Как въглеродният диоксид влияе на хората? Отравяне с въглероден диоксид, ефектът на въглеродния диоксид върху човешкото тяло

Всеки знае, че растенията имат способността да произвеждат в процеса на фотосинтеза голям бройкислород и вместо това абсорбират въглероден диоксид. Той е продукт на обмена на въздух на целия живот на земята, включително растенията. В допълнение, той се използва широко в различни области на живота, а също така се натрупва в плътно затворени помещения, което създава опасност от вдишване на дози, които са вредни за здравето. Високите концентрации на това вещество причиняват отравяне с въглероден диоксид.

Въглероден двуокис и неговата употреба

Въглеродният диоксид е химичното съединение въглероден диоксид (CO2), което е анхидрид на въглеродната киселина. Той е постоянно в атмосферата в рамките на 0,03%, във въздуха, издишан от човек, концентрацията му е около 4%.

В резултат на взаимодействието на въглеродния диоксид с водата се образува нестабилна въглена киселина. Газът има следните характеристики:

• Той почти няма мирис и цвят, под определено налягане може да се превърне в течно състояние и когато се изпари, се превръща в снежнобяла маса, която в пресована форма формира основата на т.нар. сух лед".
• Той е незапалим (което се използва в противопожарни устройства) и може да се разтваря във вода под налягане (така се правят газирани напитки).

Разнообразните свойства на CO2 се използват в металургията и химическата промишленост, в хладилни складове, при пожарогасене и по време на заваряване.

Във високи концентрации съединението е токсично и може да причини отравяне.

Как можете да получите отравяне с въглероден диоксид?

В околния въздух винаги присъства малко количество въглероден диоксид. Безопасната за хората концентрация в естествена среда е 0,03-0,2%. Съществуват обаче определени условия, при които нивата на CO2 могат да бъдат повишени:

1. В помещенията на озокеритни и въглищни мини. Там се допуска повишаване на съдържанието на CO2 до ниво от 0,5%. Ако нивото се повиши и нивата на кислород намалят, отравянето е неизбежно.
2. В други промишлени помещения - вътре в котли за газиране в захарни заводи, шахти на канализационни и водоснабдителни мрежи, ферментационни отделения на пивоварни. Служителите на такива предприятия са по-склонни от други да бъдат в нетрезво състояние.
3. С чест контакт със "сух лед" във връзка с професионални дейности.
4. В случай на нарушение на технологията при инсталиране на системи за обмен на въздух в подводници, помещения на метрото, в подводни океанографски станции, във водолазно оборудване.
5. В лошо проветриви помещения с много хора (например в училищни класни стаи или задушни офиси, особено с пластмасови дограми), може да настъпи лека степен на отравяне.

Високата доза CO2 причинява увреждане на дихателната система, но също така може да раздразни лигавиците и кожата (например докосването на "сухия лед" може да причини тежки изгаряния).

Признаците на остро отравяне могат да варират в зависимост от степента на интоксикация и концентрацията на въглероден диоксид.

Признаци на остро отравяне с въглероден диоксид

Тежестта на симптомите на интоксикация с въглероден диоксид зависи от нивото на съдържание на газ във вдишания въздух.

Светла степен

При концентрация на газ над 2% се проявява отравяне:

• обща слабост;
• повишена сънливост;
• главоболие.

Средна степен

При съдържание от 5 до 8% се дразнят лигавиците на дихателните пътища и органите на зрението, телесната температура спада, кръвното налягане се повишава, дишането се ускорява и задълбочава. Всичко това е придружено от:

• гадене;
• недостиг на въздух;
• сърдечен пулс;
• топло ми е;
• главоболие;
• световъртеж;
• прекомерна възбудимост;
• шум в ушите.

Тежка степен

Концентрации на CO2, по-големи от 3% в затворена среда при 13,6% кислород, могат да доведат до задушаване, а по-високите дози се считат за смъртоносни и застрашават смърт от спиране на дишането. Въпреки това, когато се оказва незабавна помощ на жертвата, дори и при тежка степен на интоксикация, е възможно да се излезе от това състояние, макар и със сериозни последици. Те обикновено се появяват:

• ретроградна амнезия;
• усещане за стягане в гърдите;
• обща слабост;
• главоболие и други остатъчни ефекти.

Последствията от тежка степен на отравяне често са пневмония или бронхит.

Как да помогнем на жертвата

Трябва да се окаже първа помощ при отравяне с въглероден диоксид, за да се предотврати смърт. по следния начин:

1. На първо място, трябва да вземете жертвата с очевидни признаци на интоксикация на чист въздух и да го освободите от дрехи, които ограничават дишането.
2. В тежки случаи може да се наложи вдишване на чист кислород.
3. Ако отровеното лице има тахикардия и други сърдечни нарушения, е необходима симптоматична терапия със сърдечно-съдови средства.
4. При спиране на дишането, причинено от газова интоксикация, има нужда от изкуствено дишане.

Смъртните случаи на отравяне с CO2 са изключително редки и обикновено са свързани с нарушения на безопасността по време на опасна работа.

Как да предотвратим отравяне с въглероден диоксид

Най-важното условие за предотвратяване на интоксикация е редовното проветряване на такива потенциално опасни помещения, където може да се натрупа въглероден диоксид:

• мазета и мазета;
• вани и ями, предназначени за съхранение на зеленчуци или плодове;
• всички затворени контейнери или кладенци.

За да се избегне натрупването на опасен газ, мазета, мазета и други подземни помещения трябва да бъдат оборудвани с вентилационни системи (поне обикновени вентилационни отвори или изпускателни тръби).

Предотвратяване на отравяне с CO2

При работа във водни или канализационни кладенци трябва да се спазват следните правила за безопасност:

• Слизайте в кладенците само в специално оборудване (противогази).
• При спускане в кладенеца най-малко един служител или друго лице трябва да остане на върха, което може да повика спасители и линейка, ако е необходимо.
• Водолазите и водолазите, при първите признаци на липса на въздух, служителите, които остават на земята, трябва да ги информират за необходимостта от увеличаване на впръскването на въздух в оборудването им и в случай на симптоми на задушаване, да спрат работа и да изискват повдигане.
• Отговорните за състоянието на въздуха в помещения с голям брой хора (учители, ръководители на икономически отдели, медицински персонал) трябва да осигурят редовно и пълно проветряване на класни стаи, кабинети, аудитории, болнични отделения.

