Влияние углекислого газа на организм человека: Влияние углекислого газа в воздухе на самочувствие человека

alexxlab
02.10.1974
Комментарии: 0

Углекислый газ и его воздействие на организм человека

13/07/2020

Время прочтения ≈ 10 минут

Углекислый газ выполняет важную функцию в организме человека и поэтому оказывает на него непосредственное воздействие. Рассмотрим, что такое углекислый газ, какова его роль в метаболизме человека и почему он не менее важен, чем кислород. Расскажем, как СО2 влияет на организм, почему и чем опасна его высокая концентрация в помещении.

Содержание

Что такое углекислый газ
    Углекислый газ и метаболизм
    Углекислый газ в атмосфере
    Углекислый газ в помещении
Влияние CO2 на организм
    Синдром больного здания
    Респираторный ацидоз
    Состояние организма в зависимости от уровня CO2
Выводы

Что такое углекислый газ

Углекислый газ или диоксид углерода — малотоксичный газ, в нормальных условиях без запаха и цвета. CO2 — небольшая, но важная составляющая воздуха, он является одним из элементов окружающей среды, участвует в процессе фотосинтеза, метаболизма, выделяется людьми и животными, а также в ходе брожения и гниения.

Для организма человека углекислый газ не менее важен, чем кислород, а их баланс поддерживают естественные процессы — фотосинтез и дыхание.

Углекислый газ и метаболизм человека

Углекислый газ участвует во многих метаболических процессах. Он регулирует работу дыхательного и сосудисто-двигательного центра, возбудимость нервной системы, активность многих ферментов и гормонов, отвечает за электролитный состав крови, тонус центральной нервной системы, сосудов и бронхов, поддерживает обмен веществ. Следовательно СО2 непосредственно влияет на все биохимические реакции организма.

Углекислый газ — возбудитель дыхательной системы. Вопреки распространённому мнению, человек совершает очередной вдох при избытке углекислого газа, а не дефиците кислорода.

СО2 — продукт метаболизма, он переносится кровью от клеток тканей к лёгким. При вдохе лёгкие человека наполняются кислородом и в них происходит двусторонний обмен: кислород переходит в кровь, а углекислый газ выделяется из неё.

В обмене участвует гемоглобин, так как он основной переносчик кислорода к клеткам. В нём возникает процесс замены кислорода углекислым газом: гемоглобин доставляет кислород из лёгких к клеткам, а после — углекислый газ к лёгким. И этот обмен должен быть сбалансированным.

Дисбаланс вызывает эффект «Вериго-Бора», согласно которому переизбыток кислорода и недостаток углекислого газа приводят к кислородному голоданию. Такой парадокс вызван тем, что без присутствия CO2 кислород не может высвободиться из связанного состояния с гемоглобином и переходить в ткани и органы.

Таким образом, углекислый газ необходим для отрыва кислорода от гемоглобина, иначе кровь будет циркулировать по организму, но не отдавать кислород, что приведёт к кислородному голоданию.

СО2 помогает кислороду переходить в ткани и органы.

Для нормального функционирования организма важен баланс углекислого газа и кислорода. Недостаток и избыток углекислого газа в организме приводит к гипокапнии и гиперкапнии.

Подписаться в Telegram

Подписаться по email

Хотите узнавать о новых статьях, акциях и закрытых распродажах первыми? Подписывайтесь на нашу рассылку или канал в Telegram⚡

Гипокапния — недостаток углекислого газа в крови. Чаще всего проявляется в виде головокружения, в худшем случае приводит к потере сознания. Возникает в состоянии паники или стресса при частом и глубоком дыхании. Гипокапния также развивается с возрастом, когда содержание СО2 в крови падает ниже 3,5 % от нормальных 6—6,5 %.

Норма содержания углекислого газа в крови — 6—6,5%.

Гиперкапния — избыток углекислого газа в крови. Интоксикация углекислым газом проявляется в виде головной боли, тошноты, повышенного потоотделения, в крайних случаях — потери сознания. Возникает при длительном нахождении в замкнутом помещении с высоким содержанием CO2, но чаще всего в экстренных ситуациях, например, задержка дыхания под водой.

Углекислый газ в атмосфере

Углекислый газ выполняет важную функцию в атмосфере земли, он участвует в процессе фотосинтеза, воздействует на теплообмен. А также формирует «парниковый эффект» и влияет на климат.

Основные источники углекислого газа — природного происхождения. Он вырабатывается людьми, растениями и животными, содержится в вулканических газах, выделяется при разложении органики.

К техногенным источникам относятся выбросы промышленных предприятий, транспорт, производство электроэнергии, сжигание ископаемого топлива.

Концентрация углекислого газа в воздухе незначительна и составляет 0,02—0,045 % или 250—450 ppm, но с каждым годом уровень CO2 растёт и в крупных городах может достигать 0,06% или 600 ppm.

PPM — величина, означающая одну миллионную долю. В случае измерения CO2, количество PPM показывает количество кубических сантиметров CO2 на 1 кубометр воздуха.

