Aké je percento kyslíka vo vydychovanom vzduchu? Chemické zloženie vzduchu a jeho hygienický význam

Človek dýcha atmosférický vzduch, ktorý má nasledovné zloženie: 20,94 % kyslíka, 0,03 % oxidu uhličitého, 79,03 % dusíka. Vo vydychovanom vzduchu Zistilo sa 16,3 % kyslíka, 4 % oxidu uhličitého, 79,7 % dusíka.

Alveolárny vzduch jeho zloženie sa líši od zloženia atmosféry. V alveolárnom vzduchu prudko klesá obsah kyslíka a zvyšuje sa množstvo oxidu uhličitého. Percentuálny obsah jednotlivých plynov v alveolárnom vzduchu: 14,2-14,6% kyslíka, 5,2-5,7% oxidu uhličitého, 79,7-80 % dusíka.

ŠTRUKTÚRA PĽÚC.

Pľúca sú párové dýchacie orgány umiestnené v hermeticky uzavretej hrudnej dutine. ich dýchacích ciest reprezentované nosohltanom, hrtanom, priedušnicou. Priedušnica v hrudnej dutine je rozdelená na dva priedušky - pravý a ľavý, z ktorých každý, opakovane sa rozvetvujúci, tvorí takzvaný bronchiálny strom. Najmenšie priedušky - bronchioly sa na koncoch rozširujú do slepých vezikúl - pľúcnych alveol.

V dýchacom trakte nedochádza k výmene plynov a nemení sa ani zloženie vzduchu. Priestor uzavretý v dýchacom trakte je tzv mŕtvy, alebo škodlivé. Pri pokojnom dýchaní je objem vzduchu v mŕtvom priestore 140-150 ml.

Štruktúra pľúc zabezpečuje, že plnia funkciu dýchania. Tenkú stenu alveol tvorí jednovrstvový epitel, ľahko priepustný pre plyny. Prítomnosť elastických prvkov a hladkých svalových vlákien zaisťuje rýchle a jednoduché natiahnutie alveol, takže môžu pojať veľké množstvo vzduchu. Každá alveola je pokrytá hustou sieťou kapilár, do ktorých sa rozvetvuje pľúcna tepna.

Každá pľúca je na vonkajšej strane pokrytá seróznou membránou - pleura, pozostávajúce z dvoch listov: parietálneho a pľúcneho (viscerálneho). Medzi vrstvami pleury je úzka medzera vyplnená seróznou tekutinou - pleurálna dutina.

Rozšírenie a kolaps pľúcnych alveol, ako aj pohyb vzduchu pozdĺž dýchacích ciest sú sprevádzané objavením sa dýchacích zvukov, ktoré možno vyšetriť auskultáciou. (auskultácia).

Tlak v pleurálnej dutine a mediastíne je vždy normálny negatívne. Vďaka tomu sú alveoly vždy v napnutom stave. Negatívny vnútrohrudný tlak zohráva významnú úlohu v hemodynamike, zabezpečuje venózny návrat krvi do srdca a zlepšuje krvný obeh v pľúcnom okruhu, najmä počas inhalačnej fázy.

DÝCHACÍ CYKLUS.

Dýchací cyklus pozostáva z nádychu, výdychu a dýchacej pauzy. Trvanie inhalácia u dospelého človeka od 0,9 do 4,7 s, trvanie výdych - 1,2-6 s. Dýchacia pauza má rôznu veľkosť a môže dokonca chýbať.

Dýchacie pohyby sa vykonávajú s určitým rytmus a frekvenciu, ktoré sú určené počtom exkurzií hrudníka za 1 minútu. U dospelého človeka je frekvencia dýchania 12-18 za 1 min.

Hĺbka dýchacích pohybov určená amplitúdou exkurzií hrudníka a pomocou špeciálnych metód, ktoré umožňujú študovať pľúcne objemy.

Inhalačný mechanizmus. Nádych je zabezpečený expanziou hrudníka v dôsledku kontrakcie dýchacích svalov - vonkajších medzirebrových svalov a bránice. Prúdenie vzduchu do pľúc do značnej miery závisí od podtlaku v pleurálnej dutine.

Výdychový mechanizmus. Výdych (výdych) nastáva v dôsledku uvoľnenia dýchacích svalov, ako aj v dôsledku elastickej trakcie pľúc, ktorá sa snaží zaujať svoju pôvodnú polohu. Elastické sily pľúc sú reprezentované tkanivovou zložkou a silami povrchového napätia, ktoré majú tendenciu zmenšovať alveolárny sférický povrch na minimum. Alveoly však normálne nikdy nekolabujú. Dôvodom je prítomnosť látky stabilizujúcej povrchovo aktívnu látku v stenách alveol - povrchovo aktívna látka produkované alveolocytmi.

PĽÚCNY OBJEM. PĽÚCNA VENTILÁCIA.

Dychový objem- množstvo vzduchu, ktoré človek pri tichom dýchaní vdýchne a vydýchne. Jeho objem je 300 - 700 ml.

