se ranije mislilo. Sastav vazduha na Zemlji uključuje metan, argon, ugljen dioksid, helijum, kripton, vodonik, neon i ksenon. Vrijedi napomenuti da se postotak zraka može neznatno razlikovati ovisno o tome gdje ljudi žive.

Nažalost, u velikim gradovima udio ugljičnog dioksida kao postotak bit će veći nego, na primjer, u selima ili šumama. Postavlja se pitanje koliki je procenat kiseonika u vazduhu u planinama. Odgovor je jednostavan, kiseonik je mnogo teži od azota, pa će ga u planinama biti mnogo manje u vazduhu, jer se gustina kiseonika smanjuje sa visinom.

Nivo kiseonika u vazduhu

Dakle, što se tiče omjera kisika u zraku, postoje određeni standardi, na primjer, za radno područje. Da bi osoba mogla u potpunosti da radi, nivo kiseonika u vazduhu je od 19 do 23 odsto. Prilikom rada opreme u preduzećima, neophodno je pratiti nepropusnost uređaja, kao i raznih mašina. Ako je pri testiranju zraka u prostoriji u kojoj ljudi rade nivo kisika ispod 19 posto, onda je neophodno napustiti prostoriju i uključiti ventilaciju u slučaju nužde. Možete kontrolisati nivo kiseonika u vazduhu na radnom mestu pozivanjem EcoTestExpress laboratorije i istraživanja.

Hajde da sada definišemo šta je kiseonik

Kiseonik je hemijski element u Mendeljejevljevom periodnom sistemu elemenata; kiseonik nema miris, ukus, boju. Kiseonik u vazduhu je izuzetno neophodan za ljudsko disanje, kao i za sagorevanje, jer nije tajna da ako nema vazduha, ni materijali neće izgoreti. Kiseonik sadrži mešavinu tri stabilna nuklida, čiji su maseni brojevi 16, 17 i 18.

Dakle, kiseonik je najčešći element na Zemlji, što se tiče procenta, najveći procenat kiseonika nalazi se u silikatima, što je oko 47,4 odsto mase čvrste zemljine kore. Također, more i slatke vode cijele zemlje sadrže ogromnu količinu kisika, odnosno 88,8 posto, dok je količina kisika u zraku samo 20,95 posto. Takođe treba napomenuti da je kiseonik deo više od 1.500 jedinjenja u zemljinoj kori.

Što se tiče proizvodnje kiseonika, on se dobija odvajanjem vazduha na niskim temperaturama. Ovaj proces se događa ovako: prvo se zrak komprimira pomoću kompresora; kada se komprimira, zrak se počinje zagrijavati. Komprimirani zrak se pusti da se ohladi na sobnu temperaturu, a nakon hlađenja se pusti da se slobodno širi.

Kada dođe do ekspanzije, temperatura plina počinje naglo opadati; nakon što se zrak ohladi, njegova temperatura može biti nekoliko desetina stupnjeva ispod sobne temperature, takav se zrak ponovo podvrgava kompresiji i oslobođena toplina se uklanja. Nakon nekoliko faza kompresije i hlađenja zraka, izvodi se niz drugih postupaka, uslijed kojih se čisti kisik odvaja bez ikakvih nečistoća.

I tu se postavlja još jedno pitanje: što je teže: kisik ili ugljični dioksid. Odgovor je jednostavno, naravno, ugljični dioksid će biti teži od kisika. Gustoća ugljičnog dioksida je 1,97 kg/m3, dok je gustoća kisika 1,43 kg/m3. Što se tiče ugljičnog dioksida, pokazalo se da on igra jednu od glavnih uloga u životu cijelog života na zemlji, a također ima utjecaj na ciklus ugljika u prirodi. Dokazano je da ugljični dioksid učestvuje u regulaciji disanja, ali i cirkulacije krvi.

Naručite besplatne konsultacije sa ekologom

Šta je ugljični dioksid?

Sada ćemo detaljnije definirati što je ugljični dioksid, a također označimo sastav ugljičnog dioksida. Dakle, ugljični dioksid drugim riječima je ugljični dioksid, to je bezbojni plin blago kiselkastog mirisa i okusa. Što se tiče zraka, koncentracija ugljičnog dioksida u njemu je 0,038 posto. Fizička svojstva ugljičnog dioksida su da ne postoji u tekućem stanju pri normalnom atmosferskom tlaku, već direktno prelazi iz čvrstog u plinovito stanje.

