Notranje dihanje in transport plinov. poglavje IV. Dihanje Spremembe v sestavi vdihanega in izdihanega zraka

Pomen dihanja

Dihanje je pomemben proces stalne izmenjave plinov med telesom in okolico. V procesu dihanja človek absorbira kisik iz okolja in sprošča ogljikov dioksid.

Skoraj vse zapletene reakcije pretvorbe snovi v telesu zahtevajo sodelovanje kisika. Brez kisika je metabolizem nemogoč, stalna oskrba s kisikom pa je nujna za ohranitev življenja. V celicah in tkivih zaradi presnove nastaja ogljikov dioksid, ki ga je treba odstraniti iz telesa. Kopičenje velikih količin ogljikovega dioksida v telesu je nevarno. Ogljikov dioksid se s krvjo prenaša v dihala in izdiha. Kisik, ki vstopi v dihalne organe med vdihavanjem, difundira v kri in se s krvjo dostavi organom in tkivom.

V človeškem in živalskem telesu ni zalog kisika, zato je njegova stalna oskrba v telesu nujna. Če lahko oseba v nujnih primerih živi brez hrane več kot mesec dni, brez vode do 10 dni, potem v odsotnosti kisika pride do nepopravljivih sprememb v 5-7 minutah.

Sestava vdihanega, izdihanega in alveolarnega zraka

Z izmeničnim vdihom in izdihom človek prezrači pljuča, pri čemer vzdržuje razmeroma konstantno sestavo plinov v pljučnih mehurčkih (alveolih). Človek diha atmosferski zrak z visoko vsebnostjo kisika (20,9 %) in nizko vsebnostjo ogljikovega dioksida (0,03 %) ter izdihuje zrak, v katerem je 16,3 % kisika in 4 % ogljikovega dioksida (tabela 8).

Sestava alveolarnega zraka se bistveno razlikuje od sestave atmosferskega, vdihanega zraka. Vsebuje manj kisika (14,2 %) in veliko ogljikovega dioksida (5,2 %).

Dušik in inertni plini, ki sestavljajo zrak, ne sodelujejo pri dihanju, njihova vsebnost v vdihanem, izdihanem in alveolarnem zraku pa je skoraj enaka.

Zakaj izdihani zrak vsebuje več kisika kot alveolarni zrak? To je razloženo z dejstvom, da se pri izdihu zrak, ki je v dihalnih organih, v dihalnih poteh, pomeša z alveolarnim zrakom.

Parcialni tlak in napetost plinov

V pljučih prehaja kisik iz alveolarnega zraka v kri, ogljikov dioksid iz krvi pa v pljuča. Prehod plinov iz zraka v tekočino in iz tekočine v zrak nastane zaradi razlike v parcialnem tlaku teh plinov v zraku in tekočini. Parcialni tlak je del celotnega tlaka, ki predstavlja delež določenega plina v mešanici plinov. Višji kot je odstotek plina v mešanici, temu primerno višji je njen parcialni tlak. Atmosferski zrak je, kot veste, mešanica plinov. Atmosferski zračni tlak 760 mm Hg. Umetnost. Parcialni tlak kisika v atmosferskem zraku je 20,94 % od 760 mm, to je 159 mm; dušik - 79,03% od 760 mm, tj. približno 600 mm; V atmosferskem zraku je malo ogljikovega dioksida - 0,03%, zato je njegov parcialni tlak 0,03% od 760 mm - 0,2 mm Hg. Umetnost.

Za pline, raztopljene v tekočini, se uporablja izraz "napetost", ki ustreza izrazu "delni tlak", ki se uporablja za proste pline. Napetost plina je izražena v enakih enotah kot tlak (mmHg). Če je parcialni tlak plina v okolju višji od napetosti tega plina v tekočini, potem se plin raztopi v tekočini.

Parcialni tlak kisika v alveolarnem zraku je 100-105 mm Hg. Art., In v krvi, ki teče v pljuča, je napetost kisika v povprečju 60 mm Hg. Art., torej v pljučih kisik iz alveolarnega zraka prehaja v kri.

Gibanje plinov poteka po zakonih difuzije, po katerih se plin širi iz medija z visokim parcialnim tlakom v medij z nižjim tlakom.

Izmenjava plinov v pljučih

Prehod kisika iz alveolarnega zraka v kri v pljučih in pretok ogljikovega dioksida iz krvi v pljuča potekata po zgoraj opisanih zakonitostih.

Zahvaljujoč delu velikega ruskega fiziologa Ivana Mihajloviča Sechenova je postalo mogoče preučevati plinsko sestavo krvi in ​​pogoje izmenjave plinov v pljučih in tkivih.

Izmenjava plinov v pljučih poteka med alveolarnim zrakom in krvjo z difuzijo. Pljučni mešički so prepleteni z gosto mrežo kapilar. Stene alveolov in kapilar so zelo tanke, kar olajša prodiranje plinov iz pljuč v kri in obratno. Izmenjava plinov je odvisna od velikosti površine, skozi katero difundirajo plini, in razlike v parcialnem tlaku (napetosti) difuzijskih plinov. Z globokim vdihom se alveoli raztegnejo in njihova površina doseže 100-105 m2. Tudi površina kapilar v pljučih je velika. Razlika med parcialnim tlakom plinov v alveolarnem zraku in napetostjo teh plinov v venski krvi je zadostna (tabela 9).

Iz tabele 9 izhaja, da je razlika med napetostjo plinov v venski krvi in ​​njihovim parcialnim tlakom v alveolarnem zraku za kisik 110 - 40 = 70 mm Hg. Art., In za ogljikov dioksid 47 - 40 = 7 mm Hg. Umetnost.

