Berapa persentase oksigen di udara yang dihembuskan? Komposisi kimiawi udara dan pentingnya higienis

Manusia bernafas udara atmosfer, yang memiliki komposisi sebagai berikut: 20,94% oksigen, 0,03% karbon dioksida, 79,03% nitrogen. Di udara yang dihembuskan 16,3% oksigen, 4% karbon dioksida, 79,7% nitrogen terdeteksi.

Udara alveolar komposisinya berbeda dengan atmosfer. Di udara alveolar, kandungan oksigen menurun tajam dan jumlah karbon dioksida meningkat. Persentase kandungan gas individu di udara alveolar: 14,2-14,6% oksigen, 5,2-5,7% karbon dioksida, 79,7-80% nitrogen.

STRUKTUR PARU-PARU.

Paru-paru merupakan organ pernapasan berpasangan yang terletak di rongga dada yang tertutup rapat. Milik mereka saluran udara diwakili oleh nasofaring, laring, trakea. Trakea di rongga dada terbagi menjadi dua bronkus - kanan dan kiri, yang masing-masing bercabang berulang kali, membentuk apa yang disebut pohon bronkial. Bronkus terkecil - bronkiolus di ujungnya berkembang menjadi vesikel buta - alveoli paru.

Pertukaran gas tidak terjadi di saluran pernapasan, dan komposisi udara tidak berubah. Ruang yang tertutup pada saluran pernafasan disebut mati, atau berbahaya. Selama pernapasan tenang, volume udara di ruang mati adalah 140-150ml.

Struktur paru-paru memastikan bahwa mereka menjalankan fungsi pernapasan. Dinding tipis alveoli terdiri dari epitel satu lapis yang mudah ditembus gas. Adanya unsur elastis dan serat otot polos memastikan peregangan alveoli yang cepat dan mudah, sehingga mampu menampung udara dalam jumlah besar. Setiap alveolus ditutupi dengan jaringan kapiler padat tempat arteri pulmonalis bercabang.

Setiap paru-paru ditutupi di bagian luar dengan membran serosa - pleura, terdiri dari dua daun: parietal dan paru (visceral). Di antara lapisan pleura terdapat celah sempit berisi cairan serosa - rongga pleura.

Perluasan dan kolapsnya alveolus paru serta pergerakan udara sepanjang saluran pernafasan disertai dengan munculnya bunyi pernafasan yang dapat diperiksa dengan auskultasi. (auskultasi).

Tekanan pada rongga pleura dan mediastinum selalu normal negatif. Oleh karena itu, alveoli selalu dalam keadaan meregang. Tekanan intratoraks negatif berperan penting dalam hemodinamik, memberikan aliran darah balik ke jantung dan meningkatkan sirkulasi darah di lingkaran paru, terutama pada fase inhalasi.

SIKLUS PERNAPASAN.

Siklus pernafasan terdiri dari inhalasi, pernafasan dan jeda pernafasan. Lamanya inhalasi pada orang dewasa dari 0,9 hingga 4,7 detik, durasi penghembusan - 1,2-6 detik. Jeda pernapasan bervariasi ukurannya dan bahkan mungkin tidak ada.

Gerakan pernafasan dilakukan dengan tertentu ritme dan frekuensi, yang ditentukan oleh jumlah kunjungan dada dalam 1 menit. Pada orang dewasa, frekuensi pernapasan adalah 12-18 dalam 1 menit.

Kedalaman gerakan pernafasan ditentukan oleh amplitudo kunjungan dada dan menggunakan metode khusus yang memungkinkan seseorang mempelajari volume paru.

Mekanisme inhalasi. Penghirupan dipastikan dengan perluasan dada karena kontraksi otot pernapasan - otot interkostal eksternal dan diafragma. Aliran udara ke paru-paru sangat bergantung pada tekanan negatif di rongga pleura.

Mekanisme pernafasan. Pernafasan (ekspirasi) terjadi sebagai akibat relaksasi otot-otot pernapasan, serta karena traksi elastis paru-paru, upaya untuk mengambil posisi semula. Kekuatan elastis paru-paru diwakili oleh komponen jaringan dan kekuatan tegangan permukaan, yang cenderung mengurangi permukaan bola alveolar seminimal mungkin. Namun, alveoli biasanya tidak pernah kolaps. Alasannya adalah adanya zat penstabil surfaktan di dinding alveoli - surfaktan diproduksi oleh alveolosit.

VOLUME PARU. VENTILASI PARU.

Volume pasang surut- jumlah udara yang dihirup dan dihembuskan seseorang selama pernapasan tenang. Volumenya adalah 300 - 700ml.

Volume cadangan inspirasi- jumlah udara yang dapat dimasukkan ke dalam paru-paru jika, setelah inhalasi tenang, dilakukan inhalasi maksimal. Volume cadangan inspirasi sama dengan 1500-2000ml.

Volume cadangan ekspirasi- volume udara yang dikeluarkan dari paru-paru jika, setelah inhalasi dan pernafasan yang tenang, dilakukan pernafasan yang maksimal. Jumlahnya adalah 1500-2000ml.