Ugljični dioksid u čvrstom obliku naziva se i suhi led. Danas je ugljen-dioksid učesnik globalnog zagrevanja. Ugljični dioksid nastaje sagorijevanjem raznih tvari. Vrijedi napomenuti da se tijekom industrijske proizvodnje ugljični dioksid pumpa u cilindre. Ugljični dioksid koji se pumpa u cilindre koristi se kao aparat za gašenje požara, kao i u proizvodnji gazirane vode, a koristi se i u pneumatskom oružju. I u prehrambenoj industriji kao konzervans.

Sastav udahnutog i izdahnutog vazduha

Pogledajmo sada sastav udahnutog i izdahnutog zraka. Prvo, hajde da definišemo šta je disanje. Disanje je složen, kontinuirani proces kroz koji se plinoviti sastav krvi neprestano obnavlja. Sastav udahnutog zraka je 20,94 posto kisika, 0,03 posto ugljičnog dioksida i 79,03 posto dušika. No, sastav izdahnutog zraka je samo 16,3 posto kisika, čak 4 posto ugljičnog dioksida i 79,7 posto dušika.

Možete primijetiti da se udahnuti zrak od izdahnutog razlikuje po sadržaju kisika, kao i po količini ugljičnog dioksida. To su tvari koje čine zrak koji udišemo i izdišemo. Tako je naše tijelo zasićeno kisikom i ispušta sav nepotreban ugljični dioksid van.

Suhi kisik poboljšava električna i zaštitna svojstva filmova zbog odsustva vode, kao i njihovo zbijanje i smanjenje volumnog naboja. Takođe, suvi kiseonik u normalnim uslovima ne može da reaguje sa zlatom, bakrom ili srebrom. Da biste izvršili hemijsku analizu vazduha ili druga laboratorijska istraživanja, uključujući, to možete učiniti u našoj EcoTestExpress laboratoriji.

Vazduh je atmosfera planete na kojoj živimo. I uvek imamo pitanje šta je sve uključeno u vazduh, odgovor je jednostavno skup gasova, kao što je već gore opisano koji se gasovi nalaze u vazduhu iu kojoj proporciji. Što se tiče sadržaja gasova u vazduhu, sve je lako i jednostavno, procentualni odnos za skoro sva područja naše planete je isti.

Sastav i svojstva vazduha

Vazduh se ne sastoji samo od mešavine gasova, već i od raznih aerosola i para. Procentualni sastav vazduha je odnos azota, kiseonika i drugih gasova u vazduhu. Dakle, koliko kisika ima u zraku, jednostavan odgovor je samo 20 posto. Komponentni sastav plina, što se tiče dušika, sadrži lavovski dio cjelokupnog zraka, a vrijedno je napomenuti da pri povišenom pritisku dušik počinje imati narkotička svojstva.

Ovo nije od male važnosti, jer kada ronioci rade, često moraju raditi na dubinama pod ogromnim pritiskom. Mnogo se govori o kiseoniku jer je on od velike važnosti za život ljudi na našoj planeti. Vrijedi napomenuti da udisanje zraka osobe s povećanim kisikom u kratkom periodu nema štetan učinak na samu osobu.

Ali ako osoba dugo udiše zrak s povećanim nivoom kisika, to će dovesti do patoloških promjena u tijelu. Druga glavna komponenta zraka, o kojoj je već mnogo rečeno, je ugljični dioksid, jer se ispostavilo da čovjek ne može živjeti bez njega kao i bez kisika.

Da nema zraka na zemlji, onda ni jedan živi organizam ne bi mogao živjeti na našoj planeti, a još manje funkcionirati nekako. Nažalost, u savremenom svijetu ogroman broj industrijskih objekata koji zagađuju naš zrak u posljednje vrijeme sve više poziva na potrebu zaštite okoliša, kao i praćenja čistoće zraka. Stoga biste trebali često mjeriti zrak kako biste utvrdili koliko je čist. Ako vam se čini da zrak u vašoj prostoriji nije dovoljno čist i to zbog vanjskih faktora, uvijek se možete obratiti laboratoriji EcoTestExpress koja će izvršiti sva potrebna ispitivanja (istraživanja) i dati zaključak o čistoći vazduh koji udišete.