Первым доказательством постоянного роста концентрации углекислого газа в атмосфере стала работа Чарльза Дэвида Килинга — американского учёного климатолога. С 1958 года он проводил регулярные частые измерения концентрации CO2 в атмосфере на Южном полюсе и на Гавайях.

График Килинга: концентрации атмосферного CO2, на основе наблюдений в обсерватории Мауна-Лоа (Mauna Loa Observatory), Гавайи

Содержание углекислого газа в атмосфере сохраняет устойчивые тенденции роста. Так, в 2009 г. средняя концентрация CO2 составляла 387 ppm., а в 2016 г. превысила отметку в 400 ppm. В 2017 г. был зафиксирован уровень CO2 в 403,3 ppm, в 2018 г. — 410,26 ppm., в 2019 г. — уже 415,28. А в мае 2020 г. концентрация углекислого газа в атмосфере установила новый рекорд — 417,1 ppm.

Углекислый газ в помещении

Из внешней среды углекислый газ поступает в помещение вместе с воздухом, где его уровень начинает повышаться. Внутри помещений CO2 вырабатывается находящимися в нём людьми, животными и растениями и чем больше людей в помещении и активнее их деятельность, тем быстрее будет расти уровень CO2.

Основные нормативы по содержанию углекислого газа в помещении установлены в ГОСТ 30494-2011, согласно которому, оптимальным содержанием CO2 в помещении является 800 ppm. Это считается высоким качеством воздуха. Допустимая концентрация углекислого газа находится в пределах 1000-1400 ppm. Концентрация свыше этих показателей означает, что воздух в помещении низкого качества и может негативно влиять на организм человека.

Оптимальный уровень CO2 в помещении — до 800 ppm

Подробнее о нормативах содержания CO2 в помещениях мы рассказываем в статье «Содержание углекислого газа в помещении: основные нормативы».

При закрытых окнах и отсутствии системы принудительной вентиляции, содержание CO2 будет постоянно расти. В помещениях люди находятся более 80% своего времени и в процессе пребывания многие начинают чувствовать духоту — это самый первый индикатор того, что уровень CO2 повышен.

В таких ситуациях ошибочно говорят о нехватке кислорода, но на самом деле уровень кислорода не меняется, а растёт уровень CO2. Помимо ощущения духоты, люди отмечают и другие симптомы: головная боль, ухудшение концентрации внимания, сонливость, вялость и т.д.

Единственный способ понижения уровня CO2 — это интенсивный приток свежего воздуха с улицы, который вытеснит переработанный и насыщенный углекислым газом воздух в систему вентиляции. Для этого необходимо регулярно проветривать помещение или установить систему приточной вентиляции.

Влияние углекислого газа на организм человека

Как мы уже говорили выше, углекислый газ влияет на состояние организма человека, так как играет важную роль в процессе метаболизма, помогая кислороду высвобождаться от гемоглобина и поступать в ткани и органы. Но необходимо поддерживать баланс кислорода и углекислого газа, так как избыток СО2 может привести к негативным последствиям.

Синдром больного здания

Если человек проводит много времени в определённом помещении и начинает испытывать неприятные ощущения и жаловаться на плохое самочувствие без видимых причин — это означает, что у него синдром «больного здания». Человек чувствует вялость, испытывает головную боль, у него заложен нос, но при этом он не болен. Симптомы могут пропадать, как только человек покидает помещение.

Синдром «больного здания» возникает при повышении уровня СО2 газа в помещении, чем он выше, тем активнее проявляются симптомы.

Повышенный уровень CO2 — это следствие и основной индикатор, который указывает на наличие проблемы. Помимо углекислого газа в воздухе содержатся другие соединения и загрязняющие вещества и по росту СО2 можно понять, что и их количество также увеличивается.

Воздействовать на организм могут и такие факторы, как тонкодисперсные частицы РМ2,5. Но они не способны оказывать такого быстрого влияния на человека, поэтому основная причина симптомов — это углекислый газ.

Подробнее про тонкодисперсные частицы мы рассказываем в статье «Что такое PM10 и PM2.5?Чем могут быть опасны тонкодисперсные частицы?».

Наиболее распространённая причина «больного» здания — это плохо работающая вентиляция или её отсутствие. Свежий воздух не поступает в помещение и растёт уровень углекислого газа, при достижении показателей CO2 свыше 1000 ppm., углекислый газ начинает оказывать на организм человека негативное воздействие. Подробнее про синдром «больного» здания мы рассказываем в статье «Синдром больного здания: почему в помещении становится плохо?».

Основная причина появления «Синдрома больного здания» — это повышенный уровень СО2 и других загрязняющих веществ. Основная причина того, что здание «болеет» — наличие проблем с системой вентиляции или её отсутствие.

Респираторный ацидоз

Если на протяжении длительного времени находиться в помещении с повышенным уровнем CO2, то в крови появляется избыток углекислого газа, нарушается кислотность крови (pH), что приводит к респираторному ацидозу или первичной гиперкапнии.

Респираторный или дыхательный ацидоз развивается в связи со снижением рН крови.