Inspiračný rezervný objem- množstvo vzduchu, ktoré sa môže dostať do pľúc, ak po pokojnej inhalácii dôjde k maximálnej inhalácii. Inspiračný rezervný objem sa rovná 1500-2000 ml.

Objem exspiračnej rezervy- objem vzduchu, ktorý sa odstráni z pľúc, ak po pokojnom nádychu a výdychu dôjde k maximálnemu výdychu. To predstavuje 1500-2000 ml.

Zvyškový objem- to je objem vzduchu, ktorý zostáva v pľúcach po najhlbšom výdychu. Zvyškový objem sa rovná 1000-1500 ml vzduchu.

Dychový objem, inspiračný a exspiračný rezervný objem
tvoria tzv vitálna kapacita.
Vitálna kapacita pľúc u mužov mladý
rovná sa 3,5-4,8 l, pre ženy - 3-3,5 l.

Celková kapacita pľúc pozostáva z vitálnej kapacity pľúc a zvyškového objemu vzduchu.

Pľúcna ventilácia- množstvo vzduchu vymeneného za 1 minútu.

Pľúcna ventilácia sa určí vynásobením dychového objemu počtom dychov za minútu (minútový objem dýchania). U dospelého človeka v stave relatívneho fyziologického pokoja je pľúcna ventilácia 6-8 l za 1 min.

Objemy pľúc je možné určiť pomocou špeciálnych zariadení - spirometer a spirograf.

PREPRAVA PLYNOV KRVI.

Krv dodáva tkanivám kyslík a odvádza oxid uhličitý.

Pohyb plynov z prostredia do kvapaliny az kvapaliny do prostredia sa uskutočňuje v dôsledku rozdielu ich parciálneho tlaku. Plyn vždy difunduje z prostredia, kde je vysoký tlak, do prostredia s nižším tlakom.

Parciálny tlak kyslíka v atmosférickom vzduchu 21,1 kPa (158 mmHg sv.), v alveolárnom vzduchu - 14,4-14,7 kPa (108-110 mm Hg. sv.) a vo venóznej krvi prúdiacej do pľúc - 5,33 kPa (40 mmHg sv.). V arteriálnej krvi kapilár systémového obehu je napätie kyslíka 13,6-13,9 kPa (102-104 mm Hg), v intersticiálnej tekutine - 5,33 kPa (40 mm Hg), v tkanivách - 2,67 kPa (20 mm Hg). Vo všetkých štádiách pohybu kyslíka je teda rozdiel v jeho parciálnom tlaku, čo podporuje difúziu plynu.

Pohyb oxidu uhličitého nastáva v opačnom smere. Napätie oxidu uhličitého v tkanivách je 8,0 kPa alebo viac (60 a viac mm Hg), vo venóznej krvi - 6,13 kPa (46 mm Hg), v alveolárnom vzduchu - 0,04 kPa (0,3 mm Hg). teda rozdiel v napätí oxidu uhličitého pozdĺž jeho trasy spôsobuje difúziu plynu z tkanív do prostredia.

Transport kyslíka krvou. Kyslík v krvi je v dvoch stavoch: fyzikálnom rozpustení a v chemickom spojení s hemoglobínom. Hemoglobín tvorí veľmi krehkú, ľahko disociovateľnú zlúčeninu s kyslíkom - oxyhemoglobínu: 1g hemoglobínu viaže 1,34 ml kyslíka. Maximálne množstvo kyslíka, ktoré môže byť viazané v 100 ml krvi je kapacita kyslíka v krvi(18,76 ml alebo 19 obj. %).

Saturácia hemoglobínu kyslíkom sa pohybuje od 96 do 98 %. Stupeň nasýtenia hemoglobínu kyslíkom a disociácia oxyhemoglobínu (tvorba redukovaného hemoglobínu) nie sú priamo úmerné napätiu kyslíka. Tieto dva procesy nie sú lineárne, ale prebiehajú pozdĺž krivky, ktorá je tzv krivka väzby alebo disociácie oxyhemoglobínu.

Ryža. 25. Disociačné krivky oxyhemoglobínu vo vodnom roztoku (I) a v krvi (II) pri napätí oxidu uhličitého 5,33 kPa (40 mm Hg) (podľa Barcrofta).

Pri nulovom napätí kyslíka nie je v krvi žiadny oxyhemoglobín. Pri nízkych parciálnych tlakoch kyslíka je rýchlosť tvorby oxyhemoglobínu nízka. Maximálne množstvo hemoglobínu (45-80%) sa viaže na kyslík, keď je jeho napätie 3,47-6,13 kPa (26-46 mm Hg). Ďalšie zvýšenie napätia kyslíka vedie k zníženiu rýchlosti tvorby oxyhemoglobínu (obr. 25).

Afinita hemoglobínu ku kyslíku je výrazne znížená keď sa reakcia krvi presunie na kyslú stranu, ktorý sa pozoruje v tkanivách a bunkách tela v dôsledku tvorby oxidu uhličitého

Závisí aj prechod hemoglobínu na oxyhemoglobín a z neho na redukovaný teplota. Pri rovnakom parciálnom tlaku kyslíka v prostredí pri teplote 37-38°C prejde najväčšie množstvo oxyhemoglobínu do redukovanej formy,

Transport oxidu uhličitého krvou. Oxid uhličitý sa transportuje do pľúc vo forme bikarbonáty a v stave chemickej väzby s hemoglobínom ( karbohemoglobínu).

