Измерения уровня CO2 в различных местах и ​​ситуациях

Давайте теперь определим, что же такое есть кислород

Кислород есть химическим элементом периодической таблице элементов Менделеева, кислород не имеет ни запаха, ни вкуса, ни цвета. Кислород в воздухе крайне необходим для дыхания человека, а также для горения ведь не для кого не секрет, что если не будет воздуха, то никакие материалы не будут гореть. В состав кислорода входит смесь из трех стабильных нуклидов, массовые числа которых 16. 17 и 18.

Итак, кислород является самым распространенным элементом на земле, что касается процентного соотношения то кислорода наибольше процентов находиться в силикатах это около 47.4 процентов массы твердой земной коры. Также в морских и пресных водах всей земли содержится огромное количество кислорода, а именно 88.8 процентов, что касается количества кислорода в воздухе то это всего лишь 20.95 процентов. Необходимо отметить и то, что кислород входит в состав более 1500 соединений в земной коре.

Что касается получения кислорода то его получают при разделении воздуха при низких температурах. Этот процесс происходит так, в начале сжимают воздух при помощи компрессора при сжимании воздуха начинает нагреваться. Сжатому воздуху дают остыть до комнатной температуры, а после охлаждения обеспечивают его свободное расширение.

Когда происходит расширение температура газа резко начинает понижаться, после того как воздух охладился его температура может быть на несколько десятков градусов ниже комнатной температуры, такой воздух опять подвергают сжатию и отбирают выделившуюся теплоту. После нескольких этапов сжатия и охлаждения воздуха проделывается еще ряд процедур в следствии которых отделяется чистый кислород безо всяких примесей.

И здесь возникает еще один вопрос что тяжелее кислород или же углекислый газ. Ответ просто конечно же углекислый газ будет тяжелее чем кислород. Плотность углекислого газа составляет 1,97кг/м3, а вот плотность кислорода в свою очередь составляет 1,43кг/м3. Что касается углекислого газа то он, как оказывается играет одну из главных ролей в жизнедеятельности всего живого на земле, а также имеет влияние на круговорот углерода в природе. Доказано, что углекислый газ участвует в регуляции дыхания, а также кровообращения.

Закажите бесплатно консультацию эколога

Нормы концентрации CO2 для разных помещений

Оценивая качество воздуха в помещении, стоит учитывать его категорию. Так как для квартир и жилых помещений требования более жёсткие, чем для офисных или производственных. Это связано с тем, что жилые помещения предназначены, в том числе и для отдыха, а для полноценного восстановления организма необходимо обеспечить высокое качество воздуха.

Согласно ГОСТ, помещения подразделяются на следующие категории:

Помещения 1-й категории — это помещения, в которых люди находятся в состоянии покоя и отдыха, то есть жилые помещения, отели;

Помещения 2-й категории — это помещения, в которых люди заняты умственным трудом, учёбой, сюда можно отнести как учебные заведения, так и офисы;

Помещения 3-й категории — это помещения с массовым пребыванием людей, сюда относятся офисы, производственные предприятия и все общественные заведения;

Помещения 4-й категории — помещения для занятий подвижными видами спорта, то есть все спортивные залы, фитнес-центры и клубы, спортивные секции и т.д.

Нормы содержания углекислого газа для жилых помещений

Жилые помещения относятся к 1-й категории. Для того чтобы добиться высокого качества воздуха в квартире в большом городе, уровень CO2 не должен превышать 800 ppm. Для загородных домов требования выше — воздух будет считаться качественным, если содержание CO2 ниже 750 ppm.

Оптимальную концентрацию можно соблюсти, если в помещении находится 1 человек, открыта форточка и хорошо работает вытяжная вентиляция. Если в комнате будет находиться 2–3 человека, то уровень углекислого газа начнёт нарастать до 1000–1200 ppm и форточка уже не спасёт, нужно полноценное проветривание через открытые окна. А за одну ночь в помещении с закрытыми окнами при нахождении в нём 2-х человек, уровень CO2 с допустимого повышается до 2000 ppm. Если оставить окно на микропроветривание (щель), то уровень CO2 будет держаться на значениях в 1200–1300 ppm., что превышает норму на 400–500 ppm.

Таким образом, для поддержания оптимального уровня углекислого газа в помещении, где находится несколько человек, необходимо регулярное проветривание или система приточной вентиляции.

Рассмотрим на примере:Измерения показывают, что в среднем за 1 час человек вырабатывает около 20 л. углекислого газа или 0,02 м³. Предположим, что в комнате 18 м² находится семья из 3-х человек, за 1 час при закрытых окнах они выдохнут 0,06 м³ CO2 в воздух (0,02 м³/ч на 1 человека). Объём комнаты — 54 м³. В процентном соотношении объём CO2 в комнате — 0,1111%. Переводим проценты в ppm (частей на миллион) и получаем 1111 ppm. То есть семья из 3-х человек за час вырабатывает количество углекислого газа, которое превышает оптимальные значения по ГОСТ.