Съвременни начини за справяне с излишния CO2 в дома

Съвременните енергоспестяващи технологии, които не позволяват често проветряване на помещенията (например използването на климатици от типа "зима-лято"), принудиха западните изобретатели да намерят нови начини за отстраняване на излишния въглероден диоксид от задушни помещения. Благодарение на проучвания, които потвърждават вредното въздействие на този газ върху способността за работа и общото благосъстояние на човек, са установени максимално допустимите концентрации на CO2 за затворени пространства.

По-късно бяха изобретени и активно използвани днес абсорбери (или абсорбери) на CO2, способни значително да намалят нивото му. Такъв абсорбент, инсталиран в задушна стая, изисква минимална поддръжка, консумира малко електроенергия, но в продължение на 15 години гарантирано осигурява на обслужваната зона здравословен, пречистен въздух.

Както вече беше отбелязано, случаите на смърт от интоксикация с въглероден диоксид са изключително редки, но това не означава, че е безопасно. Ето защо трябва да се вземат предпазни мерки при работа с това вещество или в помещения, където то може да се натрупа.

Сода, вулкан, Венера, хладилник - какво е общото между тях? Въглероден двуокис. Събрахме за вас най-интересната информация за едно от най-важните химични съединения на Земята.

Какво е въглероден диоксид

Въглеродният диоксид е известен главно в газообразно състояние, т.е. като въглероден диоксид с проста химична формула CO2. В този си вид той съществува при нормални условия - при атмосферно налягане и "нормални" температури. Но при повишено налягане, над 5850 kPa (каквото е например налягането на морска дълбочина около 600 m), този газ се превръща в течност. И при силно охлаждане (минус 78,5 ° C), той кристализира и се превръща в така наречения сух лед, който се използва широко в търговията за съхранение на замразени храни в хладилници.

Течният въглероден диоксид и сухият лед се произвеждат и използват в човешките дейности, но тези форми са нестабилни и лесно се разпадат.

Но газообразният въглероден диоксид е повсеместен: той се отделя по време на дишането на животни и растения и е важна част от химичния състав на атмосферата и океана.

Свойства на въглеродния диоксид

Въглеродният диоксид CO2 е без цвят и мирис. При нормални условия няма вкус. Въпреки това, при вдишване на високи концентрации на въглероден диоксид, може да се усети кисел вкус в устата, причинен от факта, че въглеродният диоксид се разтваря върху лигавиците и в слюнката, образувайки слаб разтвор на въглена киселина.

Между другото, способността на въглеродния диоксид да се разтваря във вода се използва за производството на газирани води. Мехурчета от лимонада - същият въглероден диоксид. Първият апарат за насищане на вода с CO2 е изобретен още през 1770 г., а още през 1783 г. предприемчивият швейцарец Якоб Швеп започва промишленото производство на сода (търговската марка Schweppes все още съществува).

Въглеродният диоксид е 1,5 пъти по-тежък от въздуха, така че има тенденция да се „утаява“ в долните му слоеве, ако помещението е лошо вентилирано. Известен е ефектът „кучешка пещера“, при който CO2 се отделя директно от земята и се натрупва на височина от около половин метър. Възрастен, влизайки в такава пещера, на височината на височината си не усеща излишък от въглероден диоксид, но кучетата се оказват точно в дебел слой въглероден диоксид и се отравят.

CO2 не поддържа горенето, така че се използва в пожарогасители и системи за гасене на пожар. Номерът с гасенето на горяща свещ със съдържанието на уж празна чаша (но всъщност с въглероден диоксид) се основава именно на това свойство на въглеродния диоксид.

Въглероден диоксид в природата: естествени източници

Въглеродният диоксид се произвежда в природата от различни източници:

• Дишане на животни и растения.
  Всеки ученик знае, че растенията абсорбират въглероден диоксид CO2 от въздуха и го използват при фотосинтеза. Някои домакини се опитват да изкупят недостатъците с изобилие от стайни растения. Растенията обаче не само абсорбират, но и отделят въглероден диоксид при липса на светлина като част от процеса на дишане. Следователно джунгла в лошо вентилирана спалня не е добра идея: през нощта нивата на CO2 ще се повишат още повече.
• Вулканична дейност.
  Въглеродният диоксид е част от вулканичните газове. В райони с висока вулканична активност CO2 може да се отделя директно от земята - от пукнатини и разломи, наречени mofet. Концентрацията на въглероден диоксид в мофет долините е толкова висока, че много малки животни умират, когато стигнат до там.
• разграждане на органични вещества.
  Въглеродният диоксид се образува при изгаряне и гниене на органични вещества. Обемни естествени емисии на въглероден диоксид придружават горските пожари.

Въглеродният диоксид се "съхранява" в природата под формата на въглеродни съединения в минерали: въглища, нефт, торф, варовик. Огромни запаси от CO2 се намират в разтворена форма в световните океани.

Изпускането на въглероден диоксид от открит резервоар може да доведе до лимнологична катастрофа, както се случи например през 1984 и 1986 г. в езерата Манун и Ниос в Камерун. И двете езера са се образували на мястото на вулканични кратери - сега те са изчезнали, но в дълбините вулканичната магма все още отделя въглероден диоксид, който се издига до водите на езерата и се разтваря в тях. В резултат на редица климатични и геоложки процеси концентрацията на въглероден диоксид във водите надвишава критичната стойност. В атмосферата беше изпуснато огромно количество въглероден диоксид, който като лавина се спусна по планинските склонове. Около 1800 души станаха жертви на лимноложки бедствия в камерунските езера.

Изкуствени източници на въглероден диоксид

Основните антропогенни източници на въглероден диоксид са:

• промишлени емисии, свързани с горивни процеси;
• автомобилен транспорт.

Въпреки факта, че делът на екологичния транспорт в света нараства, по-голямата част от световното население няма скоро да може (или да желае) да премине към нови автомобили.

Активното обезлесяване за промишлени цели също води до повишаване на концентрацията на въглероден диоксид CO2 във въздуха.

CO2 е един от крайните продукти на метаболизма (разграждането на глюкозата и мазнините). Секретира се в тъканите и се пренася от хемоглобина в белите дробове, през които се издишва. Във въздуха, издишван от човек, има около 4,5% въглероден диоксид (45 000 ppm) - 60-110 пъти повече, отколкото във вдишвания въздух.

