Как влияет углекислый газ на организм человека: Влияние углекислого газа в воздухе на самочувствие человека

Влияние концентрации углекислого газа на организм человека

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассмотрено влияние концентрации углекислого газа на организм человека. Данная тема актуальна в связи с частым нарушением уровня комфортной концентрации СО₂ 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 CO₂ 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 [2]

Среда	О2	СО2
Атмосферный воздух, %	20,9	0,03
Выдыхаемый воздух, %	16,4	4
Альвеолярный воздух, мм рт. ст. (парциальное давление)	105-110	40
Артериальная кровь, мм рт. ст.	100	40
Венозная кровь, мм рт. ст.	40	46
Ткани:межтканевая жидкость, мм рт. ст.клетки, мм рт. ст.	20-400,1-10,0	46-6060-70

При концентрации углекислого газа выше 0,1% (1000 ppm [parts per million]) 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 [1]

СО2 л/час	Деятельность
18	Состояние спокойного бодрствования
24	Работа за компьютером
30	Ходьба
36	Легкая физическая нагрузка
32-43	Работа по дому

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 [1].

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 СО₂ 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 [1]

Уровень СО2, ррm	Физиологические проявления
380-400	Идеальный для здоровья и хорошего самочувствия человека.
400-600	Нормальное качество воздуха. Рекомендовано для детских комнат, спален, школ и детских садов.
600-1000	Появляются жалобы на качество воздуха. У людей, страдающих астмой могут учащаться приступы.
Выше 1000	Общий дискомфорт, слабость, головная боль. Концентрация внимания падает на треть. Растет число ошибок в работе. Может привести к негативным изменениям в крови. Может вызывать проблемы с дыхательной и кровеносной системами.
Выше 2000	Количество ошибок в работе сильно возрастает. 70 % сотрудников не могут сосредоточиться на работе.

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 [3]. В Европе – 72 м³/ч [5].

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.), м³;
•         V_k – объем комнаты, м³;
•         V_СО2 – объем СО₂ в помещении, м³;
•         v – скорость газообмена, м³/ч;
•        v_в – “скорость вентиляции”, объем воздуха, подаваемого в помещение (и удаляемого из него) за единицу времени, м³/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, м³/ч;
•         v_СО2 – скорость изменения объема СО₂ , м³/ч;
•         k – концентрация, ppm;
•         k(t) – концентрация СО₂ от времени, ppm;
•         k_в – концентрация СО₂ в подаваемом воздухе, ppm;
•         k_max – максимально допустимая концентрация СО₂ в помещении, ppm;
•         t – время, ч.

Найдем изменение объема СО₂ в помещении. Оно зависит от поступления СО₂ с приточным воздухом из системы вентиляции, поступления СО₂ от дыхания и удаления загрязненного воздуха из помещения. Будем считать, что СО₂ 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 СО₂:

v_СО2(t) = v_в * k_в + v_d – v_в * k(t)

Если человек вошел в помещение, то концентрация СО₂ 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 м³/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 м³/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 СО₂ 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 СО₂

Концентрация СО2, ppm	Требуемый воздухообмен, м3/ч
1000	33
900	40
800	50
700	67
600	100
500	200

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

Таким образом, воздухообмен 30 м³/ч, принятый нормативным в России не позволяет чувствовать себя комфортно в помещении. Европейский стандарт воздухообмена 72 м³/ч позволяет одерживать концентрацию углекислого газа, не влияющую на самочувствие человека.

Список литературы:

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)

Углекислый газ вред и польза

Ещё в прошлом веке были проведены различные исследования по влиянию CO2 на организм человека. В 60-ых годах учёная О. В. Елисеева в своей диссертации приводит детальное исследование, как влияет углекислый газ в концентрациях 0,1% (1000 ррm) до 0,5% (5000 ррm) на организм человека, и пришла к выводу, что кратковременное вдыхание здоровыми людьми двуокиси углерода в этих концентрациях вызывает отчетливые сдвиги в функции внешнего дыхания, кровообращении и значительные ухудшения электрической активности головного мозга. Согласно ее рекомендациям, содержание CO2 в воздухе жилых и общественных зданий не должно превышать 0,1% (1000 ррm), а среднее содержание CO2 должно быть около 0,05% (500 ррm).

Исследователи знают, что существует связь между концентрацией CO2 и ощущением духоты. Это ощущение возникает у здорового человека уже на уровне 0,08%, т. е. 800 ррm. Хотя в современных офисах бывает 2000 ррm и более. И человек может не ощущать опасного воздействия CO2. Когда речь идёт о больном человеке, то порог чувствительности ещё увеличивается.

