• Радиаторы
• Отопление
• Газоснабжение
• Газопровод
• Водопровод

Как углекислый газ воздействует на человека. Углекислый газ и его влияние на живые организмы

Одна из моих статей была посвящена в нашей жизни. Когда говорим о дыхании, мы чаще всего имеем в виду две его основные фазы: вдох и выдох. Однако во многих дыхательных гимнастиках большое внимание уделяется также задержке дыхания. Почему? Потому что именно во время таких задержек происходит накапливание нужного для нас углекислого газа (СО 2) в клетках и тканях организма, ну и, конечно, в крови. Углекислый газ (двуокись углерода) является регулятором многочисленных жизненно важных процессов.

Словосочетание «углекислый газ» мы часто воспринимаем как удушливый газ, являющийся для нас ядом. Но так ли это? Он становится ядом, когда его концентрация увеличивается до 14-15%, а для нормальной работы организма требуется 6-6,5%. Таким образом, углекислота – обязательное условие нашей жизни. Углекислый газ весьма полезен в жизнедеятельности нашего организма. Многие медицинские исследования показали, что процессы окисления в нашем организме не возможны без участия диоксида углерода.

Роль углекислоты в жизнедеятельности организма очень многообразна. Приведем лишь некоторые ее основные свойства:

• она представляет собой прекрасное сосудорасширяющее средство;
• является успокоителем (транквилизатором) нервной системы, а значит прекрасным анестезирующим средством;
• участвует в синтезе аминокислот в организме;
• играет большую роль в возбуждении дыхательного центра.

Известно, что в воздухе находится примерно 21% кислорода. При этом его уменьшение до 15% или увеличение до 80% не окажет никакого влияния на наш организм. В отличие от кислорода на изменение концентрации углекислого газа в ту или иную сторону всего лишь на 0,1% наш организм сразу же реагирует и старается вернуть его к норме. Отсюда можно сделать вывод о том, что углекислый газ примерно в 60-80 раз важнее кислорода для нашего организма. Поэтому мы можем сказать, что эффективность внешнего дыхания может быть определена по уровню углекислого газа в альвеолах.

Тысячи профессиональных медицинских и физиологических исследований и экспериментов доказали неблагоприятные последствия острой и хронической гипервентиляции и гипокапнии (низкого уровня CO 2) на клетки, ткани, органы и системы организма человека. Многие профессиональные издания и имеющиеся научные данные подтверждают важность нормальных концентраций углекислого газа для различных органов и систем в организме человека.

Большинство из нас верит в преимущества глубокого дыхания. Многие предполагают, что чем глубже мы дышим, тем больше наш организм получает кислорода. Однако можно сказать, что глубокое дыхание ведет к снижению поступления кислорода в организм, то есть к гипоксии . Кроме того, в результате глубокого дыхания избыточно выводится углекислый газ из организма. А следствием этого могут быть такие болезни как:

• атеросклероз;
• бронхиальная астма;
• астматический бронхит;
• гипертоническая болезнь;
• стенокардия;
• ишемическая болезнь сердца;
• склероз сосудов головного мозга и многие другие заболевания.

Как же реагирует наш организм на неправильное глубокое дыхание? Он начинает защищать себя, препятствуя избыточному выведению углекислого газа. Она выражается в виде:

• спазма сосудов бронхов;
• спазма гладкой мускулатуры всех органов;
• увеличения секреции слизи;
• уплотнения мембран, в результате увеличения холестерина, ведущего к атеросклерозу, тромбофлебиту, инфаркту и прочему;
• сужения кровеносных сосудов;
• склероза сосудов бронхов.

В далекие времена атмосфера нашей планеты была перенасыщена углекислым газом, а сейчас ее доля в воздухе составляет всего около 0,03%. Значит, нам надо как-то научиться самостоятельно продуцировать углекислый газ в организме и сохранять его в необходимой для жизнедеятельности организма концентрации. И вот как раз задержка дыхания после вдоха или выдоха (в зависимости от систем дыхательных упражнений) позволяет увеличить концентрацию углекислого газа в организме, в результате чего начинается постепенное выздоравливание организма, успокаивается нервная система, улучшается сон, выносливость, повышается работоспособность и устойчивость к стрессам.

