Wymiana gazowa w płucach - wymiana gazów poprzez dyfuzję między powietrzem pęcherzykowym a krwią. Jest to zespół procesów zachodzących w pęcherzykach płucnych i najbliższych im elementach strefy przejściowej dróg oddechowych: oskrzelikach, pęcherzykach płucnych.
Powietrze atmosferyczne zawiera prawie 21% tlenu, około 79% azotu, około 0,03% dwutlenku węgla, niewielką ilość pary wodnej i gazów obojętnych. To jest powietrze, którym oddychamy i tak je nazywamy wdychane. Powietrze, które wydychamy, to tzw wydychane. Jego skład jest inny niż w powietrzu wdychanym: 16,3% tlenu, ok. 79% azotu, ok. 4% dwutlenku węgla itp. Różną zawartość tlenu i dwutlenku węgla we wdychanym i wydychanym powietrzu tłumaczy się wymianą gazów w płuca.
Wymiana gazowa w płucach zachodzi, gdy dyfuzja gazy przez ściany pęcherzyków płucnych i naczyń włosowatych ze względu na różnicę między nimi Ciśnienie cząstkowe O2 i CO2 w powietrzu pęcherzykowym i krwi.
Ciśnienie parcjalne O2 i CO2 w powietrzu pęcherzykowym i krwi
Dla szybkiej wymiany gazowej w płucach różnica między ciśnieniem cząstkowym gazów w powietrzu pęcherzykowym a ich ciśnieniem we krwi wynosi około 70 mm Hg dla O2. Św., za CO2 - około 7 mm Hg. Sztuka.
Transport gazu- transfer O2 z płuc do komórek i CO2 z komórek do płuc.
Ten etap przeprowadzany jest przez układ krwionośny, a nośnikiem jest krew. Współczynniki rozpuszczalności gazów oddechowych są różne (O2 - 0,022, CO2 - 0,53), dlatego inaczej są transportowane. Transport tlenu jest dostarczany przez główny nośnik tlenu - hemoglobinę we krwi, a bardzo mała część O2 jest rozpuszczana w osoczu. Cząsteczka hemoglobiny zawiera jedną cząsteczkę globiny i 4 cząsteczki hemu, z których każda ma jeden atom żelaza(II), wiąże jedną cząsteczkę tlenu: Hb + 4O2 = HbO8. Dodanie tlenu do hemoglobiny z utworzeniem oksyhemoglobiny następuje przy ciśnieniu cząstkowym 70-73 mm Hg. Sztuka. Jeden gram hemoglobiny może dodać 1,34 ml. tlen. Dla transport dwutlenku węgla Istnieją trzy sposoby przenoszenia dwutlenku węgla przez krew: 1) w stanie rozpuszczonym - 5%; 2) w postaci karbhemoglobiny - 10-20%; 3) w postaci węglanów (głównie wodorowęglany sodu i potasu) – 85%.
Wymiana gazowa w tkankach wymiana gazowa poprzez dyfuzję między krwią a tkankami w naczyniach włosowatych. Ten etap jest spowodowany napięciem gazów we krwi i tkankach (dla O2 - około 70 mm Hg, dla CO2 - około 7 mm Hg. St.) I jest również przeprowadzany z powodu dyfuzji. W tkankach różnica napięcia jest utrzymywana przez ciągły proces biologicznego utleniania.
oddychanie tkankowe- zużycie 02 przez komórki i wydzielanie przez nie CO2. Jest to wieloetapowy proces enzymatyczny polegający na wykorzystaniu tlenu przez komórki do utlenienia związków organicznych z wytworzeniem CO2 i H2O oraz uzyskania energii potrzebnej do życia. W komórkach tlen dostarczany jest do mitochondriów, gdzie zachodzi utlenianie związków organicznych i synteza ATP. Oddychanie komórkowe jest badane bardziej szczegółowo przez biochemię.