Въглеродният диоксид играе важна роля в регулирането на кръвоснабдяването и дишането. Повишаването на нивото на CO2 в кръвта кара капилярите да се разширяват, което позволява преминаването на повече кръв, което доставя кислород до тъканите и премахва въглеродния диоксид.

Дихателната система също се стимулира от увеличаването на въглеродния диоксид, а не от липсата на кислород, както може да изглежда. Всъщност липсата на кислород дълго време не се усеща от тялото и е напълно възможно в разредения въздух човек да загуби съзнание, преди да почувства липса на въздух. Стимулиращото свойство на CO2 се използва в устройствата за изкуствено дишане: там въглеродният диоксид се смесва с кислород, за да "стартира" дихателната система.

Въглеродният диоксид и ние: защо CO2 е опасен?

Въглеродният диоксид е толкова важен за човешкото тяло, колкото и кислородът. Но точно както при кислорода, излишъкът от въглероден диоксид вреди на нашето благосъстояние.

Високата концентрация на CO2 във въздуха води до интоксикация на организма и причинява състояние на хиперкапния. При хиперкапния човек изпитва затруднено дишане, гадене, главоболие и дори може да припадне. Ако съдържанието на въглероден диоксид не намалее, тогава идва ред - кислороден глад. Факт е, че както въглеродният диоксид, така и кислородът се движат в тялото с един и същ "транспорт" - хемоглобин. Обикновено те "пътуват" заедно, прикрепвайки се към различни места в молекулата на хемоглобина. Повишената концентрация на въглероден диоксид в кръвта обаче намалява способността на кислорода да се свързва с хемоглобина. Количеството кислород в кръвта намалява и настъпва хипоксия.

Такива нездравословни последици за организма възникват при вдишване на въздух със съдържание на CO2 над 5000 ppm (това може да бъде например въздухът в мините). Честно казано, в обикновения живот ние практически не срещаме такъв въздух. Въпреки това дори много по-ниска концентрация на въглероден диоксид не е полезна за здравето.

Според констатациите на някои вече 1000 ppm CO2 причиняват умора и главоболие при половината от субектите. Много хора започват да изпитват близост и дискомфорт още по-рано. С по-нататъшно увеличаване на концентрацията на въглероден диоксид до 1500 - 2500 ppm, мозъкът е "мързелив" да поеме инициативата, да обработва информация и да взема решения.

И ако нивото от 5000 ppm е почти невъзможно в ежедневието, то 1000 и дори 2500 ppm спокойно могат да бъдат част от реалността на съвременния човек. Нашите показаха, че в слабо вентилирани класни стаи нивата на CO2 остават над 1500 ppm през повечето време и понякога скачат над 2000 ppm. Има всички основания да се смята, че ситуацията е подобна в много офиси и дори апартаменти.

Физиолозите считат 800 ppm за безопасно ниво на въглероден диоксид за човешкото благосъстояние.

Друго проучване установи връзка между нивата на CO2 и оксидативния стрес: колкото по-високо е нивото на въглероден диоксид, толкова повече страдаме, което разрушава клетките на нашето тяло.

Въглероден диоксид в земната атмосфера

В атмосферата на нашата планета има само около 0,04% CO2 (това е приблизително 400 ppm), а наскоро беше още по-малко: въглеродният диоксид премина границата от 400 ppm едва през есента на 2016 г. Учените отдават повишаването на нивото на CO2 в атмосферата на индустриализацията: в средата на 18 век, в навечерието на индустриалната революция, то е само около 270 ppm.

Дори през миналия век бяха проведени различни изследвания за ефекта на CO 2 върху човешкото тяло. През 60-те години ученият О. В. Елисеева в своята дисертация провежда подробно изследване на това как въглеродният диоксид в концентрации от 0,1% (1000 ppm) до 0,5% (5000 ppm) влияе върху човешкото тяло и стига до извода, че краткотрайното вдишване на въглероден диоксид от здрави хора в тези концентрации причинява отчетливи промени във функцията на външното дишане, кръвообращението и значително влошаване на електрическата активност на мозъка. Според нейните препоръки съдържанието на CO 2 във въздуха на жилищни и обществени сгради не трябва да надвишава 0,1% (1000 ppm), а средното съдържание на CO 2 трябва да бъде около 0,05% (500 ppm).

Специалистите знаят, че има пряка връзка между концентрацията на CO 2 и чувството за задух. Това усещане се появява при здрав човек вече на ниво от 0,08% (т.е. 800 ppm). Въпреки че в съвременните офиси е много често да има 2000 ppm или повече. И човек може да не усети опасните ефекти на CO 2 . Когато става въпрос за болен човек, прагът на неговата чувствителност се повишава още повече.

Зависимостта на физиологичните прояви от съдържанието на CO2 във въздуха е дадена в таблицата:

CO 2 ниво, ppm	Физиологични прояви при хората
Атмосферен въздух 380-400	Идеален за здраве и уелнес.
400-600	Нормално количество. Препоръчва се за детски стаи, спални, офиси, училища и детски градини.
600-1000	Има оплаквания относно качеството на въздуха. Хората с астма могат да имат по-чести пристъпи.
Над 1000	Общ дискомфорт, слабост, главоболие, концентрацията на вниманието пада с една трета, броят на грешките в работата нараства. Може да доведе до негативни промени в кръвта, могат да се появят и проблеми с дихателната и кръвоносната системи.
Над 2000	Броят на грешките в работата нараства значително, 70% от служителите не могат да се концентрират върху работата.

Основните промени по време на вдишване на повишени концентрации на въглероден диоксид (хиперкапния) настъпват в централната нервна система и имат фазов характер: първо повишаване и след това намаляване на възбудимостта на нервните образувания. Наблюдава се влошаване на условнорефлекторната активност при концентрации, близки до 2% - възбудимостта на дихателния център на мозъка намалява, вентилационната функция на белите дробове намалява, хомеостазата (равновесието на вътрешната среда) на тялото се нарушава или от увреждане на клетките. или чрез дразнене на рецепторите с неадекватно ниво на определено вещество. И когато съдържанието на въглероден диоксид е до 5%, има значително намаляване на амплитудата на предизвиканите потенциали на мозъка, десинхронизация на ритмите на спонтанната електроенцефалограма с по-нататъшно инхибиране на електрическата активност на мозъка.