Volume sisa- ini adalah volume udara yang tersisa di paru-paru setelah pernafasan terdalam. Volume sisa sama dengan 1000-1500ml udara.

Volume tidal, volume cadangan inspirasi dan ekspirasi
merupakan apa yang disebut kapasitas vital.
Kapasitas vital paru-paru pada pria muda
berjumlah 3,5-4,8 l, untuk wanita - 3-3,5 l.

Kapasitas paru-paru total terdiri dari kapasitas vital paru-paru dan volume sisa udara.

Ventilasi paru- jumlah udara yang ditukar dalam 1 menit.

Ventilasi paru ditentukan dengan mengalikan volume tidal dengan jumlah napas per menit (volume pernapasan menit). Pada orang dewasa dalam keadaan istirahat fisiologis relatif, ventilasi paru terjadi 6-8 liter per 1 menit.

Volume paru-paru dapat ditentukan menggunakan perangkat khusus - spirometer dan spirograf.

TRANSPORTASI GAS DENGAN DARAH.

Darah mengantarkan oksigen ke jaringan dan membawa karbon dioksida.

Pergerakan gas dari lingkungan ke dalam cairan dan dari cairan ke lingkungan dilakukan karena adanya perbedaan tekanan parsial. Gas selalu berdifusi dari lingkungan yang bertekanan tinggi ke lingkungan yang bertekanan lebih rendah.

Tekanan parsial oksigen di udara atmosfer 21,1 kPa (158 mmHg st.), di udara alveolar - 14,4-14,7 kPa (108-110 mmHg. st.) dan di darah vena mengalir ke paru-paru - 5,33 kPa (40 mmHg st.). Dalam darah arteri kapiler sirkulasi sistemik, tekanan oksigen adalah 13,6-13,9 kPa (102-104 mm Hg), dalam cairan interstisial - 5,33 kPa (40 mm Hg), dalam jaringan - 2,67 kPa (20 mm Hg). Jadi, pada semua tahap pergerakan oksigen terdapat perbedaan tekanan parsial, yang mendorong difusi gas.

Pergerakan karbon dioksida terjadi dalam arah yang berlawanan. Ketegangan karbon dioksida dalam jaringan adalah 8,0 kPa atau lebih (60 atau lebih mm Hg), dalam darah vena - 6,13 kPa (46 mm Hg), di udara alveolar - 0,04 kPa (0,3 mmHg). Karena itu, perbedaan tegangan karbon dioksida sepanjang jalurnya menyebabkan difusi gas dari jaringan ke lingkungan.

Transportasi oksigen oleh darah. Oksigen dalam darah berada dalam dua keadaan: pembubaran fisik dan ikatan kimia dengan hemoglobin. Hemoglobin membentuk senyawa yang sangat rapuh dan mudah terdisosiasi dengan oksigen - oksihemoglobin: 1g hemoglobin mengikat 1,34 ml oksigen. Jumlah oksigen maksimum yang dapat diikat dalam 100 ml darah adalah kapasitas oksigen darah(18,76 ml atau 19 vol%).

Saturasi oksigen hemoglobin berkisar antara 96 ​​hingga 98%. Derajat kejenuhan hemoglobin dengan oksigen dan disosiasi oksihemoglobin (pembentukan hemoglobin tereduksi) tidak berbanding lurus dengan tekanan oksigen. Kedua proses ini tidak linier, tetapi terjadi sepanjang kurva yang disebut kurva pengikatan atau disosiasi oksihemoglobin.

Beras. 25. Kurva disosiasi oksihemoglobin dalam larutan berair (I) dan dalam darah (II) pada tegangan karbon dioksida 5,33 kPa (40 mm Hg) (menurut Barcroft).

Pada tekanan oksigen nol, tidak ada oksihemoglobin dalam darah. Pada tekanan parsial oksigen rendah, laju pembentukan oksihemoglobin rendah. Jumlah maksimum hemoglobin (45-80%) berikatan dengan oksigen ketika tegangannya 3,47-6,13 kPa (26-46 mm Hg). Peningkatan lebih lanjut dalam ketegangan oksigen menyebabkan penurunan laju pembentukan oksihemoglobin (Gbr. 25).

Afinitas hemoglobin terhadap oksigen berkurang secara signifikan ketika reaksi darah bergeser ke sisi asam, yang diamati pada jaringan dan sel tubuh karena pembentukan karbon dioksida

Peralihan hemoglobin menjadi oksihemoglobin dan darinya menjadi oksihemoglobin tereduksi juga bergantung pada suhu. Pada tekanan parsial oksigen yang sama di lingkungan pada suhu 37-38°C, jumlah terbesar oksihemoglobin masuk ke bentuk tereduksi,

Transportasi karbon dioksida oleh darah. Karbon dioksida diangkut ke paru-paru dalam bentuk bikarbonat dan dalam keadaan terikat secara kimia dengan hemoglobin ( karbohemoglobin).

PUSAT PERNAPASAN.

Urutan ritmis inhalasi dan pernafasan, serta perubahan sifat gerakan pernapasan tergantung pada keadaan tubuh, diatur. pusat pernapasan terletak di medula oblongata.