DÝCHACIE CENTRUM.

Rytmická sekvencia nádychu a výdychu, ako aj zmeny charakteru dýchacích pohybov v závislosti od stavu tela sú regulované dýchacie centrum nachádza sa v medulla oblongata.

V dýchacom centre sú dve skupiny neurónov: inšpiratívne A výdychový. Keď sú inšpiračné neuróny, ktoré poskytujú inšpiráciu, excitované, aktivita výdychových nervových buniek je inhibovaná a naopak.

Na vrchole mosta ( pons) nachádza pneumotaxické centrum, ktorý riadi činnosť dolných inhalačných a výdychových centier a zabezpečuje správne striedanie cyklov dýchacích pohybov.

Dýchacie centrum, ktoré sa nachádza v predĺženej mieche, vysiela impulzy do motorické neuróny miechy, inervujúce dýchacie svaly. Diafragma je inervovaná axónmi motorických neurónov umiestnených na úrovni III-IV cervikálne segmenty miecha. Sú umiestnené motorické neuróny, ktorých procesy tvoria medzirebrové nervy, ktoré inervujú medzirebrové svaly v predných rohoch (III-XII) hrudných segmentov miecha.

Vzduch je prírodná zmes rôzne plyny. Najviac zo všetkého obsahuje prvky ako dusík (asi 77 %) a kyslík, menej ako 2 % tvoria argón, oxid uhličitý a iné inertné plyny.

Kyslík alebo O2 je druhým prvkom periodickej tabuľky a najdôležitejšou zložkou, bez ktorej by život na planéte len ťažko existoval. On sa zúčastňuje rôznych procesov, od ktorej závisí životná činnosť všetkých živých vecí.

Zloženie vzduchu

Funkciu vykonáva O2 oxidačné procesy v ľudskom tele, ktoré umožňujú uvoľniť energiu pre normálny život. V pokoji si ľudský organizmus vyžaduje cca 350 mililitrov kyslíka, pri ťažkej fyzickej aktivite sa táto hodnota zvyšuje troj- až štvornásobne.

Koľko percent kyslíka je vo vzduchu, ktorý dýchame? Norma je 20,95% . Vydychovaný vzduch obsahuje menej O2 – 15,5-16 %. Zloženie vydychovaného vzduchu zahŕňa aj oxid uhličitý, dusík a ďalšie látky. Následné zníženie percenta kyslíka vedie k poruche a kritická hodnota 7-8% spôsobuje smrť.

Z tabuľky môžete napríklad pochopiť, že vydychovaný vzduch obsahuje veľa dusíka a ďalších prvkov, ale O2 len 16,3 %. Obsah kyslíka vo vdychovanom vzduchu je približne 20,95 %.

Je dôležité pochopiť, čo je prvok, akým je kyslík. O2 – najrozšírenejší na Zemi chemický prvok, ktorý je bez farby, bez zápachu a chuti. Vykonáva najdôležitejšiu funkciu oxidácie v.

Bez ôsmeho prvku periodickej tabuľky nemôžeš zapáliť. Suchý kyslík zlepšuje elektrické a ochranné vlastnosti fólií a znižuje ich objemový náboj.

Tento prvok je obsiahnutý v nasledujúcich zlúčeninách:

Silikáty - obsahujú približne 48% O2.
(morské a čerstvé) – 89 %.
Vzduch – 21 %.
Ostatné zlúčeniny v zemskej kôre.

Vzduch obsahuje nielen plynné látky, ale aj výpary a aerosóly ako aj rôzne kontaminanty. Môže to byť prach, špina alebo iné rôzne drobné nečistoty. Obsahuje mikróby, ktoré môžu spôsobiť rôzne ochorenia. Chrípka, osýpky, čierny kašeľ, alergény a ďalšie ochorenia sú len malým zoznamom negatívnych dôsledkov, ktoré sa prejavia pri zhoršení kvality ovzdušia a zvýšení hladiny patogénnych baktérií.

Percento vzduchu je množstvo všetkých prvkov, ktoré ho tvoria. Je vhodnejšie jasne ukázať, z čoho pozostáva vzduch, ako aj percento kyslíka vo vzduchu na diagrame.

Diagram ukazuje, ktorý plyn sa nachádza viac vo vzduchu. Hodnoty na ňom zobrazené sa budú mierne líšiť pre vdychovaný a vydychovaný vzduch.

Diagram - pomer vzduchu.

Existuje niekoľko zdrojov, z ktorých sa tvorí kyslík:

Rastliny. Zo školského kurzu biológie je tiež známe, že rastliny uvoľňujú kyslík, keď absorbujú oxid uhličitý.
Fotochemický rozklad vodnej pary. Proces sa pozoruje pod vplyvom slnečného žiarenia v hornej vrstve atmosféry.
Miešanie prúdov vzduchu v nižších vrstvách atmosféry.