Какво точно се случва, когато концентрацията на CO 2 във въздуха, който влиза в тялото, се увеличи? Парциалното налягане на CO 2 в алвеолите се увеличава, разтворимостта му в кръвта се увеличава и се образува слаба въглеродна киселина (CO 2 + H 2 O \u003d H 2 CO 3), която от своя страна се разлага на H + и HCCO3 -. Кръвта става кисела, което научно се нарича газова ацидоза. Колкото по-висока е концентрацията на CO 2 във въздуха, който дишаме, толкова по-ниско е pH на кръвта и толкова по-киселинна е тя.

Когато започне ацидозата, тялото първо се защитава чрез повишаване на концентрацията на бикарбонат в кръвната плазма, както се вижда от множество биохимични изследвания. За да компенсират ацидозата, бъбреците отделят интензивно H + и задържат HCCO 3 -. След това се включват други буферни системи и вторични биохимични реакции на тялото. Тъй като слабите киселини, включително въглеродната (H 2 CO 3), могат да образуват слабо разтворими съединения (CaCO 3) с метални йони, те се отлагат под формата на камъни, предимно в бъбреците.

Карл Шафер от Лабораторията за медицински изследвания на подводниците на ВМС на САЩ изследва как различните концентрации на въглероден диоксид влияят на морските свинчета. Гризачите бяха държани при 0,5% CO 2 в продължение на осем седмици (кислородът беше нормален - 21%), след което те наблюдаваха значителна калцификация на бъбреците. Забелязано е дори след продължително излагане на морски свинчета на по-ниски концентрации - 0,3% CO 2 (3000 ppm). Но това не е всичко. Schafer и колеги откриха деминерализация на костите при женските след осем седмици излагане на 1% CO 2 , както и структурни промени в белите дробове. Изследователите разглеждат тези заболявания като адаптация на тялото към хронично излагане на повишени нива на CO 2 .

Отличителният белег на дългосрочната хиперкапния (повишен CO2) са дългосрочните отрицателни ефекти. Въпреки нормализирането на атмосферното дишане, в човешкото тяло за дълго време се наблюдават промени в биохимичния състав на кръвта, намаляване на имунологичния статус, устойчивост на физическо натоварване и други външни влияния.

Извод - за да се избегнат негативни последици, трябва да се контролира съдържанието на въглероден диоксид във вдишания въздух. За тази цел е перфектно модерно и надеждно устройство -.

Интересът към дишането доведе до появата на огромен брой течения и регулатори на дишането: от "управление" на киселинно-алкалния баланс, ориенталски дихателни системи, много пластмасови устройства, в които хората дишат и търсят щастието си в тях. За съжаление, повечето от тези движения са шарлатани, въпреки че съдържат рационални зърна. Тази статия е началото на цикъл за въглеродния диоксид.

Свикнали сме, че въглеродният диоксид, който издишваме, е ненужно за човешкия и животински организъм вещество, което действа негативно и само вреди на тялото. Всъщност не е. Въглеродният диоксид е мощен регулатор. Но излишъкът и недостигът му са вредни за нашето здраве. За съжаление, това почти никога не се забелязва, което води до развитие на заболявания и патологични състояния. Междувременно причините лежат на повърхността!

Има два основни проблема с въглеродния диоксид при относително здрави хора. Напомням, че няма да говорим за болести!

1. Повишаване нивото на въглена киселина в кръвта.

2. Намаляване на нивото на въглена киселина в кръвта.

Това състояние се нарича хипокапния и най-често се проявява с прекалено учестено дишане (хипервентилация). Това води до развитие на газова (респираторна) алкалоза - това е нарушение на регулацията на киселинно-алкалния баланс. Възниква в резултат на хипервентилация на белите дробове, водеща до прекомерно отстраняване на CO 2 от тялото и спадане на парциалното налягане на въглеродния диоксид в артериалната кръв под 35 mm Hg. чл., тоест до хипокапния.

Искам да отбележа, че хипервентилацията е част от реакцията на стрес. Спомнете си колко често диша спортистът преди старт! И наистина ще помогне на мускулите му! Хипервентилацията първоначално има адаптивен характер, представляващ еволюционно развита "стартова" реакция в отговор на стрес, насочена към физическо действие.

И така, в примитивното население човек в пряка конфронтация с природата е бил подложен на мощни физически и биологични въздействия и не е бил защитен от нищо друго освен естествените сили на тялото, осигуряващи готовност за физическо натоварване с различна интензивност (защита, агресия, бягане от опасност). За тази цел от еволюцията е разработена и фиксирана хипервентилация, чиито основни механизми са насочени към осигуряване на силно мускулно напрежение!

Наистина, хипокапнията преразпределя кръвния поток, насочва кръвта към мускулите чрез намаляване на кръвния поток в сърцето, мозъка, стомашно-чревния тракт, черния дроб и бъбреците. Алкалозата и симпатадренергията (повишени нива на адреналин!) водят до повишаване на вътреклетъчния йонизиран Ca ++ - основният естествен активатор на контрактилните свойства на мускулните клетки. Така хипервентилацията прави двигателния отговор на стрес по-бърз, по-интензивен и съвършен.

Хипервентилация, предизвикана от ситуационен стрес при здрав индивид спира с края на стреса.

Но при продължителен психо-емоционален стрес редица хора изпитват нарушение на регулацията на дишането и хипервентилационният модел на дишане може да се фиксира, инициирайки феномена на хронична неврогенна хипервентилация. Прекомерното дишане в такива случаи се превръща в стабилна характеристика на пациента, фиксирайки хипервентилационни нарушения на хомеостазата - хипокапния и алкалоза, които могат, с правилна последователност, да се реализират при соматични заболявания. Ще говорим за това по-късно.