Нормы содержания углекислого газа для офисных помещений

Офисы относятся ко 2-му и 3-му классам помещений, поэтому оптимальным содержанием углекислого газа считаются значения 800–1000 ppm, а допустимым — 1000–1400 ppm.

Но на практике поддерживать допустимый уровень CO2 в офисе — трудновыполнимая задача, так как не всегда есть возможность регулярно проветривать помещение — рабочие места некоторых сотрудников расположены рядом с окном и им будет некомфортно или холодно сидеть у постоянно открытого окна.

Кондиционер также не решит проблему, так как не отвечает за поступление свежего воздуха с улицы, а гоняет воздух внутри помещения, охлаждая его. То есть становится прохладнее и многие ошибочно думают, что воздух стал свежим. Но это не так, уровень содержания углекислого газа будет только расти.

Рассмотрим на примере:Рассмотрим офисное помещение 30 м², в котором находится 6 сотрудников, за 1 час они выработают 0,12 м³ CO2 (0,02 м³/ч на 1 человека). Объём офиса — 81 м³, в процентном соотношении объём CO2 — 0,1481 или 1481 ppm. То есть уже через час при закрытых окнах уровень CO2 превысит допустимые нормы.

Нормы содержания углекислого газа для школ и учебных заведений

Школы, ВУЗы и другие учебные заведения относятся ко 2-ому классу помещений и оптимальной концентрацией углекислого газа будут считаться показатели, не превышающие 800–1000 ppm.

В среднем в учебных кабинетах, где учится 25–30 человек, концентрация CO2 колеблется в пределах 2000–2500 ppm — перед началом занятий уровень углекислого газа находится в пределах нормы, но затем начинает неуклонно расти и уже через 20–30 минут накапливается выше нормы в 2 раза.

Проблема вентиляции в школах и других образовательных учреждениях связана с тем, что большинство из них расположены в старых зданиях с устаревшими системами вентиляции. И если раньше вентиляция и работала, то после замены старых окон на пластиковые, классы стали герметичными — углекислый газ быстро накапливается, а свежий воздух не поступает или поступает плохо.

Рекомендуется проветривать классы каждую перемену, но за это время воздух не сможет полностью обновиться, поэтому нужна система принудительной приточной вентиляции.

Рассмотрим на примере:Возьмём стандартный класс площадью 64 м², в нём находится 25 учеников и учитель, урок длится 45 минут, за это время 26 человек выдохнут 0,58 м³ углекислого газа. Объём класса — 192 м³, объём CO2 в классе — 0,3020% или 3020 ppm, что в 3 раза превышает оптимальные показатели.

Нормы содержания углекислого газа для спортивных залов и клубов

Помещения для занятий спортом относятся к 4-ому классу помещений, в них допустимым содержанием CO2 является 1400 ppm.

Количество углекислого газа в помещении зависит не только от количества человек, находящихся в нём, но и от вида их деятельности. Чем активнее деятельность, тем больше углекислого газа выделяется. Физические упражнения можно отнести к тяжёлой работе, получается, что занимаясь спортом, человек вырабатывает в 5 раз больше углекислого газа, чем человек, который просто сидит.

Выделение CO2 при различных видах физической нагрузки. ГОСТ Р ИСО 16000-26-2015 Воздух замкнутых помещений.

В спортзалах и фитнес-клубах одновременно может находиться большое количество человек, занятых физическими нагрузками, при которых углекислый газ вырабатывается значительно интенсивнее. Например, человек в положении сидя выдыхает 0,02 м³ углекислого газа, а при физических нагрузках — уже 0,11 м³.

Поэтому для фитнес-клубов обязательным условием является обильное поступление свежего воздуха. Проветривание через окно не эффективно и может привести к возникновению сквозняков, что для спортзалов недопустимо. Необходимо организовать систему вентиляции, которая обеспечит приток свежего воздуха и удаление отработанного.

Рассмотрим на примере:Площадь тренажёрного клуба мини-формата 200 кв.м. По санитарным нормам на 1 посетителя должно приходиться не менее 5 м². Предположим, что требование соблюдаются и в зале одновременно находится не более 40 человек. За 1 час интенсивных физических упражнений они выработают 4,4 м³ СО2 (0,11 м³ на человека). Объём помещения — 700 м³, доля содержания CO2 — 0,6285% или 6285 ppm. То есть за 1 час при отсутствии приточного воздуха уровень углекислого газа может превысить норму почти в 5 раз, такая концентрация близка к критичной для здоровья человека.

Дыхание и физические нагрузкиПравить

При физических нагрузках дыхание, как правило, усиливается. Обмен веществ ускоряется, мышцам требуется больше кислорода.