Funkcie kyslíka v atmosfére a pre telo

Pre človeka je tzv parciálny tlak, ktorý by plyn mohol vyprodukovať, ak by zaberal celý obsadený objem zmesi. Normálny parciálny tlak vo výške 0 metrov nad morom je 160 milimetrov ortuti. Nárast nadmorskej výšky spôsobuje pokles parciálneho tlaku. Tento ukazovateľ je dôležitý, pretože od neho závisí dodávka kyslíka do všetkých dôležitých orgánov a do tela.

Často sa používa kyslík na liečbu rôznych chorôb. Kyslíkové fľaše a inhalátory pomáhajú ľudským orgánom normálne fungovať v prítomnosti nedostatku kyslíka.

Dôležité! Zloženie vzduchu je ovplyvnené mnohými faktormi, podľa toho sa môže meniť percento kyslíka. Negatívna environmentálna situácia vedie k zhoršeniu kvality ovzdušia. V megamiestach a veľkých mestských sídlach bude podiel oxidu uhličitého (CO2) väčší ako v malých sídlach alebo v lesoch a chránených územiach. Veľký vplyv má aj nadmorská výška – v horách bude nižšie percento kyslíka. Môžete zvážiť nasledujúci príklad - na Mount Evereste, ktorý dosahuje výšku 8,8 km, bude koncentrácia kyslíka vo vzduchu 3-krát nižšia ako v nížinách. Pre bezpečný pobyt na vysokých vrcholkoch hôr je potrebné používať kyslíkové masky.

Zloženie ovzdušia sa rokmi menilo. Evolučné procesy a prírodné katastrofy viedli k zmenám v, preto percento kyslíka sa znížilo nevyhnutné pre normálne fungovanie biologických organizmov. Možno zvážiť niekoľko historických etáp:

Pravek. V tomto čase bola koncentrácia kyslíka v atmosfére asi 36%.
pred 150 rokmi O2 obsadené 26% z celkového zloženia vzduchu.
V súčasnosti je koncentrácia kyslíka vo vzduchu tesne pod 21 %.

Následný vývoj okolitého sveta môže viesť k ďalším zmenám v zložení ovzdušia. V blízkej budúcnosti je nepravdepodobné, že by koncentrácia O2 mohla byť pod 14 %, pretože by to spôsobilo narušenie fungovania tela.

K čomu vedie nedostatok kyslíka?

Nízky príjem je najčastejšie pozorovaný v dusnej doprave, zle vetraných priestoroch alebo v nadmorskej výške . Môže za to znížená hladina kyslíka vo vzduchu negatívny vplyv na telo. Mechanizmy sú vyčerpané; Existuje niekoľko dôvodov, prečo telo trpí hypoxiou:

Nedostatok krvi. Volaný na otravu oxidom uhoľnatým. Táto situácia znižuje obsah kyslíka v krvi. To je nebezpečné, pretože krv prestáva dodávať kyslík hemoglobínu.
Nedostatok obehu. Je to možné na cukrovku, srdcové zlyhanie. V takejto situácii sa transport krvi zhoršuje alebo sa stáva nemožným.
Histotoxické faktory ovplyvňujúce telo môžu spôsobiť stratu schopnosti absorbovať kyslík. Vyvstáva pri otrave jedmi alebo v dôsledku vystavenia ťažkým...

Množstvo príznakov naznačuje, že telo potrebuje O2. V prvom rade rýchlosť dýchania sa zvyšuje. Zvyšuje sa aj srdcová frekvencia. Tieto ochranné funkcie sú navrhnuté tak, aby dodávali kyslík do pľúc a poskytovali krv a tkanivo.

Nedostatok kyslíka spôsobuje bolesti hlavy, zvýšená ospalosť, zhoršenie koncentrácie. Ojedinelé prípady nie sú také hrozné, dajú sa celkom ľahko opraviť. Na normalizáciu respiračného zlyhania lekár predpisuje bronchodilatanciá a iné lieky. Ak má hypoxia ťažké formy, ako napr strata ľudskej koordinácie alebo dokonca kóma, potom sa liečba stáva komplikovanejšou.

Ak sa zistia príznaky hypoxie, je to dôležité okamžite vyhľadajte lekára a nevykonávajte samoliečbu, pretože použitie konkrétneho lieku závisí od príčin poruchy. Pomáha pri miernych prípadoch ošetrenie kyslíkovými maskami a vankúše, hypoxia krvi vyžaduje krvnú transfúziu a korekcia kruhových príčin je možná iba chirurgickým zákrokom na srdci alebo krvných cievach.

Neuveriteľná cesta kyslíka cez naše telo

Záver

Kyslík je najdôležitejší vzduchová zložka, bez ktorej nie je možné uskutočniť mnohé procesy na Zemi. Zloženie vzduchu sa menilo v priebehu desaťtisíc rokov v dôsledku evolučných procesov, no v súčasnosti množstvo kyslíka v atmosfére dosahuje v 21 %. Kvalita vzduchu, ktorý človek dýcha ovplyvňuje jeho zdravie, Preto je potrebné sledovať jeho čistotu v miestnosti a snažiť sa znížiť znečistenie životného prostredia.