Междувременно, за начало, ролята на въглеродния диоксид в тялото:

1. Въглеродният диоксид е един от най-важните медиатори за регулиране на кръвния поток.Той е мощен вазодилататор (разширител на кръвоносните съдове). Съответно, ако нивото на въглероден диоксид в тъканта или в кръвта се повиши (например поради интензивен метаболизъм - причинен, да речем, от упражнения, възпаление, увреждане на тъканите или поради запушване на кръвния поток, тъканна исхемия), след това капилярите се разширяват, което води до увеличаване на притока на кръв и съответно до увеличаване на доставката на кислород до тъканите и транспорта на натрупания въглероден диоксид от тъканите. С намаляване на CO2 с 1 mm Hg. в кръвта се наблюдава намаляване на мозъчния кръвоток с 3-4%, а в сърцето с 0,6-2,4%. С намаляване на CO2 до 20 mm Hg. в кръвта (половината от официалната норма), кръвоснабдяването на мозъка е намалено с 40% в сравнение с нормалните условия.

2. Засилва мускулната контракция (сърцето и мускулите).Въглеродният диоксид в определени концентрации (повишени, но все още не достигащи токсични стойности) има положителен инотропен и хронотропен ефект върху миокарда и повишава неговата чувствителност към адреналин, което води до увеличаване на силата и честотата на сърдечните контракции, степента на сърдечния продукция и в резултат на това шок и минутен обем кръв. Също така допринася за коригиране на тъканната хипоксия и хиперкапния (повишени нива на въглероден диоксид).

3. Влияе на кислорода.Снабдяването на тъканите с кислород зависи от съдържанието на въглероден диоксид в кръвта (ефектът на Verigo-Bohr). Хемоглобинът приема и освобождава кислород в зависимост от съдържанието на кислород и въглероден диоксид в кръвната плазма. С намаляването на парциалното налягане на въглеродния диоксид в алвеоларния въздух и кръвта се увеличава афинитетът на кислорода към хемоглобина, което затруднява преминаването на кислорода от капилярите към тъканите.

4. Подпомага киселинно-алкалния баланс.Бикарбонатните йони са много важни за регулирането на pH на кръвта и поддържането на нормален киселинно-алкален баланс. Дихателната честота влияе върху количеството въглероден диоксид в кръвта. Слабото или бавно дишане причинява респираторна ацидоза, докато бързото и прекалено дълбоко дишане води до хипервентилация и развитие на респираторна алкалоза.

5. Участва в регулацията на дишането.Въпреки че телата ни се нуждаят от кислород за метаболизма, ниските нива на кислород в кръвта или тъканите обикновено не стимулират дишането (или по-скоро стимулиращият ефект на недостига на кислород върху дишането е твърде слаб и се „включва“ късно, при много ниски нива на кислород в кръвта, при което човек често вече губи съзнание). Обикновено дишането се стимулира от повишаване на нивото на въглероден диоксид в кръвта. Дихателният център е много по-чувствителен към увеличаване на въглеродния диоксид, отколкото към липсата на кислород.

източници:

0

Изследването на ефекта от токсичния ефект на CO 2 върху човешкото тяло е от значителен практически интерес за биологията и медицината.

Източникът на CO 2 в газовата среда на кабина под налягане е преди всичко самият човек, тъй като CO 2 е един от основните крайни продукти на метаболизма, образуван в процеса на метаболизъм при хора и животни. В покой човек отделя около 400 литра CO 2 на ден, по време на физическа работа образуването на CO 2 и съответно освобождаването му от тялото се увеличава значително. Освен това трябва да се има предвид, че CO 2 се образува непрекъснато в процеса на гниене и ферментация. Въглеродният диоксид е безцветен, има лек мирис и кисел вкус. Въпреки тези качества, когато CO 2 се натрупа в IHA до няколко процента, неговото присъствие е незабележимо за хората, тъй като свойствата, споменати по-горе (мирис и вкус), очевидно могат да бъдат открити само при много високи концентрации на CO 2.

Проучванията на Breslav, при които субектите са направили "свободен избор" на газовата среда, показват, че хората започват да избягват IHA само в случаите, когато PCO 2 в него надвишава 23 mm Hg. Изкуство. В същото време реакцията на откриване на CO 2 не е свързана с мирис и вкус, а с проявата на неговия ефект върху тялото, предимно с увеличаване на белодробната вентилация и намаляване на физическата работоспособност.

Земната атмосфера съдържа малко количество CO 2 (0,03%), поради участието му в кръговрата на веществата. Десеткратното увеличение на CO 2 във вдишания въздух (до 0,3%) все още няма забележим ефект върху човешкия живот и работоспособност. В такава газова среда човек може да остане много дълго време, поддържайки нормално здравословно състояние и високо ниво на ефективност. Това вероятно се дължи на факта, че в хода на живота образуването на CO 2 в тъканите е обект на значителни колебания, надхвърлящи десетократни промени в съдържанието на това вещество във вдишвания въздух. Значително увеличение на P CO 2 в IHA причинява регулярни промени във физиологичното състояние. Тези промени се дължат предимно на функционални промени, които настъпват в централната нервна система, дишане, кръвообращение, както и промени в киселинно-алкалния баланс и нарушения на минералния метаболизъм. Характерът на функционалните промени при хиперкапния се определя от стойността на P CO 2 във вдишаната газова смес и времето на излагане на този фактор на тялото.

Още Клод Бернар през миналия век показа, че основната причина за развитието на тежко патологично състояние при животните по време на дългия им престой в херметически затворени, непроветрени помещения е свързана с повишаване на съдържанието на CO 2 във вдишания въздух. Изследвания при животни са изследвали механизма на физиологичното и патологичното действие на CO 2 .

Физиологичният механизъм на влиянието на хиперкапнията може да се прецени най-общо въз основа на схемата, показана на фиг. 19.

Трябва да се има предвид, че в случаите на продължителен престой в IHA, при които R CO 2 се повишава до 60-70 mm Hg. Изкуство. и повече, естеството на физиологичните реакции и преди всичко на реакциите на централната нервна система се променя значително. В последния случай, вместо стимулиращ ефект, както е показано на фиг. 19, хиперкапнията има депресиращ ефект и вече води до развитие на наркотично състояние. Бързо възниква в случаите, когато P CO 2 се повишава до 100 mm Hg. Изкуство. и по-високи.