В последующих статьях мы с вами приступим к изучению различных систем дыхательных упражнений, позволяющих внести биохимические изменения в состав основных газов (углекислого газа и кислорода) в легких и крови.

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассмотрено влияние концентрации углекислого газа на организм человека. Данная тема актуальна в связи с частым нарушением уровня комфортной концентрации СО 2 в закрытых помещениях, а также в связи с отсутствием в России нормативов на содержание углекислоты.

ABSTRACT

In this paper, the effect of the concentration of carbon dioxide on the human body is considered. The actual topic is topical in connection with the frequent violation of the level of comfort of CO 2 concentration in enclosed premises, as well as in concentration with the absence in Russia of standards for the content of carbon dioxide.

Дыхание - физиологический процесс, гарантирующий течение метаболизма. Для комфортного существования человек должен дышать воздухом, состоящим из 21,5% кислорода и 0,03 – 0,04% углекислого газа. Остальное заполняет двухатомный газ без цвета, вкуса и запаха, один из самых распространённых элементов на Земле – азот.

Таблица 1.

Параметры содержания кислорода и углекислого газа в различных средах

При концентрации углекислого газа выше 0,1% (1000 ppm ) возникает ощущение духоты: общий дискомфорт, слабость, головная боль, снижение концентрации внимания.Также увеличивается частота и глубина дыхания, происходит сужение бронхов, а при концентрации выше 15% - спазм голосовой щели. При длительном нахождении в помещениях с избыточным количеством углекислого газа происходят изменения в кровеносной, центральной нервной, дыхательной системах, при умственной деятельности нарушается, восприятие, оперативная память, распределение внимания.

Существует ошибочное мнение, что это проявления нехватки кислорода. На самом деле, это признаки повышенного уровня углекислого газа в окружающем пространстве.

В то же время углекислый газ, необходим организму. Парциальное давление углекислого газа влияет на кору головного мозга, дыхательный и сосудодвигательный центры, углекислый газ также отвечает за тонус сосудов, бронхов, обмен веществ, секрецию гормонов, электролитный состав крови и тканей. А значит, опосредованно влияет на активность ферментов и скорость почти всех биохимических реакций организма.

Уменьшение содержания кислорода до 15% или увеличение до 80% не существенно влияет на организм. В то время как на изменение концентрации углекислого газа на 0,1% оказывает существенное негативное воздействие. Отсюда можно сделать вывод о том, что углекислый примерно в 60-80 раз важнее кислорода.

Таблица 2.

В зависимость количества выделяемого углекислого газа от вида деятельности человека

Современный человек очень много времени проводит в помещении. В условиях сурового климата люди пребывают на улице всего 10 % своего времени.

В помещении концентрация углекислоты растет быстрее, чем понижается концентрация кислорода. Данную закономерность можно проследить по графикам, полученным опытным путем в одном из школьных классов

Рисунок 1. Зависимость уровня углекислого газа и кислорода от времени .

Уровень углекислого газа в классе во время урока (а) постоянно растет. (Первые 10 минут - настройка приборов, поэтому показания скачут.) За 15 минут перемены при открытом окне концентрация СО 2 падает и затем снова растет. Уровень кислорода (б) практически не меняется.

При концентрации углекислого газа внутри помещения выше 800 - 1000 ppm, люди, работающие там, испытывают синдром больного здания (СБЗ), а здания носят наименование «больные». Уровень примесей, которые могли бы вызвать раздражение слизистых оболочек, сухой кашель и головную боль растет значительно медленнее, чем уровень углекислого газа. А когда в офисном помещении его концентрация опускалась ниже 800 ppm (0,08%), то и симптомы СБЗ становились слабее. Проблема СБЗ стала актуальна после появления герметичных стеклопакетов и низкой эффективности принудительной вентиляции из-за экономии электроэнергии. Бесспорно, причинами СБЗ могут выступать выделения строительных и отделочных материалов, споры плесени и т д. при ненадлежащей вентиляции концентрация этих веществ будет расти, но не так быстро, как концентрация углекислоты.

Таблица 3.