Główne wskaźniki oddychania
Istnieje kilka wskaźników, które charakteryzują stan funkcjonalny płuc, są one mierzone za pomocą specjalnego urządzenia zwanego spirometrem. Zasadniczo określ pojemność życiową płuc (VC). Pojemność życiowa płuc to największa objętość powietrza, jaką człowiek może wydychać po wzięciu najgłębszego oddechu. Na wskaźnik ten składają się takie wielkości jak:
1) objętość oddechowa (ZANIM ) - objętość powietrza, którą osoba wdycha i wydycha podczas spokojnego oddychania (około 500 ml)
2) dodatkowa objętość (TRP), Lub wdechowa objętość rezerwowa maksymalna objętość powietrza, jaką można wciągnąć po zakończeniu spokojnego wdechu (około 1500-2000 ml)
3) wydechowa objętość rezerwowa (RO ) - maksymalna objętość powietrza wydychanego po cichym wydechu (1000-1500 ml)
WK = DO(0,5 litra) + TRP(1,5-2 l) + RO(1,5 l) = 3,5-4 l
Zwykle VC wynosi około 3/4 całkowitej pojemności płuc i charakteryzuje maksymalną objętość, w ramach której osoba może zmienić głębokość swojego oddychania. VC zależy od wiek(zmniejsza się wraz z wiekiem, ze względu na spadek elastyczności płuc), płeć (V kobiety - 3-3,5 l, mężczyźni - 3,5-4,8 l), rozwój fizyczny(dla osób wytrenowanych fizycznie - 6-7 litrów), pozycja ciała(bardziej pionowo) wzrost(dla młodzieży zależność tę wyraża wzór: VC = 2,5 × wzrost w metrach) itp.
Razem z objętość zalegająca, to znaczy objętość powietrza, która pozostaje w płucach po głębokim wydechu, tworzy się VC całkowita pojemność płuc(ZIELONY).
Głównymi składnikami powietrza atmosferycznego są tlen (około 21%), azot (78%), dwutlenek węgla (0,03-0,04%), para wodna, gazy obojętne, ozon, nadtlenek wodoru (około 1%).
Tlen jest najbardziej integralną częścią powietrza. Przy jej bezpośrednim udziale zachodzą wszystkie procesy oksydacyjne w organizmie człowieka i zwierzęcia. W spoczynku człowiek zużywa około 350 ml tlenu na minutę, a podczas ciężkiej pracy fizycznej ilość zużywanego tlenu wzrasta kilkukrotnie.
Powietrze wdychane zawiera 20,7-20,9% tlenu, a wydychane około 15-16%. Tym samym tkanki ciała pochłaniają około 1/4 tlenu obecnego w składzie wdychanego powietrza.
W atmosferze zawartość tlenu nie zmienia się znacząco. Rośliny pochłaniają dwutlenek węgla i rozkładają go, aby wchłonąć węgiel, podczas gdy uwolniony tlen jest uwalniany do atmosfery. Źródłem powstawania tlenu jest również fotochemiczny rozkład pary wodnej w górnych warstwach atmosfery pod wpływem ultrafioletowego promieniowania słonecznego. W zapewnieniu stałego składu powietrza atmosferycznego ważne jest również mieszanie przepływów powietrza w dolnych warstwach atmosfery. Wyjątkiem są hermetycznie zamknięte pomieszczenia, w których ze względu na długi pobyt ludzi zawartość tlenu może znacznie spaść (okręty podwodne, schrony, kabiny samolotów ciśnieniowych itp.).
Dla organizmu ważne jest ciśnienie parcjalne* tlenu, a nie jego bezwzględna zawartość we wdychanym powietrzu. Wynika to z faktu, że przejście tlenu z powietrza pęcherzykowego do krwi iz krwi do płynu tkankowego następuje pod wpływem różnicy ciśnień parcjalnych. Ciśnienie cząstkowe tlenu maleje wraz ze wzrostem wysokości nad poziomem morza (Tabela 1).
Tabela 1. Ciśnienie parcjalne tlenu na różnych wysokościach
Ogromne znaczenie ma wykorzystanie tlenu w leczeniu chorób, którym towarzyszy głód tlenowy (namioty tlenowe, inhalatory).