Укрепване на белодробната вентилация с повишаване на P CO 2 в IHA до 10-15 mm Hg. Изкуство. и по-високо се определя от най-малко два механизма: рефлексна стимулация на дихателния център от хеморецепторите на съдовите зони и предимно синокоротидната и стимулация на дихателния център от централните хеморецептори. Увеличаването на белодробната вентилация по време на хиперкапния е основната адаптивна реакция на тялото, насочена към поддържане на Pa CO 2 на нормално ниво. Ефективността на тази реакция намалява с увеличаване на P CO 2 в IHA, тъй като въпреки нарастващото увеличение на белодробната вентилация, Pa CO 2 също постоянно се увеличава.

Растежът на Pa CO 2 има антагонистичен ефект върху централните и периферните механизми, които регулират съдовия тонус. Стимулиращият ефект на CO 2 върху вазомоторния център, симпатиковата нервна система определя вазоконстриктивния ефект и води до повишаване на периферното съпротивление, увеличаване на сърдечната честота и увеличаване на сърдечния дебит. В същото време CO 2 също има пряк ефект върху мускулната стена на кръвоносните съдове, като допринася за тяхното разширяване.

Ориз. 19. Механизми на физиологичните и патофизиологичните ефекти на CO 2 върху тялото на животни и хора (според Malkin)

Взаимодействието на тези антагонистични влияния в крайна сметка определя реакциите на сърдечно-съдовата система по време на хиперкапния. От гореизложеното може да се заключи, че в случай на рязко намаляване на централния вазоконстрикторен ефект, хиперкапнията може да доведе до развитие на колаптоидни реакции, които са отбелязани при експерименти с животни при условия на значително повишаване на съдържанието на CO2 в IHA .

При голямо увеличение на P CO 2 в тъканите, което неизбежно се случва при условия на значително увеличение на P CO 2 в IHA, се отбелязва развитието на наркотично състояние, което е придружено от ясно изразено намаляване на нивото на метаболизма. Тази реакция може да се оцени по същия начин като адаптивна, тъй като води до рязко намаляване на образуването на CO 2 в тъканите през периода, когато транспортните системи, включително кръвните буферни системи, вече не са в състояние да поддържат Pa CO 2 - най-важната константа на вътрешната среда.на ниво близко до нормалното.

Важно е, че прагът на реакции на различни функционални системи по време на развитието на остра хиперкапния не е еднакъв.

По този начин развитието на хипервентилация се проявява вече с повишаване на P CO 2 в IHA до 10-15 mm Hg. Чл., И при 23 mm Hg. Изкуство. тази реакция става вече много изразена - вентилацията се увеличава почти 2 пъти. Развитието на тахикардия и повишаване на кръвното налягане се появяват, когато P CO 2 се повиши в IHA до 35-40 mm Hg. Изкуство. Наркотичният ефект е отбелязан при дори по-високи стойности на P CO 2 в IHA, около 100-150 mm Hg. Чл., докато стимулиращият ефект на CO 2 върху невроните на мозъчната кора е отбелязан при P CO 2 от порядъка на 10-25 mm Hg. Изкуство.

Нека сега разгледаме накратко ефектите на различните стойности на PCO 2 в IHA върху тялото на здрав човек.

От голямо значение за преценката на устойчивостта на човек към хиперкапния и за нормализиране на CO 2 са проучванията, при които субекти, практически здрави хора, са били в условия на IHA с прекомерни стойности на P CO 2 . В тези изследвания са установени естеството и динамиката на реакциите на централната нервна система, дишането и кръвообращението, както и промените в работоспособността при различни стойности на P CO 2 в IHA.

При относително кратък престой на човек в IGA условия с P CO 2 до 15 mm Hg. Чл., въпреки развитието на лека респираторна ацидоза, не са открити значителни промени във физиологичното състояние. Хората, които са били в такава среда в продължение на няколко дни, са запазили нормално интелектуално представяне и не са показали оплаквания, показващи влошаване на благосъстоянието; само при R CO 2 равно на 15 mm Hg. Чл., някои субекти отбелязват намаляване на физическата ефективност, особено при извършване на тежка работа.

С повишаване на R CO 2 в IHA до 20-30 mm Hg. Изкуство. субектите са имали изразена респираторна ацидоза и повишена белодробна вентилация. След сравнително краткосрочно повишаване на скоростта на извършване на психологически тестове се наблюдава намаляване на нивото на интелектуална ефективност. Способността за тежка физическа работа също беше значително намалена. Забелязано е нарушение на съня. Много пациенти се оплакват от главоболие, световъртеж, задух и усещане за липса на въздух по време на физическа работа.

Ориз. 20. Класификация на различните ефекти от токсичното действие на CO 2 в зависимост от стойността на P CO 2 в IHA (съставена от Roth и Billings според Schaeffer, King, Nevison)

I - безразлична зона;

L - зона на незначителни физиологични промени;

III - зона на изразен дискомфорт;

IV - зона на дълбоки функционални нарушения, загуба

съзнание А - индиферентна зона;

B - зона на начални функционални нарушения;

B - еон на дълбоки смущения

С повишаване на P CO 2 в IHA до 35-40 mm Hg. Изкуство. при субектите белодробната вентилация се е увеличила 3 ​​пъти или повече. Има функционални промени в кръвоносната система: сърдечната честота се увеличава, кръвното налягане се повишава. След кратък престой в такава ИХА, пациентите се оплакват от главоболие, световъртеж, зрителни нарушения, загуба на пространствена ориентация. Извършването дори на лека физическа активност беше свързано със значителни затруднения и доведе до развитие на тежък задух. Изпълнението на психологически тестове също беше трудно, интелектуалното представяне беше значително намалено. С повишаване на R CO 2 в IHA повече от 45-50 mm Hg. Изкуство. остри хиперкапнични разстройства настъпиха много бързо - в рамките на 10-15 минути.

Обобщаването на публикуваните в литературата данни за устойчивостта на човека към токсичните ефекти на CO 2, както и установяването на максимално допустимото време за престой на човек в IHA с високо съдържание на CO 2, среща определени трудности. Те са свързани преди всичко с факта, че устойчивостта на човек към хиперкапния до голяма степен зависи от физиологичното състояние и на първо място от количеството извършена физическа работа. В повечето от добре познатите проучвания са проведени проучвания с лица, които са били в условия на относителна почивка и само периодично са извършвали различни психологически тестове.

Въз основа на обобщаването на резултатите, получени в тези работи, беше предложено условно да се разграничат четири различни зони на токсичния ефект на хиперкапния, в зависимост от стойността на P CO 2 в IHA (фиг. 20).