Среди симптомов респираторного ацидоза выделяют: снижение концентрации внимания, учащённое сердцебиение, перевозбуждение, общую вялость, сонливость, беспокойство, повышенное давление, головную боль, спутанность сознания. Симптомы развиваются постепенно по мере нахождения в помещении с высоким уровнем CO2, в критической ситуации могут привести к потере сознания.

Степень негативного влияния углекислого газа на организм увеличивается соразмерно периодичности и длительности пребывания в помещении с повышенной концентрацией CO2. При кратковременном воздействии в несколько часов симптомы постепенно пройдут, когда человек покинет помещение или проветрит его.

Но если воздействие высокого содержания углекислого газа носит регулярный характер, то может развиться хронический респираторный ацидоз, последствиями которого может стать снижение иммунитета, болезни дыхательных путей, заболевания сердечно-сосудистой системы, снижение метаболизма, нарушение сна, возникновение головных и суставных болей, общая слабость.

Состояние организма человека в зависимости от уровня CO2

Вопросом влияния углекислого газа на организм человека занималась компания KPMG совместно с Университетом Мидлсекс, изучив воздействие повышенного уровня CO2 на 300 человек. Их исследования показали, что при уровне CO2 выше 1000 ppm, концентрация внимания снижалась на 30%. При уровне 1500 ppm — 79% респондентов чувствовали усталость, при 2000 ppm — 67% опрошенных отметили, что не могут сосредоточиться. Среди опрошенных, кто периодически страдает мигренью, 97% сказали, что головная боль у них появилась ещё на отметке в 1000 ppm.

В зависимости от уровня углекислого газа в помещении и длительности его воздействия на человека, развиваются разные симптомы.

Воздух считается качественным, если содержание углекислого газа в нём не превышает 600—800 ppm.

Несмотря на исследования, которые показывают, что повышение концентрации углекислого газа выше 1000 ppm вызывает дискомфорт, снижение концентрации внимания, сонливость, общую слабость, по ГОСТу допускается концентрация СО2 в пределах 1000–1400 ppm.

Выводы

CO2 — природный газ, который необходим организму для поддержания всех физиологических процессов. Именно благодаря углекислому газу кислород поступает в клетки тканей и органов.

Необходимо, чтобы в крови соблюдался баланс содержания кислорода и углекислого газа, так как избыток или недостаток CO2 может вызвать гипокапнию или гиперкапнию.

Существует понятие «Синдром больного здания», которое указывает на повышенное содержание СО2 и других загрязняющих вещества в помещении и свидетельствует о нарушениях в работе системы вентиляции.

Воздействие углекислого газа в высоких концентрациях может вызвать респираторный ацидоз. Поэтому в помещении необходимо поддерживать содержание СО2 в значениях не выше 800 ppm.

Оптимальные и допустимые значения содержания СО2 в помещении прописаны в ГОСТ 30494-2011 — об этих нормативах и о том, как поддерживать оптимальный уровень СО2, мы рассказываем в статье «Содержание углекислого газа в помещении: основные нормативы».

Александра Конова

Павел Гончаров

Авторы статьи:

Понравилась статья? Напишите комментарий
или поделитесь в социальных сетях:

Ознакомьтесь с характеристиками популярных моделей и подберите бризер под свои задачи!

Углекислый газ и его воздействие на организм человека

13/07/2020

Время прочтения ≈ 10 минут

Углекислый газ выполняет важную функцию в организме человека и поэтому оказывает на него непосредственное воздействие. Рассмотрим, что такое углекислый газ, какова его роль в метаболизме человека и почему он не менее важен, чем кислород. Расскажем, как СО2 влияет на организм, почему и чем опасна его высокая концентрация в помещении.

Содержание

Что такое углекислый газ
    Углекислый газ и метаболизм
    Углекислый газ в атмосфере
    Углекислый газ в помещении
Влияние CO2 на организм
    Синдром больного здания
    Респираторный ацидоз
    Состояние организма в зависимости от уровня CO2
Выводы

Что такое углекислый газ

Углекислый газ или диоксид углерода — малотоксичный газ, в нормальных условиях без запаха и цвета. CO2 — небольшая, но важная составляющая воздуха, он является одним из элементов окружающей среды, участвует в процессе фотосинтеза, метаболизма, выделяется людьми и животными, а также в ходе брожения и гниения.

Для организма человека углекислый газ не менее важен, чем кислород, а их баланс поддерживают естественные процессы — фотосинтез и дыхание.

Углекислый газ и метаболизм человека

Углекислый газ участвует во многих метаболических процессах. Он регулирует работу дыхательного и сосудисто-двигательного центра, возбудимость нервной системы, активность многих ферментов и гормонов, отвечает за электролитный состав крови, тонус центральной нервной системы, сосудов и бронхов, поддерживает обмен веществ. Следовательно СО2 непосредственно влияет на все биохимические реакции организма.

Углекислый газ — возбудитель дыхательной системы. Вопреки распространённому мнению, человек совершает очередной вдох при избытке углекислого газа, а не дефиците кислорода.