Eksperimentalno je bilo mogoče ugotoviti, da z razliko v napetosti kisika 1 mm Hg. Umetnost. pri odraslem v mirovanju lahko v 1 minuti v kri vstopi 25-60 ml kisika. Človek v mirovanju potrebuje približno 25-30 ml kisika na minuto. Zato je razlika v tlaku kisika 70 mmHg. Umetnost zadostuje za oskrbo telesa s kisikom v različnih pogojih njegove dejavnosti: med fizičnim delom, športnimi vajami itd.

Hitrost difuzije ogljikovega dioksida iz krvi je 25-krat večja od kisika, torej z razliko v tlaku 7 mm Hg. Art., ima ogljikov dioksid čas, da se sprosti iz krvi.

Prenos plinov s krvjo

Kri prenaša kisik in ogljikov dioksid. V krvi, tako kot v kateri koli tekočini, so lahko plini v dveh stanjih: fizično raztopljeni in kemično vezani. Tako kisik kot ogljikov dioksid se v krvni plazmi raztopita v zelo majhnih količinah. Večina kisika in ogljikovega dioksida se prenaša v kemično vezani obliki.

Glavni prenašalec kisika je hemoglobin v krvi. 1 g hemoglobina veže 1,34 ml kisika. Hemoglobin se lahko veže s kisikom in tvori oksihemoglobin. Višji kot je parcialni tlak kisika, več oksihemoglobina nastane. V alveolarnem zraku je parcialni tlak kisika 100-110 mm Hg. Umetnost. V takšnih pogojih se 97 % krvnega hemoglobina veže na kisik. Kri prinaša tkivom kisik v obliki oksihemoglobina. Tu je parcialni tlak kisika nizek, oksihemoglobin – krhka spojina – sprošča kisik, ki ga uporabljajo tkiva. Na vezavo kisika s hemoglobinom vpliva tudi napetost ogljikovega dioksida. Ogljikov dioksid zmanjša sposobnost hemoglobina za vezavo kisika in spodbuja disociacijo oksihemoglobina. Zvišanje temperature tudi zmanjša sposobnost hemoglobina za vezavo kisika. Znano je, da je temperatura v tkivih višja kot v pljučih. Vsi ti pogoji prispevajo k disociaciji oksihemoglobina, zaradi česar kri sprosti kisik, ki se sprosti iz kemične spojine, v tkivno tekočino.

Lastnost hemoglobina, da veže kisik, je ključnega pomena za telo. Včasih ljudje umrejo zaradi pomanjkanja kisika v telesu, obdani z najčistejšim zrakom. To se lahko zgodi človeku, ki se znajde v razmerah nizkega tlaka (na velikih nadmorskih višinah), kjer ima tanka atmosfera zelo nizek parcialni tlak kisika. 15. aprila 1875 je balon Zenit s tremi balonarji na krovu dosegel višino 8000 m. Ko je balon pristal, je ostala živa le ena oseba. Vzrok smrti je bilo močno znižanje parcialnega tlaka kisika na visoki nadmorski višini. Na visoki nadmorski višini (7-8 km) se arterijska kri v svoji plinski sestavi približa venski krvi; vsa tkiva telesa začnejo doživljati akutno pomanjkanje kisika, kar vodi do resnih posledic. Vzponi na višine nad 5000 m običajno zahtevajo uporabo posebnih kisikovih naprav.

S posebnim treningom se lahko telo prilagodi nizki vsebnosti kisika v atmosferskem zraku. Dihanje trenirane osebe se poglobi, število rdečih krvničk v krvi se poveča zaradi njihove povečane tvorbe v hematopoetskih organih in njihove oskrbe iz krvnega depoja. Poleg tega se srčne kontrakcije povečajo, kar vodi do povečanja minutnega volumna krvi.

Tlačne komore se pogosto uporabljajo za trening.

Ogljikov dioksid se prenaša s krvjo v obliki kemičnih spojin - natrijevega in kalijevega bikarbonata. Vezava ogljikovega dioksida in njegovo sproščanje v kri sta odvisna od njegove napetosti v tkivih in krvi.

Poleg tega je hemoglobin v krvi vključen v prenos ogljikovega dioksida. V tkivnih kapilarah hemoglobin vstopi v kemično kombinacijo z ogljikovim dioksidom. V pljučih se ta spojina razgradi in sprosti ogljikov dioksid. Približno 25-30 % ogljikovega dioksida, ki se sprosti v pljučih, prenaša hemoglobin.

Ko sem se urejala, so mi v salonu svetovali, naj kupim Rinfoltil, našla sem ga pri teh fantih. vitamini.com.ua.

Vsi dobro vemo, da brez zraka ne more živeti nobeno živo bitje na zemlji. Zrak je ključnega pomena za vse nas. Vsi, od otrok do odraslih, vedo, da je brez zraka nemogoče preživeti, vendar vsi ne vedo, kaj je zrak in iz česa je sestavljen. Zrak je torej mešanica plinov, ki je ni mogoče videti ali otipati, vsi pa dobro vemo, da je okoli nas, čeprav tega praktično ne opazimo. Za izvedbo raziskav različnih vrst, tudi v našem laboratoriju.

Zrak čutimo le, ko zapiha močan veter ali smo v bližini ventilatorja. Iz česa je sestavljen zrak? Sestavljen je iz dušika in kisika, le manjši del pa iz argona, vode, vodika in ogljikovega dioksida. Če upoštevamo sestavo zraka v odstotkih, potem je dušik 78,08 odstotka, kisik 20,94 odstotka, argon 0,93 odstotka, ogljikov dioksid 0,04 odstotka, neon 1,82 * 10-3 odstotka, helij 4,6 * 10-4 odstotka, metan 1,7 * 10- 4 odstotke, kripton 1,14*10-4 odstotka, vodik 5*10-5 odstotkov, ksenon 8,7*10-6 odstotkov, dušikov oksid 5*10-5 odstotkov.