Običan atmosferski vazduh, pogodan za disanje ljudi i drugih živih bića, je višekomponentna mešavina gasova. Glavni dio njegove zapremine čini dušik, čiji udio dostiže oko 78%. Na drugom mjestu po ovom pokazatelju je kiseonik, koji čini oko 21% zapremine vazduha. Dakle, ukupno ova dva gasa čine oko 99% zapremine vazduha.

Preostalih 1-1,5% zapremine uglavnom čine argon i ugljen-dioksid, kao i male količine drugih gasova - neona, helijuma, ksenona i drugih. Istovremeno, udio ugljičnog dioksida u običnom atmosferskom zraku koji nije podložan utjecaju je najčešće oko 0,3% zapremine.

Izdahnuti vazduh

Istovremeno, sastav zraka, koji se dobiva kao rezultat ljudskog respiratornog procesa, značajno se razlikuje od prvobitnog u sadržaju niza elemenata. Dakle, poznato je da ljudski organizam u procesu disanja troši kiseonik, pa je prirodno da je njegova količina u izdahnutom vazduhu znatno manja nego u udahnutom vazduhu. Ako je početni sastav zraka sadržavao oko 21% kisika, tada će izdahnuti zrak sadržavati samo oko 15,4%.

Druga značajna promjena koja se dešava u zraku tokom disanja tiče se sadržaja ugljičnog dioksida. Dakle, ako u zraku koji ulazi u ljudsko tijelo njegov sadržaj obično ne prelazi 0,3% zapremine, tada u zraku koji izlazi iz tijela volumen ugljičnog dioksida doseže 4%. To je zbog činjenice da tijekom funkcioniranja ljudskog tijela, njegovi organi i tkiva emituju ugljični dioksid, koji se eliminira tijekom disanja. Ali sadržaj drugih plinova u izdahnutom zraku praktički se ne mijenja u odnosu na original. To je zbog činjenice da su za ljudsko tijelo inertni, odnosno ne stupaju u interakciju s njim ni na koji način - ne apsorbiraju se ili izlučuju.

Vrijedno je imati na umu da zrak koji osoba izdahne mijenja ne samo svoj sastav, već i neke fizičke karakteristike. Njegova temperatura se približava temperaturi ljudskog tijela, koja je normalno 36,6°C. Dakle, ako osoba udiše hladan zrak, temperatura će mu se povećati, a ako udahne vrući, temperatura će mu se smanjiti. Osim toga, izdahnuti zrak obično ima viši nivo vlažnosti u odnosu na udahnuti zrak.

Dato u tabeli. 1.1 sastav atmosferskog zraka podliježe raznim promjenama u zatvorenim prostorima. Prvo, mijenja se postotak pojedinih bitnih komponenti, a drugo, pojavljuju se dodatne nečistoće koje nisu karakteristične za čist zrak. U ovom paragrafu ćemo govoriti o promjenama u sastavu plina i njegovim dopuštenim odstupanjima od normale.

Najvažniji plinovi za ljudski život su kisik i ugljični dioksid, koji učestvuju u razmjeni plinova između čovjeka i okoline. Ova izmjena gasova se uglavnom dešava u ljudskim plućima tokom disanja. Razmjena plinova koja se odvija preko površine kože je otprilike 100 puta manja nego kroz pluća, budući da je površina tijela odraslog čovjeka približno 1,75 m2, a površina plućnih alveola oko 200 m2. Proces disanja je praćen stvaranjem topline u ljudskom tijelu u količini od 4,69 do 5,047 (u prosjeku 4,879) kcal po 1 litru apsorbiranog kisika (pretvorenog u ugljični dioksid). Treba napomenuti da se samo mali dio kisika sadržanog u udahnutom zraku apsorbira (otprilike 20%). Dakle, ako atmosferski zrak sadrži približno 21% kisika, tada će zrak koji osoba izdahne sadržavati oko 17%. Obično je količina ugljičnog dioksida koji se izdahne manja od količine apsorbiranog kisika. Omjer volumena ugljičnog dioksida koji čovjek emituje i apsorbiranog kisika naziva se respiratorni koeficijent (RQ), koji se obično kreće od 0,71 do 1. Međutim, ako je osoba u stanju jakog uzbuđenja ili obavlja vrlo težak posao , RQ može biti čak i veći od jedan.