СО2 — продукт метаболизма, он переносится кровью от клеток тканей к лёгким. При вдохе лёгкие человека наполняются кислородом и в них происходит двусторонний обмен: кислород переходит в кровь, а углекислый газ выделяется из неё.

В обмене участвует гемоглобин, так как он основной переносчик кислорода к клеткам. В нём возникает процесс замены кислорода углекислым газом: гемоглобин доставляет кислород из лёгких к клеткам, а после — углекислый газ к лёгким. И этот обмен должен быть сбалансированным.

Дисбаланс вызывает эффект «Вериго-Бора», согласно которому переизбыток кислорода и недостаток углекислого газа приводят к кислородному голоданию. Такой парадокс вызван тем, что без присутствия CO2 кислород не может высвободиться из связанного состояния с гемоглобином и переходить в ткани и органы.

Таким образом, углекислый газ необходим для отрыва кислорода от гемоглобина, иначе кровь будет циркулировать по организму, но не отдавать кислород, что приведёт к кислородному голоданию.

СО2 помогает кислороду переходить в ткани и органы.

Для нормального функционирования организма важен баланс углекислого газа и кислорода. Недостаток и избыток углекислого газа в организме приводит к гипокапнии и гиперкапнии.

Подписаться в Telegram

Подписаться по email

Хотите узнавать о новых статьях, акциях и закрытых распродажах первыми? Подписывайтесь на нашу рассылку или канал в Telegram⚡

Гипокапния — недостаток углекислого газа в крови. Чаще всего проявляется в виде головокружения, в худшем случае приводит к потере сознания. Возникает в состоянии паники или стресса при частом и глубоком дыхании. Гипокапния также развивается с возрастом, когда содержание СО2 в крови падает ниже 3,5 % от нормальных 6—6,5 %.

Норма содержания углекислого газа в крови — 6—6,5%.

Гиперкапния — избыток углекислого газа в крови. Интоксикация углекислым газом проявляется в виде головной боли, тошноты, повышенного потоотделения, в крайних случаях — потери сознания. Возникает при длительном нахождении в замкнутом помещении с высоким содержанием CO2, но чаще всего в экстренных ситуациях, например, задержка дыхания под водой.

Углекислый газ в атмосфере

Углекислый газ выполняет важную функцию в атмосфере земли, он участвует в процессе фотосинтеза, воздействует на теплообмен. А также формирует «парниковый эффект» и влияет на климат.

Основные источники углекислого газа — природного происхождения. Он вырабатывается людьми, растениями и животными, содержится в вулканических газах, выделяется при разложении органики.

К техногенным источникам относятся выбросы промышленных предприятий, транспорт, производство электроэнергии, сжигание ископаемого топлива.

Концентрация углекислого газа в воздухе незначительна и составляет 0,02—0,045 % или 250—450 ppm, но с каждым годом уровень CO2 растёт и в крупных городах может достигать 0,06% или 600 ppm.

PPM — величина, означающая одну миллионную долю. В случае измерения CO2, количество PPM показывает количество кубических сантиметров CO2 на 1 кубометр воздуха.

Первым доказательством постоянного роста концентрации углекислого газа в атмосфере стала работа Чарльза Дэвида Килинга — американского учёного климатолога. С 1958 года он проводил регулярные частые измерения концентрации CO2 в атмосфере на Южном полюсе и на Гавайях.

График Килинга: концентрации атмосферного CO2, на основе наблюдений в обсерватории Мауна-Лоа (Mauna Loa Observatory), Гавайи

Содержание углекислого газа в атмосфере сохраняет устойчивые тенденции роста. Так, в 2009 г. средняя концентрация CO2 составляла 387 ppm., а в 2016 г. превысила отметку в 400 ppm. В 2017 г. был зафиксирован уровень CO2 в 403,3 ppm, в 2018 г. — 410,26 ppm., в 2019 г. — уже 415,28. А в мае 2020 г. концентрация углекислого газа в атмосфере установила новый рекорд — 417,1 ppm.

Углекислый газ в помещении

Из внешней среды углекислый газ поступает в помещение вместе с воздухом, где его уровень начинает повышаться. Внутри помещений CO2 вырабатывается находящимися в нём людьми, животными и растениями и чем больше людей в помещении и активнее их деятельность, тем быстрее будет расти уровень CO2.

Основные нормативы по содержанию углекислого газа в помещении установлены в ГОСТ 30494-2011, согласно которому, оптимальным содержанием CO2 в помещении является 800 ppm. Это считается высоким качеством воздуха. Допустимая концентрация углекислого газа находится в пределах 1000-1400 ppm. Концентрация свыше этих показателей означает, что воздух в помещении низкого качества и может негативно влиять на организм человека.

Оптимальный уровень CO2 в помещении — до 800 ppm

Подробнее о нормативах содержания CO2 в помещениях мы рассказываем в статье «Содержание углекислого газа в помещении: основные нормативы».