Как разные количества углекислого газа в воздухе влияют на человека

Проблема повышенного уровня углекислого газа в помещении существует во всех странах. Ей активно занимаются в Европе США и Канаде. В России нет жестких норм на содержание в помещениях углекислого газа. Обратимся к нормативной литературе. В России норма воздухообмена не менее 30 м 3 /ч . В Европе – 72 м 3 /ч .

Рассмотрим, как были получены данные цифры:

Главный критерий – это объем углекислого газа, выделяемый человеком. Он, как было рассмотрено ранее, зависит от вида деятельности человека, а также от возраста, пола и т. д. Большинство источников рассматривают 1000 ppm как предельно-допустимую концентрацию углекислоты в помещении для длительного пребывания.

Для расчётов будем использовать обозначения:

• V - объем (воздуха, углекислого газа, и т.д.), м 3 ;
• V k - объем комнаты, м 3 ;
• V СО2 - объем СО 2 в помещении, м 3 ;
• v - скорость газообмена, м 3 /ч;
• v в - "скорость вентиляции", объем воздуха, подаваемого в помещение (и удаляемого из него) за единицу времени, м 3 /ч;
• v d - "скорость дыхания", объем кислорода, замещаемого углекислым газом в единицу времени. Коэффициент дыхания (неравность объема потребляемого кислорода и выдыхаемого углекислого газа) не учитываем, м 3 /ч;
• v СО2 - скорость изменения объема СО 2 , м 3 /ч;
• k – концентрация, ppm;
• k(t) - концентрация СО 2 от времени, ppm;
• k в - концентрация СО 2 в подаваемом воздухе, ppm;
• k max - максимально допустимая концентрация СО 2 в помещении, ppm;
• t – время, ч.

Найдем изменение объема СО 2 в помещении. Оно зависит от поступления СО 2 с приточным воздухом из системы вентиляции, поступления СО 2 от дыхания и удаления загрязненного воздуха из помещения. Будем считать, что СО 2 равномерно распределяется по помещению. Это значительное упрощение модели, но дает возможность быстро оценить порядок величин.

dV СО2 (t) = dV в * k в + v d * dt - dV в * k(t)

Отсюда скорость изменения объема СО 2:

v СО2 (t) = v в * k в + v d - v в * k(t)

Если человек вошел в помещение, то концентрация СО 2 будет расти до тех пор, пока не придет к равновесному состоянию, т.е. удаляться из комнаты будет ровно столько, сколько поступила с дыханием. То есть скорость изменения концентрации будет равна нулю:

v в * k в + v d - v в * k = 0

Установившаяся концентрация будет равна:

k = k в + v d / v в

Отсюда легко выяснить необходимую скорость вентиляции при допустимой концентрации:

v в = v d / (k max – k в)

Для одного человека с v d = 20л/час (=0.02 м 3 /ч), k max = 1000ppm (=0.001) и чистым воздухом за окном с v в = 400ppm (=0.0004) получим:

v в = 0.02 / (0.001 - 0.0004) = 33 м 3 /ч.

Мы получили цифру, данную в СП. Это минимальный объем вентиляции на человека. Она не зависит от площади и объема комнаты, только от "скорости дыхания" и объема вентиляции. Таким образом, в состоянии спокойного бодрствования концентрация СО 2 вырастет до 1000 ppm, а при физической активности будет превышение норм.

Для других значений k max объем вентиляции должен быть:

Таблица 4 .

Требуемый воздухообмен для поддержания заданной концентрации СО 2

Из этой таблицы можно найти требуемый объем вентиляции при заданном качестве воздуха.

Таким образом, воздухообмен 30 м 3 /ч, принятый нормативным в России не позволяет чувствовать себя комфортно в помещении. Европейский стандарт воздухообмена 72 м 3 /ч позволяет одерживать концентрацию углекислого газа, не влияющую на самочувствие человека.