Na rozdiel od horúcich a studených planét našej slnečnej sústavy existujú na planéte Zem podmienky, ktoré umožňujú život v určitej forme. Jednou z hlavných podmienok je zloženie atmosféry, ktorá dáva všetkým živým veciam možnosť voľne dýchať a chráni ich pred smrtiacou radiáciou, ktorá vládne vo vesmíre.

Z čoho sa skladá atmosféra?

Atmosféra Zeme pozostáva z mnohých plynov. V podstate čo zaberá 77%. Plyn, bez ktorého je život na Zemi nemysliteľný, zaberá oveľa menší objem, obsah kyslíka vo vzduchu sa rovná 21 % celkového objemu atmosféry. Posledné 2% sú zmesou rôznych plynov vrátane argónu, hélia, neónu, kryptónu a iných.

Atmosféra Zeme stúpa do výšky 8 tisíc km. Vzduch vhodný na dýchanie sa nachádza iba v spodnej vrstve atmosféry, v troposfére, ktorá dosahuje 8 km na póloch a 16 km nad rovníkom. S rastúcou nadmorskou výškou sa vzduch stáva redším a tým väčší je nedostatok kyslíka. Aby sme zvážili, aký je obsah kyslíka vo vzduchu v rôznych nadmorských výškach, uvedieme príklad. Na vrchole Everestu (výška 8848 m) sa vo vzduchu nachádza 3-krát menej tohto plynu ako nad hladinou mora. Preto môžu dobyvatelia vysokých horských štítov – horolezci – vyliezť na jeho vrchol len v kyslíkových maskách.

Kyslík je hlavnou podmienkou prežitia na planéte

Na začiatku existencie Zeme vzduch, ktorý ju obklopoval, tento plyn vo svojom zložení nemal. To sa celkom hodilo pre život prvokov – jednobunkových molekúl, ktoré plávali v oceáne. Nepotrebovali kyslík. Tento proces sa začal približne pred 2 miliónmi rokov, keď prvé živé organizmy v dôsledku reakcie fotosyntézy začali uvoľňovať malé dávky tohto plynu, získaného v dôsledku chemických reakcií, najskôr do oceánu a potom do atmosféry. . Život sa na planéte vyvinul a nadobudol rôzne podoby, z ktorých väčšina neprežila do modernej doby. Niektoré organizmy sa nakoniec adaptovali na život s novým plynom.

Naučili sa bezpečne využívať jeho silu v bunke, kde fungoval ako elektráreň na získavanie energie z potravy. Tento spôsob využívania kyslíka sa nazýva dýchanie a robíme ho každú sekundu. Práve dýchanie umožnilo vznik zložitejších organizmov a ľudí. V priebehu miliónov rokov sa obsah kyslíka vo vzduchu vyšplhal na moderné úrovne – približne 21 %. Akumulácia tohto plynu v atmosfére prispela k vytvoreniu ozónovej vrstvy vo výške 8-30 km od zemského povrchu. Planéta zároveň dostala ochranu pred škodlivými účinkami ultrafialových lúčov. Ďalší vývoj foriem života na vode a na súši sa rýchlo zvýšil v dôsledku zvýšenej fotosyntézy.

Anaeróbny život

Hoci sa niektoré organizmy prispôsobili zvyšujúcim sa hladinám uvoľňovaného plynu, mnohé z najjednoduchších foriem života, ktoré existovali na Zemi, zmizli. Iné organizmy prežili schovaním sa pred kyslíkom. Niektoré z nich dnes žijú v koreňoch strukovín a využívajú dusík zo vzduchu na stavbu aminokyselín pre rastliny. Smrteľný organizmus botulizmus je ďalším utečencom pred kyslíkom. Ľahko prežíva vo vákuovo balených konzervách.

Aká hladina kyslíka je optimálna pre život?

Predčasne narodené deti, ktorých pľúca ešte nie sú úplne otvorené na dýchanie, končia v špeciálnych inkubátoroch. V nich je obsah kyslíka vo vzduchu objemovo vyšší a namiesto zvyčajných 21 % je jeho hladina stanovená na 30 – 40 %. Deti s vážnymi problémami s dýchaním sú obklopené vzduchom so 100-percentnou hladinou kyslíka, aby sa zabránilo poškodeniu mozgu dieťaťa. Byť v takýchto podmienkach zlepšuje kyslíkový režim tkanív, ktoré sú v stave hypoxie, a normalizuje ich životné funkcie. Ale príliš veľa vo vzduchu je rovnako nebezpečné ako príliš málo. Nadmerný kyslík v krvi dieťaťa môže poškodiť krvné cievy v očiach a spôsobiť stratu zraku. To ukazuje dualitu vlastností plynu. Aby sme žili, musíme ho dýchať, no jeho nadbytok sa niekedy môže stať pre telo jedom.