Količina kiseonika koja je osobi potrebna za održavanje normalnih životnih funkcija uglavnom zavisi od intenziteta posla koji obavlja i određena je stepenom nervne i mišićne napetosti. Apsorpcija kiseonika u krvi se najbolje odvija pri parcijalnom pritisku od oko 160 mmHg. čl., koji pri atmosferskom pritisku od 760 mm Hg. Art. odgovara normalnom procentu kiseonika u atmosferskom vazduhu, odnosno 21%.

Zbog sposobnosti ljudskog organizma da se prilagodi, normalno disanje se može uočiti i sa manjim količinama kiseonika.

Ako do smanjenja sadržaja kisika u zraku dolazi zbog inertnih plinova (na primjer, dušika), tada je moguće značajno smanjenje količine kisika - do 12%.

Međutim, u zatvorenim prostorima smanjenje sadržaja kisika nije praćeno povećanjem koncentracije inertnih plinova, već nakupljanjem ugljičnog dioksida. U ovim uslovima, maksimalno dozvoljeni minimalni sadržaj kiseonika u vazduhu treba da bude mnogo veći. Obično se kao norma za ovu koncentraciju uzima sadržaj kisika od 17% volumena. Uopšteno govoreći, u zatvorenim prostorima postotak kisika nikada ne pada na ovu normu, jer koncentracija ugljičnog dioksida dostiže graničnu vrijednost mnogo ranije. Stoga je praktično važnije uspostaviti maksimalno dozvoljene standarde za sadržaj ugljičnog dioksida nego kisika u zatvorenim prostorima.

Ugljični dioksid CO2 je bezbojni plin slabog kiselog okusa i mirisa; 1,52 puta je teži od vazduha i blago otrovan. Nakupljanje ugljičnog dioksida u zraku zatvorenih prostora dovodi do glavobolje, vrtoglavice, slabosti, gubitka osjetljivosti, pa čak i gubitka svijesti.

Smatra se da količina ugljičnog dioksida u atmosferskom zraku iznosi 0,03% volumena. Ovo važi za ruralna područja. U vazduhu velikih industrijskih centara njegov sadržaj je obično veći. Za proračune se uzima koncentracija od 0,04%. Zrak koji izdiše ljudi sadrži približno 4% ugljičnog dioksida.

Bez ikakvih štetnih posljedica po ljudski organizam, koncentracije ugljičnog dioksida znatno veće od 0,04% mogu se tolerisati u zraku zatvorenih prostora.

Maksimalna dozvoljena koncentracija ugljičnog dioksida ovisi o dužini boravka ljudi u određenom zatvorenom prostoru i o vrsti njihovog zanimanja. Na primjer, za zatvorena skloništa, kada se u njih smještaju zdravi ljudi na period od najviše 8 sati, norma od 2% može se prihvatiti kao maksimalno dopuštena koncentracija CO2. Za kratkoročne boravke ova stopa može biti povećana. Mogućnost da se osoba nađe u okruženju sa visokim koncentracijama ugljičnog dioksida posljedica je sposobnosti ljudskog tijela da se prilagodi različitim uvjetima. Kada je koncentracija CO2 veća od 1%, osoba počinje udisati znatno više zraka. Tako se pri koncentraciji CO2 od 3% disanje udvostručuje čak i u mirovanju, što samo po sebi ne izaziva primjetne negativne posljedice pri relativno kratkom boravku na takvom zraku. Ako osoba dovoljno dugo (3 ili više dana) boravi u prostoriji sa koncentracijom CO2 od 3% postoji rizik od gubitka svijesti.

Kada ljudi dugo borave u zatvorenim prostorijama i kada ljudi obavljaju ovaj ili onaj posao, maksimalna dozvoljena koncentracija ugljičnog dioksida trebala bi biti znatno manja od 2%. Dozvoljeno je da varira od 0,1 do 1%. Sadržaj ugljičnog dioksida od 0,1% može se smatrati prihvatljivim za obične nezatvorene prostorije zgrada i objekata različite namjene. Manju koncentraciju ugljičnog dioksida (oko 0,07-0,08) treba propisati samo za prostorije medicinskih i dječjih ustanova.

Kao što će biti jasno iz onoga što slijedi, zahtjevi za sadržaj ugljičnog dioksida u unutrašnjem zraku nadzemnih zgrada obično se lako ispunjavaju ako su izvori njegove emisije ljudi. Drugo je pitanje kada se ugljični dioksid akumulira u proizvodnim pogonima kao rezultat određenih tehnoloških procesa koji se odvijaju, na primjer, u radionicama kvasca, pivarstva i hidrolize. U ovom slučaju, 0,5% se uzima kao maksimalno dozvoljena koncentracija ugljičnog dioksida.