1. И. В. Гурина. «Кто ответит за духоту в помещении» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://swegon.by/publications/0000396/ (Дата обращения: 25.06.2017)
2. Кислород и углекислый газ в крови человека. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.grandars.ru/college/medicina/kislorod-v-krovi.html (Дата обращения: 23.06.2017)
3. СП 60.13330.2012 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» стр. 60 (приложение К).
4. Что такое углекислый газ? [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://zenslim.ru/content/%D0%A3%D0%B3%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D1%8B%D0%B9-%D0%B3%D0%B0%D0%B7-%D0%B2%D0%B0%D0%B6%D0%BD%D0%B5%D0%B5-%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B0-%D0%B4%D0%BB%D1%8F-%D0%B6%D0%B8%D0%B7%D0%BD%D0%B8 (Дата обращения: 13.06.2017)
5. EN 13779 Ventilation for non-residential buildings – p.57 (Table A/11)

Ученые уже давно подозревают, что углекислый газ имеет прямое отношение к глобальному потеплению, но, как оказалось, углекислый газ может иметь непосредственное отношение и к нашему здоровью. Человек является основным источником углекислого газа в помещении, поскольку мы выдыхаем от 18 до 25 литров этого газа в час. Повышенное содержание уровня углекислого газа может наблюдаться во всех помещениях, где находятся люди: в школьных классах и институтских аудиториях, в комнатах для совещаний и офисных помещениях, в спальнях и детских комнатах.

То, что нам не хватает кислорода в душном помещении, – это миф. Расчеты показывают, что вопреки существующему стереотипу, головная боль, слабость, и другие симптомы возникают у человека в помещении не от недостатка кислорода, а именно от избытка углекислого газа.

Еще недавно в Европейских странах и США уровень углекислого газа в помещении измеряли только для того, чтоб проверить качество работы вентиляции, и считалось, что СО2 опасен для человека только в больших концентрациях. Исследования же о влиянии углекислого газа на организм человека в концентрации приблизительно 0,1% появились совсем недавно.

Мало кто знает, что чистый воздух за городом содержит около 0,04% углекислого газа, и, чем ближе содержание СО2 в помещении к этой цифре, тем лучше чувствует себя человек.

Согласно последним исследованиям, проведенным в Великобритании крупной аудиторской фирмой KPMG, высокий уровень СО2 в воздухе офисного помещения может явиться причиной заболеваемости сотрудников и снизить концентрации их внимания на треть. Повышенный уровень углекислого газа может быть причиной головной боли, воспаления глаз и носоглотки, а так же вызывать усталость у персонала. В результате всего этого компании теряют огромные деньги, а виноват в этом углекислый газ. Джуля Беннет, которая руководила исследованиями, утверждает, что высокий уровень углекислого газа в офисных помещениях - это очень распространенное явление.

В результате недавних исследований, проведенных индийскими учеными среди жителей города Калькутта, выяснено, что даже в низких концентрациях углекислый газ является потенциально токсичным газом. Ученые сделали вывод, что углекислый газ по своей токсичности близок к двуокиси азота, принимая во внимание его воздействие на клеточную мембрану и биохимические изменения, происходящие в крови человека, такие, как ацидоз. Длительный ацидоз в свою очередь приводит к заболеванию сердечно-сосудистой системы, гипертонии, усталости и другим неблагоприятным для человеческого организма последствиям.

Жители крупного мегаполиса подвергаются негативному влиянию повышенного уровня углекислого газа с утра до вечера. Сначала в переполненном общественном транспорте и в собственных автомобилях, которые подолгу стоят в пробках. Затем на работе, где часто бывает душно и нечем дышать.

Очень важно поддерживать хорошее качество воздуха в спальне, т.к. люди проводят там треть своей жизни. Для того, чтоб хорошо выспаться гораздо важнее качественный воздух в спальне, чем продолжительность сна, а уровень углекислого газа в спальнях и детских комнатах должен быть ниже 0,08%. Высокий уровень СО2 в этих помещениях может явиться причиной таких симптомов, как заложенность носа, раздражение горла и глаз, головной боли и бессонницы.

Финские ученые нашли способ решения этой проблемы исходя из аксиомы, что если в природе уровень углекислого газа составляет 0,035-0,04%, то и в помещениях он должен быть приближен к этому уровню. Изобретенное ими устройство удаляет из воздуха помещений избыток углекислого газа. Принцип основан на абсорбции (поглощении) углекислого газа специальным веществом.