Приборы для исследования параметров дыханияПравить

• Капнограф — прибор для измерения и графического отображения содержания углекислоты в воздухе, выдыхаемом пациентом, в течение определённого периода времени.
• Пневмограф — прибор для измерения и графического отображения частоты, амплитуды и формы дыхательных движений, в течение определённого периода времени.
• Спирограф — прибор для измерения и графического отображения динамических характеристик дыхания.
• Спирометр — прибор для измерения ЖЁЛ (жизненной ёмкости лёгких).
• Пикфлоуметр

Уровень углекислого газа необходимо измерять, так как он оказывает прямое влияние на организм человека, но мы не можем оценить его объективно без специальных приборов и зачастую ориентируемся только на собственные ощущения.

Запах свежести

Человек ассоциирует свежий воздух с различными запахами: запахом «после дождя», запахом травы или листьев. Мы привыкли ощущать свежеть сразу, как открываем окно. Но этот воздух нельзя назвать свежим. Хоть запах сам по себе не является загрязнителем, но он указывает на наличие в воздухе загрязнителя.

Если воздух пропускать через эффективные фильтры, например, через HEPA и угольный, то воздух очищается от этих запахов. Такой воздух кажется менее свежим, но это просто субъективное ощущение. Если измерить уровень CO2 с помощью датчика, то можно убедиться, что он в норме.

Ощущение, что воздух свежий, потому что пахнет, как «после дождя», обманчиво. На самом деле пахнет мокрой землёй, а значит, в воздухе есть загрязнитель.

Прохлада как свежесть

Часто свежесть ассоциируют с прохладой — это ещё одно заблуждение. В помещении может быть пониженная температура, но высокий уровень CO2. Многие пытаются решить проблему духоты с помощью кондиционера.

К сожалению, кондиционеры не помогут, так как они не подают свежий воздух с улицы в помещение, а просто его охлаждают. Кондиционер берёт воздух из помещения, прогоняет через себя, охлаждает и подаёт обратно в помещение. Температура понижается, но уровень CO2 повышается, так как притока нового воздуха не было.

• Лосев Н.И., Гологорский В.А., Черняков И.Н. Гиперкапния // Большая медицинская энциклопедия : в 30 т. / гл. ред. Б.В. Петровский. — 3 изд. — Москва : Советская энциклопедия, 1977. — Т. 5. Гамбузия – Гипотиазид. — 568 с. —
• Углекислый газ (углекислота, двуокись углерода, диоксид углерода). Дата обращения: 19 июля 2011. Архивировано 5 ноября 2011 года.
• (Роспотребнадзор). № 2138. Углерода диоксид // ГН 2.2.5.3532-18 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны» / утверждены А.Ю. Поповой. — Москва, 2018. — С. 29. — 170 с. — (Санитарные правила). Архивная копия от 12 июня 2020 на Wayback Machine
• R.J. Roberge, A. Coca, W.J. Williams, J.B. Powell & A.J. Palmiero. Physiological Impact of the N95 Filtering Facepiece Respirator on Healthcare Workers (англ.) // American Association for Respiratory Care (AARC) Respiratory Care. — Daedalus Enterprises Inc, 2010. — May (vol. 55 (). — P. 569—577. — ISSN 0020-1324. — PMID 20420727. Архивировано 31 октября 2020 года.PDF Архивная копия от 12 января 2021 на Wayback Machine перевод Архивная копия от 14 апреля 2021 на Wayback Machine
• Raymond J. Roberge, Aitor Coca, W. Jon Williams, Jeffrey B. Powell and Andrew J. Palmiero. Surgical mask placement over N95 filtering facepiece respirators: Physiological effects on healthcare workers (англ.) // Asian Pacific Society of Respirology Respirology. — John Wiley & Sons, Inc., 2010. — Vol. 15. — . — P. 516—521. — ISSN 1440-1843. — doi:10.1111/j.1440-1843.2010.01713.x. — PMID 20337987. Архивировано 14 июля 2021 года. Копия Архивная копия от 15 июля 2020 на Wayback Machine Перевод Архивная копия от 14 апреля 2021 на Wayback Machine
• E.J. Sinkule, J.B. Powell, F.L. Goss. Evaluation of N95 respirator use with a surgical mask cover: effects on breathing resistance and inhaled carbon dioxide (англ.) // British Occupational Hygiene Society The Annals of Occupational Hygiene. — Oxford University Press, 2013. — Vol. 57. — . — P. 384—398. — ISSN 0003-4878. — doi:10.1093/annhyg/mes068. — PMID 23108786. Архивировано 1 ноября 2020 года.
• E.C.H. Lim, R.C.S. Seet, K.‐H. Lee, E.P.V. Wilder‐Smith, B.Y.S. Chuah, B.K.C. Ong. Headaches and the N95 face-mask amongst healthcare providers (англ.) // Acta Neurologica Scandinavica. — John Wiley & Sons, 2006. — Vol. 113. — . — P. 199—202. — ISSN 0001-6314. — doi:10.1111/j.1600-0404.2005.00560.x. — PMID 16441251. Архивировано 1 ноября 2020 года. есть перевод Архивная копия от 6 декабря 2020 на Wayback Machine

Оптимальные и допустимые значения содержания углекислого газа в помещении установлены в ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».