Detaljno smo pogledali kako zrak ulazi u pluća. A sad da vidimo šta će mu dalje biti.

Cirkulatorni sistem

Sredili smo se na činjenici da kisik iz atmosferskog zraka ulazi u alveole, odakle kroz njihov tanki zid, difuzijom prelazi u kapilare, zaplićući alveole u gustu mrežu. Kapilare se spajaju u plućne vene, koje prenose oksigenisanu krv do srca, tačnije do njegovog lijevog atrija. Srce radi kao pumpa, pumpa krv po cijelom tijelu. Iz lijevog atrijuma oksigenirana krv odlazi u lijevu komoru, a odatle će putovati kroz sistemsku cirkulaciju do organa i tkiva. Izmjenjujući hranjive tvari u kapilarama tijela s tkivima, odričući kisik i oduzimajući ugljični dioksid, krv se skuplja u venama i ulazi u desnu pretkomoru srca, a sistemska cirkulacija se zatvara. Odatle počinje mali krug.

Mali krug počinje u desnoj komori, odakle plućna arterija nosi krv da bi se „napunila“ kiseonikom u pluća, granajući i zaplićući alveole kapilarnom mrežom. Odavde opet - duž plućnih vena do lijevog atrija i tako u nedogled. Da biste zamislili efikasnost ovog procesa, zamislite da je vrijeme za potpunu cirkulaciju krvi samo 20-23 sekunde. Za to vreme, zapremina krvi uspeva da u potpunosti „prokruži“ i sistemsku i plućnu cirkulaciju.

Da bi se takvo okruženje koje se aktivno mijenja kao što je krv zasitilo kisikom, moraju se uzeti u obzir sljedeći faktori:

Količina kisika i ugljičnog dioksida u udahnutom zraku (sastav zraka)

Učinkovitost alveolarne ventilacije (kontaktna površina u kojoj se razmjenjuju plinovi između krvi i zraka)

Efikasnost alveolarne izmjene plinova (efikasnost tvari i struktura koje osiguravaju kontakt s krvlju i razmjenu plinova)

Sastav udahnutog, izdahnutog i alveolarnog zraka

U normalnim uslovima, osoba udiše atmosferski vazduh koji ima relativno konstantan sastav. U izdahnutom zraku uvijek ima manje kisika i više ugljičnog dioksida. Alveolarni zrak sadrži najmanje kisika i najviše ugljičnog dioksida. Razlika u sastavu alveolarnog i izdahnutog zraka objašnjava se činjenicom da je potonji mješavina zraka iz mrtvog prostora i alveolarnog zraka.

Alveolarni vazduh je unutrašnje gasno okruženje tela. Gasni sastav arterijske krvi zavisi od njenog sastava. Regulatorni mehanizmi održavaju konstantnost sastava alveolarnog zraka, koji pri mirnom disanju malo ovisi o fazama udisaja i izdisaja. Na primjer, sadržaj CO2 na kraju udisaja je samo 0,2-0,3% manji nego na kraju izdisaja, jer se svakim udisajem obnavlja samo 1/7 alveolarnog zraka.

Osim toga, izmjena plinova u plućima se odvija kontinuirano, bez obzira na faze udaha ili izdisaja, što pomaže u izjednačavanju sastava alveolarnog zraka. S dubokim disanjem, zbog povećanja brzine ventilacije pluća, povećava se ovisnost sastava alveolarnog zraka o udisanju i izdisaju. Mora se imati na umu da će se koncentracija plinova "na osi" protoka zraka i na njegovoj "strani" također razlikovati: kretanje zraka "duž ose" bit će brže, a sastav će biti bliži sastavu atmosferski vazduh. U području vrha pluća, alveole se ventiliraju manje efikasno nego u donjim dijelovima pluća uz dijafragmu.