Vsebnost kisika v zraku je zelo visoka, saj je kisik nujen za delovanje človeškega telesa. Kisik, ki ga med dihanjem opazimo v zraku, vstopi v celice človeškega telesa in sodeluje v procesu oksidacije, pri čemer se sprosti energija, potrebna za življenje. Prav tako je kisik, ki je prisoten v zraku, potreben za zgorevanje goriva, ki proizvaja toploto, kot tudi za proizvodnjo mehanske energije v motorjih z notranjim zgorevanjem.

Med utekočinjanjem se iz zraka izločajo tudi inertni plini. Koliko kisika je v zraku, če pogledate v odstotkih, potem sta kisik in dušik v zraku 98 odstotkov. Če poznamo odgovor na to vprašanje, se pojavi še eno vprašanje, katere plinaste snovi so vključene v zrak.

Tako je leta 1754 znanstvenik po imenu Joseph Black potrdil, da je zrak sestavljen iz mešanice plinov in ne homogene snovi, kot se je prej mislilo. Sestava zraka na zemlji vključuje metan, argon, ogljikov dioksid, helij, kripton, vodik, neon in ksenon. Omeniti velja, da se lahko odstotek zraka nekoliko razlikuje glede na to, kje ljudje živijo.

Na žalost bo v velikih mestih delež ogljikovega dioksida v odstotkih večji kot na primer v vaseh ali gozdovih. Postavlja se vprašanje, kolikšen odstotek kisika je v zraku v gorah. Odgovor je preprost, kisik je veliko težji od dušika, zato ga bo v zraku v gorah veliko manj, to pa zato, ker se gostota kisika zmanjšuje z višino.

Raven kisika v zraku

Torej, glede razmerja kisika v zraku obstajajo določeni standardi, na primer za delovno območje. Da bi človek lahko polno delal, je raven kisika v zraku od 19 do 23 odstotkov. Pri upravljanju opreme v podjetjih je nujno spremljati tesnost naprav, pa tudi različnih strojev. Če je pri testiranju zraka v prostoru, kjer ljudje delajo, raven kisika pod 19 odstotki, potem je prostor nujno zapustiti in vključiti zasilno prezračevanje. Raven kisika v zraku na delovnem mestu lahko nadzorujete tako, da povabite laboratorij EcoTestExpress in opravite raziskave.

Zdaj pa definirajmo, kaj je kisik

Kisik je kemični element v Mendelejevem periodnem sistemu elementov; kisik nima vonja, okusa in barve. Kisik v zraku je izjemno potreben za človeško dihanje, pa tudi za gorenje, saj ni skrivnost, da če ni zraka, noben material ne bo goril. Kisik vsebuje mešanico treh stabilnih nuklidov, katerih masna števila so 16, 17 in 18.

Kisik je torej najpogostejši element na zemlji, odstotno pa je največji odstotek kisika v silikatih, kar je približno 47,4 odstotka mase trdne zemeljske skorje. Tudi morja in sladke vode celotne zemlje vsebujejo ogromno kisika, in sicer 88,8 odstotka, kar zadeva količino kisika v zraku, pa le 20,95 odstotka. Prav tako je treba opozoriti, da je kisik del več kot 1500 spojin v zemeljski skorji.

Kar zadeva proizvodnjo kisika, ga pridobivamo z ločevanjem zraka pri nizkih temperaturah. Ta proces poteka takole: najprej se zrak stisne s pomočjo kompresorja; ko se stisne, se zrak začne segrevati. Stisnjen zrak pustimo, da se ohladi na sobno temperaturo, po ohlajanju pa pustimo, da se prosto širi.

Ko pride do ekspanzije, začne temperatura plina močno padati; ko se zrak ohladi, je lahko njegova temperatura več deset stopinj pod sobno temperaturo, tak zrak se ponovno stisne in sproščena toplota se odvzame. Po več stopnjah stiskanja in ohlajanja zraka se izvedejo številni drugi postopki, zaradi katerih se izloči čisti kisik brez primesi.

In tu se pojavi še eno vprašanje: kaj je težje: kisik ali ogljikov dioksid. Odgovor je preprosto: ogljikov dioksid bo seveda težji od kisika. Gostota ogljikovega dioksida je 1,97 kg/m3, gostota kisika pa 1,43 kg/m3. Kar se tiče ogljikovega dioksida, se izkaže, da igra eno glavnih vlog v življenju vsega življenja na zemlji, poleg tega pa vpliva na kroženje ogljika v naravi. Dokazano je, da ogljikov dioksid sodeluje pri uravnavanju dihanja, pa tudi krvnega obtoka.

Naročite se na brezplačen posvet z ekologom

Kaj je ogljikov dioksid?

Zdaj pa podrobneje opredelimo, kaj je ogljikov dioksid, in določimo tudi sestavo ogljikovega dioksida. Torej, ogljikov dioksid je z drugimi besedami ogljikov dioksid, je brezbarven plin z rahlo kislim vonjem in okusom. Kar zadeva zrak, je koncentracija ogljikovega dioksida v njem 0,038 odstotka. Fizikalne lastnosti ogljikovega dioksida so, da pri normalnem atmosferskem tlaku ne obstaja v tekočem stanju, temveč neposredno prehaja iz trdnega v plinasto stanje.

Ogljikov dioksid v trdni obliki imenujemo tudi suhi led. Danes je ogljikov dioksid udeleženec globalnega segrevanja. Ogljikov dioksid nastaja pri gorenju različnih snovi. Omeniti velja, da se med industrijsko proizvodnjo ogljikovega dioksida črpa v jeklenke. Ogljikov dioksid, načrpan v jeklenke, se uporablja kot gasilni aparat, pa tudi pri proizvodnji gazirane vode, uporablja pa se tudi v pnevmatskem orožju. In tudi v prehrambeni industriji kot konzervans.