Dwutlenek węgla. Zawartość dwutlenku węgla w atmosferze jest dość stała. Ta stałość jest wyjaśniona przez jej krążenie w przyrodzie. Pomimo faktu, że procesom rozkładu i życiowej aktywności organizmu towarzyszy uwalnianie dwutlenku węgla, nie następuje znaczny wzrost jego zawartości w atmosferze, ponieważ dwutlenek węgla jest absorbowany przez rośliny. W tym samym czasie węgiel trafia do budowy substancji organicznych, a tlen przedostaje się do atmosfery. Wydychane powietrze zawiera do 4,4% dwutlenku węgla.
Dwutlenek węgla jest fizjologicznym czynnikiem sprawczym ośrodka oddechowego, dlatego podczas sztucznego oddychania jest dodawany w niewielkich ilościach do powietrza. W dużych ilościach może działać odurzająco i spowodować śmierć.
Dwutlenek węgla ma również znaczenie higieniczne. Zgodnie z jego treścią ocenia się czystość powietrza w pomieszczeniach mieszkalnych i użyteczności publicznej (tj. pomieszczeniach, w których przebywają ludzie). Wraz z gromadzeniem się ludzi w słabo wentylowanych pomieszczeniach, równolegle z akumulacją dwutlenku węgla w powietrzu, zwiększa się zawartość innych produktów przemiany materii człowieka, wzrasta temperatura powietrza i zwiększa się jego wilgotność.
Ustalono, że jeśli zawartość dwutlenku węgla w powietrzu w pomieszczeniach przekracza 0,07-0,1%, wówczas powietrze nabiera nieprzyjemnego zapachu i może zaburzać stan funkcjonalny organizmu.
Równoległość zmian wymienionych właściwości powietrza w pomieszczeniach mieszkalnych i wzrost stężenia dwutlenku węgla oraz prostota oznaczania jego zawartości sprawiają, że wskaźnik ten można wykorzystać do higienicznej oceny jakości powietrza i efektywności wentylacja w obiektach użyteczności publicznej.
azot i inne gazy. Azot jest głównym składnikiem powietrza atmosferycznego. W organizmie jest w stanie rozpuszczonym we krwi i płynach tkankowych, ale nie bierze udziału w reakcjach chemicznych.
Obecnie stwierdzono doświadczalnie, że w warunkach podwyższonego ciśnienia azot z powietrza powoduje u zwierząt zaburzenie koordynacji nerwowo-mięśniowej, a następnie pobudzenie i stan narkotyczny. Naukowcy zaobserwowali podobne zjawiska u nurków. Zastosowanie mieszaniny helowo-tlenowej do oddychania nurków umożliwia zwiększenie głębokości zejścia do 200 m bez wyraźnych objawów zatrucia.
Podczas wyładowań elektrycznych i pod wpływem promieni ultrafioletowych słońca w powietrzu powstaje niewielka ilość innych gazów. Ich wartość higieniczna jest stosunkowo niewielka.
* Ciśnienie cząstkowe gazu w mieszaninie gazów to ciśnienie, jakie dany gaz wytworzyłby, gdyby zajmował całą objętość mieszaniny.
Wszyscy dobrze wiemy, że żadna żywa istota nie może żyć na ziemi bez powietrza. Powietrze jest niezbędne dla każdego z nas. Wszyscy, od dzieci po dorosłych, wiedzą, że bez powietrza nie da się przeżyć, ale nie wszyscy wiedzą, czym jest powietrze i z czego się składa. Powietrze jest więc mieszaniną gazów, których nie można zobaczyć ani dotknąć, ale wszyscy doskonale wiemy, że jest wokół nas, choć praktycznie tego nie zauważamy. Prowadzenie badań o różnym charakterze, w tym, jest możliwe w naszym laboratorium.