Основные изменения происходят, конечно же, в центральной нервной системе, и носят они при гиперкапнии фазный характер: сначала повышение, а затем снижение возбудимости нервных образований. Ухудшение условнорефлекторной деятельности наблюдается при концентрациях, близких 2%, понижается возбудимость дыхательного центра мозга, уменьшается вентиляторная функция лёгких, также нарушается гомеостаз (равновесие внутренней среды) организма, путем либо повреждения клеток, либо путем раздражения рецепторов неадекватным уровнем определенного вещества. А при содержании углекислого газа до 5% происходит значительное снижение амплитуды вызванных потенциалов головного мозга, десинхронизация ритмов спонтанной электроэнцефалограммы с дальнейшим угнетением электрической активности мозга.

Что происходит при повышении концентрации CO2 в воздухе, который попадает в организм? Увеличивается парциальное давление CO2 в наших альвеолах, его растворимость в крови повышается, и образуется слабая угольная кислота (CO2 + Н2O = Н2СО3), распадающаяся, в свою очередь, на Н+ и НССО3–. Кровь закисляется, что по-научному и называется ацидозом. Чем выше концентрация CO2 в воздухе, которым мы постоянно дышим, тем ниже рН крови и тем более кислую реакцию она имеет.

Когда начинается ацидоз, то сначала организм защищается, повышая концентрацию бикарбоната в плазме крови, — об этом свидетельствуют многочисленные биохимические исследования. Чтобы компенсировать ацидоз, почки усиленно выделяют Н+ и задерживают НССО3–. Потом включаются другие буферные системы, и вторичные биохимические реакции организма. Поскольку слабые кислоты, в т. ч. и угольная (Н2СО3), могут образовывать с ионами металлов слаборастворимые соединения (СаСО3), то они откладываются в виде камней, прежде всего в почках.

Сотрудник медицинской научно-исследовательской лаборатории военно-морского подводного флота США Карл Шафер исследовал, как влияют различные концентрации углекислого газа на морских свинок. Грызунов восемь недель содержали при 0,5% CO2 (кислород был в норме — 21%), после чего у них наблюдалась значительная кальцификация почек. Она отмечалась даже после длительного воздействия на морских свинок меньших концентраций — 0,3% CO2 (3000 ррm). Но это еще не все. Шафер и его коллеги нашли у свинок через восемь недель воздействия 1%-го CO2 деминерализацию костей, а также структурные изменения в легких. Исследователи расценили эти заболевания как адаптацию организма к хроническому воздействию CO2.

Отличительной особенностью долгосрочной гиперкапнии (повышенное CO2) является длительное отрицательное последствие. Несмотря на нормализацию атмосферного дыхания, в организме человека продолжительное время наблюдаются изменения биохимического состава крови, снижение иммунологического статуса, устойчивости к физическим нагрузкам и другим внешним воздействиям.

В нашем выдохе, примерно 4,5% углекислого газа. А если создать прибор накапливающий CO2. А если начать на нём дышать. То получится прибор «мечта начальника концлагеря». При этом в удушающую камеру жертвы направляются сами, потому что на входе написано «здоровье» и обещание, что когда у вас CO2 в крови будет 6,5%, то получите обещанное. И не важно, что по пути вы будете получать отравления мелкими дозами, привыкните и подготовитесь. Подготовитесь к разочарованию, так как отметка 6,5 это не причина здоровья, а следствие совсем противоположного действия.

Кто-то может сказать: «Когда двигаются деревья, то они создают ветер». Нет, всё наоборот. Дыхание с лечебным сопротивлением и с пониженным содержанием кислорода (как в горах) становится редким и глубоким. Кислород начинает хорошо усваиваться, расщепляются токсины и шлаки, содержащие кислород, проявляется естественный анаэробный способ получения энергии в теле человека. Каждая клетка организма начинает оживать. В результате потребность в кислороде уменьшается, а углекислый газ, отчасти занимает место кислорода. Как балансный газ он создаст устойчивую среду в организме.

Именно такая идея описана в древних трактатах по дыханию, именно это доказал на практике доктор медицинских наук Стрелков Р. Б. и другие учёные детально показав эффективность гипоксической терапии (умеренное уменьшение кислорода во вдыхаемом воздухе). Именно такую задачу ставили В. Ф. Фролов и Е. Ф. Кустов, создавая дыхательный прибор ТДИ-01 для каждого человека на этой планете.

Тем не менее, несмотря на заявления Министерства Здравоохранения и видных научных деятелей страны продолжается выпуск и широкая реализация дыхательных приборов, работающих без внутреннего давления, как накопители CO2 под маркой «Самоздрав».