От съществено значение за формирането на физиологичните реакции и резистентността на човека към хиперкапния е скоростта на нарастване на стойността на P CO 2 във вдишаната газова смес. Когато човек е поставен в IHA с висок PCO 2, както и когато преминава към дишане с газова смес, обогатена с CO 2, бързото повишаване на RA CO 2 е придружено от по-остър ход на хиперкапнични разстройства, отколкото при бавно нарастване на P CO 2 в IHA. За щастие, последното е по-характерно за токсичния ефект на CO 2 в условията на космически полет, тъй като непрекъснато нарастващият обем на кабините на космическите кораби определя относително бавно нарастване на PCO 2 в IHA в случаи на повреда на системата за регенерация на въздуха. По-остър курс на хиперкапния може да настъпи, когато системата за регенерация на скафандъра се повреди. При остра хиперкапния трудността за точно разграничаване на зони, които определят качествено различни прояви на токсичния ефект на CO 2, в зависимост от стойността на Р CO 2, се свързва с наличието на фаза на „първична адаптация“, чиято продължителност колкото по-дълъг е, толкова по-висока е концентрацията на CO 2 . Говорим за факта, че след бързо навлизане на човек в IHA, съдържаща висока концентрация на CO 2, има изразени промени в тялото, които като правило са придружени от появата на оплаквания от главоболие, световъртеж, загуба на пространствена ориентация, зрителни нарушения, гадене, липса на въздух, болка в гърдите. Всичко това доведе до факта, че често изследването беше прекратено след 5-10 минути. след преминаване на субекта към хиперкапнична IHA.

Публикуваните проучвания показват, че с повишаване на P CO 2 в IHA до 76 mm Hg. Изкуство. такова нестабилно състояние постепенно преминава и се появява, така да се каже, частична адаптация към променената газова среда. Субектите показват известно нормализиране на интелектуалната дейност и в същото време стават по-умерени оплакванията от главоболие, световъртеж, зрителни нарушения и др.. Продължителността на нестабилното състояние се определя от времето, през което RA CO 2 се увеличава и непрекъснато отбелязва се повишаване на белодробната вентилация. Малко след стабилизиране на ново ниво на RA CO 2 и белодробна вентилация се развива частична адаптация, придружена от подобряване на благосъстоянието и общото състояние на субектите. Такава динамика на развитието на остра хиперкапния при високи стойности на PCO 2 в IHA е причина за значителни несъответствия в оценката на различни изследователи за възможното време, прекарано от човек в тези условия.

На фиг. 20, когато се оценява влиянието на различни стойности на P CO 2 "първична адаптация", въпреки че се взема предвид във времето, обаче не се посочва, че физиологичното състояние на дадено лице не е същото в различните периоди на престой в IHA с високо съдържание на CO 2 . Още веднъж си струва да се отбележи, че резултатите, представени на фиг. 20, получени при проучвания, по време на които субектите са били в покой. В тази връзка данните, получени без подходяща корелация, не могат да се използват за прогнозиране на промени във физиологичното състояние на космонавтите в случаи на натрупване на CO 2 в IHA, тъй като по време на полет може да се наложи извършването на физическа работа с различна интензивност.

Установено е, че устойчивостта на човек към токсичния ефект на CO 2 намалява с увеличаване на физическата активност, която извършва. В тази връзка изследванията, при които токсичният ефект на CO 2 ще бъде изследван при практически здрави хора, извършващи физическа работа с различна тежест, са от голямо практическо значение. За съжаление такава информация е оскъдна в литературата и затова този въпрос се нуждае от допълнително проучване. Въпреки това, въз основа на наличните данни, сметнахме за уместно, с известно приближение, да посочим възможността за оставане и извършване на различни физически натоварвания в IHA, в зависимост от стойността на P CO 2 в него.

Както се вижда от данните, дадени в табл. 6, с повишаване на R CO 2 до 15 mm Hg. Изкуство. дългосрочното изпълнение на тежка физическа работа е трудно; с повишаване на R CO 2 до 25 mm Hg. Изкуство. способността за извършване на работа с умерена тежест вече е ограничена и извършването на тежка работа е значително затруднено. С повишаване на R CO 2 до 35-40 mm Hg. Изкуство. ограничена способност за извършване дори на лека работа. С повишаване на R CO 2 до 60 mm Hg. Изкуство. и повече, въпреки факта, че човек в състояние на покой все още може да бъде в такава IHA за известно време, но той вече практически не може да върши никаква работа. За да се премахнат негативните ефекти от острата хиперкапния, най-доброто средство е да се преместят жертвите в "нормална" атмосфера.

Резултатите от проучвания на много автори показват, че бързото превключване на хора, които са били дълго време в IHA с повишен P CO 2 към дишане на чист кислород или въздух, често причинява влошаване на тяхното благосъстояние и общо състояние. Това явление, изразено в остра форма, е открито за първи път при опити върху животни и описано от П. М. Албицки, който му дава името на обратното действие на CO 2 . Във връзка с горното, в случаите на развитие на хиперкапничен синдром при хора, трябва постепенно да ги оттеглите от IHA, обогатена с CO 2, като сравнително бавно намалите P CO 2 в него. Опитите за спиране на хиперкапничния синдром чрез въвеждане на алкали - Tris буфер, сода и др. - Не дадоха стабилни положителни резултати, въпреки частичното нормализиране на рН на кръвта.

От определено практическо значение е изследването на физиологичното състояние и работоспособността на човек в случаите, когато в резултат на повреда на блока за регенерация в IHA, P O 2 ще намалее едновременно и P CO 2 ще се увеличи.

Със значителна скорост на увеличаване на CO 2 и съответната скорост на намаляване на O 2, което се случва при дишане в затворен, малък обем, както показват проучванията на Holden и Smith, рязко влошаване на физиологичното състояние и благосъстоянието на пациентите се отбелязват с повишаване на CO 2 в инхалираните газови смеси до 5-6% (P CO 2 -38-45 mm Hg), въпреки факта, че намаляването на съдържанието на O 2 през този период от време е все още относително малък. При по-бавно развитие на хиперкапния и хипоксия, както отбелязват много автори, се наблюдават забележими нарушения на работоспособността и влошаване на физиологичното състояние с повишаване на P CO 2 до 25-30 mm Hg. Изкуство. и съответно намаляване на R O 2 до 110-120 mm Hg. Изкуство. Според Karlin et al., 3-дневното излагане на IHA, съдържащо 3% CO 2 (22,8 mm Hg) и 17% O 2, значително намалява представянето на субектите. Тези данни са в известно противоречие с резултатите от проучвания, които отбелязват относително малки промени в производителността дори при по-значително (до 12%) намаление на O 2 в IHA и увеличение на CO 2 в него до 3%.