Ada dua kelompok neuron di pusat pernapasan: inspirasi Dan ekspirasi. Ketika neuron inspirasi yang memberikan inspirasi tereksitasi, aktivitas sel saraf ekspirasi terhambat, dan sebaliknya.

Di bagian atas pons ( pons) terletak pusat pneumotaksik, yang mengontrol aktivitas pusat inhalasi dan pernafasan bagian bawah dan memastikan pergantian siklus gerakan pernapasan yang benar.

Pusat pernapasan, yang terletak di medula oblongata, mengirimkan impuls ke neuron motorik sumsum tulang belakang, mempersarafi otot-otot pernapasan. Diafragma dipersarafi oleh akson neuron motorik yang terletak di tingkat tersebut Segmen serviks III-IV sumsum tulang belakang. Neuron motorik, yang prosesnya membentuk saraf interkostal yang mempersarafi otot interkostal, berada di tanduk anterior (III-XII) segmen toraks sumsum tulang belakang.

Udara adalah campuran alami berbagai gas. Sebagian besar mengandung unsur-unsur seperti nitrogen (sekitar 77%) dan oksigen, kurang dari 2% adalah argon, karbon dioksida dan gas inert lainnya.

Oksigen, atau O2, adalah unsur kedua dalam tabel periodik dan komponen terpenting, yang tanpanya kehidupan di planet ini tidak akan ada. Dia berpartisipasi dalam berbagai proses, yang menjadi sandaran aktivitas vital semua makhluk hidup.

Komposisi udara

O2 menjalankan fungsinya proses oksidatif dalam tubuh manusia, yang memungkinkan Anda melepaskan energi untuk kehidupan normal. Saat istirahat, tubuh manusia membutuhkan sekitar 350 mililiter oksigen, dengan aktivitas fisik yang berat, nilai ini meningkat tiga hingga empat kali lipat.

Berapa persentase oksigen di udara yang kita hirup? Normanya adalah 20,95% . Udara yang dihembuskan mengandung lebih sedikit O2 – 15,5-16%. Komposisi udara yang dihembuskan juga mencakup karbon dioksida, nitrogen dan zat lainnya. Penurunan persentase oksigen selanjutnya menyebabkan kegagalan fungsi, dan nilai kritis 7-8% menyebabkannya kematian.

Dari tabel tersebut dapat dipahami, misalnya, bahwa udara yang dihembuskan banyak mengandung nitrogen dan unsur tambahan, tetapi O2 hanya 16,3%. Kandungan oksigen di udara yang dihirup kurang lebih 20,95%.

Penting untuk memahami apa itu unsur seperti oksigen. O2 – yang paling umum di bumi unsur kimia, yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. Ia melakukan fungsi oksidasi yang paling penting.

Tanpa unsur kedelapan dari tabel periodik kamu tidak bisa membuat api. Oksigen kering meningkatkan sifat listrik dan pelindung film serta mengurangi muatan volumenya.

Unsur ini terkandung dalam senyawa berikut:

1. Silikat - mengandung sekitar 48% O2.
2. (laut dan segar) – 89%.
3. Udara – 21%.
4. Senyawa lain di kerak bumi.

Udara tidak hanya mengandung zat gas, tetapi juga uap dan aerosol, serta berbagai kontaminan. Ini bisa berupa debu, kotoran, atau berbagai kotoran kecil lainnya. Ini berisi mikroba, yang dapat menyebabkan berbagai penyakit. Flu, campak, batuk rejan, alergen dan penyakit lainnya hanyalah sebagian kecil dari akibat negatif yang muncul ketika kualitas udara memburuk dan tingkat bakteri patogen meningkat.

Persentase udara adalah jumlah seluruh unsur penyusunnya. Akan lebih mudah untuk menunjukkan dengan jelas apa saja kandungan udara, serta persentase oksigen di udara, pada diagram.

Diagram menunjukkan gas mana yang lebih banyak ditemukan di udara. Nilai yang tertera di atasnya akan sedikit berbeda untuk udara yang dihirup dan dihembuskan.

Diagram - rasio udara.

Ada beberapa sumber dari mana oksigen terbentuk:

1. Tanaman. Dari pelajaran biologi sekolah juga diketahui bahwa tumbuhan melepaskan oksigen ketika mereka menyerap karbon dioksida.
2. Dekomposisi fotokimia uap air. Prosesnya diamati di bawah pengaruh radiasi matahari di lapisan atas atmosfer.
3. Pencampuran aliran udara di lapisan atmosfer bawah.

Fungsi oksigen di atmosfer dan bagi tubuh

Bagi seseorang, yang disebut tekanan parsial, yang dapat dihasilkan oleh gas jika memenuhi seluruh volume campuran yang ditempati. Tekanan parsial normal pada ketinggian 0 meter di atas permukaan laut adalah 160 milimeter air raksa. Peningkatan ketinggian menyebabkan penurunan tekanan parsial. Indikator ini penting, karena suplai oksigen ke semua organ penting dan tubuh bergantung padanya.

Oksigen sering digunakan untuk pengobatan berbagai penyakit. Tabung oksigen dan inhaler membantu organ manusia berfungsi normal di tengah kekurangan oksigen.