Sestava vdihanega in izdihanega zraka

Zdaj pa poglejmo sestavo vdihanega in izdihanega zraka. Najprej opredelimo, kaj je dihanje. Dihanje je kompleksen neprekinjen proces, pri katerem se plinska sestava krvi nenehno obnavlja. Sestava vdihanega zraka je 20,94 odstotka kisika, 0,03 odstotka ogljikovega dioksida in 79,03 odstotka dušika. Toda sestava izdihanega zraka je le 16,3 odstotka kisika, kar 4 odstotke ogljikovega dioksida in 79,7 odstotka dušika.

Opazite lahko, da se vdihani zrak od izdihanega razlikuje po vsebnosti kisika, pa tudi po količini ogljikovega dioksida. To so snovi, ki sestavljajo zrak, ki ga dihamo in izdihujemo. Tako je naše telo nasičeno s kisikom in sprosti ves nepotreben ogljikov dioksid navzven.

Suhi kisik izboljša električne in zaščitne lastnosti filmov zaradi odsotnosti vode ter njihovo zbijanje in zmanjšanje volumskega naboja. Prav tako suhi kisik v normalnih pogojih ne more reagirati z zlatom, bakrom ali srebrom. Za izvedbo kemijske analize zraka ali drugih laboratorijskih raziskav, vključno z, lahko to storite v našem laboratoriju EcoTestExpress.

Zrak je atmosfera planeta, na katerem živimo. In vedno imamo vprašanje, kaj je vključeno v zrak, odgovor je preprosto skupek plinov, kot je bilo že opisano zgoraj, kateri plini so v zraku in v kakšnem razmerju. Kar zadeva vsebnost plinov v zraku, je vse enostavno in preprosto, odstotno razmerje za skoraj vsa področja našega planeta je enako.

Sestava in lastnosti zraka

Zrak ni sestavljen samo iz mešanice plinov, ampak tudi iz različnih aerosolov in hlapov. Odstotna sestava zraka je razmerje med dušikom, kisikom in drugimi plini v zraku. Torej, koliko kisika je v zraku, preprost odgovor je le 20 odstotkov. Sestava plina, kar zadeva dušik, vsebuje levji delež vsega zraka, pri čemer je treba omeniti, da pri povišanem tlaku dušik začne imeti narkotične lastnosti.

To ni malo pomembno, saj morajo potapljači pri delu pogosto delati v globinah pod ogromnim pritiskom. O kisiku je bilo veliko povedanega, saj je zelo pomemben za življenje ljudi na našem planetu. Omeniti velja, da kratkotrajno vdihavanje zraka s povečano količino kisika nima škodljivega učinka na osebo.

Če pa oseba dolgo časa vdihava zrak s povečano vsebnostjo kisika, bo to povzročilo patološke spremembe v telesu. Druga glavna sestavina zraka, o kateri je bilo že veliko povedanega, je ogljikov dioksid, saj se izkaže, da brez njega človek ne more živeti tako dobro kot brez kisika.

Če na zemlji ne bi bilo zraka, potem na našem planetu niti en živ organizem ne bi mogel živeti, še manj pa nekako delovati. Na žalost v sodobnem svetu ogromno število industrijskih objektov, ki onesnažujejo naš zrak, v zadnjem času vse bolj poziva k zaščiti okolja in spremljanju čistosti zraka. Zato morate pogosteje meriti zrak, da ugotovite, kako čist je. Če se vam zdi, da zrak v vašem prostoru ni dovolj čist in je to posledica zunanjih dejavnikov, se lahko vedno obrnete na laboratorij EcoTestExpress, ki bo opravil vse potrebne teste (raziskave) in izdal zaključek o čistosti zrak, ki ga vdihavate.

Navaden atmosferski zrak, primeren za dihanje ljudi in drugih živih bitij, je večkomponentna mešanica plinov. Glavnino njegove prostornine predstavlja dušik, katerega delež dosega približno 78 %. Na drugem mestu po tem kazalniku je kisik, ki predstavlja približno 21% prostornine zraka. Tako skupaj ta dva plina predstavljata približno 99 % prostornine zraka.

Preostalih 1-1,5% prostornine predstavljata večinoma argon in ogljikov dioksid, pa tudi majhne količine drugih plinov - neon, helij, ksenon in drugi. Hkrati je delež ogljikovega dioksida v običajnem atmosferskem zraku, ki ni podvržen nikakršnim vplivom, najpogosteje približno 0,3% volumna.

Izdihani zrak

Hkrati se sestava zraka, ki nastane kot posledica človeškega dihalnega procesa, bistveno razlikuje od prvotne v vsebnosti številnih elementov. Tako je znano, da v procesu dihanja človeško telo porablja kisik, zato je naravno, da je njegova količina v izdihanem zraku bistveno manjša kot v vdihanem zraku. Če je prvotna sestava zraka vsebovala okoli 21 % kisika, bo izdihani zrak vseboval le okoli 15,4 %.

Druga pomembna sprememba, ki se pojavi v zraku med dihanjem, je vsebnost ogljikovega dioksida. Torej, če v zraku, ki vstopa v človeško telo, njegova vsebnost običajno ne presega 0,3% volumna, potem v zraku, ki zapušča telo, volumen ogljikovega dioksida doseže 4%. To je posledica dejstva, da med delovanjem človeškega telesa njegovi organi in tkiva oddajajo ogljikov dioksid, ki se izloča med dihanjem. Toda vsebnost drugih plinov v izdihanem zraku se praktično ne spremeni glede na izvirnik. To je posledica dejstva, da so za človeško telo inertni, to pomeni, da na noben način ne vplivajo nanj - ne absorbirajo se ali izločajo.

Upoštevati je treba, da zrak, ki ga človek izdihne, spremeni ne le svojo sestavo, ampak tudi nekatere fizične lastnosti. Njegova temperatura se približa temperaturi človeškega telesa, ki je običajno 36,6°C. Če torej človek vdihne hladen zrak, se njegova temperatura dvigne, če vdihne vroč zrak, pa se njegova temperatura zniža. Poleg tega ima izdihani zrak običajno višjo stopnjo vlažnosti v primerjavi z vdihanim zrakom.

