Что происходит в организме человека если в воздухе повысилась концентрация углекислого газа

Отравление углекислым газом (двуокисью углерода) и его лечение

Наркотическое действие двуокиси углерода в высоких концентрациях известно с 1820 г.. Большинство людей теряют сознание, сделав от 8 до 12 вдохов 30 % двуокиси углерода, что может привести к повышению парциального давления двуокиси углерода в артериальной крови (рСO2) до величины, превышающей 100 мм рт.ст., и к понижению рН артериальной крови до уровня ниже 7,1.

Отмечены многочисленные смертные случаи, когда люди входили в бродильные чаны, бражные сборники и силосохранилища, где воздух был замещен двуокисью углерода. Случаи гиперкапнии при использовании двуокиси углерода в анестезии приводили к летальному исходу и поражению мозга. Обусловленная двуокисью углерода эмболия — редкое, но потенциально тяжелейшее осложнение при проведении лапароскопии или гистероскопии.

Предполагалось, но не было окончательно подтверждено, что именно двуокись углерода явилась причиной смерти примерно 1700 человек в Камеруне (Западная Африка) в 1986 г., когда произошел грандиозный выброс газов из озера Ньос (Nyos), расположенного в кратере вулкана.

а) Физические свойства. Двуокись углерода представляет собой бесцветный, лишенный запаха, невоспламеняющийся газ, растворимый в воде. Его обычно продают в виде сжатой жидкости или в твердом виде (сухой лед).

б) Источники. Двуокись углерода обычно присутствует в атмосфере в концентрации около 0,03 % (300 ppm). Двуокись углерода — компонент организма, постоянно выделяемый при клеточном дыхании. Большую часть промышленной двуокиси углерода получают в производственных процессах, в которых она образуется в качестве побочного продукта. Она присутствует в скважинах природного газа и является продуктом сгорания топлива и ферментации.

Двуокись углерода — побочный продукт производства аммиака и применения известково-обжигательных печей; двуокись углерода используют при газировании напитков, в качестве пропеллентов в аэрозолях и сухого льда для искусственного охлаждения.

в) Уровни острой токсичности. Концентрации 20—30 % приводят к потере сознания и судорогам через 1 мин после экспозиции. Экспозиция к концентрациям 75 000 ppm (7,5 %) в течение 15 мин может вызвать головную боль, головокружение, чувство беспокойства и/или одышку. Экспозиция к 100 000— 150 000 ppm двуокиси углерода в течение 15 мин сопровождается такими неврологическими симптомами, как моргание глаз, миоклонические подергивания мышц, расширенные зрачки и беспокойство.

г) Продолжительная экспозиция. Пятидневная экспозиция к 30 000 ppm (3 %) двуокиси углерода обусловила несильные головные боли в области лба. Хроническая гиперкапния у пациентов, страдающих от легочных болезней, может вызвать головную боль, сонливость, спутанность сознания, вялость, раздражительность и потерю сознания.

д) Предельно допустимые концентрации для экспозиции. Стандарт OSHA равен 10 000 ppm (18 000 мг/м3) как средневзвешенная во времени величина за 8 ч.

е) Патофизиология отравления углекислым газом. Двуокись углерода сильно влияет на регуляцию дыхания и мозговое кровообращение. Она действует периферически, и как сосудорасширяющий, и как сосудосуживающий агент, она является сильным церебральным вазодилататором. В высоких концентрациях она оказывает стимулирующее действие на центральную нервную систему, тогда как избыточные концентрации действуют как депрессант. Двуокись углерода индуцирует постепенное увеличение минутного объема дыхания и интенсивности легочной вентиляции.
Повышенные концентрации двуокиси углерода могут вызвать респираторный ацидоз. После двухдневной экспозиции к 3 % (30 000 ррт) двуокиси углерода величина рН крови может снизиться.

ж) Клиника отравления углекислым газом:

– Острые эффекты. Кратковременная экспозиция к 6 — 10 % двуокиси углерода может индуцировать снижение сосудистого сопротивления, усиление почечного кровотока, активизацию мозгового кровообращения и повышение систолического и диастолического кровяного давления, частоты пульса и минутного объема дыхания с потоотделением и гиперпноэ. Экспозиция к концентрациям между 10 и 20 % может индуцировать судорожные подергивания мышц, расширение зрачков и беспокойство; после экспозиции к 17 % в течение 20 — 50 с возможны раздражение горла, повышение частоты дыхания, слабость зрения, головокружение и бессознательное состояние.

– Хронические эффекты. Экспозиция к концентрациям 1 — 1,5 % в течение 30— 42 сут приводит к увеличению минутного объема и частоты дыхания, анатомического “мертвого” пространства и дыхательного объема.

з) Лабораторные данные отравления углекислым газом. Экспозиция к 7,5 % двуокиси углерода в течение 15 мин может привести к снижению общего числа эозинофилов, повышению содержания сахара в крови, увеличению РСО2 и Н+. После вдыхания 7 — 14 % двуокиси углерода в течение 10 — 20 мин может повыситься концентрация катехоламинов в плазме.