Alveolarna ventilacija

Razmjena plinova između zraka i krvi odvija se u alveolama. Sve ostale komponente pluća služe samo za dopremanje vazduha do ovog mesta. Stoga nije važna ukupna količina ventilacije pluća, već količina ventilacije alveola. To je manje od ventilacije pluća po količini ventilacije mrtvog prostora. Dakle, sa minutnim volumenom disanja jednakim 8000 ml i brzinom disanja od 16 u minuti, ventilacija mrtvog prostora će biti 150 ml x 16 = 2400 ml. Ventilacija alveola će biti jednaka 8000 ml - 2400 ml = 5600 ml. Uz isti minutni respiratorni volumen od 8000 ml i brzinu disanja od 32 u minuti, ventilacija mrtvog prostora će biti 150 ml x 32 = 4800 ml, a alveolarna ventilacija 8000 ml - 4800 ml = 3200 ml, tj. biće upola manje nego u prvom slučaju. ovo implicira prvi praktični zaključak, efikasnost alveolarne ventilacije zavisi od dubine i učestalosti disanja.

Količina ventilacije pluća reguliše tijelo na način da se osigura konstantan plinski sastav alveolarnog zraka. Dakle, s povećanjem koncentracije ugljičnog dioksida u alveolarnom zraku, minutni volumen disanja se povećava, a sa smanjenjem se smanjuje. Međutim, regulatorni mehanizmi ovog procesa nisu locirani u alveolama. Dubinu i učestalost disanja regulira respiratorni centar na osnovu informacija o količini kisika i ugljičnog dioksida u krvi.

Izmjena plinova u alveolama

Izmjena plinova u plućima nastaje kao rezultat difuzije kisika iz alveolarnog zraka u krv (oko 500 litara dnevno) i ugljičnog dioksida iz krvi u alveolarni zrak (oko 430 litara dnevno). Difuzija nastaje zbog razlike u tlaku ovih plinova u alveolarnom zraku i u krvi.

Difuzija je međusobno prodiranje supstanci koje dodiruju jedna u drugu zbog toplinskog kretanja čestica tvari. Difuzija se događa u smjeru smanjenja koncentracije tvari i dovodi do ujednačene raspodjele tvari u cijelom volumenu koji zauzima. Dakle, smanjena koncentracija kisika u krvi dovodi do njegovog prodiranja kroz membranu zračno-krvne (aerohematske) barijere, prekomjerna koncentracija ugljičnog dioksida u krvi dovodi do njegovog oslobađanja u alveolarni zrak. Anatomski, vazdušno-krvna barijera je predstavljena plućnom membranom, koja se, zauzvrat, sastoji od kapilarnih endotelnih ćelija, dve glavne membrane, skvamoznog alveolarnog epitela i sloja surfaktanta. Debljina plućne membrane je samo 0,4-1,5 mikrona.

Surfaktant je surfaktant koji olakšava difuziju gasova. Kršenje sinteze surfaktanta od strane plućnih epitelnih stanica čini proces disanja gotovo nemogućim zbog naglog usporavanja razine difuzije plina.

Kiseonik koji ulazi u krv i ugljični dioksid koji donosi krv mogu se ili otopiti ili kemijski vezati. U normalnim uslovima, tako mala količina ovih gasova se transportuje u slobodnom (otopljenom) stanju da se mogu bezbedno zanemariti prilikom procene potreba organizma. Radi jednostavnosti, pretpostavit ćemo da se glavna količina kisika i ugljičnog dioksida transportuje u vezanom stanju.

Transport kiseonika

Kiseonik se prenosi u obliku oksihemoglobina. Oksihemoglobin je kompleks hemoglobina i molekularnog kiseonika.

Hemoglobin se nalazi u crvenim krvnim zrncima - crvena krvna zrnca. Pod mikroskopom, crvena krvna zrnca izgledaju kao blago spljoštena krofna. Ovaj neobičan oblik omogućava interakciju crvenih krvnih zrnaca sa okolnom krvlju na većoj površini od sfernih ćelija (od tela jednake zapremine, lopta ima minimalnu površinu). Osim toga, crvena krvna zrnca je sposobna da se uvije u cijev, stisne se u usku kapilaru i dosegne najudaljenije kutove tijela.