Podano v tabeli. 1.1 Sestava atmosferskega zraka se v zaprtih prostorih spreminja na različne načine. Prvič, spremeni se odstotek posameznih bistvenih sestavin, drugič pa se pojavijo dodatne nečistoče, ki niso značilne za čist zrak. V tem odstavku bomo govorili o spremembah sestave plina in njegovih dopustnih odstopanjih od normale.

Najpomembnejša plina za človekovo življenje sta kisik in ogljikov dioksid, ki sodelujeta pri izmenjavi plinov med človekom in okoljem. Ta izmenjava plinov poteka predvsem v človeških pljučih med dihanjem. Izmenjava plinov, ki poteka skozi površino kože, je približno 100-krat manjša kot skozi pljuča, saj je površina telesa odraslega človeka približno 1,75 m2, površina pljučnih mešičkov pa približno 200 m2. Dihalni proces spremlja tvorba toplote v človeškem telesu v količini od 4,69 do 5,047 (povprečno 4,879) kcal na 1 liter absorbiranega kisika (pretvorjenega v ogljikov dioksid). Upoštevati je treba, da se absorbira le majhen del kisika, ki ga vsebuje vdihani zrak (približno 20%). Torej, če atmosferski zrak vsebuje približno 21% kisika, bo zrak, ki ga izdihne oseba, vseboval približno 17%. Običajno je količina izdihanega ogljikovega dioksida manjša od količine absorbiranega kisika. Razmerje med količino ogljikovega dioksida, ki ga oddaja oseba, in absorbiranega kisika se imenuje respiratorni koeficient (RQ), ki se običajno giblje od 0,71 do 1. Če pa je oseba v stanju močnega vznemirjenja ali opravlja zelo težko delo , je RQ lahko celo večji od ena.

Količina kisika, ki jo človek potrebuje za vzdrževanje normalnih življenjskih funkcij, je odvisna predvsem od intenzivnosti dela, ki ga opravlja, in je določena s stopnjo živčne in mišične napetosti. Absorpcija kisika v krvi poteka najbolje pri parcialnem tlaku približno 160 mmHg. Art., Ki pri atmosferskem tlaku 760 mm Hg. Umetnost. ustreza normalnemu odstotku kisika v atmosferskem zraku, to je 21 %.

Zaradi sposobnosti prilagajanja človeškega telesa lahko normalno dihanje opazimo tudi pri manjših količinah kisika.

Če pride do zmanjšanja vsebnosti kisika v zraku zaradi inertnih plinov (na primer dušika), je možno znatno zmanjšanje količine kisika - do 12%.

Vendar pa v zaprtih prostorih zmanjšanje vsebnosti kisika ne spremlja povečanje koncentracije inertnih plinov, temveč kopičenje ogljikovega dioksida. V teh pogojih bi morala biti najvišja dovoljena minimalna vsebnost kisika v zraku precej višja. Običajno se za to koncentracijo kot norma vzame vsebnost kisika 17 volumskih odstotkov. Na splošno se v zaprtih prostorih odstotek kisika nikoli ne zmanjša na to normo, saj koncentracija ogljikovega dioksida doseže mejno vrednost veliko prej. Zato je praktično pomembneje določiti najvišje dovoljene standarde za vsebnost ogljikovega dioksida kot kisika v zaprtih prostorih.

Ogljikov dioksid CO2 je brezbarven plin z rahlim kiselkastim okusom in vonjem; je 1,52-krat težji od zraka in rahlo strupen. Kopičenje ogljikovega dioksida v zraku zaprtih prostorov povzroča glavobole, omotico, šibkost, izgubo občutljivosti in celo izgubo zavesti.

Menijo, da je količina ogljikovega dioksida v atmosferskem zraku 0,03% prostornine. To velja za podeželska območja. V zraku velikih industrijskih središč je njegova vsebnost običajno višja. Za izračune se vzame koncentracija 0,04%. Zrak, ki ga izdiha človek, vsebuje približno 4 % ogljikovega dioksida.

Brez škodljivih posledic za človeško telo lahko v zraku zaprtih prostorov prenesemo koncentracije ogljikovega dioksida bistveno višje od 0,04 %.

Najvišja dovoljena koncentracija ogljikovega dioksida je odvisna od dolžine zadrževanja ljudi v določenem zaprtem prostoru in vrste njihovega poklica. Na primer, za zaprta zavetišča, ko so v njih nameščeni zdravi ljudje za največ 8 ur, se lahko kot najvišja dovoljena koncentracija CO2 sprejme norma 2%. Za kratkoročno bivanje se lahko ta cena poveča. Možnost, da je človek v okolju z visoko koncentracijo ogljikovega dioksida, je posledica sposobnosti človeškega telesa, da se prilagaja različnim razmeram. Ko je koncentracija CO2 višja od 1 %, človek začne vdihavati bistveno več zraka. Tako se pri koncentraciji CO2 3 % podvoji dihanje tudi v mirovanju, kar samo po sebi ne povzroča opaznejših negativnih posledic ob razmeroma kratkem bivanju v takem zraku. Če oseba ostane v prostoru s 3-odstotno koncentracijo CO2 dovolj dolgo (3 ali več dni), obstaja nevarnost, da izgubi zavest.

Pri dolgotrajnem zadrževanju ljudi v zaprtih prostorih in pri opravljanju tega ali onega dela mora biti najvišja dovoljena koncentracija ogljikovega dioksida bistveno nižja od 2%. Dovoljeno je nihanje od 0,1 do 1%. Vsebnost ogljikovega dioksida 0,1% se lahko šteje za sprejemljivo za običajne nezatesnjene prostore zgradb in objektov za različne namene. Nižjo koncentracijo ogljikovega dioksida (približno 0,07-0,08) je treba predpisati samo za prostore zdravstvenih in otroških ustanov.