Powietrze możemy poczuć tylko wtedy, gdy czujemy silny wiatr lub jesteśmy blisko wentylatora. Z czego składa się powietrze, a składa się z azotu i tlenu oraz tylko niewielkiej części argonu, wody, wodoru i dwutlenku węgla. Jeśli weźmiemy pod uwagę skład powietrza w procentach, to azot wynosi 78,08 procent, tlen 20,94%, argon 0,93 procent, dwutlenek węgla 0,04 procent, neon 1,82 * 10-3 procent, hel 4,6 * 10-4 procent, metan 1,7 * 10 -4 proc., krypton 1,14*10-4 proc., wodór 5*10-5 proc., ksenon 8,7*10-6 proc., podtlenek azotu 5*10-5 proc.
Zawartość tlenu w powietrzu jest bardzo wysoka, ponieważ jest to tlen niezbędny do życia organizmu człowieka. Tlen, który obserwuje się w powietrzu podczas oddychania, dostaje się do komórek ludzkiego ciała i bierze udział w procesie utleniania, w wyniku którego uwalniana jest energia potrzebna do życia. Również tlen zawarty w powietrzu jest potrzebny do spalania paliwa, z którego wytwarza się ciepło, a także do pozyskiwania energii mechanicznej w silnikach spalinowych.
Gazy obojętne są również usuwane z powietrza podczas skraplania. Ile tlenu jest w powietrzu, jeśli spojrzysz na procent, to tlen i azot w powietrzu to 98 procent. Znając odpowiedź na to pytanie, pojawia się kolejne, które substancje gazowe są nadal częścią powietrza.
Tak więc w 1754 roku naukowiec Joseph Black potwierdził, że powietrze składa się z mieszaniny gazów, a nie z jednorodnej substancji, jak wcześniej sądzono. Skład powietrza na ziemi obejmuje metan, argon, dwutlenek węgla, hel, krypton, wodór, neon, ksenon. Warto zauważyć, że zawartość procentowa powietrza może się nieznacznie różnić w zależności od tego, gdzie mieszkają ludzie.
Niestety w dużych miastach procent dwutlenku węgla będzie wyższy niż np. na wsiach czy w lasach. Powstaje pytanie, ile procent tlenu znajduje się w powietrzu w górach. Odpowiedź jest prosta, tlen jest znacznie cięższy od azotu, więc w górach będzie go znacznie mniej, ponieważ gęstość tlenu maleje wraz z wysokością.
Szybkość tlenu w powietrzu
Tak więc, jeśli chodzi o stosunek tlenu w powietrzu, istnieją pewne standardy, na przykład dla obszaru roboczego. Aby osoba mogła w pełni pracować, norma tlenu w powietrzu wynosi od 19 do 23 procent. Podczas obsługi sprzętu w przedsiębiorstwach konieczne jest monitorowanie szczelności urządzeń, a także różnych maszyn. Jeśli podczas badania powietrza w pomieszczeniu, w którym pracują ludzie, wskaźnik tlenu spadnie poniżej 19 proc., to należy koniecznie wyjść z pomieszczenia i włączyć wentylację awaryjną. Możesz kontrolować poziom tlenu w powietrzu w miejscu pracy, zapraszając laboratorium EcoTestExpress i badania.
Zdefiniujmy teraz, czym jest tlen.
Tlen jest pierwiastkiem chemicznym układu okresowego pierwiastków Mendelejewa, tlen nie ma zapachu, smaku, koloru. Tlen w powietrzu jest niezbędny do oddychania człowieka, a także do spalania, ponieważ nikomu nie jest tajemnicą, że jeśli nie ma powietrza, to żadne materiały się nie spalą. Skład tlenu obejmuje mieszaninę trzech stabilnych nuklidów, których liczby masowe wynoszą 16, 17 i 18.