При закрытых окнах и отсутствии системы принудительной вентиляции, содержание CO2 будет постоянно расти. В помещениях люди находятся более 80% своего времени и в процессе пребывания многие начинают чувствовать духоту — это самый первый индикатор того, что уровень CO2 повышен.

В таких ситуациях ошибочно говорят о нехватке кислорода, но на самом деле уровень кислорода не меняется, а растёт уровень CO2. Помимо ощущения духоты, люди отмечают и другие симптомы: головная боль, ухудшение концентрации внимания, сонливость, вялость и т.д.

Единственный способ понижения уровня CO2 — это интенсивный приток свежего воздуха с улицы, который вытеснит переработанный и насыщенный углекислым газом воздух в систему вентиляции. Для этого необходимо регулярно проветривать помещение или установить систему приточной вентиляции.

Влияние углекислого газа на организм человека

Как мы уже говорили выше, углекислый газ влияет на состояние организма человека, так как играет важную роль в процессе метаболизма, помогая кислороду высвобождаться от гемоглобина и поступать в ткани и органы. Но необходимо поддерживать баланс кислорода и углекислого газа, так как избыток СО2 может привести к негативным последствиям.

Синдром больного здания

Если человек проводит много времени в определённом помещении и начинает испытывать неприятные ощущения и жаловаться на плохое самочувствие без видимых причин — это означает, что у него синдром «больного здания». Человек чувствует вялость, испытывает головную боль, у него заложен нос, но при этом он не болен. Симптомы могут пропадать, как только человек покидает помещение.

Синдром «больного здания» возникает при повышении уровня СО2 газа в помещении, чем он выше, тем активнее проявляются симптомы.

Повышенный уровень CO2 — это следствие и основной индикатор, который указывает на наличие проблемы. Помимо углекислого газа в воздухе содержатся другие соединения и загрязняющие вещества и по росту СО2 можно понять, что и их количество также увеличивается.

Воздействовать на организм могут и такие факторы, как тонкодисперсные частицы РМ2,5. Но они не способны оказывать такого быстрого влияния на человека, поэтому основная причина симптомов — это углекислый газ.

Подробнее про тонкодисперсные частицы мы рассказываем в статье «Что такое PM10 и PM2.5?Чем могут быть опасны тонкодисперсные частицы?».

Наиболее распространённая причина «больного» здания — это плохо работающая вентиляция или её отсутствие. Свежий воздух не поступает в помещение и растёт уровень углекислого газа, при достижении показателей CO2 свыше 1000 ppm., углекислый газ начинает оказывать на организм человека негативное воздействие. Подробнее про синдром «больного» здания мы рассказываем в статье «Синдром больного здания: почему в помещении становится плохо?».

Основная причина появления «Синдрома больного здания» — это повышенный уровень СО2 и других загрязняющих веществ. Основная причина того, что здание «болеет» — наличие проблем с системой вентиляции или её отсутствие.

Респираторный ацидоз

Если на протяжении длительного времени находиться в помещении с повышенным уровнем CO2, то в крови появляется избыток углекислого газа, нарушается кислотность крови (pH), что приводит к респираторному ацидозу или первичной гиперкапнии.

Респираторный или дыхательный ацидоз развивается в связи со снижением рН крови.

Среди симптомов респираторного ацидоза выделяют: снижение концентрации внимания, учащённое сердцебиение, перевозбуждение, общую вялость, сонливость, беспокойство, повышенное давление, головную боль, спутанность сознания. Симптомы развиваются постепенно по мере нахождения в помещении с высоким уровнем CO2, в критической ситуации могут привести к потере сознания.

Степень негативного влияния углекислого газа на организм увеличивается соразмерно периодичности и длительности пребывания в помещении с повышенной концентрацией CO2. При кратковременном воздействии в несколько часов симптомы постепенно пройдут, когда человек покинет помещение или проветрит его.

Но если воздействие высокого содержания углекислого газа носит регулярный характер, то может развиться хронический респираторный ацидоз, последствиями которого может стать снижение иммунитета, болезни дыхательных путей, заболевания сердечно-сосудистой системы, снижение метаболизма, нарушение сна, возникновение головных и суставных болей, общая слабость.

Состояние организма человека в зависимости от уровня CO2

Вопросом влияния углекислого газа на организм человека занималась компания KPMG совместно с Университетом Мидлсекс, изучив воздействие повышенного уровня CO2 на 300 человек. Их исследования показали, что при уровне CO2 выше 1000 ppm, концентрация внимания снижалась на 30%. При уровне 1500 ppm — 79% респондентов чувствовали усталость, при 2000 ppm — 67% опрошенных отметили, что не могут сосредоточиться. Среди опрошенных, кто периодически страдает мигренью, 97% сказали, что головная боль у них появилась ещё на отметке в 1000 ppm.

В зависимости от уровня углекислого газа в помещении и длительности его воздействия на человека, развиваются разные симптомы.

Воздух считается качественным, если содержание углекислого газа в нём не превышает 600—800 ppm.

Несмотря на исследования, которые показывают, что повышение концентрации углекислого газа выше 1000 ppm вызывает дискомфорт, снижение концентрации внимания, сонливость, общую слабость, по ГОСТу допускается концентрация СО2 в пределах 1000–1400 ppm.