Углекислый газ в воде

Углекислый газ несколько меняет кислотно-щелочную среду. Это плохо влияет на организм человека. Дело в том, что любой процесс в нашем организме происходит при определенной кислотности, которая соответствует практически чистой воде. Присутствие углекислого газа его сильно меняет, что несколько изменяет наши биохимические процессы. Это отражается также и на вкусовых свойствах (кисловатый привкус), что приводит к неприятным ощущениям.

Таким образом, этим вопросом уже много лет занимается медицина всего мира, что привело к появлению некоторых противопоказаний к потреблению газированной воды в любом виде.

Во-первых, любые хронические заболевания желудочно-кишечного тракта полностью запрещают употребление газированной воды. Дело в том, что при питье такой воды, происходит раздражение слизистой оболочки, что приводит к обострению многих воспалительных процессов. Чаще всего медики прописывают для лечения минеральную воду, но при этом не стоит забывать о том, что обязательно необходимо ее пить только после удаления углекислого газа.

Во-вторых, детям, которым не исполнилось трех лет не стоит давать такие напитки, потому что их организм еще не достаточно образовался, а значит, возможно нарушение обмена веществ в их организме.

В-третьих, индивидуальные аллергические реакции на углекислый газ довольно часто встречаются среди людей, значит, нужно значительно уменьшить количество газированной воды.

В-четвертых, избыточный вес также обязует Вас исключить из своего рациона газированные напитки, потому что чаще всего он обусловлен неправильным обменом веществ, который может быть ухудшен из-за углекислого газа.

По законодательству европейских стран наличие углекислого газа не должно превышать четырех десятых процента. Это даст отличное консервирующее действие,

но при этом не будет воздействовать на организм человека, что придаст лучшее качество воде. Исключение дается только природной минеральной воде, которая может содержать несколько большее количество газа.

Всего около 0.04% углекислого газа содержится в воздухе. В основном он попадает в воздух через разложения растительных и животных тканей, а также в процессе сгорания каменного угля и древесины.

Содержание кислорода и углекислого газа в атмосфере нашей планеты способны регулировать растения. Под влиянием воды и солнечного света углекислый газ в клетках растений превращается в крахмал, а также во много других питательных веществ. Растениям, чтобы жить, тоже нужно дышать. Поэтому они поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Но в процессе образования крахмала они выделяют намного больше кислорода, чем поглощают, когда дышат. Но при образовании крахмала, растительный мир поглощает значительно больше углекислого газа, чем выдыхают.

Следовательно, нужно беречь леса и весь растительный мир на нашей планете, потому что они поддерживают постоянное содержание углекислого газа и кислорода в природе.

Польза и вред углекислого газа

Углекислый газ очень полезен для человека, он участвует в поступлении кислорода в ткани и регуляции процессов дыхания человека.

СО2 очень сильно влияет на климат. Также без него невозможен метаболизм. Это незаменимый компонент для всеми любимых газированных напитков.

В свою очередь он может и принести вред. Перенасыщение организма углекислым газом приносит огромный вред человеку и может стать причиной смерти.

Большинство людей считает, что углекислый газ вреден. Это и неудивительно, ведь о негативных свойствах CO 2 нам рассказывали еще в школе на уроках биологии и химии. Представляя углекислый газ исключительно как вредное вещество, учителя обычно умалчивали о его положительной роли внутри нашего организма.

Она между тем велика, ведь углекислый газ, или двуокись углерода, – это важный участник процесса дыхания. Как углекислый газ действует на наш организм и чем он полезен?

Углекислый газ в организме человека

Когда мы делаем вдох, наши легкие наполняются кислородом, при этом в нижней части органа – альвеолах – образуется углекислый газ. В этот момент происходит обмен: кислород переходит в кровь, а углекислый газ выделяется из нее. И мы выдыхаем.

Повторяющееся около 15-20 раз за минуту дыхание запускает всю жизнедеятельность организма,
а образующийся при этом углекислый газ влияет сразу на множество жизненно важных функций. Чем же полезен углекислый газ для человека?

CO 2 регулирует возбудимость нервных клеток, влияет на проницаемость клеточных мембран и активность ферментов, стабилизирует интенсивность продукции гормонов и степень их эффективности, участвует
в процессе связывания белками ионов кальция и железа.