С середины 19 века содержание CO2 катастрофически растёт на 1,7% каждый год, что в конечном счёте может привести к выводу из равновесия систему Земля. И, похоже, производители «Самоздравов» поставили задачу ускорить приближение конца света. Перефразируя классика можно закончить словами:

Уж сколько раз твердили миру,
Что ложь гнусна, вредна; но только все не впрок,
И в сердце ложь всегда отыщет уголок.

Источник http://www.lotos-blagova.com/articles/polza-i-vred-uglekislogo-gaza/

Газированная вода – это напиток, любимый всеми поколениями, от малышей до бабушек. Колючие пузырьки углекислого газа в ней еще никого не оставили равнодушными. Но так ли безвредна газированная вода или ее употребление стоит ограничить?

Из чего состоит?

Состав газированной воды очень простой. Она содержит непосредственно воду и углекислый газ. Такой состав имеет простая газированная вода. Вред или польза будет от нее организму – это предмет непрекращающихся споров сторонников и противников правильного питания. Все зависит от того, какая вода в составе. Она бывает простой, минеральной или сладкой с добавлением красителей и ароматизаторов.

В зависимости от уровня насыщения углекислым газом вода бывает трех видов. Это слабогазированная, среднегазированная и сильногазированная вода. Уровень содержания углекислого газа в ней составляет от 0,2 до 0,4 процента соответственно.

Полезные свойства

Природная газированная вода известна человеку еще с древних времен. Изначально ее использовали только в качестве лечебного средства. Все желающие могли приехать к природному источнику, набрать воды и даже искупаться в ней. В XVIII веке вода начала разливаться в промышленных масштабах. Но поскольку такое предпринимательство оказалось невыгодным, так как жидкость быстро выдыхалась и теряла большую часть своих полезных свойств, было принято решение газировать ее искусственным путем.

Положительное влияние на организм может оказать только газированная минеральная вода. Вред или польза от этого продукта будет зависеть от количества и качества употребляемого напитка. В целом природная минеральная вода назначается врачом в лечебных целях. Не рекомендуется злоупотреблять этим напитком, несмотря на то, что он способствует выработке желудочного сока при пониженной кислотности, поддерживает щелочной баланс, активизирует работу ферментов, предотвращает вымывание кальция из организма.

Помимо природной газированной воды, полезными для организма могут быть и сладкие напитки на основе лекарственных трав («Тархун», «Байкал», «Саяны»).

Негативное влияние и противопоказания

Вода, которая искусственно стала газированной благодаря добавлению в нее углекислого газа, имеет синтетическое происхождение и никакой пищевой ценности в себе не несет. Особенно это касается сладких напитков.

Вред газированной воды на организм человека заключается в том, что углекислота, которая присутствует в составе этого продукта, вызывает метеоризм, отрыжку и вздутие кишечника.

Сладкие газированные напитки особенно вредны для человека. Они способствуют нарушению работы поджелудочной железы и печени, вызывают сбои в эндокринной системе, провоцируют развитие сахарного диабета и других серьезных заболеваний.

Газированная вода, вред или польза которой заключаются в ее составе, может либо восстановить и поддержать водно-солевой баланс, либо нарушить его.

Минеральная газированная вода

Полезные микро- и макроэлементы, а также минеральные соединения делают продукт полезным для организма. Следует отметить, что, кроме уровня газирования, такая вода бывает разной минерализации. Слабая и средняя «минералка» подходит для ежедневного употребления. Она не только прекрасно утолит жажду, но и насытит организм полезными соединениями. А вот газированная вода с высокой степенью минерализации предназначена для использования в лечебных целях. Употреблять ее нужно только в ограниченном количестве, поскольку содержание полезных элементов в ней достаточно велико для повседневного использования.

Газированная минеральная вода, вред или польза которой зависит от количества важных соединений в ней, безусловно, является более качественной, чем сладкие напитки. Но в каждом правиле есть исключения.

Сладкая газированная вода

Газированные напитки могут быть полезными. Все зависит от содержимого бутылки. Сладкая газированная вода, вред или польза которой являются предметом споров врачей, диетологов и производителей, может иметь в своем составе искусственные пищевые добавки или экстракты лекарственных трав.

«Дюшес» и «Тархун» содержат эстрагон, который является эффективным сосудосуживающим средством, улучшает работу пищеварительной системы и повышает аппетит. Газированная вода «Саяны» и «Байкал» имеет в своем составе экстракт растения левзея, который способствует снятию усталости, повышению активности мышц и нормализации нервной системы.

Помимо натуральных компонентов, в составе воды могут быть и вредные пищевые добавки: красители, консерванты, усилители вкуса. Такие газированные напитки могут вызвать привыкание, появление высыпаний и аллергических реакций, поражение слизистой оболочки желудка, повреждение эмали зубов.