Выводы

CO2 — природный газ, который необходим организму для поддержания всех физиологических процессов. Именно благодаря углекислому газу кислород поступает в клетки тканей и органов.

Необходимо, чтобы в крови соблюдался баланс содержания кислорода и углекислого газа, так как избыток или недостаток CO2 может вызвать гипокапнию или гиперкапнию.

Существует понятие «Синдром больного здания», которое указывает на повышенное содержание СО2 и других загрязняющих вещества в помещении и свидетельствует о нарушениях в работе системы вентиляции.

Воздействие углекислого газа в высоких концентрациях может вызвать респираторный ацидоз. Поэтому в помещении необходимо поддерживать содержание СО2 в значениях не выше 800 ppm.

Оптимальные и допустимые значения содержания СО2 в помещении прописаны в ГОСТ 30494-2011 — об этих нормативах и о том, как поддерживать оптимальный уровень СО2, мы рассказываем в статье «Содержание углекислого газа в помещении: основные нормативы».

Александра Конова

Павел Гончаров

Авторы статьи:

Понравилась статья? Напишите комментарий
или поделитесь в социальных сетях:

Ознакомьтесь с характеристиками популярных моделей и подберите бризер под свои задачи!

Углекислый газ и его воздействие на организм человека

13/07/2020

Время прочтения ≈ 10 минут

Углекислый газ выполняет важную функцию в организме человека и поэтому оказывает на него непосредственное воздействие. Рассмотрим, что такое углекислый газ, какова его роль в метаболизме человека и почему он не менее важен, чем кислород. Расскажем, как СО2 влияет на организм, почему и чем опасна его высокая концентрация в помещении.

Содержание

Что такое углекислый газ
    Углекислый газ и метаболизм
    Углекислый газ в атмосфере
    Углекислый газ в помещении
Влияние CO2 на организм
    Синдром больного здания
    Респираторный ацидоз
    Состояние организма в зависимости от уровня CO2
Выводы

Что такое углекислый газ

Углекислый газ или диоксид углерода — малотоксичный газ, в нормальных условиях без запаха и цвета. CO2 — небольшая, но важная составляющая воздуха, он является одним из элементов окружающей среды, участвует в процессе фотосинтеза, метаболизма, выделяется людьми и животными, а также в ходе брожения и гниения.

Для организма человека углекислый газ не менее важен, чем кислород, а их баланс поддерживают естественные процессы — фотосинтез и дыхание.

Углекислый газ и метаболизм человека

Углекислый газ участвует во многих метаболических процессах. Он регулирует работу дыхательного и сосудисто-двигательного центра, возбудимость нервной системы, активность многих ферментов и гормонов, отвечает за электролитный состав крови, тонус центральной нервной системы, сосудов и бронхов, поддерживает обмен веществ. Следовательно СО2 непосредственно влияет на все биохимические реакции организма.

Углекислый газ — возбудитель дыхательной системы. Вопреки распространённому мнению, человек совершает очередной вдох при избытке углекислого газа, а не дефиците кислорода.

СО2 — продукт метаболизма, он переносится кровью от клеток тканей к лёгким. При вдохе лёгкие человека наполняются кислородом и в них происходит двусторонний обмен: кислород переходит в кровь, а углекислый газ выделяется из неё.

В обмене участвует гемоглобин, так как он основной переносчик кислорода к клеткам. В нём возникает процесс замены кислорода углекислым газом: гемоглобин доставляет кислород из лёгких к клеткам, а после — углекислый газ к лёгким. И этот обмен должен быть сбалансированным.

Дисбаланс вызывает эффект «Вериго-Бора», согласно которому переизбыток кислорода и недостаток углекислого газа приводят к кислородному голоданию. Такой парадокс вызван тем, что без присутствия CO2 кислород не может высвободиться из связанного состояния с гемоглобином и переходить в ткани и органы.

Таким образом, углекислый газ необходим для отрыва кислорода от гемоглобина, иначе кровь будет циркулировать по организму, но не отдавать кислород, что приведёт к кислородному голоданию.

СО2 помогает кислороду переходить в ткани и органы.

Для нормального функционирования организма важен баланс углекислого газа и кислорода. Недостаток и избыток углекислого газа в организме приводит к гипокапнии и гиперкапнии.

Подписаться в Telegram

Подписаться по email

Хотите узнавать о новых статьях, акциях и закрытых распродажах первыми? Подписывайтесь на нашу рассылку или канал в Telegram⚡

Гипокапния — недостаток углекислого газа в крови. Чаще всего проявляется в виде головокружения, в худшем случае приводит к потере сознания. Возникает в состоянии паники или стресса при частом и глубоком дыхании. Гипокапния также развивается с возрастом, когда содержание СО2 в крови падает ниже 3,5 % от нормальных 6—6,5 %.

Норма содержания углекислого газа в крови — 6—6,5%.