Оптимальным содержанием углекислого газа в помещении называются показатели, которые обеспечивают нормальное состояние организма и ощущение комфорта. Допустимые показатели — это значения, которые при длительном воздействии на человека могут привести к ощущению дискомфорта, ухудшению самочувствия и понижению работоспособности, но при этом не вызывают ухудшение здоровья.

Нормы содержания углекислого газа в помещениях. ГОСТ 30494-2011.

Согласно ГОСТ, оптимальное содержание углекислого газа для жилых помещений — до 400 ppm. Но в поступающем с улицы воздухе уже содержится СО2, поэтому для расчётов допустимых норм показатели качества воздуха в помещении суммируются с показателями содержания загрязнений в наружном воздухе.

Содержание углекислого газа в наружном воздухе. ГОСТ 30494-2011.

Таким образом, для жителей больших городов 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 говорит о низком качестве воздуха, что негативно влияет на организм человека.

Оптимальное содержание CO2 в помещении — 800 ppm.

Согласно ГОСТ, допускается превышение нормы СО2 до 1400 ppm, но физиологи рекомендуют считать верхние допустимые значения в 800–1000 ppm.

Ещё в 60-х годах 20-го века изучением влияния углекислого газа на человека занималась Елисеева О.В. — отечественная учёная, которая провела исследования по допустимой концентрации СО2 в помещении. В своей диссертации «Биологическое действие двуокиси углерода на организм человека и гигиеническая оценка её содержания в воздухе общественных зданий» она исследовала влияние углекислого газа на человека в концентрации 1000–5000 ppm.

Она отметила, что при таких показателях нарушается работа дыхательной системы и системы кровообращения, а также значительно ухудшается активность головного мозга. Согласно её выводам, уровень CO2 в помещении не должен превышать 0,1% (1000 ррm), а среднее содержание CO2 должно быть около 0,05% (500 ррm).

СсылкиПравить

• Книги о правильном дыхании (на русском) // Libteka.ru
• Дыхание // Малая медицинская энциклопедия

Как обеспечить оптимальный уровень СО2

Решить проблему повышенного содержания углекислого газа в помещении можно только одним способом — это замена выработанного воздуха, насыщенного CO2, свежим с улицы — то есть проветриванием. Это можно сделать, открыв окно, или с помощью системы приточной вентиляции.

Понижение уровня углекислого газа с помощью окна

Самый простой — это проветривание через окно. Как правило, проветривание длится не более 10–15 минут, за такое время воздух не сможет обновиться полностью, необходимо проветривать часто. Но в помещениях, где на протяжении длительного времени находятся люди, частые проветривания практически невозможны, так как этот способ имеет ряд значительных недостатков.

Помимо резкого потока холодного воздуха, поступающего в зимний период, к недостаткам проветривания через открытое окно относятся шум, пыль, пыльца и аллергены с улицы. Если помещение располагается не в самом экологически благоприятном районе города, то к шуму и пыли можно добавить бензол, толуол, фенол, формальдегид и другие органические соединения, которые содержатся в воздухе.

Есть ещё один неочевидный минус — это износ фурнитуры: чем чаще мы открываем окно, тем быстрее изнашивается фурнитура и уплотнители, провисают створки. В итоге снижается тепло и звукоизоляция — то, ради чего и покупались дорогостоящие окна.

Понижение уровня углекислого газа с помощью систем приточной вентиляции

Решить проблему открытого окна можно с помощью системы приточной вентиляции. Существуют различные виды таких систем — от примитивных бюджетных приточных клапанов до дорогостоящей централизованной системы вентиляции.

Все они нацелены на решение основной задачи — приток в помещение воздуха с улицы. Каждая система обладает рядом преимуществ и недостатков, и определённым набором функций — фильтрация, подогрев воздуха, увлажнение и т.д.

Некоторые из этих систем недостаточно производительны и не могут обеспечить необходимый приток воздуха в расчёте 30м³/ч на человека, например, приточные клапаны или рекуператоры. Другие экономические целесообразно применять только на больших объектах, например, централизованные системы вентиляции. А установку системы с наружным блоком типа Ventmachine, необходимо будет согласовать с Управляющей компанией, так как она монтируется на фасад.

Когда речь идёт о квартире, небольшом офисе или учебном классе (помещения 1-ой и 2-ой категории), наиболее правильным решением станет установка датчика CO2 и компактного приточного комплекса — бризера. Уровень CO2 будет поддерживаться в оптимальных значениях и решатся проблемы открытого окна.