Tak więc tlen jest najbardziej powszechnym pierwiastkiem na ziemi, jeśli chodzi o procentową zawartość tlenu, największy procent występuje w krzemianach, które stanowią około 47,4 procent masy stałej skorupy ziemskiej. Również w morzach i wodach słodkich całej ziemi zawiera się ogromna ilość tlenu, bo aż 88,8 proc., jak na ilość tlenu w powietrzu to tylko 20,95 proc. Należy również zauważyć, że tlen jest częścią ponad 1500 związków w skorupie ziemskiej.
Jeśli chodzi o produkcję tlenu, uzyskuje się go poprzez separację powietrza w niskich temperaturach. Proces ten przebiega następująco, na początku sprężają powietrze za pomocą sprężarki, podczas sprężania powietrze zaczyna się nagrzewać. Sprężone powietrze może ostygnąć do temperatury pokojowej, a po schłodzeniu może się swobodnie rozprężać.
Gdy dochodzi do rozprężania, temperatura gazu zaczyna gwałtownie spadać, po ochłodzeniu powietrza jego temperatura może być o kilkadziesiąt stopni niższa od temperatury pokojowej, takie powietrze jest ponownie sprężane i uwalniane ciepło jest odbierane. Po kilku etapach sprężania i schładzania powietrza przeprowadza się szereg zabiegów, w wyniku których wydziela się czysty tlen bez zanieczyszczeń.
I tu pojawia się kolejne pytanie, co jest cięższym tlenem czy dwutlenkiem węgla. Odpowiedź jest po prostu oczywiście dwutlenek węgla będzie cięższy niż tlen. Gęstość dwutlenku węgla wynosi 1,97 kg/m3, a gęstość tlenu 1,43 kg/m3. Jeśli chodzi o dwutlenek węgla, jak się okazuje, odgrywa on jedną z głównych ról w życiu wszelkiego życia na ziemi, a także ma wpływ na obieg węgla w przyrodzie. Udowodniono, że dwutlenek węgla bierze udział w regulacji oddychania, a także krążenia krwi.
Co to jest dwutlenek węgla?
Teraz zdefiniujmy bardziej szczegółowo, czym jest dwutlenek węgla, a także określmy skład dwutlenku węgla. Innymi słowy, dwutlenek węgla to dwutlenek węgla, jest to bezbarwny gaz o lekko kwaśnym zapachu i smaku. Jeśli chodzi o powietrze, stężenie dwutlenku węgla w nim wynosi 0,038 proc. Fizyczne właściwości dwutlenku węgla polegają na tym, że nie występuje on w stanie ciekłym przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym, ale natychmiast przechodzi ze stanu stałego w stan gazowy.
Dwutlenek węgla w stanie stałym nazywany jest również suchym lodem. Do tej pory dwutlenek węgla jest uczestnikiem globalnego ocieplenia. Dwutlenek węgla powstaje podczas spalania różnych substancji. Należy zauważyć, że w przemysłowej produkcji dwutlenku węgla jest on pompowany do cylindrów. Dwutlenek węgla wtłaczany do butli wykorzystywany jest jako gaśnica, a także do produkcji wody sodowej, a także znajduje zastosowanie w broni pneumatycznej. A także w przemyśle spożywczym jako środek konserwujący.
Skład powietrza wdychanego i wydychanego
Przeanalizujmy teraz skład wdychanego i wydychanego powietrza. Najpierw zdefiniujmy, czym jest oddychanie. Oddychanie jest złożonym, ciągłym procesem, w którym skład gazów we krwi jest stale aktualizowany. Skład powietrza, którym oddychamy, to 20,94 procent tlenu, 0,03 procent dwutlenku węgla i 79,03 procent azotu. Ale skład wydychanego powietrza to już tylko 16,3 proc. tlenu, aż 4 proc. dwutlenku węgla i 79,7 proc. azotu.
Można zauważyć, że powietrze wdychane różni się od wydychanego zawartością tlenu, a także ilością dwutlenku węgla. Są to substancje, z których składa się powietrze, którym oddychamy i wydychamy. W ten sposób nasz organizm nasyca się tlenem i uwalnia cały zbędny dwutlenek węgla na zewnątrz.