Гиперкапния — избыток углекислого газа в крови. Интоксикация углекислым газом проявляется в виде головной боли, тошноты, повышенного потоотделения, в крайних случаях — потери сознания. Возникает при длительном нахождении в замкнутом помещении с высоким содержанием CO2, но чаще всего в экстренных ситуациях, например, задержка дыхания под водой.

Углекислый газ в атмосфере

Углекислый газ выполняет важную функцию в атмосфере земли, он участвует в процессе фотосинтеза, воздействует на теплообмен. А также формирует «парниковый эффект» и влияет на климат.

Основные источники углекислого газа — природного происхождения. Он вырабатывается людьми, растениями и животными, содержится в вулканических газах, выделяется при разложении органики.

К техногенным источникам относятся выбросы промышленных предприятий, транспорт, производство электроэнергии, сжигание ископаемого топлива.

Концентрация углекислого газа в воздухе незначительна и составляет 0,02—0,045 % или 250—450 ppm, но с каждым годом уровень CO2 растёт и в крупных городах может достигать 0,06% или 600 ppm.

PPM — величина, означающая одну миллионную долю. В случае измерения CO2, количество PPM показывает количество кубических сантиметров CO2 на 1 кубометр воздуха.

Первым доказательством постоянного роста концентрации углекислого газа в атмосфере стала работа Чарльза Дэвида Килинга — американского учёного климатолога. С 1958 года он проводил регулярные частые измерения концентрации CO2 в атмосфере на Южном полюсе и на Гавайях.

График Килинга: концентрации атмосферного CO2, на основе наблюдений в обсерватории Мауна-Лоа (Mauna Loa Observatory), Гавайи

Содержание углекислого газа в атмосфере сохраняет устойчивые тенденции роста. Так, в 2009 г. средняя концентрация CO2 составляла 387 ppm., а в 2016 г. превысила отметку в 400 ppm. В 2017 г. был зафиксирован уровень CO2 в 403,3 ppm, в 2018 г. — 410,26 ppm., в 2019 г. — уже 415,28. А в мае 2020 г. концентрация углекислого газа в атмосфере установила новый рекорд — 417,1 ppm.

Углекислый газ в помещении

Из внешней среды углекислый газ поступает в помещение вместе с воздухом, где его уровень начинает повышаться. Внутри помещений CO2 вырабатывается находящимися в нём людьми, животными и растениями и чем больше людей в помещении и активнее их деятельность, тем быстрее будет расти уровень CO2.

Основные нормативы по содержанию углекислого газа в помещении установлены в ГОСТ 30494-2011, согласно которому, оптимальным содержанием CO2 в помещении является 800 ppm. Это считается высоким качеством воздуха. Допустимая концентрация углекислого газа находится в пределах 1000-1400 ppm. Концентрация свыше этих показателей означает, что воздух в помещении низкого качества и может негативно влиять на организм человека.

Оптимальный уровень CO2 в помещении — до 800 ppm

Подробнее о нормативах содержания CO2 в помещениях мы рассказываем в статье «Содержание углекислого газа в помещении: основные нормативы».

При закрытых окнах и отсутствии системы принудительной вентиляции, содержание CO2 будет постоянно расти. В помещениях люди находятся более 80% своего времени и в процессе пребывания многие начинают чувствовать духоту — это самый первый индикатор того, что уровень CO2 повышен.

В таких ситуациях ошибочно говорят о нехватке кислорода, но на самом деле уровень кислорода не меняется, а растёт уровень CO2. Помимо ощущения духоты, люди отмечают и другие симптомы: головная боль, ухудшение концентрации внимания, сонливость, вялость и т.д.

Единственный способ понижения уровня CO2 — это интенсивный приток свежего воздуха с улицы, который вытеснит переработанный и насыщенный углекислым газом воздух в систему вентиляции. Для этого необходимо регулярно проветривать помещение или установить систему приточной вентиляции.

Влияние углекислого газа на организм человека

Как мы уже говорили выше, углекислый газ влияет на состояние организма человека, так как играет важную роль в процессе метаболизма, помогая кислороду высвобождаться от гемоглобина и поступать в ткани и органы. Но необходимо поддерживать баланс кислорода и углекислого газа, так как избыток СО2 может привести к негативным последствиям.

Синдром больного здания

Если человек проводит много времени в определённом помещении и начинает испытывать неприятные ощущения и жаловаться на плохое самочувствие без видимых причин — это означает, что у него синдром «больного здания». Человек чувствует вялость, испытывает головную боль, у него заложен нос, но при этом он не болен. Симптомы могут пропадать, как только человек покидает помещение.

Синдром «больного здания» возникает при повышении уровня СО2 газа в помещении, чем он выше, тем активнее проявляются симптомы.

Повышенный уровень CO2 — это следствие и основной индикатор, который указывает на наличие проблемы. Помимо углекислого газа в воздухе содержатся другие соединения и загрязняющие вещества и по росту СО2 можно понять, что и их количество также увеличивается.

Воздействовать на организм могут и такие факторы, как тонкодисперсные частицы РМ2,5. Но они не способны оказывать такого быстрого влияния на человека, поэтому основная причина симптомов — это углекислый газ.