и) Лечение отравления углекислым газом. Первоначальные обязательные меры при лечении тяжелых симптомов, наблюдаемых после вдыхания двуокиси углерода, включают немедленное удаление от источника газа, обеспечение адекватного поступления кислорода и внимательное наблюдение за состоянием дыхательных путей, дыханием и кровообращением. Чуть было не ставший летальным случай СО2-эмболии, наблюдавшийся во время лапароскопии и гистероскопии, был успешно вылечен с помощью сердечно-легочного шунтирования. Симптоматического и поддерживающего лечения бывает достаточно. Антидотов нет.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 21.12.2022

– Также рекомендуем “Отравление сероуглеродом и его лечение”

Хроническое отравление кислородом. Токсичность углекислого газа

а) Хроническое отравление кислородом вызывает легочную недостаточность. Человек может подвергаться действию кислорода под давлением до 1 атмосферы неопределенно долго без развития острого отравления кислородом нервной системы. Однако примерно через 12 ч воздействия кислорода под этим давлением начинают развиваться застойные явления в дыхательных путях, отек легких и ателектаз, связанные с повреждением внутренней поверхности бронхов и альвеол.

Развитие этого эффекта именно в легких, но не в других тканях связано с тем, что воздушные пространства легких находятся под непосредственным влиянием высокого давления кислорода, тогда как к другим тканям кислород доставляется почти при нормальном РО2 в связи с действием гемоглобин-кислородной буферной системы.

Количество кислорода, растворенного в жидкой части крови и связанного с гемоглобином при очень высоких парциальных давлениях кислорода

б) Токсичность углекислого газа на больших морских глубинах. Если подводный дыхательный аппарат правильно сконструирован и функционирует должным образом, у водолаза нет проблем, связанных с токсичностью углекислого газа, поскольку сама по себе глубина не повышает парциальное давление углекислого газа в альвеолах. Глубина не увеличивает скорость образования углекислого газа в организме, и пока дыхательный объем водолаза остается нормальным и углекислый газ выдыхается по мере его формирования, альвеолярное давление углекислого газа будет поддерживаться на нормальном уровне.

Однако в определенных типах подводных дыхательных аппаратов, например в водолазном шлеме и некоторых типах аппаратов возвратного дыхания, углекислый газ может накапливаться в воздухе мертвого пространства аппарата и повторно вдыхаться водолазом. При повышении альвеолярного давления углекислого газа (PCO2) до уровня примерно 80 мм рт. ст. (т.е. вдвое выше нормального PCO2 в альвеолах) водолаз обычно противостоит этому путем увеличения минутного объема дыхания максимально в 8-11 раз, что компенсирует повышенное давление углекислого газа.

При уровнях альвеолярного PCO2, превышающих 80 мм рт. ст., ситуация становится невыносимой, и в итоге дыхательный центр начинает не возбуждаться, а угнетаться из-за негативного влияния высокого PCO2 на тканевой метаболизм. Дыхание водолаза в этом случае становится недостаточным и не обеспечивает компенсацию. Кроме того, у водолаза развивается тяжелый дыхательный ацидоз и различные степени летаргии, наркоза и даже анестезии.

в) Декомпрессия водолаза после длительного пребывания в условиях высокого давления. Если человек долго дышит воздухом под высоким давлением, увеличивается количество азота, растворенного в жидкостях тела. Причиной этого является следующее. Кровь, протекающая через легочные капилляры, насыщается азотом до того же высокого давления, как и в альвеолярной дыхательной смеси. На протяжении нескольких следующих часов ко всем тканям тела переносится достаточно азота, чтобы PN2 в тканях поднялось до значений, равных PN2 во вдыхаемом воздухе.

Поскольку азот не участвует в метаболических реакциях организма, он остается растворенным во всех тканях тела до тех пор, пока давление азота в легких не вернется снова к более низкому уровню. В этом случае азот может удаляться, выделяясь в обратном направлении в процессе дыхания; однако процесс удаления часто длится часами и является источником множества проблем, вместе называемых декомпрессионной болезнью.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

– Также рекомендуем “Растворимость азота в жидкостях организма. Декомпрессионная или кессонная болезнь”

с. Кинель – Черкассы, Самарская область, ГБОУ СОШ № 2 «ОЦ», 7 «А» класс

Горячкина И.А. (с. Кинель – Черкассы, Самарская область, ГБОУ СОШ № 2 «ОЦ»)

1. Быховская М.С., Гинзбург С.Л., Хализова О.Д. Методы определения вредных веществ в воздухе. – М., 2003.

2. Гурина И.В. Безопасный уровень углекислого газа требует ревизии // Экологический Вестник России. – 2008. – № 10.

3. Казин Э.М. Основы индивидуального здоровья человека // Введение в общую и прикладную валеологию. – М.: Владос, 2000.

4. Шилькрот Е.О., Губернский Ю.Д. Сколько воздуха нужно человеку для комфорта? // Журнал AВОК № 4/2008.

5. Школьный экологический мониторинг: Учебно-методическое пособие. – М.: АГАР, 2000.

Без углекислого газа, как и без кислорода, жизнь человека невозможна. Углекислота стимулирует защитные системы нашего организма, помогая справляться с физическими и интеллектуальными нагрузками. Но только в определенных дозах. Когда же наступает момент, при котором углекислый газ начинает нас медленно убивать?

Свежий морской или загородный воздух содержит около 0,03-0,04 % углекислого газа и это тот уровень, который необходим для нашего дыхания. Одновременно нам знакомо ощущение духоты в помещении и симптомы связанные с этим: усталость, сонливость, раздражительность. Такое состояния многие связывают с нехваткой кислорода. На самом деле, это симптомы вызваны превышением уровня углекислого газа в воздухе. Кислорода еще достаточно, а углекислота уже в избытке. Мало кто знает, что чистый воздух за городом содержит около 0,04 % углекислого газа, и, чем ближе содержание СО2 в помещении к этой цифре, тем лучше чувствует себя человек. Предельно допустимой нормой содержания углекислого газа в воздухе внутри помещений считается 0,1-0,15 %.