Что такое бризер, принцип работы и функции

Бризер принудительно подаёт в помещение необходимое количество воздуха с улицы, пропускает его через многоступенчатую систему фильтрации и подогревает до комфортной температуры. За счёт активного притока отработанный и насыщенный СО2 воздух выталкивается в вытяжную вентиляцию. Таким образом нормализуется уровень углекислого газа в помещении.

Бризер подаёт воздух с улицы, пропускает его через систему фильтрации и подогревает до комфортной температуры

Работу бризера можно настроить по уровню СО2 с помощью датчика. Бризер будет получать показатели о содержании углекислого газа в помещении с внешнего датчика и сам выберет нужную скорость, которая приведёт текущие значения к оптимальным.

Например, с помощью устройства Magic Air можно задать уровень CO2 в 800 ppm, датчик будет непрерывно анализировать концентрацию углекислого газа и выбирать скорость подачи свежего воздуха, которая будет поддерживать CO2 в пределах оптимального значения в 800 ppm. Подробнее о системе Magic Air мы рассказываем в нашей статье «Зачем нужна система MagicAir?».

Процесс газообмена в легких и тканях

Состав поступающего и выходящего из дыхательных путей воздуха не меняется. Во вдыхаемом воздухе кислород составляет около 21%, углекислый газ — 0,03%. В выдыхаемом воздухе эти показатели уже другие: 16-17% кислорода и 4% углекислого газа.

В альвеолярном воздухе процент содержания кислорода достигает 14,4%, а углекислого газа — 5,6%. Во время выдоха происходит смешивание воздуха мертвого пространства и содержимого ацинусов.

Важно, что объем атмосферного азота, который вдыхается и выдыхается, остается неизменным.

При выдохе происходит вывод паров воды из организма.

При длительном вдыхании воздуха, содержащего значительную концентрацию кислорода, для организма могут наступить пагубные последствия. Тем не менее ингаляция 100-процентным кислородом — лечебное мероприятие при некоторых заболеваниях.

Диффузия газов

Разграничительная черта между кровью и воздухом альвеол называется легочной мембраной или аэрогематическим барьером.

Как происходит газообмен в легких?

Газообмен в легких осуществляется за счет:

• диффузии кислорода из альвеол в кровь;
• диффузии углекислого газа из крови в альвеолы.

Газы переходят через аэрогематический барьер за счет разности их концентраций.

Парциальным давлением газа выступает часть общего давления, принадлежащая данному газу.

Кислород в воздушной среде характеризуется парциальным давлением (напряжением), которое равно 160 мм. рт. ст. Углекислый газ, в свою очередь, обладает парциальным давлением, равным 0,2 мм. рт. ст.

Что касается альвеолярного воздуха, то парциальное давление для кислорода и двуокиси углерода отличаются другими значениями: давление кислорода равно 100 мм. рт. ст, а углекислого газа — 40 мм. рт. ст.

Газы находятся в крови в двух состояниях: в химическом связанном и в растворенном. При этом, в процессе диффузии могут участвовать только те молекулы газа, которые находятся в растворенном состоянии.

Есть несколько условий, от которых зависит способность газа быть растворенным в жидкостях. Это:

• объем и давление газа над жидкостью;
• состав жидкости;
• природа газа;
• температура жидкости.

При более низкой температуре и более высоком давлении газа обеспечивается большее растворение газа.

При условии температуры 38 градусов и давлении в 760 мм. рт. ст. в 1 мл. крови растворится 2,2% кислорода и 5,1% углекислого газа.

Между кровью и альвеолярным воздухом градиент давления для кислорода составляет 60 мм. рт. ст. Это обеспечивает диффузию кислорода в кровь. В крови происходит связывание кислорода с гемоглобином, который находится в эритроцитах, в результате чего происходит образование оксигемоглобина. Очень много оксигемоглобина содержится в артериальной крови.

У здорового человека гемоглобин может насыщаться кислородом на 96%.

Под кислородной емкостью крови понимают максимум кислорода, которое при глубоком насыщении гемоглобина кислородом может связываться с кровью.

Эффектом Холдейна называют повышенную способность крови в процессе перехода оксигемоглобина в гемоглобин связывать углекислый газ.

В 100 мл. крови содержится примерно 20 мл. кислорода — это в норме. В венозной крови в таком же объеме содержится от 13 до 15 мл. кислорода.

Образованный в тканях углекислый газ по градиенту концентрации поступает в кровь и объединяется с гемоглобином — таким образом происходит образование карбгемоглобин. Большая часть углекислого газа находится во взаимодействии с водой, и образует, в результате, карбоновую кислоту. Эта кислота имеет способность диссоциировать, что приводит к образованию ион водорода и бикорбонат-ион. Основная часть углекислого газа перемещается в виде бикарбоната.

Эритроциты крови содержат такой фермент как карбоангидраза. У него есть способность осуществлять катализацию расщепления карбоновой кислоты и ее образование. Процесс расщепления происходит в капиллярах легких.