Oxidačný proces

Keď sa kyslík spája s vodíkom alebo uhlíkom, dochádza k reakcii nazývanej oxidácia. Tento proces spôsobuje rozpad organických molekúl, ktoré sú základom života. V ľudskom tele prebieha oxidácia nasledovne. Červené krvinky zbierajú kyslík z pľúc a prenášajú ho do celého tela. Dochádza k procesu ničenia molekúl potravy, ktorú jeme. Tento proces uvoľňuje energiu, vodu a zanecháva oxid uhličitý. Ten sa vylúči krvinkami späť do pľúc a my ho vydýchneme do vzduchu. Osoba sa môže udusiť, ak jej bráni dýchať dlhšie ako 5 minút.

Dych

Zoberme si obsah kyslíka vo vdychovanom vzduchu. Atmosférický vzduch, ktorý vstupuje do pľúc zvonka počas inhalácie, sa nazýva vdychovaný vzduch a vzduch, ktorý vychádza cez dýchací systém počas výdychu, sa nazýva vydychovaný vzduch.

Je to zmes vzduchu, ktorý naplnil alveoly tým v dýchacom trakte. Chemické zloženie vzduchu, ktorý zdravý človek vdychuje a vydychuje za prirodzených podmienok sa prakticky nemení a je vyjadrené v nasledujúcich číslach.

Kyslík je hlavnou zložkou vzduchu pre život. Zmeny v množstve tohto plynu v atmosfére sú malé. Ak obsah kyslíka vo vzduchu pri mori dosahuje až 20,99 %, tak ani vo veľmi znečistenom ovzduší priemyselných miest jeho hladina neklesne pod 20,5 %. Takéto zmeny neodhalia účinky na ľudský organizmus. Fyziologické poruchy sa objavia, keď percento kyslíka vo vzduchu klesne na 16-17%. V tomto prípade je zrejmé, že vedie k prudkému poklesu vitálnej aktivity a keď je obsah kyslíka vo vzduchu 7-8%, je možná smrť.

Atmosféra v rôznych obdobiach

Zloženie atmosféry vždy ovplyvňovalo vývoj. V rôznych geologických časoch sa v dôsledku prírodných katastrof pozorovalo zvýšenie alebo zníženie hladiny kyslíka, čo malo za následok zmenu biosystému. Asi pred 300 miliónmi rokov sa jeho obsah v atmosfére zvýšil na 35% a planétu kolonizoval hmyz gigantických rozmerov. K najväčšiemu vymieraniu živých tvorov v histórii Zeme došlo asi pred 250 miliónmi rokov. Počas nej zomrelo viac ako 90 % obyvateľov oceánu a 75 % obyvateľov pevniny. Jedna verzia masového vymierania hovorí, že na vine bola nízka hladina kyslíka vo vzduchu. Množstvo tohto plynu kleslo na 12 %, a to v spodnej vrstve atmosféry až do nadmorskej výšky 5300 metrov. V našej dobe dosahuje obsah kyslíka v atmosférickom vzduchu 20,9 %, čo je o 0,7 % menej ako pred 800 tisíc rokmi. Tieto údaje potvrdili vedci z Princetonskej univerzity, ktorí skúmali vzorky grónskeho a atlantického ľadu, ktorý sa v tom čase vytvoril. Zamrznutá voda zachovala vzduchové bubliny a táto skutočnosť pomáha vypočítať hladinu kyslíka v atmosfére.

Čo určuje jeho hladinu vo vzduchu?

Jeho aktívna absorpcia z atmosféry môže byť spôsobená pohybom ľadovcov. Ako sa vzďaľujú, odhaľujú gigantické oblasti organických vrstiev, ktoré spotrebúvajú kyslík. Ďalším dôvodom môže byť ochladzovanie vôd Svetového oceánu: jeho baktérie pri nižších teplotách aktívnejšie absorbujú kyslík. Výskumníci tvrdia, že priemyselný skok a s ním aj spaľovanie obrovského množstva paliva nemajú osobitný vplyv. Svetové oceány sa ochladzujú už 15 miliónov rokov a množstvo životne dôležitých živín v atmosfére sa znížilo bez ohľadu na vplyv človeka. Na Zemi pravdepodobne prebiehajú niektoré prirodzené procesy, ktoré vedú k tomu, že spotreba kyslíka je vyššia ako jeho produkcia.

Vplyv človeka na zloženie atmosféry

Povedzme si niečo o vplyve človeka na zloženie vzduchu. Úroveň, ktorú máme dnes, je ideálna pre živé bytosti, obsah kyslíka vo vzduchu je 21 %. Rovnováha medzi ním a ostatnými plynmi je daná životným cyklom v prírode: živočíchy vydychujú oxid uhličitý, rastliny ho využívajú a uvoľňujú kyslík.

Neexistuje však žiadna záruka, že táto úroveň bude vždy konštantná. Množstvo oxidu uhličitého uvoľňovaného do atmosféry sa zvyšuje. Je to spôsobené tým, že ľudstvo používa palivo. A ako viete, vznikol z fosílií organického pôvodu a oxid uhličitý sa dostáva do ovzdušia. Najväčšie rastliny na našej planéte, stromy, sú medzitým ničené čoraz rýchlejšie. Do minúty miznú kilometre lesa. To znamená, že časť kyslíka vo vzduchu postupne klesá a vedci už bijú na poplach. Zemská atmosféra nie je neobmedzená zásobáreň a kyslík sa do nej nedostáva zvonku. Neustále sa vyvíjal spolu s vývojom Zeme. Vždy musíme pamätať na to, že tento plyn produkuje vegetácia počas procesu fotosyntézy prostredníctvom spotreby oxidu uhličitého. A každý výrazný úbytok vegetácie v podobe ničenia lesov nevyhnutne znižuje vstup kyslíka do atmosféry, čím narúša jej rovnováhu.