Вред «шипучей» воды для ребенка

В последние годы диетологи и педиатры бьют тревогу. Родители все чаще стали покупать своим маленьким детям газированные напитки. Последствия от таких неразумных поступков налицо: количество мальчиков и девочек, страдающих ожирением, с каждым годом неуклонно растет. К чему может привести злоупотребление газировкой? Повышенная нервная возбудимость, проблемы с костной и эндокринной системами, плохие зубы. Все это лишь малая часть того, какой может быть вред сладкой газированной воды для организма.

Кроме детей, сладкую газировку следует исключить беременным женщинам и кормящим мамам, а также людям, которые ведут борьбу с лишним весом, заболеваниями органов желудочно-кишечного тракта, и аллергикам.

Газированная вода: вред или польза для похудения

Всем известно, что любая диета основана на достаточном потреблении жидкости, а именно чистой воды. В противном случае вес будет стоять на месте. Никакой пищевой и энергетической ценности газированная вода не несет. В ней не содержатся белки, жиры и углеводы, ее калорийность также равна нулю.

Способствовать похудению она будет точно так же, как и простая вода. Известно, что жидкость в желудке придает чувство сытости. Поэтому ее нужно пить обязательно тем, кто ведет активную борьбу с лишним весом. При этом вред газированной воды может проявляться в том, что она вызывает вздутие и метеоризм, то есть некоторый дискомфорт в кишечнике. Но если это не доставляет неудобств, то худеть можно с любой водой, и с газированной в том числе.

Следует отметить, что речь идет только о простой газированной воде, без пищевых добавок: подсластителей, консервантов, ароматизаторов, красителей. В противном случае вместо снижения веса можно заработать несколько дополнительных килограммов.

Подведение итогов

Сложно однозначно ответить на вопрос, что принесет организму газированная вода, вред или польза будет от ее употребления. Прежде всего, при выборе этого напитка следует обратить внимание на то, какое он имеет происхождение: природное или синтетическое. Натуральная минеральная вода содержит в своем составе полезные микроэлементы, которые способствуют оздоровлению организма. Газировка, особенно сладкая, полученная искусственным путем, не может быть полезной. От употребления напитков на ее основе следует ожидать только негативных последствий, ухудшения работы организма.

Источник http://fb.ru/article/202297/gazirovannaya-voda-vred-ili-polza-dlya-organizma

Ещё в прошлом веке были проведены различные исследования по влиянию CO2 на организм человека. В 60-ых годах учёная О.В.Елисеева в своей диссертации привела детальное исследование, как влияет углекислый газ в концентрациях 0,1% (1000 ррm) до 0,5% (5000 ррm) на организм человека и пришла к выводу, что кратковременное вдыхание здоровыми людьми двуокиси углерода в этих концентрациях вызывает отчетливые сдвиги в функции внешнего дыхания, кровообращении и значительные ухудшения электрической активности головного мозга. Согласно ее рекомендациям, содержание CO2 в воздухе жилых и общественных зданий не должно превышать 0,1% (1000 ррm), а среднее содержание CO2 должно быть около 0,05% (500 ррm).

Специалисты знают, что существует прямая связь между концентрацией CO2 и ощущением духоты. Это ощущение возникает у здорового человека уже на уровне 0,08% (т. е. 800 ррm). Хотя в современных офисах очень часто бывает 2000 ррm и более. И человек может не ощущать опасного воздействия CO2. Когда речь идёт о больном человеке, то порог его чувствительности ещё увеличивается.

Зависимость физиологических проявлений от содержания CO2 в воздухе приведена в таблице:

Основные изменения при вдыхании повышенных концентраций углекислого газа (гиперкапнии) происходят в центральной нервной системе, и носят они при этом фазный характер: сначала повышение, а затем снижение возбудимости нервных образований. Ухудшение условнорефлекторной деятельности наблюдается при концентрациях, близких к 2% – понижается возбудимость дыхательного центра мозга, уменьшается вентиляторная функция лёгких, нарушается гомеостаз (равновесие внутренней среды) организма путем либо повреждения клеток, либо путем раздражения рецепторов неадекватным уровнем определенного вещества. А при содержании углекислого газа до 5% происходит значительное снижение амплитуды вызванных потенциалов головного мозга, десинхронизация ритмов спонтанной электроэнцефалограммы с дальнейшим угнетением электрической активности мозга.

Что именно происходит при повышении концентрации CO2 в воздухе, который попадает в организм? Увеличивается парциальное давление CO2 в альвеолах, его растворимость в крови повышается, и образуется слабая угольная кислота (CO2 + Н2O = Н2СО3), распадающаяся, в свою очередь, на Н+ и НССО3-. Кровь закисляется, что по-научному называется газовым ацидозом. Чем выше концентрация CO2 в воздухе, которым мы дышим, тем ниже рН крови и тем более кислую реакцию она имеет.