Напряжение двуокиси углерода в венозной крови — около 46 мм. рт. ст. Парциальное давление двуокиси углерода в альвеолярном воздухе составляет 40 мм. рт. ст. Это значит, что градиент давления равен 6 мм. рт. ст. в пользу крови.

Из человеческого организма в состоянии покоя выходит примерно 230 мд. двуокиси углерода.

Диффузия газов осуществляется по разности концентрации: из среды, где отмечается большее напряжение, в среду, где отмечается меньшее напряжение.

Диффузионная способность легких — это способность газа превращаться из альвеол в эритроциты.

Особенности газообмена в тканях

В митохондриях обнаруживается минимальное напряжение кислорода. Все потому, что митохондрии — это места, где кислород используется для биологического окисления. Как результат расщепления оксигемоглобина — молекулы кислорода диффундируют в направлении меньших значений напряжения кислорода.

Факторы, влияющие на парциальное давление в тканях:

• расстояние между кровеносными капиллярами и их геометрия;
• скорость движения крови;
• расположение клеток относительно капилляров;
• окислительные процессы и др.

В тканевой жидкости вблизи капилляров напряжение кислорода меньше, чем в крови — оно составляет от 20 до 40 мм. рт. ст.

Интенсивные окислительные процессы в клетках способствуют тому, что напряжение кислорода может доходить до нулевого показателя. Однако при увеличении скорости кровотока напряжение кислорода мгновенно повысится.

Наивысший показатель давление углекислого газа в клетках достигается в случае его образования в митохондриях — оно равно 60 мм. рт. ст. Что касается давления углекислого газа, то в тканевой жидкости оно меняется (примерно 46 мм. рт. ст.), а в артериальной крови остается равным 40 мм. рт. ст.

Перемещение двуокиси углерода осуществляется по градиенту напряжений в капилляры крови, после чего кровь перемещает ее к легким.

Дыхание у растенийПравить

Анаэробное дыхание растений было открыто Луи Пастёром. Обычно оно происходит в соответствии с суммарным уравнением спиртового брожения:

В анаэробных условиях хлорофилл, растворённый в пиридине, под воздействием света восстанавливается аскорбиновой кислотой или другими донорами электронов. В темноте реакция идёт в обратном направлении:

В свою очередь, «фотовосстановленный» хлорофилл может восстанавливаться такие акцепторы, как НАД+, хиноны, Fe3+.

Общие принципы организации процесса дыхания на молекулярном уровне у растений и животных схожи. Однако в связи с тем, что растения ведут прикреплённый образ жизни, их метаболизм постоянно должен подстраиваться к изменяющимся внешним условиям, поэтому и их клеточное дыхание имеет некоторые особенности (дополнительные пути окисления, альтернативные ферменты).

Газообмен с внешней средой осуществляется через устьица и чечевички, трещины в коре (у деревьев).

Дыхание у человекаПравить

Дыхание у человека можно разделить на стадии:

• внешнее дыхание — газообмен между внешней средой и альвеолами посредством дыхательных путей;
• газообмен в лёгких между воздухом и кровью;
• транспортировка газов кровью между лёгкими и тканями;
• газообмен между кровью и тканями;
• тканевое дыхание.

Видеоиллюстрация дыхательных движений человека полученная при помощи МРТ грудной клетки

Внешнее дыхание человека включает две стадии:

Вентиляция альвеол осуществляется чередованием вдоха (инспирация) и выдоха (экспирация). При вдохе в альвеолы поступает атмосферный воздух, а при выдохе из альвеол удаляется воздух, насыщенный углекислым газом. Вдох и выдох осуществляется путём изменения размеров грудной клетки с помощью дыхательных мышц.

• грудной тип дыхания (вдох-выдох производится преимущественно грудной клеткой и участия мышц грудной клетки),
• брюшной тип дыхания (вдох-выдох производится преимущественно путём уплощения диафрагмы со вспомогательным участием мышц брюшной стенки).

Тип дыхания зависит от двух факторов:

Характеристика внешнего дыхания

Объёмы лёгких. Обозначены: TLC — общая ёмкость, VC — жизненная ёмкость, TV — дыхательный объём, IRV — резервный объём вдоха, ERV — резервный объём выдоха, RV — остаточный объём, IC — ёмкость максимального вдоха, FRC — функциональная остаточная ёмкость. Красной линией — спирограмма спокойного дыхания, максимальных выдоха и вдоха

• Ритмичность — регулярность вдохов и выдохов через определённые промежутки времени.
• Частота — число дыханий в минуту (16—20 в минуту у мужчин и 18—22 в минуту у женщин).
• Глубина — объём воздуха при каждом дыхательном движении.

После максимального выдоха в лёгких остаётся воздух в количестве около 1500 мл, называемый остаточным объёмом лёгких. После спокойного выдоха в лёгких остаётся примерно 3000 мл. Этот объём воздуха называется функциональной остаточной ёмкостью (ФОЁ) лёгких.