Suchy tlen poprawia właściwości elektryczne i ochronne folii ze względu na brak wody, a także ich zagęszczenie i zmniejszenie ładunku przestrzennego. Ponadto suchy tlen w normalnych warunkach nie może reagować ze złotem, miedzią ani srebrem. Aby przeprowadzić analizę chemiczną powietrza lub inne badania laboratoryjne, w tym, możesz w naszym laboratorium „EcoTestExpress”.
Powietrze to atmosfera planety, na której żyjemy. I zawsze mamy pytanie, co jest częścią powietrza, odpowiedzią jest po prostu zestaw gazów, jak to już zostało opisane powyżej, które gazy iw jakich proporcjach są w powietrzu. Jeśli chodzi o zawartość gazów w powietrzu, tutaj wszystko jest łatwe i proste, stosunek procentowy dla prawie wszystkich obszarów naszej planety jest taki sam.
Skład i właściwości powietrza
Powietrze składa się nie tylko z mieszaniny gazów, ale także z różnych aerozoli i oparów. Procentowy skład powietrza to stosunek azotu do tlenu i innych gazów w powietrzu. Tak więc, ile tlenu jest w powietrzu, prosta odpowiedź to tylko 20 procent. Skład składowy gazu, podobnie jak azot, zawiera lwią część całego powietrza, a warto zauważyć, że przy podwyższonym ciśnieniu azot zaczyna mieć właściwości narkotyczne.
Ma to niemałe znaczenie, ponieważ podczas pracy nurkowie często muszą pracować na głębokościach pod ogromnym ciśnieniem. O tlenie powiedziano już wiele, ponieważ ma on ogromne znaczenie dla życia człowieka na naszej planecie. Warto zauważyć, że wdychanie przez człowieka powietrza o podwyższonej zawartości tlenu w krótkim czasie nie wpływa niekorzystnie na samą osobę.
Ale jeśli osoba wdycha powietrze o podwyższonym poziomie tlenu przez długi czas, doprowadzi to do patologicznych zmian w ciele. Kolejnym głównym składnikiem powietrza, o którym wiele już powiedziano, jest dwutlenek węgla, jak się okazuje, bez niego człowiek nie może żyć tak samo, jak bez tlenu.
Gdyby na ziemi nie było powietrza, żaden żywy organizm nie mógłby żyć na naszej planecie, a tym bardziej jakoś funkcjonować. Niestety we współczesnym świecie ogromna liczba obiektów przemysłowych, które zanieczyszczają nasze powietrze, w ostatnim czasie coraz częściej nawołuje do konieczności ochrony środowiska, a także monitorowania czystości powietrza. Dlatego należy często wykonywać pomiary powietrza, aby określić jego czystość. Jeśli wydaje Ci się, że powietrze w Twoim pokoju nie jest wystarczająco czyste i winne są czynniki zewnętrzne, zawsze możesz skontaktować się z laboratorium EcoTestExpress, które przeprowadzi wszystkie niezbędne testy (badania) i wyda wniosek o czystości powietrza powietrze, którym oddychasz.
Oddech jest istotną oznaką życia. Od narodzin do śmierci oddychamy nieprzerwanie. Oddychamy dzień i noc podczas głębokiego snu, w stanie zdrowia i choroby.
U ludzi i zwierząt rezerwy tlenu są ograniczone. Dlatego organizm potrzebuje ciągłego dostarczania tlenu z otoczenia. Dwutlenek węgla, który zawsze powstaje w procesie przemiany materii iw dużych ilościach jest związkiem toksycznym, również musi być stale i nieprzerwanie usuwany z organizmu.
Oddychanie jest złożonym ciągłym procesem, w wyniku którego skład gazu we krwi jest stale aktualizowany. To jest jego istota.
Normalne funkcjonowanie ludzkiego organizmu jest możliwe tylko wtedy, gdy jest on uzupełniany energią, która jest stale zużywana. Ciało otrzymuje energię poprzez utlenianie złożonych substancji organicznych - białek, tłuszczów, węglowodanów. Jednocześnie uwalniana jest utajona energia chemiczna, która jest źródłem życiowej aktywności komórek organizmu, ich rozwoju i wzrostu. Zatem znaczenie oddychania ma na celu utrzymanie optymalnego poziomu procesów redoks w organizmie.