Kot bo razvidno iz nadaljevanja, so zahteve glede vsebnosti ogljikovega dioksida v notranjem zraku nadzemnih stavb običajno zlahka izpolnjene, če so viri njegove emisije ljudje. Drugače pa je, ko se ogljikov dioksid kopiči v proizvodnih obratih kot posledica določenih tehnoloških procesov, na primer v delavnicah za kvas, pivovarstvo, hidrolizo. V tem primeru se kot najvišja dovoljena koncentracija ogljikovega dioksida vzame 0,5%.

Podrobno smo si ogledali, kako pride zrak v pljuča. Zdaj pa poglejmo, kaj se bo z njim zgodilo naprej.

Krvožilni sistem

Odločili smo se, da kisik v atmosferskem zraku vstopa v alveole, od koder skozi njihovo tanko steno z difuzijo prehaja v kapilare in zaplete alveole v gosto mrežo. Kapilare se povezujejo v pljučne vene, ki prenašajo s kisikom obogateno kri v srce, natančneje v njegov levi atrij. Srce deluje kot črpalka, ki črpa kri po telesu. Iz levega preddvora gre oksigenirana kri v levi prekat, od tam pa po sistemskem krvnem obtoku do organov in tkiv. Po izmenjavi hranilnih snovi v kapilarah telesa s tkivi, opuščanju kisika in odvzemu ogljikovega dioksida se kri zbira v venah in vstopi v desni atrij srca, sistemski krvni obtok pa se zapre. Od tam se začne majhen krog.

Mali krog se začne v desnem prekatu, od koder pljučna arterija prenaša kri, ki jo »napolni« s kisikom v pljuča, razveja in prepleta pljučne mešičke s kapilarno mrežo. Od tu spet - po pljučnih venah do levega atrija in tako naprej v nedogled. Da bi si predstavljali učinkovitost tega procesa, si predstavljajte, da je čas za popoln krvni obtok le 20-23 sekund. V tem času volumnu krvi uspe popolnoma »prekrožiti« sistemski in pljučni obtok.

Za nasičenje tako aktivno spreminjajočega se okolja, kot je kri, s kisikom, je treba upoštevati naslednje dejavnike:

Količina kisika in ogljikovega dioksida v vdihanem zraku (sestava zraka)

Učinkovitost alveolarne ventilacije (kontaktno območje, kjer se izmenjujejo plini med krvjo in zrakom)

Učinkovitost alveolarne izmenjave plinov (učinkovitost snovi in ​​struktur, ki zagotavljajo stik s krvjo in izmenjavo plinov)

Sestava vdihanega, izdihanega in alveolarnega zraka

V normalnih pogojih človek diha atmosferski zrak, ki ima relativno stalno sestavo. V izdihanem zraku je vedno manj kisika in več ogljikovega dioksida. Alveolarni zrak vsebuje najmanj kisika in največ ogljikovega dioksida. Razlika v sestavi alveolarnega in izdihanega zraka je posledica dejstva, da je slednji mešanica mrtvega prostora in alveolarnega zraka.

Alveolarni zrak je notranje plinsko okolje telesa. Plinska sestava arterijske krvi je odvisna od njene sestave. Regulacijski mehanizmi ohranjajo konstantnost sestave alveolarnega zraka, ki je med mirnim dihanjem malo odvisna od faz vdihavanja in izdiha. Na primer, vsebnost CO2 na koncu vdiha je le 0,2-0,3% manjša kot na koncu izdiha, saj se z vsakim vdihom obnovi le 1/7 alveolarnega zraka.

Poleg tega se izmenjava plinov v pljučih odvija neprekinjeno, ne glede na faze vdihavanja ali izdiha, kar pomaga izenačiti sestavo alveolarnega zraka. Z globokim dihanjem se zaradi povečane stopnje prezračevanja pljuč poveča odvisnost sestave alveolarnega zraka pri vdihu in izdihu. Ne smemo pozabiti, da se bo koncentracija plinov "na osi" zračnega toka in na njegovi "strani" prav tako razlikovala: gibanje zraka "vzdolž osi" bo hitrejše in sestava bo bližja sestavi atmosferski zrak. V območju vrha pljuč se alveoli prezračujejo manj učinkovito kot v spodnjih delih pljuč, ki mejijo na diafragmo.

Alveolarna ventilacija

Izmenjava plinov med zrakom in krvjo poteka v alveolah. Vse druge komponente pljuč služijo samo za dovajanje zraka na to mesto. Zato ni pomembna celotna prezračenost pljuč, temveč prezračenost pljučnih mešičkov. Za količino prezračevanja mrtvega prostora je manjša od prezračevanja pljuč. Torej, pri minutnem volumnu dihanja, ki je enak 8000 ml in frekvenci dihanja 16 na minuto, bo prezračevanje mrtvega prostora 150 ml x 16 = 2400 ml. Prezračevanje alveolov bo enako 8000 ml - 2400 ml = 5600 ml. Pri enakem minutnem dihalnem volumnu 8000 ml in frekvenci dihov 32 na minuto bo ventilacija mrtvega prostora 150 ml x 32 = 4800 ml, alveolarna ventilacija pa 8000 ml - 4800 ml = 3200 ml, tj. bo pol manj kot v prvem primeru. to pomeni prvi praktični zaključek, je učinkovitost alveolarne ventilacije odvisna od globine in pogostosti dihanja.

Količina prezračevanja pljuč telo uravnava tako, da zagotavlja konstantno plinsko sestavo alveolarnega zraka. Tako se s povečanjem koncentracije ogljikovega dioksida v alveolarnem zraku minutni volumen dihanja poveča, z zmanjšanjem pa zmanjša. Vendar pa se regulativni mehanizmi tega procesa ne nahajajo v alveolih. Globino in pogostost dihanja uravnava dihalni center na podlagi podatkov o količini kisika in ogljikovega dioksida v krvi.