Penting! Komposisi udara dipengaruhi oleh banyak faktor; oleh karena itu, persentase oksigen dapat berubah. Situasi lingkungan yang negatif menyebabkan penurunan kualitas udara. Di kota-kota besar dan pemukiman perkotaan besar, proporsi karbon dioksida (CO2) akan lebih besar dibandingkan di pemukiman kecil atau di hutan dan kawasan lindung. Ketinggian juga mempunyai pengaruh yang besar - persentase oksigen akan lebih rendah di pegunungan. Kita bisa perhatikan contoh berikut - di Gunung Everest yang tingginya mencapai 8,8 km, konsentrasi oksigen di udara akan 3 kali lebih rendah dibandingkan di dataran rendah. Agar tetap aman di puncak gunung yang tinggi, Anda perlu menggunakan masker oksigen.

Komposisi udara telah berubah selama bertahun-tahun. Oleh karena itu, proses evolusi dan bencana alam menyebabkan perubahan persentase oksigen menurun, diperlukan untuk fungsi normal organisme biologis. Beberapa tahapan sejarah dapat dipertimbangkan:

1. Zaman prasejarah. Saat ini, konsentrasi oksigen di atmosfer sedang sekitar 36%.
2. 150 tahun yang lalu O2 menempati 26% dari total komposisi udara.
3. Saat ini, konsentrasi oksigen di udara adalah hanya di bawah 21%.

Perkembangan selanjutnya dari dunia sekitar dapat menyebabkan perubahan lebih lanjut pada komposisi udara. Dalam waktu dekat, kecil kemungkinannya bahwa konsentrasi O2 akan berada di bawah 14%, karena hal ini dapat menyebabkan kematian gangguan fungsi tubuh.

Kekurangan oksigen menyebabkan apa?

Asupan rendah paling sering diamati di transportasi yang pengap, area yang berventilasi buruk, atau di ketinggian . Menurunnya kadar oksigen di udara dapat menyebabkan dampak negatif pada tubuh. Mekanismenya terkuras; sistem saraf paling terpengaruh. Ada beberapa penyebab mengapa tubuh mengalami hipoksia:

1. Kekurangan darah. Ditelepon untuk keracunan karbon monoksida. Keadaan ini mengurangi kandungan oksigen dalam darah. Hal ini berbahaya karena darah berhenti mengantarkan oksigen ke hemoglobin.
2. Defisiensi peredaran darah. Itu mungkin untuk diabetes, gagal jantung. Dalam situasi seperti ini, transportasi darah memburuk atau menjadi tidak mungkin.
3. Faktor histotoksik yang mempengaruhi tubuh dapat menyebabkan hilangnya kemampuan menyerap oksigen. Muncul jika terjadi keracunan dengan racun atau karena paparan yang parah...

Berdasarkan sejumlah gejala, Anda dapat memahami bahwa tubuh membutuhkan O2. Pertama kecepatan pernapasan meningkat. Detak jantung juga meningkat. Fungsi pelindung ini dirancang untuk memasok oksigen ke paru-paru dan menyediakan darah dan jaringan.

Penyebab kekurangan oksigen sakit kepala, peningkatan rasa kantuk, penurunan konsentrasi. Kasus-kasus yang terisolasi tidak begitu buruk; kasus-kasus tersebut cukup mudah untuk diperbaiki. Untuk menormalkan kegagalan pernafasan, dokter meresepkan bronkodilator dan obat lain. Jika hipoksia mengambil bentuk yang parah, seperti kehilangan koordinasi manusia atau bahkan koma, maka pengobatan menjadi lebih rumit.

Jika gejala hipoksia terdeteksi, ini penting segera konsultasikan ke dokter dan jangan mengobati sendiri, karena penggunaan obat tertentu bergantung pada penyebab gangguan tersebut. Membantu untuk kasus ringan pengobatan dengan masker oksigen dan bantal, hipoksia darah memerlukan transfusi darah, dan koreksi penyebab melingkar hanya mungkin dilakukan dengan pembedahan pada jantung atau pembuluh darah.

Perjalanan oksigen yang luar biasa ke seluruh tubuh kita

Kesimpulan

Oksigen adalah yang paling penting komponen udara, yang tanpanya mustahil melakukan banyak proses di Bumi. Komposisi udara telah berubah selama puluhan ribu tahun karena proses evolusi, namun saat ini jumlah oksigen di atmosfer telah mencapai dalam 21%. Kualitas udara yang dihirup seseorang mempengaruhi kesehatannya Oleh karena itu, perlu dilakukan pengawasan terhadap kebersihan ruangan dan upaya untuk mengurangi pencemaran lingkungan.

Berbeda dengan planet panas dan dingin di tata surya kita, kondisi di planet Bumi memungkinkan adanya kehidupan dalam beberapa bentuk. Salah satu syarat utamanya adalah komposisi atmosfer, yang memberikan kesempatan bagi semua makhluk hidup untuk bernapas lega dan melindungi mereka dari radiasi mematikan yang ada di luar angkasa.

Terdiri dari apakah atmosfer itu?