W procesie oddychania zwyczajowo wyróżnia się trzy ogniwa: oddychanie zewnętrzne lub płucne, transport gazów przez krew i oddychanie wewnętrzne lub tkankowe.
Oddychanie zewnętrzne to wymiana gazów między ciałem a otaczającym powietrzem atmosferycznym. Oddychanie zewnętrzne można podzielić na dwa etapy - wymianę gazów między powietrzem atmosferycznym i pęcherzykowym oraz wymianę gazową między krwią naczyń włosowatych płuc a powietrzem pęcherzykowym. Oddychanie zewnętrzne odbywa się dzięki aktywności zewnętrznego aparatu oddechowego.
Aparat oddechowy obejmuje drogi oddechowe, płuca, opłucną, szkielet i mięśnie klatki piersiowej oraz przeponę. Główną funkcją zewnętrznego aparatu oddechowego jest dostarczanie organizmowi tlenu i uwalnianie go z nadmiaru dwutlenku węgla. Stan funkcjonalny zewnętrznego aparatu oddechowego można ocenić na podstawie rytmu, głębokości, częstotliwości oddychania, wartości objętości płuc, wskaźników poboru tlenu i uwalniania dwutlenku węgla itp.
Transport gazów odbywa się przez krew. Zapewnia ją różnica ciśnień parcjalnych (napięć) gazów na ich drodze: tlenu z płuc do tkanek, dwutlenku węgla z komórek do płuc.
Oddychanie wewnętrzne lub tkankowe również można podzielić na dwa etapy. Pierwszym etapem jest wymiana gazów między krwią a tkankami. Drugi to zużycie tlenu przez komórki i uwalnianie przez nie dwutlenku węgla (oddychanie komórkowe).
Skład powietrza wdychanego, wydychanego i pęcherzykowego
Człowiek oddycha powietrzem atmosferycznym, które ma następujący skład: 20,94% tlenu, 0,03% dwutlenku węgla, 79,03% azotu. Wydychane powietrze zawiera 16,3% tlenu, 4% dwutlenku węgla, 79,7% azotu.
Skład wydychanego powietrza nie jest stały i zależy od intensywności metabolizmu, a także od częstotliwości i głębokości oddychania. Gdy tylko wstrzymasz oddech lub weźmiesz kilka głębokich wdechów, zmienia się skład wydychanego powietrza.
Porównanie składu wdychanego i wydychanego powietrza służy jako dowód na istnienie oddychania zewnętrznego.
Powietrze pęcherzykowe różni się składem od powietrza atmosferycznego, co jest całkiem naturalne. W pęcherzykach płucnych dochodzi do wymiany gazów między powietrzem a krwią, podczas gdy tlen dyfunduje do krwi, a dwutlenek węgla dyfunduje z krwi. W rezultacie zawartość tlenu w powietrzu pęcherzykowym gwałtownie spada, a ilość dwutlenku węgla wzrasta. Udział procentowy poszczególnych gazów w powietrzu pęcherzykowym: 14,2-14,6% tlenu, 5,2-5,7% dwutlenku węgla, 79,7-80% azotu. Powietrze pęcherzykowe różni się składem i od powietrza wydychanego. Dzieje się tak, ponieważ wydychane powietrze zawiera mieszaninę gazów z pęcherzyków płucnych i szkodliwej przestrzeni.
Atmosfera jest powłoką powietrzną powierzchni ziemi, składającą się z mieszaniny gazów, która ma różną gęstość na różnych wysokościach. Okoliczność ta wynika z grawitacji. Gdy oddalamy się od powierzchni Ziemi, gęstość otoczki powietrza maleje i ostatecznie wyrównuje się z gęstością przestrzeni międzygwiezdnej.