Благодаря ФОЁ в альвеолярном воздухе поддерживается относительно постоянное соотношение содержания кислорода и углекислого газа, так как ФОЁ в несколько раз больше ДО. Только 2/3 ДО достигает альвеол, который называется объёмом альвеолярной вентиляции.

Без дыхания человек обычно может прожить до 5—7 минут, после чего наступают потеря сознания, необратимые изменения в мозге и смерть.

Дыхание — одна из немногих способностей организма, которая может контролироваться сознательно и неосознанно. При частом и поверхностном дыхании возбудимость нервных центров повышается, а при глубоком — наоборот, снижается.

Виды дыхания: глубокое и поверхностное, частое и редкое, верхнее, среднее (грудное) и нижнее (брюшное).

Особые виды дыхательных движений наблюдаются при икоте и смехе.

Биомеханика и биофизика внешнего дыхания

Этот раздел статьи ещё не написан.

Здесь может располагаться Помогите Википедии, написав его. (29 мая 2022)

Патология внешнего дыхания

Основная форма патологии внешнего дыхания — дыхательная недостаточность. В зависимости от характера течения патологического процесса различают острую и хроническую дыхательную недостаточность. Кроме того, выделяют три типа дыхательной недостаточности:

• обструктивный тип;
• рестриктивный тип;
• смешанный тип.

Тахипно́э или «дыхание загнанного зверя» — учащённое поверхностное дыхание (ЧД свыше 20 дыхательных движений в минуту). Учащённое дыхание возникает обычно при раздражении дыхательного центра продуктами жизнедеятельности организма (углекислый газ). Наблюдается при анемии, лихорадке, заболеваниях крови. При желании может вызываться усилием воли (гипервентиляция), например, перед предполагаемой задержкой дыхания. При истерии частота дыхательных движений может достигать 60—80 в минуту.

Так называемое рефлекторное или «ложное апноэ» иногда наступает при сильном раздражении кожи (например, при погружении тела в холодную воду). Апноэ (как патологическое состояние) также следует отличать от искусственно вызванной задержки дыхания (например, при погружении в жидкость) — в результате развившегося кислородного голодания (на фоне прекращения поступления кислорода из атмосферного воздуха в альвеолы) происходит отключение коры головного мозга (потеря сознания или прекращение процессов высшей нервной деятельности), после чего подкорковые и стволовые структуры (дыхательный центр) дают команду на вдох. Если при этом атмосферный воздух проникает в лёгкие, то по мере достижения кислородом тканей и органов (в том числе и ЦНС) происходит спонтанное восстановление сознания. Если тело находится в жидкой среде, то происходит проникновение жидкости в дыхательные пути и развивается утопление (обычное или «сухое», связанное с ларингоспазмом).

Одышка или диспно́э — нарушение частоты и глубины дыхания, сопровождающееся ощущением нехватки воздуха. В случае патологических изменений сердечной мышцы одышка поначалу появляется при физической нагрузке, а затем возникает и в покое, особенно в горизонтальном положении (в связи с увеличением венозного возврата крови к сердцу), заставляя пациента принимать вынужденное положение сидя, способствующее депонированию венозной крови системы нижней полой вены в ногах (ортопное). Приступы резкой одышки (чаще ночные) при заболеваниях сердца — проявление сердечной астмы: одышка в этих случаях инспираторная (затруднён вдох). Экспираторная одышка (затруднён выдох) возникает при сужении просвета мелких бронхов и бронхиол (например, при бронхиальной астме) или при потере эластичности лёгочной ткани (например, при развитии хронической эмфиземе лёгких). «Мозговая» одышка возникает при непосредственном раздражении дыхательного центра (опухоли, кровоизлияния и другие этиологические факторы).

Патологические типы внешнего дыхания:

• периодическое дыхание по типу Чейна — Стокса — дыхание, при котором поверхностные и редкие дыхательные движения постепенно учащаются и углубляются и, достигнув максимума на пятый — седьмой вдох, вновь ослабляются и урежаются, после чего наступает пауза. Затем цикл дыхания повторяется в той же последовательности и переходит в очередную дыхательную паузу. Название дано по именам медиков Джона Чейна и Уильяма Стокса, в чьих работах начала XIX века этот симптом был впервые описан. Механизм патологического дыхания Чейна — Стокса объясняется снижением чувствительности дыхательного центра к СО2: во время фазы апноэ снижается парциальное напряжение кислорода в артериальной крови (РаО2) и нарастает парциальное напряжение углекислого газа (гиперкапния), что приводит к возбуждению дыхательного центра, и вызывает фазу гипервентиляции и гипокапнии (снижение PaCO2). Дыхание Чейна — Стокса встречается в норме у детей младшего возраста, иногда у взрослых во время сна; патологическое дыхание Чейна — Стокса может быть обусловлено черепно-мозговой травмой, гидроцефалией, интоксикацией, выраженным атеросклерозом сосудов головного мозга, при сердечной недостаточности (за счёт увеличения времени кровотока от лёгких к мозгу).
• менингитическое или дыхание Биота — чередованием равномерных ритмических дыхательных движений и длительных пауз при органических поражениях ЦНС.