Atmosfer bumi terdiri dari banyak gas. Pada dasarnya yang menempati 77%. Gas, yang tanpanya kehidupan di Bumi tidak terpikirkan, menempati volume yang jauh lebih kecil; kandungan oksigen di udara sama dengan 21% dari total volume atmosfer. 2% terakhir merupakan campuran berbagai gas, antara lain argon, helium, neon, kripton dan lain-lain.

Atmosfer bumi naik hingga ketinggian 8 ribu km. Udara yang cocok untuk bernafas hanya terdapat di lapisan bawah atmosfer, yaitu di troposfer, yang ketinggiannya mencapai 8 km di kutub, dan 16 km di atas garis khatulistiwa. Seiring bertambahnya ketinggian, udara menjadi lebih tipis dan semakin besar kekurangan oksigen. Untuk mengetahui kandungan oksigen di udara pada ketinggian yang berbeda, mari kita beri contoh. Di puncak Everest (ketinggian 8848 m), udara menampung gas ini 3 kali lebih sedikit dibandingkan di atas permukaan laut. Oleh karena itu, penakluk puncak gunung yang tinggi – pendaki – dapat mendaki ke puncaknya hanya dengan menggunakan masker oksigen.

Oksigen adalah syarat utama untuk kelangsungan hidup di planet ini

Pada awal keberadaan bumi, udara yang mengelilinginya tidak mengandung gas ini. Ini cukup cocok untuk kehidupan protozoa – molekul bersel tunggal yang berenang di lautan. Mereka tidak membutuhkan oksigen. Prosesnya dimulai sekitar 2 juta tahun yang lalu, ketika organisme hidup pertama, sebagai hasil reaksi fotosintesis, mulai melepaskan sejumlah kecil gas ini, yang diperoleh dari reaksi kimia, pertama ke laut, kemudian ke atmosfer. . Kehidupan berevolusi di planet ini dan mengambil berbagai bentuk, yang sebagian besar tidak bertahan hingga zaman modern. Beberapa organisme akhirnya beradaptasi untuk hidup dengan gas baru tersebut.

Mereka belajar memanfaatkan kekuatannya dengan aman di dalam sel, tempat sel tersebut bertindak sebagai pembangkit tenaga listrik untuk mengekstrak energi dari makanan. Cara menggunakan oksigen ini disebut pernapasan, dan kita melakukannya setiap detik. Pernafasanlah yang memungkinkan munculnya organisme dan manusia yang lebih kompleks. Selama jutaan tahun, kandungan oksigen di udara telah melonjak ke tingkat saat ini – sekitar 21%. Akumulasi gas ini di atmosfer turut berkontribusi terhadap terciptanya lapisan ozon pada ketinggian 8-30 km dari permukaan bumi. Pada saat yang sama, planet ini mendapat perlindungan dari efek berbahaya sinar ultraviolet. Evolusi lebih lanjut bentuk kehidupan di air dan darat meningkat pesat sebagai akibat dari peningkatan fotosintesis.

Kehidupan anaerobik

Meskipun beberapa organisme beradaptasi dengan meningkatnya kadar gas yang dilepaskan, banyak bentuk kehidupan paling sederhana yang ada di Bumi menghilang. Organisme lain bertahan hidup dengan bersembunyi dari oksigen. Beberapa dari mereka saat ini hidup di akar kacang-kacangan, menggunakan nitrogen dari udara untuk membangun asam amino bagi tanaman. Botulisme organisme yang mematikan adalah pengungsi lain dari oksigen. Ia dengan mudah bertahan dalam makanan kaleng yang dikemas vakum.

Berapa tingkat oksigen yang optimal untuk kehidupan?

Bayi yang lahir prematur, yang paru-parunya belum terbuka penuh untuk bernapas, berakhir di inkubator khusus. Di dalamnya, kandungan oksigen di udara lebih tinggi volumenya, dan bukannya 21% seperti biasanya, levelnya ditetapkan pada 30-40%. Bayi yang mengalami gangguan pernapasan parah dikelilingi udara dengan kadar oksigen 100 persen untuk mencegah kerusakan otak anak. Berada dalam keadaan seperti itu meningkatkan sistem oksigen jaringan yang berada dalam keadaan hipoksia dan menormalkan fungsi vitalnya. Tapi terlalu banyak di udara sama berbahayanya dengan terlalu sedikit. Oksigen yang berlebihan dalam darah anak dapat merusak pembuluh darah pada mata dan menyebabkan kehilangan penglihatan. Hal ini menunjukkan dualitas sifat gas. Kita perlu menghirupnya agar bisa hidup, namun kelebihannya terkadang bisa menjadi racun bagi tubuh.

Proses oksidasi

Ketika oksigen bergabung dengan hidrogen atau karbon, terjadi reaksi yang disebut oksidasi. Proses ini menyebabkan molekul organik yang menjadi landasan kehidupan hancur. Di dalam tubuh manusia, oksidasi terjadi sebagai berikut. Sel darah merah mengumpulkan oksigen dari paru-paru dan membawanya ke seluruh tubuh. Ada proses penghancuran molekul makanan yang kita makan. Proses ini melepaskan energi, air dan meninggalkan karbon dioksida. Yang terakhir ini dikeluarkan oleh sel darah kembali ke paru-paru, dan kita menghembuskannya ke udara. Seseorang bisa mati lemas jika tidak bisa bernapas selama lebih dari 5 menit.