Человек является основным источником углекислого газа в помещении, поскольку мы выдыхаем от 18 до 25 литров этого газа в час. Повышенное содержание уровня углекислого газа может наблюдаться во всех помещениях, где находятся люди: в школьных классах и институтских аудиториях, в комнатах для совещаний и офисных помещениях, в спальнях и детских комнатах.

Классная комната – одно из основных рабочих помещений школы. В разных кабинетах учитель и группа учащихся (класс) проводят по 5 – 6 часов в день. От качества среды в учебных помещениях во многом зависит их самочувствие, работоспособность, состояние здоровья.

Когда вы входите в помещение, где много людей, то практически всегда чувствуете, что там тяжелее дышится, чем снаружи. Хочется сказать «не хватает кислорода». Это неверно – кислорода все еще более чем достаточно, но в помещении повысилась концентрация углекислого газа. Что происходит при этом с нашим организмом? Насколько это вредно?

Объект исследования: воздух в помещениях школы.

Предмет исследования: углекислый газ, который образуется в течение учебного процесса.

Цель нашей работы: определить влияние содержания углекислого газа в школьных помещениях на здоровье школьников и выявить способы очистки воздуха.

1. Выяснить роль углекислого газа, как составную часть атмосферного воздуха.

2. Измерить содержание углекислого газа в различных помещениях школы.

3. Проанализировать количественные показатели содержания углекислого газа, выработать рекомендации по снижению СО2 в классных помещениях.

Гипотеза: Концентрацию СО2 можно регулировать проветриванием кабинета и наличием комнатных растений.

1. химический эксперимент,

2. физические исследования,

3. математические вычисления,

4. изучение статистических данных.

Практическое значение работы: обусловлено необходимостью поиска способов очистки воздуха в помещениях с целью сохранения здоровья школьников и использование результатов для формирования здорового образа жизни.

Что нужно знать об углекислом газе

Атмосфера – смесь различных газов, окружающих Землю. Чистый атмосферный воздух у поверхности Земли имеет следующий химический состав: азот – 78,1 %, кислород – 20,93 %, углекислота – 0,03–0,04 %, аргон, гелий, криптон и др. – около 1 %.

Содержание указанных частей в чистом воздухе постоянно. Изменения происходят чаще всего за счет ее загрязнения различными выбросами промышленных и сельскохозяйственных предприятий, выхлопными газами автотранспорта. В жилых помещениях изменения вызваны, прежде всего, газообразными продуктами жизнедеятельности людей и некоторыми бытовыми устройствами (газовые плиты). Так, в выдыхаемом человеком воздухе кислорода содержится на 25 % меньше, чем во вдыхаемом, а углекислого газа – в 100 раз больше.

Двуокись углерода (или углекислый газ) образуется в результате окислительно-восстановительных процессов, протекающих в организме людей и животных, горения топлива, гниения органических веществ. В чистом загородном воздухе 380-400 ppm углекислого газа, т.е. 0,038-0,04 %. Эти концентрации оптимальны для дыхания человека.

Содержание углекислого газа в атмосферном воздухе за последние 50 лет увеличилось на 20 % и постоянно продолжает расти – особенно в крупных городах за счет выхлопов автомобилей и промышленных выбросов. В воздухе городов концентрация углекислого газа увеличивается до 0,045 %, в жилых и общественных зданиях (при плохой вентиляции) – до 0,6–0,8 %.В закрытом помещении уровень углекислого газа повышается гораздо быстрее, чем убывает кислород. Замеры показывают, что, даже когда в школьном классе уровень СО2 достигает 1000 ppm (0,1 %), содержание кислорода практически не меняется. Конечно, увеличение углекислого газа зависит от количества людей в этом помещении, от их веса и того, что они при этом делают. Взрослый человек в покое выделяет в среднем 22 л углекислоты в час, а при физической работе – в 2–3 раза больше.

Исследователи знают, что существует связь между концентрацией СО2 и ощущением духоты. Человек начинает ощущать симптомы «нехватки свежего воздуха» (а на самом деле повышенной концентрации углекислого газа) уже при его уровне 0,08 %, т.е. 800 ppm. Признаки ухудшения самочувствия у человека появляются только при продолжительном вдыхании воздуха, содержащего 1,0–1,5 % углекислого газа, выраженные функциональные изменения – при концентрации 2,0–2,5 % и резко выраженные симптомы (головная боль, общая слабость, одышка, сердцебиение, понижение работоспособности) – при 3–4 %.

Гигиеническое значение углекислого газа заключается в том, что он служит косвенным показателем общего загрязнения воздушной среды помещений. Параллельно с увеличением его содержания повышаются температура, относительная влажность, запыленность воздуха, изменяется его ионный состав, главным образом за счет увеличения положительных ионов.

Влияние углекислого газа на организм

Последние исследования ученых показали, что нахождение в помещении с повышенной концентрацией СО2 в воздухе может даже привести к негативным изменениям в крови. Под влиянием углекислого газа происходит снижение величины pH в сыворотке крови (увеличению ее кислотности), что ведет к ацидозу. В этом состоянии организм плохо усваивает минералы, такие как кальций, натрий, калий и магний, которые, благодаря избыточной кислотности, выводятся из организма. Ацидоз может вредить организму незаметно, но постоянно в течение нескольких месяцев и даже лет. Ацидоз может спровоцировать заболевания сердечнососудистой системы, прибавление в весе и диабет, снижение иммунитета, проблемы с опорно-двигательным аппаратом, общую слабость и др. Особенно негативно СО2 влияет на людей, болеющих аллергией и астмой.