Когда начинается ацидоз, то сначала организм защищается, повышая концентрацию бикарбоната в плазме крови, – об этом свидетельствуют многочисленные биохимические исследования. Чтобы компенсировать ацидоз, почки усиленно выделяют Н+ и задерживают НССО3-. Потом включаются другие буферные системы, и вторичные биохимические реакции организма. Поскольку слабые кислоты, в т. ч. и угольная (Н2СО3), могут образовывать с ионами металлов слаборастворимые соединения (СаСО3), то они откладываются в виде камней, прежде всего в почках.

Сотрудник медицинской научно-исследовательской лаборатории военно-морского подводного флота США Карл Шафер исследовал, как влияют различные концентрации углекислого газа на морских свинок. Грызунов восемь недель содержали при 0,5% CO2 (кислород был в норме – 21%), после чего у них наблюдалась значительная кальцификация почек. Она отмечалась даже после длительного воздействия на морских свинок меньших концентраций – 0,3% CO2 (3000 ррm). Но это еще не все. Шафер и его коллеги нашли у свинок через восемь недель воздействия 1%-го CO2 деминерализацию костей, а также структурные изменения в легких. Исследователи расценили эти заболевания как адаптацию организма к хроническому воздействию повышенного уровня CO2.

Отличительной особенностью долгосрочной гиперкапнии (повышенное CO2) являются длительные отрицательные последствия. Несмотря на нормализацию атмосферного дыхания, в организме человека продолжительное время наблюдаются изменения биохимического состава крови, снижение иммунологического статуса, устойчивости к физическим нагрузкам и другим внешним воздействиям.

Вывод – во избежание негативных последствий, содержание углекислого газа во вдыхаемом воздухе нужно обязательно контролировать. Для этой цели отлично подходит современный и надежный прибор – Детектор углекислого газа.

Источник http://alfaeco.su/o-vrede-uglekislogo-gaza-co2/

Диоксид углерода, Е290 – что это такое?

Диоксид углерода, также называемый углекислым газом, известен применяется в производстве продуктов питания как добавка E290. Химическая формула добавки E290 – CO2. Диоксид углерода при обычных условиях – это не имеющий запаха, бесцветный газ. Углекислый газ легко растворим в воде (1 литр CO2 в одном литре воды при температуре 15 °С) и образует при этом слабую кислоту.

Углекислый газ образуется в результате горения и биологического разложения (гниения) различных органических веществ, в процессе жизнедеятельности живых организмов (при гниении и разложении гумуса почв, при лесных пожарах, в результате сжигания нефтяных продуктов, газа и угля, в процессе дыхания растений, животных и человека. Организм человека, в котором диоксид углерода играет важнейшую роль, выделяет его в количестве, примерно равном 2,3 кг в сутки.

Углекислый газ относится к веществам, которые очень распространены в природе. Углекислота в колоссальных количествах присутствует в атмосфере и в минеральных источниках, значительное ее количество растворено в воде морей и океанов. В атмосфере нашей планеты концентрация углекислого газа примерно равна 0,04 %. Плотность диоксида углерода в полтора раза превышает плотность воздуха. Данное вещество является одним из так называемых парниковых газов, и его накопление в атмосфере – одна из причин ускорения глобального потепления. Диоксид углерода также входит в состав атмосферы нескольких планет нашей Солнечной системы: например, Марса и Венеры, и составляет значительную ее часть.

В промышленных количествах углекислый газ получают из дымовых газов или в процессе разложения минеральных карбонатов (доломита и известняка), а также как побочный продукт спиртового брожения. Полученную смесь газов подвергают разделению, очистке и получают конечный продукт – чистый диоксид углерода. Также существует способ получения E290 при производстве чистого кислорода, аргона и азота на установках для разделения воздуха.

Диоксид углерода, E290 – влияние на организм, вред или польза?

Углекислый газ нетоксичен и не опасен для здоровья. Необходимо помнить, что диоксид углерода ускоряет всасывание в слизистую оболочку желудка различных веществ, и может служить причиной быстрого опьянения при употреблении алкогольных напитков, его содержащих. Газированные диоксидом углерода напитки представляют собой фактически разбавленный раствор слабой угольной кислоты, поэтому активное употребление напитков, содержащих добавку Е290, противопоказано людям, имеющим медицинские проблемы с желудком и желудочно-кишечным трактом (гастриты, язвы и т.п.).

Пищевая добавка Е290, углекислый газ – применение в продуктах питания

При производстве пищевых продуктов добавка Е290 находит применение в роли газа для насыщения напитков, консерванта, антиоксиданта, регулятора кислотности и защитного газа. Диоксид углерода повсеместно используется при производстве безалкогольных и алкогольных газированных напитков. Угольная кислота, которая образуется при растворении CO2 в воде, проявляет антимикробные и обеззараживающие свойства.