Napas

Mari kita perhatikan kandungan oksigen di udara yang dihirup. Udara atmosfer yang masuk ke paru-paru dari luar pada saat inhalasi disebut udara inhalasi, dan udara yang keluar melalui sistem pernapasan pada saat ekspirasi disebut udara ekspirasi.

Ini adalah campuran udara yang mengisi alveoli dengan udara di saluran pernapasan. Komposisi kimiawi udara yang dihirup dan dihembuskan oleh orang sehat dalam kondisi alamiah sebenarnya tidak berubah dan dinyatakan dalam angka-angka berikut.

Oksigen merupakan komponen utama udara bagi kehidupan. Perubahan jumlah gas ini di atmosfer tergolong kecil. Jika kandungan oksigen di udara dekat laut mencapai 20,99%, bahkan di udara kota industri yang sangat tercemar pun kadarnya tidak akan turun di bawah 20,5%. Perubahan tersebut tidak menunjukkan efeknya pada tubuh manusia. Gangguan fisiologis muncul ketika persentase oksigen di udara turun menjadi 16-17%. Dalam hal ini, ada hal yang jelas menyebabkan penurunan tajam aktivitas vital, dan bila kandungan oksigen di udara 7-8%, kematian dapat terjadi.

Suasana di era yang berbeda

Komposisi atmosfer selalu mempengaruhi evolusi. Pada waktu geologis yang berbeda, akibat bencana alam, terjadi kenaikan atau penurunan kadar oksigen, dan hal ini menyebabkan perubahan pada biosistem. Sekitar 300 juta tahun yang lalu, kandungannya di atmosfer meningkat hingga 35%, dan planet ini dihuni oleh serangga berukuran raksasa. Kepunahan makhluk hidup terbesar dalam sejarah bumi terjadi sekitar 250 juta tahun yang lalu. Selama itu, lebih dari 90% penduduk lautan dan 75% penduduk daratan meninggal. Salah satu versi kepunahan massal mengatakan bahwa penyebabnya adalah rendahnya kadar oksigen di udara. Jumlah gas ini turun menjadi 12%, dan berada di lapisan bawah atmosfer hingga ketinggian 5.300 meter. Di zaman kita, kandungan oksigen di udara atmosfer mencapai 20,9%, lebih rendah 0,7% dibandingkan 800 ribu tahun lalu. Angka-angka tersebut dibenarkan oleh para ilmuwan dari Universitas Princeton yang meneliti sampel es Greenland dan Atlantik yang terbentuk saat itu. Air yang membeku mengawetkan gelembung udara, dan fakta ini membantu menghitung tingkat oksigen di atmosfer.

Apa yang menentukan levelnya di udara?

Penyerapan aktifnya dari atmosfer dapat disebabkan oleh pergerakan gletser. Saat mereka menjauh, mereka memperlihatkan area lapisan organik raksasa yang mengonsumsi oksigen. Alasan lain mungkin karena pendinginan perairan Samudra Dunia: bakterinya menyerap oksigen lebih aktif pada suhu yang lebih rendah. Para peneliti berpendapat bahwa lompatan industri dan pembakaran bahan bakar dalam jumlah besar tidak mempunyai dampak khusus. Lautan di dunia telah mengalami pendinginan selama 15 juta tahun, dan jumlah zat yang menunjang kehidupan di atmosfer telah menurun terlepas dari dampak yang ditimbulkan oleh aktivitas manusia. Mungkin ada beberapa proses alami yang terjadi di Bumi yang menyebabkan konsumsi oksigen lebih tinggi daripada produksinya.

Dampak manusia terhadap komposisi atmosfer

Mari kita bicara tentang pengaruh manusia terhadap komposisi udara. Tingkat oksigen yang kita miliki saat ini ideal untuk makhluk hidup; kandungan oksigen di udara adalah 21%. Keseimbangan gas tersebut dan gas lainnya ditentukan oleh siklus hidup di alam: hewan menghembuskan karbon dioksida, tumbuhan menggunakannya dan melepaskan oksigen.

Namun tidak ada jaminan bahwa level ini akan selalu konstan. Jumlah karbon dioksida yang dilepaskan ke atmosfer semakin meningkat. Hal ini disebabkan oleh penggunaan bahan bakar oleh manusia. Dan, seperti yang Anda ketahui, itu terbentuk dari fosil yang berasal dari organik dan karbon dioksida yang masuk ke udara. Sementara itu, tanaman terbesar di planet kita, pohon, mengalami kehancuran dengan laju yang semakin meningkat. Dalam satu menit, beberapa kilometer hutan hilang. Ini berarti sebagian oksigen di udara secara bertahap menurun dan para ilmuwan sudah membunyikan alarm. Atmosfer bumi bukanlah gudang yang tidak terbatas dan oksigen tidak masuk dari luar. Itu terus dikembangkan seiring dengan perkembangan Bumi. Kita harus selalu ingat bahwa gas ini dihasilkan oleh tumbuh-tumbuhan selama proses fotosintesis melalui konsumsi karbon dioksida. Dan setiap penurunan vegetasi secara signifikan dalam bentuk pengrusakan hutan pasti akan mengurangi masuknya oksigen ke atmosfer, sehingga mengganggu keseimbangannya.