Многолетний опыт наблюдений за людьми, длительно находящимися в замкнутом пространстве, показывает, что они могут на протяжении многих часов и даже нескольких суток находиться в атмосфере с 3 %-ным содержанием углекислоты, если ее нарастание в воздухе идет постепенно, а физическая деятельность человека при этом минимальная. Но в таких условиях резко снижается умственная и физическая работоспособность, продолжают нарастать симптомы неблагоприятного действия углекислого газа.

Как правило, концентрация СО2 в воздухе составляет 0,03 % (по объему) и для нормального функционирования организма человека не должна быть больше. Тело человека имеет определенную приспособляемость, и с течением времени может привыкнуть к концентрации 0,15 %. В общем, надо сказать, что углекислый газ в высокой концентрации вреден:

1) при концентрации выше 5 % в течение длительного времени постепенно увеличивает уровень СО2 в организме, приводит к гипоксии и после 30 минут к затрудненному дыханию депрессии на уровне сознания, судорогам,

2) при концентрации 8-10 % появляется углубление дыхания, одышка, тахикардия, головная боль, возбуждение, головокружение, слабость, судороги и потеря сознания в конце концов,

3) при концентрации около 15 % – головная боль, головокружение, стеснение в груди, психомоторное возбуждение, бессознательное состояние. Пульс и дыхание ослаблены, затрудненное дыхание, судороги и смерть,

4) при концентрации 30-40 % – немедленная смерть из-за паралича центральной нервной системы и остановки дыхания.

Особое внимание следует уделить качеству воздуха, которым дышат дети в классах. Концентрация углекислого газа в воздухе классной комнаты может увеличиться в несколько раз к концу занятия. У детей, обучающихся в классах с высокой концентрацией углекислого газа часто наблюдается тяжелое дыхание, одышка, сухой кашель и ринит, эти дети имеют ослабленную носоглотку.

Рост концентрации углекислого газа в помещении приводит к возникновению приступов астмы у детей-астматиков. Из-за повышения концентрации углекислого газа в школах увеличивается число пропусков уроков учащимися по болезни. Респираторные инфекции и астма являются основными заболеваниями в таких школах.

Повышение концентрации углекислого газа в классе негативно влияет на результаты учебы детей, снижает их работоспособность (см. Приложение). Наиболее подвержены негативному влиянию углекислого газа в помещении дети, страдающие аллергией, астмой и другими заболеваниями дыхательных путей.

В спортзале, при физической деятельности в плохо проветриваемом помещении ребенок, прежде всего, почувствует гиперкапнию, чем гипоксию (нехватку кислорода). Гиперкапния – состояние организма, вызванное повышением парциального давления углекислого газа в артериальной крови. Длительная гиперкапния характеризуется расширением сосудов миокарда и головного мозга, что может привести к росту кислотности крови, вторичному спазму кровеносных сосудов, замедлению сердечных сокращений, различным болезненным состояниям. При наступлении гиперкапнии отмечается появление испарины, головная боль, головокружение и одышка, что, как правило, объясняется физическим утомлением и воспринимается, чуть ли не как доказательство двигательной активности.

Одной из причин повышения уровня СО2 в помещениии может быть и установка пластиковых окон, т.к. они лишают помещение естественной вентиляции и углекислый газ может накапливаться. Комната, закрытая пластиком, превращается в закупоренную камеру, и углекислый газ в таких условиях может превышать нормативы во много раз.

Измерение содержания углекислого газа в различных помещениях школы

Экспресс-метод определения углекислого газа в воздухе.

Для выполнения работы требуется:

– медицинский шприц на 100–150 мл;

– химический стакан, вместимостью 50–100 мл;

– 0,005 % раствор карбоната натрия, для приготовления которого 1 г химически чистого безводного карбоната натрия растворяют в 200 мл свежеприготовленной дистиллированной воде, а затем добавляют 0,5 мл 1 %-го раствора фенолфталеина;

– рабочий раствор, 1 мл 0,005 % раствор карбоната натрия помещают в мерную колбу на 100 мл, доводят объем дистиллированной водой до метки и перемешивают.

Мы измерили концентрацию углекислого газа в следующих помещениях: рекреация (1 этаж), кабинет химии, кабинет начальных классов, спортзал.

Учитывая объем исследуемого воздуха, потребовавшийся для обесцвечивания раствора карбоната натрия, определяют по специальной таблице содержание двуокиси углерода в воздухе:

Зависимость содержания углекислого газа (в %) в воздухе от объема воздуха, обесцвечивающего 20 мл 0,005 %-ного раствора соды

Концентрация углекислого газа ( %) в школьных помещениях в течение недели

Рассчеты велись по формуле

где N – число подач шприцем воздуха открытой атмосферы; Ni – чило подач шприцем воздуха закрытого помещения; 0,04 % – содержание углекислого газа в воздухе.

Анализ позволяет сделать несколько очевидных выводов:

– содержание СО2 в исследуемых помещениях не превышает гигиенический норматив по максимально допустимой концентрации (0,07-0,1);

– наибольшая концентрация углекислого газа наблюдалась в учебные дни полной посещаемости учащихся сортивного зала;

– учителя следят за воздушным режимом и регулярно проветривает помещение, т.к. концентрация СО2 в начале урока наименьшая;

– снижение уровня СО2 наблюдается во время перемены, когда учащиеся покидают помещения и они проветриваются,

– высокая концентрация СО2 в рекреации во время перемены связана с большим количеством учащихся, т.к. они выходят на перемене в коридор, а данные помещения не проветриваются.

Измерение содержания углекислого газа в кабинете химии с помощью цифровой лаборатории «Einstein™Tablet+»

В прошлом учебном году наша школа для организации исследовательской работы и проведения демонстрационных экспериментов по химии и физике получила цифровые лаборатории «Einstein™Tablet+».