U 100 ml krvi na tjelesnoj temperaturi rastvara se samo 0,3 ml kiseonika. Kiseonik, rastvarajući se u krvnoj plazmi kapilara plućne cirkulacije, difunduje u crvena krvna zrnca i odmah se vezuje za hemoglobin, formirajući oksihemoglobin, u kome je kiseonik 190 ml/l. Brzina vezivanja kiseonika je visoka - vreme apsorpcije difuznog kiseonika se meri u hiljaditim delovima sekunde. U kapilarama alveola uz odgovarajuću ventilaciju i dotok krvi, gotovo sav hemoglobin nadolazeće krvi pretvara se u oksihemoglobin. Ali sama brzina difuzije gasova „nazad-nazad” je mnogo sporija od brzine vezivanja gasova.

ovo implicira drugi praktični zaključak: da bi se razmena gasova odvijala uspešno, vazduh mora „dobiti pauze“, tokom kojih se koncentracija gasova u alveolarnom vazduhu i krvi koja priliva uspeva da se izjednači, odnosno mora da postoji pauza između udisaja i izdisaja.

Pretvaranje reduciranog (bez kisika) hemoglobina (deoksihemoglobina) u oksidirani (koji sadrži kisik) hemoglobin (oksihemoglobin) ovisi o sadržaju otopljenog kisika u tekućem dijelu krvne plazme. Štaviše, mehanizmi za asimilaciju rastvorenog kiseonika su veoma efikasni.

Na primjer, uspon na visinu od 2 km iznad razine mora praćen je smanjenjem atmosferskog tlaka sa 760 na 600 mm Hg. čl., parcijalni pritisak kiseonika u alveolarnom vazduhu od 105 do 70 mm Hg. čl., a sadržaj oksihemoglobina se smanjuje samo za 3%. I, unatoč smanjenju atmosferskog tlaka, tkiva se i dalje uspješno opskrbljuju kisikom.

U tkivima kojima je za normalno funkcioniranje potrebno puno kisika (radni mišići, jetra, bubrezi, žljezdano tkivo), oksihemoglobin se vrlo aktivno, ponekad i gotovo potpuno, „odriče“ kisika. U tkivima u kojima je intenzitet oksidativnih procesa nizak (na primjer, u masnom tkivu), većina oksihemoglobina ne „odustaje“ od molekularnog kisika – nivo disocijacija oksihemoglobina je niska. Prelazak tkiva iz stanja mirovanja u aktivno stanje (kontrakcija mišića, lučenje žlijezde) automatski stvara uvjete za povećanje disocijacije oksihemoglobina i povećanje opskrbe tkiva kisikom.

Sposobnost hemoglobina da "drži" kisik (afinitet hemoglobina prema kisiku) opada s povećanjem koncentracije ugljičnog dioksida (Bohrov efekat) i vodikovih jona. Povećanje temperature ima sličan učinak na disocijaciju oksihemoglobina.

Odavde postaje lako razumjeti kako su prirodni procesi međusobno povezani i uravnoteženi jedni u odnosu na druge. Promjene u sposobnosti oksihemoglobina da zadrži kisik su od velike važnosti za osiguranje opskrbe tkiva kisikom. U tkivima u kojima se metabolički procesi odvijaju intenzivno, koncentracija ugljičnog dioksida i vodikovih iona raste, a temperatura raste. To ubrzava i olakšava oslobađanje kisika hemoglobinom i olakšava tijek metaboličkih procesa.

Vlakna skeletnih mišića sadrže mioglobin, koji je sličan hemoglobinu. Ima veoma visok afinitet prema kiseoniku. Nakon što je "zgrabio" molekul kisika, više ga neće puštati u krv.

Količina kiseonika u krvi

Maksimalna količina kisika koju krv može vezati kada je hemoglobin potpuno zasićen kisikom naziva se kisikov kapacitet krvi. Kapacitet krvi za kiseonik zavisi od sadržaja hemoglobina u njoj.

U arterijskoj krvi sadržaj kisika je tek neznatno (3-4%) niži od kisikovog kapaciteta krvi. U normalnim uslovima, 1 litar arterijske krvi sadrži 180-200 ml kiseonika. Čak iu slučajevima kada u eksperimentalnim uslovima osoba udiše čisti kiseonik, njegova količina u arterijskoj krvi praktično odgovara kapacitetu kiseonika. U poređenju sa disanjem atmosferskim vazduhom, količina prenetog kiseonika se neznatno povećava (za 3-4%).

Venska krv u mirovanju sadrži oko 120 ml/l kiseonika. Dakle, kako krv teče kroz kapilare tkiva, ona ne odaje sav kiseonik.

Dio kiseonika koji tkiva apsorbuju iz arterijske krvi naziva se koeficijent iskorišćenja kiseonika. Da biste ga izračunali, podijelite razliku u sadržaju kisika u arterijskoj i venskoj krvi sa sadržajem kisika u arterijskoj krvi i pomnožite sa 100.