Помимо этого углекислый газ – конечный продукт метаболизма. Выдыхая мы удаляем ненужные компоненты, возникшие во время обмена веществ и очищаем свой организм. Процесс обмена веществ при этом непрерывен, поэтому удалять конечные продукты нам необходимо постоянно.

Важно не только наличие, но и количество CO 2 в организме. Нормальный уровень содержания – 6-6,5%. Этого достаточно для того, чтобы все «механизмы» в организме работали правильно, а вы чувствовали себя хорошо.

Недостаток же или избыток углекислого газа в организме приводит к двум состояниям: гипокапнии
и гиперкапнии .

Гипокапния - это нехватка углекислого газа в крови. Возникает при глубоком учащенном дыхании, когда организм выделяет слишком большое количество углекислого газа. Например, после интенсивных занятий спортом. Гипокапния может привести к легкому головокружению или потере сознания.

Гиперкапния - это переизбыток углекислого газа в крови. Возникает в помещениях с плохой вентиляцией. Если концентрация CO 2 в помещении будет превышать норму, то его уровень в организме также станет выше.

Из-за этого может заболеть голова, появиться тошнота и сонливость. Особенно часто гиперкапния возникает зимой у офисных работников, а также в больших очередях. Например, на почте или в поликлинике.

Переизбыток углекислого газа может возникнуть и в экстремальных ситуациях, например при задержке дыхания под водой.

Подробнее о последствиях гиперкапнии и способах борьбы с ней мы расскажем в одной из следующих статей. Сегодня же остановимся на гипокапнии и ее лечении.

Как уже говорилось выше, углекислый газ влияет на многие процессы в нашем организме, поэтому так важно, чтобы его уровень держался в пределах нормы. А привести содержание CO 2 в норму поможет один из видов дыхательной гимнастики .

Но подобные фразы выглядят не очень убедительно, особенно, когда мы хотим решить какую-то конкретную проблему или избавиться от определенной болезни. Давайте же разберемся, как помогает углекислый газ
и дыхательная гимнастика в конкретных случаях.

Начнем с того, что в процессе занятий на тренажере или стандартных дыхательных практик, кровь человека насыщается углекислым газом, кровоснабжение всех органов улучшается, вследствие чего и появляется положительный эффект.

Организм начинает лечить себя изнутри, оказывая разное воздействие на разные группы органов. Например, улучшение кровоснабжения и повышение уровня CO 2 приводит к нормализации тонуса гладкой мускулатуры желудка и кишечника. Это положительно сказывается на работе кишечника, восстанавливает его основные функции и помогает в борьбе с различными заболеваниями желудочно-кишечного тракта.

Углекислый газ положительно сказывается и на проницаемости мембран, что нормализует возбудимость нервных клеток. Это помогает легче переносить стрессы, избегать нервного перевозбуждения и, как следствие, избавляет от бессонницы и мигрени.

Помогает CO 2 и при аллергии: углекислый газ снижает вязкость цитоплазмы, которая заполняет клетки. Это положительно влияет на обмен веществ и повышает активность защитных систем организма.

Активизируются защитные системы и в борьбе с вирусными заболеваниями. Регулярные занятия дыхательной гимнастикой помогают избежать ОРВИ и ОРЗ за счет повышения местного иммунитета.

Помогает углекислый газ при бронхите и астме: он снижает спазм сосудов, что позволяет избавиться от мокроты и слизи в бронхах, а соответственно и самой болезни.

За счет нормализации просвета сосудов идут на поправку и больные гипотонией. Занятия дыхательной гимнастикой помогают им постепенно справиться с низким артериальным давлением.

Несмотря на все положительные изменения, возникающие в нашем организме при нормализации уровня углекислого газа, он не является панацеей от всех болезней. Это скорее помощь, которую вы оказываете своему организму, занимаясь дыхательной гимнастикой.

Поверьте, после нескольких месяцев занятий, организм обязательно отблагодарит вас хорошим самочувствием. Прежде чем начать занятия, обязательно проверьте уровень CO 2 в организме и убедитесь, что дыхательная гимнастика или тренажер «Самоздрав» помогут при вашем заболевании.

А чтобы не пропустить материал о гиперкапнии и получать наши новые статьи на почту, на наш блог. Будем присылать материалы раз в неделю.