Поэтому, с целью измерение содержания углекислого газа в кабинете химии была использована данная лаборатория, к которой был подключен датчик углекислого газа. Мы задали время эксперимента и частоту выборки для установления уровня углекислого газа в кабинете химии.

Измерение 1. Цель: выяснить, с какой скоростью восстанавливается нормальный уровень углекислого газа. Настройки: измерение каждую секунду. Время эксперимента 2400 сек (40 мин, 1 урок), датчик находится у доски; первые 5 минут урока был опрос у доски и учащиеся были в непосредственной близости от датчика. Затем поблизости от датчика ни кого не было.

Рис. 1. Изменение концентрации углекислого газа в начале урока

Вывод: выделение углекислого газа происходит быстро, а восстановление нормальной концентрации замедленно.

Измерение 2. Цель: сравнить, как растения влияют на уровень углекислого газа, который выделяется при дыхании группы учащихся. Настройки: измерение каждую секунду. Время эксперимента 24500 сек (416 мин, 8 уроков и перемены между ними), датчики были расположены в центре класса (зеленый график) и в цветочной зоне (синий график). В кабинете било проведено 5 уроков, затем кабинет был пустой.

Рис. 2. Изменение концентрации углекислого газа в течение дня

Вывод: в цветочной зоне концентрация углекислого газа значительно меньше. Поэтому кабинет без комнатных растений провоцирует значительное увеличение уровня углекислого газа, что приводит в конечном итоге к понижению работоспособности учащихся.

Измерение 3. Цель: выяснить, с какой скоростью восстанавливается нормальный уровень углекислого газа в кабинете после проветривания.

На той же неделе при той же загруженности кабинета было проведено аналогичное исследование с размещением датчика в центре кабинета, но основное отличие – после окончания уроков было проведено проветривание.

Рис. 3. Изменение концентрации углекислого газа после проветривания кабинета

Вывод: это привело к резкому спаду углекислого газа (красный график) и восстановлению нормального состояния уровня кислорода в кабинете.

Выводы и рекомендации по результатам проведенной работы

Анализ позволяет сделать несколько очевидных выводов. Во-первых, концентрация углекислого газа во всех школьных помещениях в течение всей недели выше нормы. Во-вторых, наибольшее содержание углекислого газа в учебные дни наблюдается в помещениях, в которых происходит образовательный процесс. В них дети проводят большую часть времени. В-третьих, пик концентрации углекислого газа наблюдается в школьном спортзале, что очевидно связано с большой двигательной активностью учащихся.

Вывод: школьные помещения не проветриваются должным образом, что отрицательно сказывается на самочувствии учеников и учителей. Как же можно решить эту проблему?

Во-первых, это длительное проветривание всех помещений. Кратковременное проветривание слабоэффективное и практически не уменьшает содержание углекислого газа в воздухе. Для поддержания по-настоящему здорового микроклимата нужно держать окна открытыми в течение всего урока. Часто это невозможно из-за шума под окнами, холодных сквозняков, неприятных запахов, дыма и так далее.

Учителям необходимо регулярно проветривать классные помещения.

Уровень концентрации углекислого газа в воздухе выше нормы после 6 урока, поэтому необходимо проветривать помещение после 3 урока, так как концентрация СО2 в помещении становится критической.

Установка пластиковых стеклопакетов в школе требует дополнительного внимания к системе вентиляции и воздухообмена, например, установке приточной вентиляции по всей школе или установки кондиционеров в отдельных кабинетах.

Во-вторых, с помощью комнатных растений, таких как: хлорофитум хохлатый, глоксиния, бегония, сансевиерия трехполостная и др. Но поскольку поглощение ими избыточной углекислоты из воздуха происходит только на свету, то одним им вряд ли справиться.

В-третьих, углекислый газ можно удалять из воздуха помещения специальными приборами. Эти приборы называются абсорберами (поглотителями) углекислого газа. В основе действия абсорбера углекислого газа заложен принцип захвата молекул СО2 специальным веществом.

Здоровье человека зависит во многом от воздуха, который он вдыхает. В повседневной жизни, когда мы находимся в помещении, воздух насыщен токсичными веществами, которые выделяют покрытия мебели (лаки, пластик).

Очень важно то, каким воздухом дышит ребенок во время своего развития, ведь организм ребенка более подвержен негативному влиянию отравляющих веществ. За последние два десятилетия в развитых европейских странах количество аллергических и астматических заболеваний удвоилось. В 2004 году, в рамках ежегодной конференции Европейского Респираторного Общества, была высказана гипотеза о том, что основной причиной увеличения заболеваний является негативное воздействие загрязненного воздуха и повышенного уровня углекислого газа во внутренних помещениях.

Специальный представитель Генерального директора ВОЗ в России Микко Виенонен в своем докладе о неблагоприятных тенденциях заболеваемости подростков, сообщил, что в России наблюдается рост количества детей и подростков с заболеваниями респираторной системы и бронхиальной астмы. В структуре заболеваемости детей доминируют болезни органов дыхания. Дети, страдающие аллергией, астмой и другими заболеваниями дыхательных путей, наиболее подвержены негативному влиянию углекислого газа в помещении.

Очень важно не допустить повышения уровня заболеваемости учащихся. Создание в классе наиболее благоприятных гигиенических условий – один из факторов, влияющих на работоспособность и физиологическое состояние организма.