В кондитерском и хлебопекарном производстве добавка Е290 находит применение в качестве разрыхлителя, придавая объем кондитерским и хлебобулочным изделиям. Также диоксид углерода широко используется в виноделии, где он выполняет функцию регулятора брожения. Углекислый газ используется как защитный газ при хранении различных пищевых продуктов.

Источник http://is-it-good.info/additives/e290-dioksid-ugleroda

Физиология, задержка углекислого газа – StatPearls

Шивани Патель; Джулия Х. Мяо; Экрем Йетискул; Аня Анохина; Сапан Х. Маймундар.

Информация об авторе и организациях

Последнее обновление: 4 января 2022 г.

Введение

В организме человека двуокись углерода образуется внутриклеточно как побочный продукт метаболизма. СО2 транспортируется кровотоком в легкие, где он в конечном итоге удаляется из организма с выдохом. CO2 играет различные роли в организме человека, включая регуляцию pH крови, дыхательную активность и сродство гемоглобина к кислороду (O2). Колебания уровня CO2 строго регулируются и могут вызывать нарушения в организме человека, если не поддерживать нормальный уровень.

Проблемы, вызывающие озабоченность

Задержка CO2 известна как гиперкапния или гиперкарбия. Гиперкапния часто вызывается гиповентиляцией или неспособностью удалить избыток CO2 и может быть диагностирована по газам артериальной или венозной крови. Повышение уровня СО2 в кровотоке может привести к респираторному ацидозу. Нормальный дыхательный драйв и, следовательно, выдыхание СО2 в основном поддерживаются рефлексом хеморецепторов. Рефлекс хеморецепторов важен для того, чтобы организм мог реагировать на изменения рО2, рСО2 и рН. Хеморецепторы можно разделить на периферические и центральные. Периферические хеморецепторы расположены в каротидных и аортальных телах. Каротидное тело является основным датчиком повышенного рСО2, пониженного рО2 и общего пониженного рН. Гломусные клетки каротидного тела передают изменения рН периферических артерий в центральную нервную систему через языкоглоточный нерв. [1]

Центральные хеморецепторы расположены вблизи вентролатеральных поверхностей продолговатого мозга. В то время как периферические хеморецепторы в первую очередь чувствительны к изменениям O2 и CO2, центральные хеморецепторы реагируют на изменения pCO2 и pH. Центральные хеморецепторы способны быстро обнаруживать изменения PCO2. Гематоэнцефалический барьер проницаем для СО2, что позволяет химически чувствительным клеткам в мозговом веществе реагировать на повышение уровня СО2 в крови и последующее снижение рН. Снижение pH спинномозговой жидкости в конечном итоге увеличивает минутную вентиляцию, определяемую произведением частоты дыхания и дыхательного объема. Интересно, что центральные хеморецепторы больше реагируют на гиперкапнический ацидоз, чем на изокапнический ацидоз, отчасти, вероятно, из-за непроницаемости гематоэнцефалического барьера для ионов H+. [2] В результате симпатический отток в сосудистую сеть увеличивается, и предпринимаются усилия для увеличения частоты дыхания.[3][4][5]

Клеточное

Клеточное дыхание преобразует поступившие питательные вещества в виде глюкозы (C6h22O6) и кислорода в энергию в виде аденозинтрифосфата (АТФ). CO2 образуется как побочный продукт этой реакции.

О2, необходимый для клеточного дыхания, получают при вдыхании. Образовавшийся CO2 удаляется из организма с выдохом.

Вовлеченные системы органов

Вместе дыхательная и кровеносная системы играют заметную роль в регуляции CO2. В то время как дыхательная система отвечает за газообмен, система кровообращения отвечает за транспортировку крови и ее компонентов в ткани и из них. Газообмен происходит в легких и тканях. Во время вдоха воздух проходит в альвеолы, основное место газообмена в легких. На альвеолярно-капиллярной границе О2 свободно диффундирует в кровь, а СО2 диффундирует из крови в альвеолярные пространства. Напротив, газообмен в тканях приводит к диффузии СО2, образующегося при дыхании, из тканей в кровь, в то время как О2 удаляется из гемоглобина в эритроцитах для пополнения запасов кислорода в тканях. [6][7]

 В долгосрочной перспективе респираторный ацидоз компенсируется задержкой бикарбонатов в почках, что повышает рН до нормальных значений.

Функция

CO2 является регулятором рН крови. В крови СО2 переносится в нескольких различных формах. Приблизительно 80–90 % растворяется в воде, 5–10 % растворяется в плазме и 5–10 % связывается с гемоглобином.