Основные типы нарушений внешнего дыхания:

• альвеолярная гиповентиляция,
• альвеолярная гипервентиляция,
• нарушения лёгочной перфузии,
• нарушения вентиляционно-перфузионных отношений,
• нарушения диффузии.

Часто наблюдается сочетание типов нарушений.

Альвеолярная гиповентиляция характеризуется недостаточной альвеолярной вентиляцией, в результате чего в кровь поступает меньше кислорода и обычно происходит недостаточный вывод из крови углекислого газа. Гиповентиляция приводит к снижению количества кислорода в крови (гипоксемия) и к увеличению количества углекислого газа в крови (гиперкапния).

Причины альвеолярной гиповентиляции:

• нарушения проходимости дыхательных путей,
• уменьшение дыхательной поверхности лёгких,
• нарушение расправления и спадения альвеол,
• патологические изменения грудной клетки,
• механические препятствия экскурсиям грудной клетки,
• расстройства деятельности дыхательной мускулатуры,
• расстройства центральной регуляции дыхания.

Нарушения проходимости дыхательных путей:

• спазм мелких бронхов (обструктивный бронхит, бронхиальная астма),
• западение языка;
• попадание в трахею или бронхи пищи, рвотных масс, инородных тел;
• закупорка дыхательных путей новорождённых слизью, мокротой или меконием;
• воспаление или отёк гортани;
• обтурация или компрессия опухолью или абсцессом.

Тканево́е или кле́точное дыхание — совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов, в процессе которых происходит окисление углеводов, липидов и аминокислот до углекислого газа и воды. Высвобожденная энергия запасается в химических связях макроэргических соединений (молекул аденозинтрифосфорной кислоты и других макроэргов) и может быть использована организмом по мере необходимости. Входит в группу процессов катаболизма. На клеточном уровне рассматривают два основных вида дыхания: аэробное (с участием окислителя-кислорода) и анаэробное. При этом физиологические процессы транспортировки к клеткам многоклеточных организмов кислорода и удалению из них углекислого газа рассматриваются как функция внешнего дыхания.

Аэро́бное дыха́ние. В цикле Кребса основное количество молекул АТФ вырабатывается по способу окислительного фосфорилирования на последней стадии клеточного дыхания: в электронтранспортной цепи. Здесь происходит окисление НАД∙Н и ФАДН2, восстановленных в процессах гликолиза, β-окисления, цикла Кребса и т. д. Энергия, выделяющаяся в ходе этих реакций, благодаря цепи переносчиков электронов, локализованной во внутренней мембране митохондрий (у прокариот — в цитоплазматической мембране), трансформируется в трансмембранный протонный потенциал. Фермент АТФ-синтаза использует этот градиент для синтеза АТФ, преобразуя его энергию в энергию химических связей. Подсчитано, что молекула НАД∙Н может дать в ходе этого процесса 2,5 молекулы АТФ, ФАДН2 — 1,5 молекулы. Конечным акцептором электрона в дыхательной цепи аэробов является кислород.

Анаэро́бное дыха́ние — биохимический процесс окисления органических субстратов или молекулярного водорода с использованием в дыхательной ЭТЦ в качестве конечного акцептора электронов вместо O2 других окислителей неорганической или органической природы. Как и в случае аэробного дыхания, выделяющаяся в ходе реакции свободная энергия запасается в виде трансмембранного протонного потенциала, использующегося АТФ-синтазой для синтеза АТФ.

Средства индивидуальной защиты органов дыханияПравить

Чрезмерное воздействие углекислого газа на организм мешает своевременному и правильному использованию респираторов в загрязнённой атмосфере, особенно при невысокой концентрации загрязнений.

Норма кислорода в воздухе

Итак, что касается соотношения кислорода в воздухе существуют определенные нормы, к примеру, для рабочей зоны. Для того что бы человек мог полноценно работать то норма кислорода в воздухе составляет от 19 до 23 процентов. При эксплуатации оборудования на предприятиях необходимо обязательно следить за герметичностью аппаратов, а также различных машин. Если при тестировании воздуха в помещении где работают люди показатель кислорода будет ниже 19 процентов, то необходимо обязательно покинуть помещение и включить аварийную вентиляцию.  Контролировать уровень кислорода в воздухе на рабочем месте можно пригласив лабораторию “ЭкоТестЭкспресс” и исследовать химический анализ воздуха.

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 26 января 2021 года; проверки требуют 114 правок.

К органам дыхания у рыб относятся жабры

Различия внешнего дыхания человека, птиц и насекомых

Клеточное дыхание включает биохимические процессы транспортировки белков через клеточные мембраны; а также собственно окисление в митохондриях, приводящее к преобразованию химической энергии пищи.