Вот о чем следует задуматься родителям, чтобы понять хорошее ли качество воздуха в школе, где учится ребенок: ваш ребенок кашляет и чихает больше, чем раньше, у него начали проявляться симптомы аллергии и участились заболевания верхних дыхательных путей, ваш ребенок лучше себя чувствует в выходные дни, когда не ходит в школу. Тогда, возможно, уровень углекислого газа в классе, где он учится выше нормы.

Подводя итог вышесказанному, можно сделать общий вывод: измерение содержания углекислого газа в различных помещениях школы и анализ количественных показателей доказывает, что концентрацию СО2 можно регулировать проветриванием кабинета и наличием комнатных растений, т.е. нам удалось доказать гипотезу и выработать рекомендации по снижению СО2 в классных помещениях.

Негативные физиологические проявления при различных уровнях концентрации углекислого газа

Примечание: Единицы измерения уровня СО2 – ppm (parts per million). Это миллионная доля, аналогичная по смыслу проценту или промилле. 1000 ppm = 0,1 % СО2 в воздухе.

Библиографическая ссылка

Зубова Е.В. СОДЕРЖАНИЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В ШКОЛЬНОМ ПОМЕЩЕНИИ И ЗДОРОВЬЕ ШКОЛЬНИКОВ // Старт в науке. – 2018. – № 5-9.
;

URL: https://science-start.ru/ru/article/view?id=1277 (дата обращения: 21.03.2023).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

Много раз мы слышали, как вредно находиться в помещении с повышенным уровнем углекислого газа и как важно нормальное содержание кислорода в воздухе, которым мы дышим. Вместе с тем, всем известно, что кислород в организм должен попадать бесперебойно и в достаточном количестве, в противном случае снижение кислорода в крови (гипоксемия) и накопление углекислого газа (гиперкапния) приводят к развитию состояния, называемого гипоксией. И коль гипоксия имеет место, то уже ясно, что без гиперкапнии и гипоксемии тоже не обошлось, поэтому их считают универсальными симптомами дыхательной недостаточности (ДН).

Различают две формы острой дыхательной недостаточности: гиперкапническую, обусловленную повышенным уровнем углекислого газа, и гипоксемическую форму ОДН, когда проблемы возникают вследствие низкой оксигенации артериальной крови. Для острой дыхательной недостаточности характерно и то, и другое: и повышенная концентрация углекислого газа, и низкое содержание кислорода, то есть, и гиперкапния, и гипоксемия, но все же их нужно отделять друг от друга и разграничивать при выборе методов лечения, которые хоть, в принципе, и похожи, но могут иметь свои особенности.

Свято место пусто не бывает

Гиперкапния – повышение уровня углекислого газа (СО2) в крови, гипоксемия – снижение содержания кислорода (О2) там же. Как и почему это происходит?

Известно, что транспорт кислорода из легких с артериальной кровью осуществляют красные кровяные тельца (эритроциты), где кислород находится в связанном (но не очень прочно) с хромопротеином (гемоглобином) состоянии. Гемоглобин (Hb), несущий кислород к тканям (оксигемоглобин), по прибытию на место назначения отдает О2 и становится восстановленным гемоглобином (дезоксигемоглобин), способным присоединять к себе тот же кислород, углекислый газ, воду. Но так как в тканях его уже ждет углекислый газ, который нужно с венозной кровью доставить в легкие для выведения из организма, то гемоглобин его и забирает, превращаясь в карбогемоглобин (HbСО2) – тоже непрочное соединение. Карбогемоглобин в легких распадется на Hb, способный соединиться с кислородом, поступившим при вдохе, и углекислый газ, предназначенный для вывода из организма при выдохе.

Схематично эти реакции можно представить в виде химических реакций, которые, возможно, читатель хорошо помнит еще из школьных уроков:

Однако следует отметить, что все так хорошо получается, когда кислорода хватает, избытка углекислого газа нет, с легкими все в порядке – организм дышит чистым воздухом, ткани получают все, что им положено, кислородного голодания не испытывают, образованный в процессе газообмена СО2 благополучно покидает организм. Из схемы видно, что восстановленный гемоглобин (Hb), не имея прочных связей, всегда готов присоединить любой из компонентов (что попадается, то и присоединяет). Если в легких на тот момент окажется кислорода меньше, чем может забрать гемоглобин (гипоксемия), а углекислого газа будет более, чем достаточно (гиперкапния), то он заберет его (СО2) и понесет к тканям с артериальной кровью (артериальная гипоксемия) вместо ожидаемого кислорода. Пониженная оксигенация тканей – прямой путь к развитию гипоксии, то есть, кислородному голоданию тканей.

Очевидно, что трудно разделить такие симптомы, как гипоксия, гиперкапния и гипоксемия – они лежат в основе развития острой дыхательной недостаточности и определяют клиническую картину ОДН.

Тесные связи

Привести ткани к кислородному голоданию могут различные причинные факторы, однако, учитывая неразрывную связь гипоксии, гиперкапнии и гипоксемии, эти категории целесообразно рассматривать, не отрывая друг от друга, тогда читателю будет понятно, что из чего вытекает.