Izmenjava plinov v alveolah

Izmenjava plinov v pljučih nastane kot posledica difuzije kisika iz alveolarnega zraka v kri (približno 500 litrov na dan) in ogljikovega dioksida iz krvi v alveolarni zrak (okoli 430 litrov na dan). Do difuzije pride zaradi razlike v tlaku teh plinov v alveolarnem zraku in v krvi.

Difuzija je medsebojno prodiranje snovi v stiku druga v drugo zaradi toplotnega gibanja delcev snovi. Difuzija poteka v smeri zmanjševanja koncentracije snovi in ​​vodi do enakomerne porazdelitve snovi po celotnem volumnu, ki ga zaseda. Tako zmanjšana koncentracija kisika v krvi vodi do njegovega prodiranja skozi membrano zračno-krvne (aerohematske) pregrade, prekomerna koncentracija ogljikovega dioksida v krvi povzroči njegovo sproščanje v alveolarni zrak. Anatomsko zračno-krvno pregrado predstavlja pljučna membrana, ki je sestavljena iz endotelijskih celic kapilar, dveh glavnih membran, skvamoznega alveolarnega epitelija in površinsko aktivne plasti. Debelina pljučne membrane je le 0,4-1,5 mikronov.

Surfaktant je površinsko aktivna snov, ki olajša difuzijo plinov. Kršitev sinteze surfaktanta s pljučnimi epitelnimi celicami povzroči, da je proces dihanja skoraj nemogoč zaradi močne upočasnitve stopnje difuzije plina.

Kisik, ki vstopa v kri, in ogljikov dioksid, ki ga prinaša kri, sta lahko raztopljena ali kemično vezana. V normalnih pogojih se tako majhna količina teh plinov prenaša v prostem (raztopljenem) stanju, da jih lahko varno zanemarimo pri ocenjevanju telesnih potreb. Za poenostavitev bomo predpostavili, da se glavnina kisika in ogljikovega dioksida prenaša v vezanem stanju.

Prenos kisika

Kisik se prenaša v obliki oksihemoglobina. Oksihemoglobin je kompleks hemoglobina in molekularnega kisika.

Hemoglobin se nahaja v rdečih krvnih celicah - rdeče krvne celice. Pod mikroskopom so rdeče krvničke videti kot rahlo sploščen krof. Ta nenavadna oblika omogoča rdečim krvnim celicam interakcijo z okoliško krvjo na večjem območju kot sferične celice (od teles z enakim volumnom ima krogla najmanjšo površino). In poleg tega se rdeče krvne celice lahko zvijejo v cev, se stisnejo v ozko kapilaro in dosežejo najbolj oddaljene kotičke telesa.

V 100 ml krvi se pri telesni temperaturi raztopi le 0,3 ml kisika. Kisik, raztopljen v krvni plazmi kapilar pljučnega obtoka, difundira v rdeče krvne celice in ga takoj veže hemoglobin, pri čemer nastane oksihemoglobin, v katerem je kisik 190 ml/l. Hitrost vezave kisika je visoka – čas absorpcije razpršenega kisika se meri v tisočinkah sekunde. V kapilarah alveolov z ustreznim prezračevanjem in prekrvavitvijo se skoraj ves hemoglobin dotekajoče krvi pretvori v oksihemoglobin. Toda sama hitrost difuzije plinov "naprej in nazaj" je veliko počasnejša od hitrosti vezave plinov.

to pomeni drugi praktični zaključek: za uspešno izmenjavo plinov mora zrak »dobiti pavze«, med katerimi se koncentracija plinov v alveolarnem zraku in pritekajoči krvi uspe izenačiti, to pomeni, da mora biti med vdihom in izdihom premor.

Pretvorba reduciranega (brez kisika) hemoglobina (deoksihemoglobina) v oksidiran (kisik vsebujoč) hemoglobin (oksihemoglobin) je odvisna od vsebnosti raztopljenega kisika v tekočem delu krvne plazme. Poleg tega so mehanizmi za asimilacijo raztopljenega kisika zelo učinkoviti.

Na primer, vzpon na višino 2 km nad morsko gladino spremlja zmanjšanje atmosferskega tlaka s 760 na 600 mm Hg. Art., Parcialni tlak kisika v alveolarnem zraku od 105 do 70 mm Hg. Art., Vsebnost oksihemoglobina pa se zmanjša le za 3%. In kljub znižanju atmosferskega tlaka se tkiva še naprej uspešno oskrbujejo s kisikom.

V tkivih, ki za normalno delovanje potrebujejo veliko kisika (delujoče mišice, jetra, ledvice, žlezno tkivo), oksihemoglobin zelo aktivno, včasih skoraj popolnoma, "oddaja" kisik. V tkivih, v katerih je intenzivnost oksidativnih procesov nizka (na primer v maščobnem tkivu), se večina oksihemoglobina ne "odpove" molekularnemu kisiku - ravni disociacija oksihemoglobina je nizka. Prehod tkiv iz stanja mirovanja v aktivno stanje (krčenje mišic, izločanje žlez) samodejno ustvari pogoje za povečanje disociacije oksihemoglobina in povečanje oskrbe tkiv s kisikom.

Sposobnost hemoglobina, da "zadržuje" kisik (afiniteta hemoglobina za kisik), se zmanjšuje z naraščajočimi koncentracijami ogljikovega dioksida (Bohrov učinek) in vodikovih ionov. Zvišanje temperature ima podoben učinek na disociacijo oksihemoglobina.