Сопутствующее тестирование

Анализ газов артериальной крови (ABG) необходим для оценки пациентов с подозрением на гиперкапнию. Гиперкапния определяется как PaCO2 выше 42 мм рт. Если PaCO2 больше 45 мм рт. ст., а PaO2 меньше 60 мм рт. ст., говорят о гиперкапнической дыхательной недостаточности.

Патофизиология

В кровотоке растворенный CO2 нейтрализуется бикарбонатно-углекислотной буферной системой, где он образует слабую кислоту, угольную кислоту (h3CO3). h3CO3 может диссоциировать на ион водорода и ион бикарбоната. Эта буферная система позволяет организму поддерживать физиологический рН.[8][9][10][11]

Когда уровни CO2 высоки, происходит сдвиг вправо в упомянутой выше реакции. В результате повышается концентрация ионов Н+ в кровотоке, снижается рН и возникает состояние ацидоза. Напротив, при низком уровне СО2 в реакции происходит сдвиг влево, что приводит к алкалотическому состоянию.

Карбоангидраза катализирует превращение CO2 и воды в H+ и бикарбонат.

Карбоангидраза помогает поддерживать кислотно-щелочной баланс в кровотоке и присутствует в высоких концентрациях в эритроцитах. Когда уровень CO2 в крови начинает расти, организм может реагировать гипервентиляцией или гиповентиляцией соответственно.

CO2, связанный с гемоглобином, образует карбаминосоединение. В условиях, когда концентрации CO2 и H+ высоки, сродство гемоглобина к O2 снижается. Когда концентрация СО2 низкая, сродство гемоглобина к О2 увеличивается. Это известно как эффект Бора. Наоборот, если концентрация О2 высока, увеличивается выброс СО2 из тканей. Это известно как эффект Холдейна.

Клиническое значение

Необходимо тщательно собрать анамнез, чтобы понять любые факторы, которые могут ускорить появление признаков и симптомов гиперкапнии. У пациентов с гиперкапнией могут наблюдаться тахикардия, одышка, гиперемия кожи, спутанность сознания, головные боли и головокружение. Если гиперкапния развивается постепенно с течением времени, симптомы могут быть слабыми или могут отсутствовать совсем. Другие случаи гиперкапнии могут быть более тяжелыми и приводить к дыхательной недостаточности. В этих случаях могут наблюдаться такие симптомы, как судороги, отек диска зрительного нерва, депрессия и мышечные подергивания. Если у пациента с ХОБЛ проявляются признаки и симптомы гиперкапнии, следует немедленно обратиться за медицинской помощью до того, как уровень CO2 достигнет опасного для жизни уровня.[12][13]

Гиперкапнию следует лечить путем устранения ее основной причины. Неинвазивный аппарат ИВЛ с положительным давлением может оказать поддержку пациентам с неадекватным дыхательным приводом. Если неинвазивная вентиляция неэффективна, может быть показана интубация. Бронхолитики также могут быть использованы у пациентов, страдающих обструктивным заболеванием дыхательных путей.

В недавних исследованиях также была показана эффективность использования пищеводного баллона для лечения гиперкапнии у пациентов с острым респираторным дистресс-синдромом.

Контрольные вопросы

• Доступ к бесплатным вопросам с несколькими вариантами ответов по этой теме.

• Комментарий к этой статье.

Ссылки

1.

Wong-Riley MT, Liu Q, Gao XP. Взаимодействие периферических и центральных хеморецепторов и значение критического периода в развитии контроля дыхания. Респир Физиол Нейробиол. 2013 01 января; 185 (1): 156-69. [Бесплатная статья PMC: PMC3467325] [PubMed: 22684042]

2.

Патнэм Р.В., Филоса Дж.А., Ритуччи Н.А. Клеточные механизмы, участвующие в передаче сигналов CO (2) и кислоты в химиочувствительных нейронах. Am J Physiol Cell Physiol. 2004 г., декабрь; 287 (6): C1493-526. [PubMed: 15525685]

3.

Василеядис И., Алевракис Э., Ампелиоти С., Вагионас Д., Ровина Н., Куцуку А. Кислотно-щелочные нарушения у пациентов с астмой: обзор литературы и комментарии к их патофизиологии. Дж. Клин Мед. 25 апреля 2019 г.; 8(4) [бесплатная статья PMC: PMC6518237] [PubMed: 31027265]

4.

Baillieul S, Revol B, Jullian-Desayes I, Joyeux-Faure M, Tamisier R, Pépin JL. Диагностика и лечение синдрома центрального апноэ сна. Эксперт Respir Med. 2019 июнь; 13 (6): 545-557. [PubMed: 31014146]

5.

Bigatello L, Pesenti A. Физиология дыхания для анестезиолога. Анестезиология. 2019 июнь; 130 (6): 1064-1077. [PubMed: 30998510]

6.