Итак, гипоксию по ее происхождению делят на две группы:

• Экзогенная гипоксия – кислородное голодание, возникающее вследствие снижения парциального давления О2 в воздухе, который мы вдыхаем и, соответственно, к недостаточному насыщению артериальной крови кислородом (менее 96% – гипоксемия). Такая форма гипоксии хорошо известна любителям полетов на больших высотах, покорения высоких гор, а также лицам, чья профессия связана с различными системами, обеспечивающими дыхание в необычных условиях (акваланг, барокамера), или людям, случайно попавшим в зону сильного загрязнения атмосферы вредными для человека газообразными веществами.
• Гипоксия, связанная с патологическими состояниями органов дыхания и системы крови, она разделяется еще на 4 подвида:
  Респираторную гипоксию, формирующуюся в результате альвеолярной гиповентиляции, которая возникает при различных обстоятельствах: травмах грудной клетки, непроходимости дыхательных путей, уменьшении поверхности легких, осуществляющих дыхательную деятельность, угнетении дыхательного центра, например, лекарственными средствами, воспалительных процессах и отеке легких. Это – различные заболевания органов дыхания: пневмония, эмфизема, пневмосклероз, ХОБЛ (хроническая обструктивная болезнь легких), а также поражение органов дыхания агрессивными ядами: фосгеном, аммиаком, сильными неорганическими кислотами (соляная, серная) и др.;
  Циркуляторную форму, в основе которой лежит острая и хроническая недостаточность системы кровообращения (врожденные пороки сердца, при которых венозная кровь, не заходя в малый круг кровообращения, попадает в левые отделы сердца, что случается, например, при открытом овальном окне);
  Тканевой вариант гипоксии, который имеет при отравлениях, затормаживающих передачу тканям кислорода, поскольку из-за подавления функциональной активности дыхательных ферментов те перестают его принимать и усваивать;
  Гемическую (кровяную) гипоксию – результат уменьшения в циркулирующей крови красных кровяных телец (эритроцитов) или снижения уровня красного пигмента (гемоглобина), связывающего кислород. Такая форма, как правило, характерна для различного рода анемичных состояний (острая кровопотеря, ЖДА, гемолитические анемии).
• Респираторную гипоксию, формирующуюся в результате альвеолярной гиповентиляции, которая возникает при различных обстоятельствах: травмах грудной клетки, непроходимости дыхательных путей, уменьшении поверхности легких, осуществляющих дыхательную деятельность, угнетении дыхательного центра, например, лекарственными средствами, воспалительных процессах и отеке легких. Это – различные заболевания органов дыхания: пневмония, эмфизема, пневмосклероз, ХОБЛ (хроническая обструктивная болезнь легких), а также поражение органов дыхания агрессивными ядами: фосгеном, аммиаком, сильными неорганическими кислотами (соляная, серная) и др.;
• Циркуляторную форму, в основе которой лежит острая и хроническая недостаточность системы кровообращения (врожденные пороки сердца, при которых венозная кровь, не заходя в малый круг кровообращения, попадает в левые отделы сердца, что случается, например, при открытом овальном окне);
• Тканевой вариант гипоксии, который имеет при отравлениях, затормаживающих передачу тканям кислорода, поскольку из-за подавления функциональной активности дыхательных ферментов те перестают его принимать и усваивать;
• Гемическую (кровяную) гипоксию – результат уменьшения в циркулирующей крови красных кровяных телец (эритроцитов) или снижения уровня красного пигмента (гемоглобина), связывающего кислород. Такая форма, как правило, характерна для различного рода анемичных состояний (острая кровопотеря, ЖДА, гемолитические анемии).

Тяжелую форму гипоксии легко отличить по таким признакам, как цианоз, учащенное сердцебиение, снижение артериального давления, возможны судороги и потеря сознания, что чревато быстрым развитием сердечно-сосудистой недостаточности, которая, если немедленно не ликвидировать первопричину, так же быстро может привести к гибели больного.

Излишнее накопление делает этот газ вредным для организма

В основе развития гиперкапнии находится нарушение соотношения между альвеолярной вентиляцией и накоплением СО2 в тканях и в крови (HbСО2) (показатель этого накопления – РаСО2, который в норме не должен превышать 45 мм. рт. ст.).

К гиперкапнии приводят следующие обстоятельства:

• Расстройства вентиляции, вызванные патологическим состоянием органов дыхания (обструкция) или нарушения, формируемые самим пациентом при попытке снизить дыхательный объем за счет глубины дыхания, поскольку вдох вызывает дополнительные болевые ощущения (травмы грудной клетки, операции на органах брюшной полости и др.);
• Угнетение дыхательного центра и нарушение регуляции в результате этого (травмы, опухоли, отек головного мозга, деструктивные изменения в тканях ГМ, отравление отдельными лекарственными средствами);
• Ослабление мышечного тонуса грудной клетки в результате патологических изменений.

Таким образам, к причинам возникновения гиперкапнии относят:

• ХОБЛ;
• Ацидоз;
• Инфекции бронхо-легочной системы;
• Атеросклероз;
• Профессиональную деятельность (пекари, сталевары, водолазы);
• Загрязнение воздуха, длительное пребывание в непроветриваемых помещениях, курение, в том числе, и пассивное.

рисунок: уровень углекислого газа в помещении и влияние на человека

Признаки увеличения в крови концентрации двуокиси углерода:

• Увеличивается частота сердечных сокращений;
• Проблема – уснуть ночью, зато сонливость днем;
• Кружится и болит голова;
• Тошнит, иной раз доходит до рвоты;
• Повышается внутричерепное давление, возможно развитие отека ГМ;
• Стремится вверх артериальное давление;
• Трудно дышать (одышка);
• Болит в груди.

При быстром увеличении содержания углекислого газа в крови существует опасность развития гиперкапнической комы, которая, в свою очередь, грозит остановкой дыхания и сердечной деятельности.

Факторы, тормозящие оксигенацию

Основу гипоксемии составляет расстройство насыщения кислородом артериальной крови в легких. Узнать, что в легких кровь не оксигенируется можно по такому показателю, как парциальное напряжение кислорода (РаО2), значения которого в норме не должны опускаться ниже 80 мм. рт. ст.