Подробнее про тонкодисперсные частицы мы рассказываем в статье «Что такое PM10 и PM2.5?Чем могут быть опасны тонкодисперсные частицы?».

Наиболее распространённая причина «больного» здания — это плохо работающая вентиляция или её отсутствие. Свежий воздух не поступает в помещение и растёт уровень углекислого газа, при достижении показателей CO2 свыше 1000 ppm., углекислый газ начинает оказывать на организм человека негативное воздействие. Подробнее про синдром «больного» здания мы рассказываем в статье «Синдром больного здания: почему в помещении становится плохо?».

Основная причина появления «Синдрома больного здания» — это повышенный уровень СО2 и других загрязняющих веществ. Основная причина того, что здание «болеет» — наличие проблем с системой вентиляции или её отсутствие.

Респираторный ацидоз

Если на протяжении длительного времени находиться в помещении с повышенным уровнем CO2, то в крови появляется избыток углекислого газа, нарушается кислотность крови (pH), что приводит к респираторному ацидозу или первичной гиперкапнии.

Респираторный или дыхательный ацидоз развивается в связи со снижением рН крови.

Среди симптомов респираторного ацидоза выделяют: снижение концентрации внимания, учащённое сердцебиение, перевозбуждение, общую вялость, сонливость, беспокойство, повышенное давление, головную боль, спутанность сознания. Симптомы развиваются постепенно по мере нахождения в помещении с высоким уровнем CO2, в критической ситуации могут привести к потере сознания.

Степень негативного влияния углекислого газа на организм увеличивается соразмерно периодичности и длительности пребывания в помещении с повышенной концентрацией CO2. При кратковременном воздействии в несколько часов симптомы постепенно пройдут, когда человек покинет помещение или проветрит его.

Но если воздействие высокого содержания углекислого газа носит регулярный характер, то может развиться хронический респираторный ацидоз, последствиями которого может стать снижение иммунитета, болезни дыхательных путей, заболевания сердечно-сосудистой системы, снижение метаболизма, нарушение сна, возникновение головных и суставных болей, общая слабость.

Состояние организма человека в зависимости от уровня CO2

Вопросом влияния углекислого газа на организм человека занималась компания KPMG совместно с Университетом Мидлсекс, изучив воздействие повышенного уровня CO2 на 300 человек. Их исследования показали, что при уровне CO2 выше 1000 ppm, концентрация внимания снижалась на 30%. При уровне 1500 ppm — 79% респондентов чувствовали усталость, при 2000 ppm — 67% опрошенных отметили, что не могут сосредоточиться. Среди опрошенных, кто периодически страдает мигренью, 97% сказали, что головная боль у них появилась ещё на отметке в 1000 ppm.

В зависимости от уровня углекислого газа в помещении и длительности его воздействия на человека, развиваются разные симптомы.

Воздух считается качественным, если содержание углекислого газа в нём не превышает 600—800 ppm.

Несмотря на исследования, которые показывают, что повышение концентрации углекислого газа выше 1000 ppm вызывает дискомфорт, снижение концентрации внимания, сонливость, общую слабость, по ГОСТу допускается концентрация СО2 в пределах 1000–1400 ppm.

Выводы

CO2 — природный газ, который необходим организму для поддержания всех физиологических процессов. Именно благодаря углекислому газу кислород поступает в клетки тканей и органов.

Необходимо, чтобы в крови соблюдался баланс содержания кислорода и углекислого газа, так как избыток или недостаток CO2 может вызвать гипокапнию или гиперкапнию.

Существует понятие «Синдром больного здания», которое указывает на повышенное содержание СО2 и других загрязняющих вещества в помещении и свидетельствует о нарушениях в работе системы вентиляции.

Воздействие углекислого газа в высоких концентрациях может вызвать респираторный ацидоз. Поэтому в помещении необходимо поддерживать содержание СО2 в значениях не выше 800 ppm.

Оптимальные и допустимые значения содержания СО2 в помещении прописаны в ГОСТ 30494-2011 — об этих нормативах и о том, как поддерживать оптимальный уровень СО2, мы рассказываем в статье «Содержание углекислого газа в помещении: основные нормативы».

Александра Конова

Павел Гончаров

Авторы статьи:

Понравилась статья? Напишите комментарий
или поделитесь в социальных сетях:

Ознакомьтесь с характеристиками популярных моделей и подберите бризер под свои задачи!

Физиология, задержка углекислого газа – StatPearls

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

Информация об авторе

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 RAB, Оливейра Филью JRB, Лоренци Филью Г, Джента 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: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]

Физиология, задержка углекислого газа – StatPearls

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

Информация об авторе

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 RAB, Оливейра Филью JRB, Лоренци Филью Г, Джента 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: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]

Физиология, задержка углекислого газа – StatPearls

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

Информация об авторе

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 RAB, Оливейра Филью JRB, Лоренци Филью Г, Джента 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:CD005351. [Бесплатная статья PMC: PMC6449889] [PubMed: 30950507]

13.

Диас Милиан Р.