Od tu postane enostavno razumeti, kako so naravni procesi med seboj povezani in uravnoteženi. Spremembe v sposobnosti oksihemoglobina za zadrževanje kisika so velikega pomena za zagotavljanje oskrbe tkiv s kisikom. V tkivih, v katerih potekajo intenzivno presnovni procesi, se koncentracija ogljikovega dioksida in vodikovih ionov poveča, temperatura se dvigne. To pospeši in olajša sproščanje kisika s hemoglobinom in olajša potek presnovnih procesov.

Skeletna mišična vlakna vsebujejo mioglobin, ki je podoben hemoglobinu. Ima zelo visoko afiniteto do kisika. Ko "zgrabi" molekulo kisika, je ne bo več spustil v kri.

Količina kisika v krvi

Največjo količino kisika, ki jo kri lahko veže, ko je hemoglobin popolnoma nasičen s kisikom, imenujemo kisikova kapaciteta krvi. Kapaciteta kisika v krvi je odvisna od vsebnosti hemoglobina v njej.

V arterijski krvi je vsebnost kisika le malo (3-4%) nižja od kisikove kapacitete krvi. V normalnih pogojih vsebuje 1 liter arterijske krvi 180-200 ml kisika. Tudi v primerih, ko v eksperimentalnih pogojih človek diha čisti kisik, njegova količina v arterijski krvi praktično ustreza kisikovi kapaciteti. V primerjavi z dihanjem z atmosferskim zrakom se količina prenesenega kisika nekoliko poveča (za 3-4%).

Venska kri v mirovanju vsebuje okoli 120 ml/l kisika. Ko torej kri teče skozi kapilare tkiva, ne odda vsega kisika.

Delež kisika, ki ga tkiva absorbirajo iz arterijske krvi, se imenuje koeficient izrabe kisika. Za izračun je treba razliko v vsebnosti kisika v arterijski in venski krvi deliti z vsebnostjo kisika v arterijski krvi in ​​pomnožiti s 100.

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

V mirovanju je stopnja izkoriščenosti kisika v telesu od 30 do 40 %. Z intenzivnim mišičnim delom se poveča na 50-60%.

Prenos ogljikovega dioksida

Ogljikov dioksid se po krvi prenaša v treh oblikah. V venski krvi je mogoče zaznati približno 58 vol. % (580 ml/l) CO2, od tega je v raztopljenem stanju le okoli 2,5 vol. Nekatere molekule CO2 se povežejo s hemoglobinom v rdečih krvnih celicah in tvorijo karbohemoglobin (približno 4,5 vol.%). Preostala količina CO2 je kemično vezana in se nahaja v obliki soli ogljikove kisline (približno 51 vol.%).

Ogljikov dioksid je eden najpogostejših produktov kemičnih presnovnih reakcij. Nenehno nastaja v živih celicah in od tam difundira v kri tkivnih kapilar. V rdečih krvničkah se združi z vodo in tvori ogljikovo kislino (C02 + H20 = H2C03).

Ta proces katalizira (pospeši dvajsettisočkrat) encim karboanhidraza. Karboanhidrazo najdemo v eritrocitih, v krvni plazmi je ni. Tako se proces združevanja ogljikovega dioksida z vodo dogaja skoraj izključno v rdečih krvnih celicah. Toda to je reverzibilen proces, ki lahko spremeni svojo smer. Glede na koncentracijo ogljikovega dioksida karboanhidraza katalizira tako tvorbo ogljikove kisline kot njeno razgradnjo na ogljikov dioksid in vodo (v kapilarah pljuč).

Zaradi teh procesov vezave je koncentracija CO2 v eritrocitih nizka. Zato vedno več novih količin CO2 še naprej difundira v rdeče krvničke. Kopičenje ionov v eritrocitih spremlja povečanje osmotskega tlaka v njih, posledično se poveča količina vode v notranjem okolju eritrocitov. Zato se volumen rdečih krvnih celic v kapilarah sistemskega obtoka rahlo poveča.

Hemoglobin ima večjo afiniteto do kisika kot do ogljikovega dioksida, zato se v pogojih naraščajočega parcialnega tlaka kisika karbohemoglobin najprej pretvori v deoksihemoglobin in nato v oksihemoglobin.

Poleg tega, ko se oksihemoglobin pretvori v hemoglobin, se poveča sposobnost krvi za vezavo ogljikovega dioksida. Ta pojav imenujemo Haldaneov učinek. Hemoglobin služi kot vir kalijevih kationov (K+), potrebnih za vezavo ogljikove kisline v obliki soli ogljikovega dioksida - bikarbonatov.

Tako se v rdečih krvnih celicah tkivnih kapilar tvori dodatna količina kalijevega bikarbonata in karbohemoglobina. V tej obliki se ogljikov dioksid prenese v pljuča.

V kapilarah pljučnega obtoka se zmanjša koncentracija ogljikovega dioksida. CO2 se odcepi od karbohemoglobina. Hkrati se tvori oksihemoglobin in njegova disociacija se poveča. Oksihemoglobin izpodriva kalij iz bikarbonatov. Ogljikova kislina v eritrocitih (v prisotnosti karboanhidraze) hitro razpade na H20 in CO2. Krog je sklenjen.

Ostaja še ena opomba. Ogljikov monoksid (CO) ima večjo afiniteto za hemoglobin kot ogljikov dioksid (CO2) in kot kisik. Zato je zastrupitev z ogljikovim monoksidom tako nevarna: ogljikov monoksid s tvorbo stabilne vezi s hemoglobinom onemogoči možnost normalnega transporta plinov in dejansko »zaduši« telo. Prebivalci velikih mest nenehno vdihavajo povišane koncentracije ogljikovega monoksida. To vodi v dejstvo, da celo zadostno število polnopravnih rdečih krvnih celic v pogojih normalnega krvnega obtoka ne more opravljati transportnih funkcij. Od tod omedlevice in srčni infarkti relativno zdravih ljudi v prometnih zastojih.

• < Nazaj