При едновременното развитие на хиперкапния и хипоксия, основният симптом на токсичния ефект е задух. Стойността на белодробната вентилация в този случай е по-значима, отколкото при еднаква хиперкапния. Според много изследователи такова значително увеличение на белодробната вентилация се определя от факта, че хипоксията повишава чувствителността на дихателния център към CO 2, което води до комбиниран ефект на излишък на CO 2 и липса на O 2

в IGA не води до адитивен ефект на тези фактори, а до тяхното потенциране. Това може да се прецени, тъй като стойността на белодробната вентилация е по-голяма от стойността на вентилацията, която трябва да бъде с просто добавяне на ефекта от намаляване на RA O 2 и увеличаване на RA CO 2.

Въз основа на тези данни и естеството на наблюдаваните нарушения на физиологичното състояние може да се заключи, че водещата роля в началния период на развитие на патологични състояния в ситуации, при които има пълна недостатъчност на системата за регенерация, принадлежи на хиперкапнията.

ХРОНИЧНИ ЕФЕКТИ НА ХИПЕРКАПНИЯТА

Проучване на дългосрочни ефекти върху човешкото тяло и животните повишени; Стойностите на P CO 2 в IHA позволиха да се установи, че появата на клинични симптоми на токсичен ефект на съхранение на CO 2 се предхожда от редовни промени в киселинно-алкалния баланс - развитието на респираторна ацидоза, водеща до метаболитни нарушения . В този случай настъпват промени в минералния метаболизъм, които очевидно имат адаптивен характер, тъй като допринасят за поддържане на киселинно-алкалния баланс. За тези промени може да се съди по периодичното повишаване на съдържанието на калций в кръвта и по промените в съдържанието на калций и фосфор в костната тъкан. Поради факта, че калцият влиза в съединения с CO 2, с увеличаване на Pa CO 2, количеството CO 2, свързано с калций в костите, се увеличава. В резултат на промени в минералния метаболизъм възниква ситуация, която насърчава образуването на калциеви соли в отделителната система, което може да доведе до развитие на бъбречно-каменна болест. Валидността на това заключение се посочва от резултатите от изследване върху гризачи, при които след продължителен престой в IHA с R CO 2, равен на 21 mm Hg. Изкуство. и по-горе бяха открити камъни в бъбреците.

При проучвания с участието на хора е установено също, че при продължителен престой в IHA с P CO 2 над 7,5-10 mm Hg. Чл., въпреки очевидното запазване на нормалното физиологично състояние и работоспособност, субектите показват промени в метаболизма поради развитието на умерена газова ацидоза.

И така, по време на операцията "Hideout" субектите са били в рамките на 42 дни в подводница в условията на IGA, съдържаща 1,5% CO 2 (P CO 2 - 11,4 mm Hg. Art.). Основните физиологични параметри, като тегло и телесна температура, кръвно налягане и пулс, остават непроменени. Въпреки това, при изследване на дишането, киселинно-алкалния баланс и калциево-фосфорния метаболизъм са открити промени, които имат адаптивен характер. Въз основа на промените в pH на урината и кръвта беше установено, че от около 24-ия ден на престоя в IHA, съдържащ 1,5% CO 2, субектите развиват некомпенсирана газова ацидоза. Според данните на S. G. Zharov et al., когато млади здрави мъже са били държани в IHA, съдържаща 1% CO 2 в продължение на месец, не са открити промени в рН на кръвта при субектите, въпреки лекото увеличение на RA CO 2 и повишаване от 8-12% в белодробната вентилация, което показва лека компенсируема газова ацидоза.

Дългосрочният престой (30 дни) на пациентите в IHA с повишено съдържание на CO 2 до 2% води до намаляване на pH на кръвта, повишаване на RA CO 2 и увеличаване на белодробната вентилация с 20-25%. В покой субектите се чувстват добре, но при извършване на интензивна физическа активност някои от тях се оплакват от главоболие и бърза умора.

Докато в IHA с 3% CO 2 (P CO 2 - 22,8 mm Hg. Art.), Повечето от субектите отбелязват влошаване на здравето. В същото време промените в рН на кръвта показват бързо развитие на некомпенсирана газова ацидоза. Престоят в такава среда, въпреки че е възможен в продължение на много дни, винаги е свързан с развитие на дискомфорт и прогресивно намаляване на работоспособността.

В резултат на тези проучвания се стигна до заключението, че дългосрочният (многомесечен) престой на лице в IHA с R CO 2 надвишава 7,5 mm Hg. чл., е нежелателно, тъй като може да доведе до проява на хронични токсични ефекти на CO 2 . Някои изследователи посочват, че когато човек остане в IHA за 3-4 месеца, стойността на P CO 2 не трябва да надвишава 3-6 mm Hg. ул.

По този начин, когато се оценява ефектът от хроничния ефект на хиперкапнията като цяло, може да се съгласи с мнението на K. Schaefer за целесъобразността да се разграничат три основни нива на повишаване на P CO 2 в IHA, които определят различната толерантност на човек до хиперкапния. Първото ниво съответства на повишаване на R CO 2 в IHA до 4-6 mm Hg. Изкуство.; характеризира се с липсата на какъвто и да е значим ефект върху тялото. Второто ниво съответства на повишаване на R CO 2 в IHA до 11 mm Hg. Изкуство. В същото време основните физиологични функции и работоспособността не претърпяват значителни промени, но има бавно развитие на промени в дишането, регулиране

киселинно-алкалния баланс и електролитния метаболизъм, което води до патологични промени.

Третото ниво е повишаване на R CO 2 до 22 mm Hg. Изкуство. и по-горе - води до намаляване на ефективността, изразени промени във физиологичните функции и развитие на патологични състояния през различни периоди от време.

Изтегляне на резюме: Нямате достъп за изтегляне на файлове от нашия сървър.