Причинами снижения оксигенации крови являются:

• Альвеолярная гиповентиляция, возникающая в результате влияния различных факторов, в первую очередь, недостатка кислорода во вдыхаемом воздухе, что влечет его снижение в альвеолах и приводит к развитию экзогенной гипоксии;
• Расстройство вентиляционно-перфузионных соотношений, возникающих при хронических заболеваниях легких – это самый частый причинный фактор развития гипоксемии и респираторной гипоксии;
• Шунтирование справа налево при нарушении кровообращения и попадании венозной крови сразу в левое сердце без посещения легких (пороки сердца) с развитием циркуляторной гипоксии;
• Нарушение диффузных способностей альвеолярно-капиллярной мембраны.

Чтобы читатель мог представить роль вентиляционно-перфузионных отношения и значение диффузных способностей альвеолярно – капиллярной мембраны, следует разъяснить суть данных понятий.

Что происходит в легких?

В легких человека газообмен обеспечивается вентиляцией и током крови по малому кругу, однако вентиляция и перфузия происходит не в равной степени. К примеру, отдельные зоны вентилируются, но не обеспечиваются кровью, то есть, в газообмене не участвуют или, наоборот, на каких-то участках кровоток сохранен, но они не вентилируются и тоже исключены из процесса газообмена (альвеолы верхушек легких). Расширение зон, не участвующих в газообмене (отсутствие перфузии), приводит к гипоксемии, которая чуть позже повлечет за собой и гиперкапнию.

Нарушение легочного кровотока вытекает из различных патологических состояний жизненно важных органов и, в первую очередь – кровеносной системы, которые становятся причинами гипоксемии:

• пример развития гипоксемии при ТЭЛА
• Острая кровопотеря;
• Обезвоживание;
• Состояние шока различного происхождения;
• ДВС-синдром с образованием микротромбов в кровеносном русле;
• ТЭЛА (мелких ветвей);
• Патологические состояния с поражением стенок легочных сосудов (васкулиты).

Диффузная способность альвеолярно-капиллярной мембраны, зависящая от многих параметров, может менять свои значения (увеличиваться и уменьшаться) в зависимости от обстоятельств (компенсаторно-приспособительные механизмы при нагрузке, изменении положения тела и др.). У людей взрослых молодых людей (за 20 лет) она снижается естественным образом, что считается физиологическим процессом. Чрезмерное уменьшение этого показателя наблюдается при заболеваниях органов дыхания (воспаление легких, отек, ХОБЛ, эмфизема), которые значительно снижают диффузионную способность АКМ (газы не могут преодолеть длинные пути, образованные в результате патологических изменений, а кровоток нарушается из-за уменьшения количества капилляров). По причине подобных нарушений начинают проявляться основные признаки гипоксии, гипоксемии и гиперкапнии, указывающие на развитие дыхательной недостаточности.

Признаки снижения О2 в крови

Признаки снижения кислорода могут проявиться быстро (концентрация кислорода падает, но организм пытается компенсировать потерю собственными силами) или запаздывать (на фоне хронической патологии основных систем жизнеобеспечения, компенсаторные возможности которых уже закончились).

• Синюшность кожных покровов (цианоз). Цвет кожи определяет тяжесть состояния, поэтому при слабой степени гипоксемии до цианоза обычно не доходит, но бледность, тем не менее, имеет место;
• Учащенное сердцебиение (тахикардия) – сердце пытается компенсировать недостаток кислорода;
• Снижение артериального давления (артериальная гипотензия);
• Обморочные состояния, если РаО2 падает до очень низких значений (менее 30 мм.рт. ст.)

Снижение концентрации кислорода в крови, конечно, ведет к страданиям головного мозга с нарушением памяти, ослаблением концентрации внимания, расстройствам сна (ночное апноэ и его последствия), развитием синдрома хронической усталости.

Небольшая разница в лечении

Гиперкапния и гипоксемия настолько тесно связаны между собой, что разобраться в лечении может только специалист, который проводит его под контролем лабораторных показателей газового состава крови. Общим в лечении этих состояний являются:

• Вдыхание кислорода (оксигенотерапия), чаще газовой смеси обогащенной кислородом (дозы и методы подбираются врачом с учетом причины, вида гипоксии, тяжести состояния);
• ИВЛ (искусственная вентиляция легких) – в тяжелых случаях при отсутствии сознания у больного (кома);
• По показаниям – антибиотики, препараты, расширяющие бронхи, отхаркивающие лекарственные средства, диуретики.
• В зависимости от состояния больного – ЛФК, массаж грудной клетки.

При лечении гипоксии, вызванной снижением концентрации кислорода, или повышением содержания углекислого газа нельзя забывать о причинах, повлекших данные состояния. По возможности стараются устранить их или хотя бы минимизировать влияние негативных факторов.

Мини-лекция на тему гипоксии

Гипероксия – это отравление в результате потребления кислородосодержащей газовой смеси с высоким парциальным давлением кислорода (pO2).

Дабы понять, что такое гипероксия и чем она опасна, следует рассмотреть сам процесс дыхания: как он осуществляется, какие явления происходят.

Если говорить предельно просто, дыхание осуществляется следующим образом: в момент вдыхания через альвиолярнокапиллярный барьер О2 поступает в кровоток, а далее – образует связь с белком гемоглобином в эритроцитах. Эти клетки транспортируют молекулы О2 ко всем тканям организма, гемоглобин восстанавливается, отсоединяет О2, связывая СО2. Далее кровь оказывается в легких, а железосодержащий белок снова окисляется и отсоединяет О2, последний, в свою очередь, удаляется при выдохе.