Skład powłoki powietrznej zawiera najwięcej azotu, następnie tlen, następnie dwutlenek węgla i szereg tak zwanych gazów neutralnych (argon, neon, hel itp.). W powietrzu występują również różne ilości pary wodnej. Wreszcie, czasami powietrze zewnętrzne zawiera ozon i nadtlenek wodoru, które jednak są tymczasowymi zanieczyszczeniami w gazowym składzie powietrza. Skład wdychanego (atmosferycznego) i wydychanego powietrza można ocenić na podstawie ryc. 1.
Ryż. 1. Skład chemiczny wdychanego i wydychanego powietrza.
Z diagramu widać, że skład wydychanego powietrza znacznie różni się od składu powietrza wdychanego. Jeżeli ilość tlenu we wdychanym powietrzu wynosi 20,94%, to w wydychanym powietrzu pozostaje około 15-16%, a zatem spadek wynosi około 25%. Stosunki ilościowe azotu pozostają w przybliżeniu takie same. Najbardziej zauważalnym zmianom ulega dwutlenek węgla, którego ilość wzrasta od 0,03-0,04% we wdychanym powietrzu do 4% w wydychanym, czyli wzrasta 100-krotnie. Wydychane powietrze różni się także właściwościami fizycznymi: jego temperatura znacznie wzrasta (do 38°), a wilgotność względna zbliża się do 100%. Z powyższego wynika, że wydychane powietrze ma niekorzystny skład chemiczny i właściwości fizyczne, a ponieważ płuca przechodzą od 350-450 do 3800 l/h powietrza podczas ciężkiej pracy, staje się jasne, dlaczego takie powietrze (jeśli jest brak dopływu świeżego powietrza) może powodować problemy zdrowotne człowieka i mieć negatywny wpływ na jego zdrowie.
Przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo fizjologicznemu i higienicznemu znaczeniu poszczególnych składników składu gazowego mieszanki powietrza.
Tlen odgrywa najważniejszą rolę w życiu organizmu. Niewystarczające zaopatrzenie tkanek w tlen powoduje zaburzenia czynności życiowych organizmu, objawiające się obniżeniem zawartości tlenu we wdychanym powietrzu do 7-8%. Dalszy spadek prowadzi do poważniejszych konsekwencji, a przy wyraźnym niedotlenieniu do śmierci z powodu uszkodzenia ośrodkowego układu nerwowego, który szczególnie potrzebuje stałego dopływu tlenu (zwłaszcza w wyniku porażenia układu oddechowego Centrum).
W środowisku powietrza obieg tlenu odbywa się cały czas. Ogromne ilości tego gazu zużywane są przez oddychanie ludzi i zwierząt, spalanie paliw, utlenianie substancji organicznych itp. Przywrócenie tego stałego zużycia tlenu następuje głównie dzięki jego uwalnianiu przez zielone chlorofilowe części roślin, które pod wpływem promieniowania słonecznego asymilują dwutlenek węgla z powietrza iw obecności wilgoci rozkładają go na tlen. Dzięki tej równowadze stężenie tlenu w powietrzu atmosferycznym prawie się nie zmienia (zmiany sięgają zaledwie 0,1-0,2%). To tłumaczy fakt, że praktycznie w normalnych warunkach życia człowieka nie brakuje tlenu. Jedynymi wyjątkami są takie warunki, w których dostęp tlenu jest ograniczony (np. w kopalniach głębinowych, łodziach podwodnych itp.), a także wtedy, gdy ze względu na warunki naturalne ciśnienie cząstkowe tlenu w powietrzu jest znacznie obniżone (na wysokościach górskich ok. powyżej 2000 m n.p.m. podczas lotu na dużej wysokości). Jednak w tych przypadkach organizm ludzki, wykorzystując mechanizmy kompensacyjne (wzrost objętości wentylacji płucnej, wzrost liczby krwinek czerwonych), jest w stanie przystosować się do takiego spadku ciśnienia cząstkowego tlenu, oczywiście w określonych granicach.