Atmosférický vzduch, ktorý človek inhaluje vonku (alebo v dobre vetraných miestnostiach), obsahuje 20,94 % kyslíka, 0,03 % oxidu uhličitého, 79,03 % dusíka. V uzavretých priestoroch zaplnených ľuďmi môže byť percento oxidu uhličitého vo vzduchu o niečo vyššie.

Vydýchnutý vzduch obsahuje v priemere 16,3 % kyslíka, 4 % oxidu uhličitého, 79,7 % dusíka (tieto čísla sú vztiahnuté na suchý vzduch, t.j. mínus vodná para, ktorá je vždy nasýtená vo vydychovanom vzduchu).

Zloženie vydychovaného vzduchu veľmi nestály; závisí od intenzity metabolizmu organizmu a objemu pľúcnej ventilácie. Stojí za to urobiť niekoľko hlbokých dýchacích pohybov alebo naopak zadržať dych, aby sa zmenilo zloženie vydychovaného vzduchu.

Dusík sa nezúčastňuje výmeny plynov, ale percento dusíka vo viditeľnom vzduchu je o niekoľko desatín percenta vyššie ako vo vzduchu vdychovanom. Faktom je, že objem vydychovaného vzduchu je o niečo menší ako objem vdychovaného vzduchu, a preto rovnaké množstvo dusíka, distribuované v menšom objeme, dáva vyššie percento. Menší objem vydychovaného vzduchu v porovnaní s objemom vdýchnutého vzduchu sa vysvetľuje tým, že sa uvoľní o niečo menej oxidu uhličitého, ako sa absorbuje kyslík (časť absorbovaného kyslíka sa v tele využije na cirkuláciu zlúčenín, ktoré sa z tela vylúčia v r. moč a pot).

Alveolárny vzduch sa líši od vydychovaného dychu väčším percentom nekyslého a menším percentom kyslíka. V priemere je zloženie alveolárneho vzduchu nasledovné: kyslík 14,2-14,0%, oxid uhličitý 5,5-5,7%, dusík asi 80%.

Definícia zloženie alveolárneho vzduchu dôležité pre pochopenie mechanizmu výmeny plynov v pľúcach. Holden navrhol jednoduchú metódu na určenie zloženia alveolárneho vzduchu. Po normálnej inhalácii subjekt vydýchne čo najhlbšie cez trubicu s dĺžkou 1-1,2 m a priemerom 25 mm. Prvé časti vydychovaného vzduchu opúšťajúceho trubicu obsahujú vzduch zo škodlivého priestoru; posledné časti zostávajúce v trubici obsahujú alveolárny vzduch. Na analýzu sa vzduch nasáva do plynového prijímača z časti trubice, ktorá je najbližšie k ústam.

Zloženie alveolárneho vzduchu sa trochu líši v závislosti od toho, či sa vzorka vzduchu odoberá na analýzu vo výške nádychu alebo výdychu. Ak na konci normálnej inhalácie vydýchnete rýchlo, krátko a neúplne, vzorka vzduchu bude odrážať zloženie alveolárneho vzduchu po naplnení pľúc dýchacím vzduchom, t.j. počas inhalácie. Ak po normálnom výdychu hlboko vydýchnete, vzorka bude odrážať zloženie alveolárneho vzduchu počas výdychu. Je zrejmé, že v prvom prípade bude percento oxidu uhličitého o niečo menšie a percento kyslíka bude o niečo vyššie ako v druhom prípade. To možno vidieť z výsledkov Holdenových experimentov, ktorí zistili, že percento oxidu uhličitého v alveolárnom vzduchu na konci inšpirácie je v priemere 5,54 a na konci výdychu - 5,72.

Existuje teda relatívne malý rozdiel v obsahu oxidu uhličitého v alveolárnom vzduchu pri nádychu a výdychu: len 0,2-0,3 %. To je do značnej miery vysvetlené skutočnosťou, že pri normálnom dýchaní, ako je uvedené vyššie, sa obnoví iba 1/7 objemu vzduchu v pľúcnych alveolách. Relatívna stálosť zloženia alveolárneho vzduchu má veľký fyziologický význam, ako bude vysvetlené nižšie.

Výmena plynov v pľúcach - výmena plynov difúziou medzi alveolárnym vzduchom a krvou. Tento súbor procesov sa vyskytuje v alveolách a prvkoch prechodovej zóny dýchacieho traktu, ktoré sú im najbližšie: bronchioly, alveolárne vaky.