Na primjer:
(200-120): 200 x 100 = 40%.

U mirovanju, stopa iskorištenja kiseonika u tijelu kreće se od 30 do 40%. Intenzivnim mišićnim radom povećava se na 50-60%.

Transport ugljičnog dioksida

Ugljični dioksid se u krvi prenosi u tri oblika. U venskoj krvi može se otkriti oko 58 vol. % (580 ml/l) CO2, od čega je samo oko 2,5% zapremine u rastvorenom stanju. Neki od molekula CO2 se kombinuju sa hemoglobinom u crvenim krvnim zrncima, formirajući karbohemoglobin (otprilike 4,5 vol.%). Preostala količina CO2 je hemijski vezana i sadržana je u obliku soli ugljične kiseline (približno 51 vol.%).

Ugljični dioksid je jedan od najčešćih proizvoda kemijskih metaboličkih reakcija. Kontinuirano se formira u živim stanicama i odatle difundira u krv tkivnih kapilara. U crvenim krvnim zrncima spaja se s vodom i stvara ugljičnu kiselinu (C02 + H20 = H2C03).

Ovaj proces katalizira (ubrzano dvadeset hiljada puta) enzim karboanhidraza. Karboanhidraza se nalazi u eritrocitima, a ne u krvnoj plazmi. Dakle, proces spajanja ugljičnog dioksida s vodom odvija se gotovo isključivo u crvenim krvnim zrncima. Ali ovo je reverzibilan proces koji može promijeniti svoj smjer. Ovisno o koncentraciji ugljičnog dioksida, karboanhidraza katalizira i stvaranje ugljične kiseline i njenu razgradnju na ugljični dioksid i vodu (u kapilarama pluća).

Zahvaljujući ovim procesima vezivanja, koncentracija CO2 u eritrocitima je niska. Stoga sve više novih količina CO2 nastavlja da difundira u crvena krvna zrnca. Akumulacija jona unutar eritrocita je praćena povećanjem osmotskog tlaka u njima, kao rezultat toga, povećava se količina vode u unutrašnjem okruženju eritrocita. Zbog toga se volumen crvenih krvnih zrnaca u kapilarama sistemske cirkulacije neznatno povećava.

Hemoglobin ima veći afinitet za kiseonik nego za ugljen-dioksid, pa se u uslovima povećanja parcijalnog pritiska kiseonika karbohemoglobin prvo pretvara u deoksihemoglobin, a zatim u oksihemoglobin.

Osim toga, kada se oksihemoglobin pretvara u hemoglobin, povećava se sposobnost krvi da veže ugljični dioksid. Ovaj fenomen se naziva Haldaneov efekat. Hemoglobin služi kao izvor kalijevih katjona (K+), neophodnih za vezivanje ugljične kiseline u obliku soli ugljičnog dioksida - bikarbonata.

Dakle, u crvenim krvnim zrncima kapilara tkiva nastaje dodatna količina kalijum bikarbonata, kao i karbohemoglobina. U ovom obliku, ugljični dioksid se prenosi u pluća.

U kapilarama plućne cirkulacije koncentracija ugljičnog dioksida se smanjuje. CO2 se odvaja od karbohemoglobina. Istovremeno se stvara oksihemoglobin i povećava se njegova disocijacija. Oksihemoglobin istiskuje kalijum iz bikarbonata. Ugljena kiselina u eritrocitima (u prisustvu karboanhidraze) brzo se razlaže na H20 i CO2. Krug je završen.

Ostala je još jedna napomena. Ugljični monoksid (CO) ima veći afinitet za hemoglobin od ugljičnog dioksida (CO2) i kisika. Zbog toga je trovanje ugljičnim monoksidom toliko opasno: formiranjem stabilne veze s hemoglobinom, ugljični monoksid blokira mogućnost normalnog transporta plinova i zapravo „guši“ tijelo. Stanovnici velikih gradova stalno udišu povišene koncentracije ugljičnog monoksida. To dovodi do činjenice da čak i dovoljan broj punopravnih crvenih krvnih zrnaca u uvjetima normalne cirkulacije krvi nije u stanju obavljati transportne funkcije. Otuda nesvjestice i srčani udari relativno zdravih ljudi u saobraćajnim gužvama.

• < Nazad