де Карвалью М., Свош М. , Пинто С. Диафрагмальная нейрофизиология и респираторные маркеры при БАС. Фронт Нейрол. 2019;10:143. [Бесплатная статья PMC: PMC6393326] [PubMed: 30846968]

7.

Eikermann M, Santer P, Ramachandran SK, Pandit J. Последние достижения в понимании и лечении послеоперационных респираторных заболеваний. F1000рез. 2019;8 [Бесплатная статья PMC: PMC6381803] [PubMed: 30828433]

8.

Атайде Р.А.Б., Оливейра Филью JRB, Лоренци Филью Г., Гента PR. Синдром гиповентиляции ожирения: текущий обзор. J Брас Пневмол. 2018 ноябрь-декабрь;44(6):510-518. [Бесплатная статья PMC: PMC6459748] [PubMed: 30726328]

9.

Comellini V, Pacilli AMG, Nava S. Преимущества неинвазивной вентиляции при острой гиперкапнической дыхательной недостаточности. Респирология. 2019 апр; 24(4):308-317. [PubMed: 30636373]

10.

Frat JP, Coudroy R, Thille AW. Неинвазивная вентиляция легких или высокопоточная оксигенотерапия: когда лучше выбрать одно, а какое другое? Респирология. 2019 августа; 24 (8): 724-731. [PubMed: 30406954]

11.

Thille AW, Frat JP. Неинвазивная вентиляция как неотложная терапия. Curr Opin Crit Care. 2018 дек;24(6):519-524. [PubMed: 30299309]

12.

Berbenetz N, Wang Y, Brown J, Godfrey C, Ahmad M, Vital FM, Lambiase P, Banerjee A, Bahhai A, Chong M. Неинвазивная вентиляция с положительным давлением ( CPAP или bilevel NPPV) при кардиогенном отеке легких. Cochrane Database Syst Rev. 2019 Apr 05;4(4):CD005351. [Бесплатная статья PMC: PMC6449889] [PubMed: 30950507]

13.

Диас Милиан Р., Фоли Э., Бауэр М., Мартинес-Велес А., Кастресана М.Р. Экспираторный коллапс центральных дыхательных путей у взрослых: последствия анестезии (часть 1). J Cardiothorac Vasc Anesth. 201933 сентября (9): 2546-2554. [PubMed: 30279064]

CO2 влияет на здоровье человека на более низких уровнях, чем считалось ранее

Поделиться этой страницей нашел.

Проанализировав текущие исследования по этому вопросу, американские ученые пришли к выводу, что воздействие атмосферного CO2 в помещении может оказывать вредное воздействие на организм человека на гораздо более низких уровнях, вызывая проблемы со здоровьем, такие как воспаление, снижение когнитивных способностей и проблемы с почками и костями.

Они обнаружили, что эти проблемы со здоровьем могут быть вызваны воздействием CO2 на таком низком уровне, как 1000 частей на миллион (частей на миллион) — гораздо более низкий предел, чем общепринятый уровень 5000 частей на миллион, говорят исследователи.

Выводы, опубликованные в журнале Nature Sustainability , подводят итог растущему объему исследований воздействия CO2 на здоровье, которые на сегодняшний день менее изучены, чем воздействие твердых частиц (PM2,5) или оксида азота (NOx).

«Эти ранние данные указывают на потенциальные риски для здоровья при воздействии CO2 на уровне 1000 частей на миллион — порог, который уже превышен во многих помещениях с повышенной наполняемостью помещений и сниженной скоростью вентиляции здания», — резюмируется исследование.

Исследователи наблюдали уровни CO2 выше 1000 частей на миллион в плохо проветриваемых спальнях и теперь говорят, что кратковременное воздействие этого может негативно сказаться на здоровье человека.

Авторы исследования изучили в общей сложности 18 исследований воздействия CO2 на человека, а также воздействия CO2 на здоровье людей и животных.

Исследователи привели все больше доказательств того, что уровни CO2 всего 1000 частей на миллион могут вызвать проблемы со здоровьем, даже если люди подвергаются их воздействию только в течение часа или двух.

Они обнаружили, что уровни CO2, превышающие 1000 частей на миллион, уже наблюдались в переполненных и плохо проветриваемых помещениях, таких как классы, офисы и спальни, а также в общественном транспорте с кондиционерами и самолетах — во всех местах, где люди могут проводить несколько часов за раз.

Сопоставив результаты многочисленных исследований, ученые резюмировали, что острое воздействие высоких уровней CO2 может иметь «неблагоприятные последствия для здоровья», сославшись на исследования, в которых наблюдалось воспаление и снижение когнитивных функций при концентрации выше 1000 частей на миллион.