Zloženie atmosférického vzduchu zahŕňa takmer 21 % kyslíka, asi 79 % dusíka, približne 0,03 % oxidu uhličitého, malé množstvo vodnej pary a inertných plynov. Toto je vzduch, ktorý dýchame, a nazýva sa to vdýchol. Vzduch, ktorý vydychujeme, sa nazýva vydýchol. Jeho zloženie je v porovnaní s vdychovaným vzduchom iné: 16,3 % kyslíka, asi 79 % dusíka, asi 4 % oxidu uhličitého atď. Rozdielny obsah kyslíka a oxidu uhličitého vo vdychovanom a vydychovanom vzduchu sa vysvetľuje výmenou plynov v pľúcach.

Výmena plynov v pľúcach nastáva, keď difúzia plyny cez steny alveol a krvných kapilár v dôsledku rozdielu medzi parciálny tlak O2 a CO2 v alveolárnom vzduchu a krvi.

Parciálny tlak O2 a CO2 v alveolárnom vzduchu a krvi

Pre rýchlu výmenu plynov v pľúcach je rozdiel medzi parciálnym tlakom plynov v alveolárnom vzduchu a ich napätím v krvi pre O2 asi 70 mm Hg. St, pre CO2 - asi 7 mm Hg. čl.

Preprava plynov- prenos O2 krvou z pľúc do buniek a CO2 z buniek do pľúc.

Túto fázu vykonáva obehový systém a nosičom je krv. Koeficienty rozpustnosti dýchacích plynov sú rôzne (O2 - 0,022, CO2 - 0,53), preto sa rôzne transportujú. Transport kyslíka zabezpečuje hlavný nosič kyslíka - krvný hemoglobín a veľmi malá časť 02 je rozpustená v plazme. Molekula hemoglobínu obsahuje jednu molekulu globínu a 4 molekuly hemu, z ktorých každá má jeden atóm dvojmocného železa, viaže jednu molekulu kyslíka: Hb + 4O2 = HbO8. Pridávanie kyslíka k hemoglobínu za vzniku oxyhemoglobínu prebieha pri parciálnom tlaku 70-73 mmHg. čl. Jeden gram hemoglobínu môže pridať 1,34 ml. kyslík. Pre transport oxidu uhličitého Existujú tri spôsoby prenosu oxidu uhličitého v krvi: 1) v rozpustenom stave - 5%; 2) vo forme karbhemoglobínu - 10-20%; 3) vo forme uhličitanov (hlavne hydrogenuhličitanov sodných a draselných) - 85 %.

Výmena plynov v tkanivách - výmena plynov difúziou medzi krvou a tkanivami v kapilárach. Toto štádium je spôsobené napätím plynov v krvi a tkanivách (pre O2 - asi 70 mm Hg, pre CO2 - asi 7 mm Hg) a prebieha aj v dôsledku difúzie. V tkanivách je rozdiel napätia udržiavaný kontinuálnym procesom biologickej oxidácie.

Tkanivové dýchanie- spotreba 02 bunkami a ich uvoľňovanie CO2. Ide o viacstupňový enzymatický proces využitia kyslíka bunkami na oxidáciu organických zlúčenín za vzniku CO2 a H2O a produkciu energie pre život. V bunkách sa kyslík dodáva do mitochondrií, kde dochádza k oxidácii organických zlúčenín a syntéze ATP. Bunkové dýchanie podrobnejšie skúma biochémia.

Základné ukazovatele dýchania

Existuje niekoľko ukazovateľov, ktoré charakterizujú funkčný stav pľúc, merajú sa pomocou špeciálneho zariadenia nazývaného spirometer. V podstate sa určuje vitálna kapacita pľúc (VC). Vitálna kapacita pľúc- ide o najväčší objem vzduchu, ktorý môže človek vydýchnuť po najhlbšom nádychu. Tento ukazovateľ pozostáva z nasledujúcich objemov:

1) dychový objem (TO ) - objem vzduchu, ktorý osoba vdýchne a vydýchne pri tichom dýchaní (asi 500 ml)

2) dodatočný objem (GTO), alebo inspiračný rezervný objem - maximálny objem vzduchu, ktorý je možné vdýchnuť po ukončení pokojného nádychu (asi 1500-2000 ml)

3) exspiračný rezervný objem (RO ) - maximálny objem vydýchnutého vzduchu po tichom výdychu (1000-1500 ml)

vitálna kapacita = TO(0,5 l) + GTO(1,5-2 l) + RO(1,5 l) = 3,5-4 l

Normálne je vitálna kapacita asi 3/4 celkovej kapacity pľúc a charakterizuje maximálny objem, v rámci ktorého môže človek zmeniť hĺbku svojho dýchania. VC závisí od veku(s vekom klesá, čo sa vysvetľuje znížením elasticity pľúc), pohlavie (Vženy - 3-3,5 l, muži - 3,5-4,8 l), fyzický vývoj(u fyzicky trénovaných ľudí - 6 - 7 l), polohu tela(trochu viac vo zvislej polohe) rast(u mladých ľudí je táto závislosť vyjadrená vzorcom: vitálna kapacita = 2,5 × výška v metroch) atď.

Spolu s zvyškový objem, to znamená, že objem vzduchu, ktorý zostáva v pľúcach po hlbokom výdychu, sa formuje vitálna kapacita celková kapacita pľúc(ZELENÁ).