Udara atmosfer, yang dihirup seseorang saat berada di luar ruangan (atau di ruangan yang berventilasi baik), mengandung 20,94% oksigen, 0,03% karbon dioksida, 79,03% nitrogen. Di ruang tertutup yang dipenuhi manusia, persentase karbon dioksida di udara mungkin sedikit lebih tinggi.

Udara yang dihembuskan mengandung rata-rata 16,3% oksigen, 4% karbon dioksida, 79,7% nitrogen (angka-angka ini didasarkan pada udara kering, yaitu dikurangi uap air, yang selalu jenuh di udara yang dihembuskan).

Komposisi udara yang dihembuskan sangat berubah-ubah; itu tergantung pada intensitas metabolisme tubuh dan volume ventilasi paru. Ada baiknya melakukan beberapa gerakan pernapasan dalam atau, sebaliknya, menahan napas agar komposisi udara yang dihembuskan berubah.

Nitrogen tidak berpartisipasi dalam pertukaran gas, namun persentase nitrogen di udara terlihat beberapa persepuluh persen lebih tinggi dibandingkan di udara yang dihirup. Faktanya adalah bahwa volume udara yang dihembuskan sedikit lebih kecil daripada volume udara yang dihirup, dan oleh karena itu jumlah nitrogen yang sama, didistribusikan dalam volume yang lebih kecil, memberikan persentase yang lebih tinggi. Volume udara yang dihembuskan lebih kecil dibandingkan dengan volume udara yang dihirup dijelaskan oleh fakta bahwa karbon dioksida yang dilepaskan sedikit lebih sedikit daripada oksigen yang diserap (sebagian dari oksigen yang diserap digunakan dalam tubuh untuk mengedarkan senyawa yang dikeluarkan dari tubuh di urin dan keringat).

Udara alveolar berbeda dari napas yang dihembuskan dalam persentase non-asam yang lebih besar dan persentase oksigen yang lebih kecil. Rata-rata komposisi udara alveolar adalah sebagai berikut: oksigen 14,2-14,0%, karbon dioksida 5,5-5,7%, nitrogen sekitar 80%.

Definisi komposisi udara alveolar penting untuk memahami mekanisme pertukaran gas di paru-paru. Holden mengusulkan metode sederhana untuk menentukan komposisi udara alveolar. Setelah melakukan inhalasi normal, subjek menghembuskan napas sedalam mungkin melalui tabung dengan panjang 1-1,2 m dan diameter 25 mm. Bagian pertama dari udara yang dihembuskan keluar melalui tabung berisi udara dari ruang berbahaya; bagian terakhir yang tersisa di dalam tabung berisi udara alveolar. Untuk analisa, udara dimasukkan ke dalam penerima gas dari bagian tabung yang paling dekat dengan mulut.

Komposisi udara alveolar agak berbeda tergantung pada apakah sampel udara diambil untuk dianalisis pada ketinggian inhalasi atau ekshalasi. Jika Anda menghembuskan napas dengan cepat, singkat, dan tidak lengkap pada akhir inhalasi normal, sampel udara akan mencerminkan komposisi udara alveolar setelah paru-paru terisi dengan udara pernapasan, yaitu pada saat inhalasi. Jika Anda menghembuskan napas dalam-dalam setelah pernafasan normal, sampel akan mencerminkan komposisi udara alveolar selama pernafasan. Jelas bahwa dalam kasus pertama persentase karbon dioksida akan sedikit lebih rendah, dan persentase oksigen akan sedikit lebih tinggi dibandingkan pada kasus kedua. Hal ini terlihat dari hasil percobaan Holden yang menemukan bahwa persentase karbon dioksida di udara alveolar pada akhir inspirasi rata-rata 5,54, dan pada akhir ekspirasi - 5,72.

Dengan demikian, terdapat perbedaan yang relatif kecil antara kandungan karbon dioksida di udara alveolus selama inhalasi dan ekshalasi: hanya 0,2-0,3%. Hal ini sebagian besar dijelaskan oleh fakta bahwa selama pernapasan normal, seperti disebutkan di atas, hanya 1/7 volume udara di alveoli paru yang diperbarui. Keteguhan relatif komposisi udara alveolar sangat penting secara fisiologis, seperti yang akan dijelaskan di bawah.

Pertukaran gas di paru-paru - pertukaran gas melalui difusi antara udara alveolar dan darah. Serangkaian proses ini terjadi di alveoli dan elemen zona transisi saluran pernapasan yang paling dekat dengannya: bronkiolus, kantung alveolar.

Komposisi udara atmosfer mencakup hampir 21% oksigen, sekitar 79% nitrogen, sekitar 0,03% karbon dioksida, sejumlah kecil uap air dan gas inert. Inilah udara yang kita hirup, dan itulah yang disebut terhirup. Udara yang kita hembuskan disebut dihembuskan. Komposisinya berbeda dibandingkan dengan udara yang dihirup: 16,3% oksigen, sekitar 79% nitrogen, sekitar 4% karbon dioksida, dll. Perbedaan kandungan oksigen dan karbon dioksida dalam udara yang dihirup dan dihembuskan dijelaskan oleh pertukaran gas di paru-paru.

Pertukaran gas di paru-paru terjadi ketika difusi gas melalui dinding alveoli dan kapiler darah karena perbedaan antara tekanan parsial O2 dan CO2 di udara dan darah alveolar.

Tekanan parsial O2 dan CO2 di udara alveolar dan darah

Untuk pertukaran gas yang cepat di paru-paru, perbedaan antara tekanan parsial gas di udara alveolus dan tegangannya di dalam darah adalah sekitar 70 mm Hg untuk O2. St, untuk CO2 - sekitar 7 mm Hg. Seni.

Transportasi gas- Perpindahan O2 melalui darah dari paru-paru ke sel dan CO2 dari sel ke paru-paru.

Tahapan ini dilakukan oleh sistem peredaran darah, dan wahananya adalah darah. Koefisien kelarutan gas pernapasan berbeda-beda (O2 - 0,022, CO2 - 0,53), sehingga pengangkutannya berbeda. Transportasi oksigen disediakan oleh pembawa oksigen utama - hemoglobin darah, dan sebagian kecil dari 02 dilarutkan dalam plasma. Molekul hemoglobin mengandung satu molekul globin dan 4 molekul heme yang masing-masing mempunyai satu atom besi divalen, mengikat satu molekul oksigen: Hb + 4O2 = HbO8. Penambahan oksigen pada hemoglobin membentuk oksihemoglobin terjadi pada tekanan parsial 70-73 mmHg. Seni. Satu gram hemoglobin dapat menambah 1,34 ml. oksigen. Untuk transportasi karbon dioksida Ada tiga cara perpindahan karbon dioksida dalam darah: 1) dalam keadaan terlarut - 5%; 2) dalam bentuk karbhemoglobin - 10-20%; 3) dalam bentuk karbonat (terutama natrium dan kalium bikarbonat) - 85%.

Pertukaran gas dalam jaringan - pertukaran gas melalui difusi antara darah dan jaringan di kapiler. Tahap ini disebabkan oleh ketegangan gas dalam darah dan jaringan (untuk O2 - sekitar 70 mm Hg, untuk CO2 - sekitar 7 mm Hg) dan juga dilakukan karena difusi. Dalam jaringan, perbedaan tegangan dipertahankan melalui proses oksidasi biologis yang berkelanjutan.

Respirasi jaringan- konsumsi 02 oleh sel dan pelepasan CO2. Ini adalah proses enzimatik multi-tahap yang menggunakan oksigen oleh sel untuk mengoksidasi senyawa organik untuk membentuk CO2 dan H2O serta menghasilkan energi untuk kehidupan. Di dalam sel, oksigen dikirim ke mitokondria, tempat terjadi oksidasi senyawa organik dan sintesis ATP. Respirasi sel dipelajari secara lebih rinci oleh biokimia.

Indikator pernapasan dasar

Ada beberapa indikator yang mencirikan keadaan fungsional paru-paru; diukur menggunakan alat khusus yang disebut spirometer. Pada dasarnya, kapasitas vital paru-paru (VC) ditentukan. Kapasitas vital paru-paru- ini adalah volume udara terbesar yang dapat dihembuskan seseorang setelah menarik napas dalam-dalam. Indikator ini terdiri dari volume berikut:

1) volume pasang surut (KE ) - volume udara yang dihirup dan dihembuskan seseorang selama pernapasan tenang (sekitar 500 ml)

2) volume tambahan (TRP), atau volume cadangan inspirasi - volume udara maksimum yang dapat dihirup setelah pernafasan tenang berakhir (sekitar 1500-2000 ml)

3) volume cadangan ekspirasi (RO ) - volume maksimum udara yang dihembuskan setelah pernafasan yang tenang (1000-1500 ml)

kapasitas vital = KE(0,5 liter) + TRP(1,5-2 liter) + RO(1,5 liter) = 3,5-4 liter

Biasanya, kapasitas vital adalah sekitar 3/4 dari total kapasitas paru-paru dan mencirikan volume maksimum di mana seseorang dapat mengubah kedalaman pernapasannya. VC tergantung pada usia(menurun seiring bertambahnya usia, yang disebabkan oleh penurunan elastisitas paru-paru), jenis kelamin (V wanita - 3-3,5 l, pria - 3,5-4,8 l), perkembangan fisik(untuk orang yang terlatih secara fisik - 6 -7 l), posisi tubuh(sedikit lebih dalam posisi vertikal) pertumbuhan(pada orang muda ketergantungan ini dinyatakan dengan rumus: kapasitas vital = 2,5 × tinggi badan dalam meter), dst.

Bersama volume sisa, yaitu volume udara yang tersisa di paru-paru setelah pernafasan dalam-dalam, kapasitas vital terbentuk kapasitas paru total(HIJAU).