Атмосфера нашей планеты становится всё менее пригодной для дыхания живых существ. Без пищи человек может жить примерно месяц; без воды — неделю; без воздуха – минуты.
Нормально воздух содержит 78% азота, 21% кислорода, 1% аргона. Стандартное содержание кислорода в воздухе — 20,94% — наиболее благоприятно для живых организмов. К сожалению, такое содержание кислорода в наше время в природных условиях реализуется лишь в городских парках (20,8%), загородных лесах (21,6%), на берегах морей и океанов (21,9%). В городских помещениях (квартирах и офисах) содержание кислорода в воздухе значительно меньше (20% и ниже), что приводит к возникновению у людей кислородной недостаточности (гипоксии).
Стремительно ухудшающееся состояние атмосферы Земли должно было бы стать главной заботой всего человечества. Однако не стало. Никакого интереса к этой теме не наблюдается во всём мире и в России, где власти помпезно объявили 2016 год годом экологии.
Кто съедает кислород?
За последние 55 лет безвозвратно выведено из атмосферы не менее 4,4 % кислорода. Сегодня его остаётся не более 16%. В результате этого среднее атмосферное давление на уровне моря снизилось с 760 мм до 746 мм ртутного столба, т.е. за полвека мы потеряли 16 мм или около 20 км атмосферы: высота атмосферы уменьшилась со 101 до 80 км. Численные значения этих оценок можно корректировать, однако тенденции очевидны. Азот атмосферы не исчезает, значит, мы понизили атмосферное давление только за счёт удаления кислорода. Из этого следует: человеку и всему живому на планете грозит смерть от удушья.
Кислород из атмосферы убирают люди, переводя его в состояние воды и окислов. Основные процессы, уничтожающие кислород:сжигание углеводородов и производство металлов.
- На Земле в течение суток сжигается более 3,5 миллионов тонн нефти и более 4 млрд. м3 только учтённого природного газа. Помимо этого, сжигаются большие объёмы промышленного газа, ацетилена, угля, сланцев и всего, что горит. Для сжигания 1 кг угля или дров расходуется более 2 кг кислорода.
- За последние 100 лет на Земле были выплавлены миллиарды тонн железа (только в России за 10 лет — с 1990 г. по 2000 г. было выплавлено более 1,5 миллиарда тонн железа), около 70 % которого давно окислилось. Люди разбросали по Земле с ржавчиной огромную массу кислорода, возвратить который в атмосферу уже трудно. Способствуют этому процессу гонка вооружений и военные конфликты, создающие на планете огромные массы разрушенной военной техники, которая брошена ржаветь.
Уменьшение содержания кислорода в атмосфере — одна из возможных причин потепления климата. В результате снижения толщины атмосферы улучшилась проницаемость воздуха для солнечного излучения, Земля стала получать больше солнечной энергии. Чтобы остановить этот процесс, нужно откуда-то взять огромное количество кислорода. Но можно ли его получить, если на разложение одного литра воды требуется 12 киловатт электроэнергии?
Уничтожив огромную массу кислорода, люди понизили высоту и плотность озонового слоя, защищающего все живое на Земле от губительных ультрафиолетовых лучей Солнца. Ультрафиолетовое излучение начинает угнетать растительность и вызывать заболевания людей и животных — этот процесс не остановить.
Атмосфера Земли стремительно теряет свой кислород
Атмосфера не является единственным источником кислорода. Например, водоёмы, дающие массу испарений, вызывают колебания состава воздуха и содержания кислорода. Но океаны забиты мусором, такие крупные течения, как Гольфстрим, деградируют.
Потери кислорода в атмосфере возмещаются растительностью суши и мирового океана, которые пока способны производить около 320 млрд тонн свободного кислорода. Однако потребление кислорода людьми растёт, а популяция растений на земле стремительно сокращается.
Фитопланктон — фабрика кислорода – в значительной мере убит токсинами, которые люди сбрасывают в моря.
Леса – «лёгкие» планеты, дают значительный прирост кислорода, но люди вырубили около 80% лесов, существовавших ещё 100 лет назад.
Активно сжигают кислород технические средства, созданные человеком. Автомобиль, проехавший 500 км, съедает годовую дыхательную норму человека. Один автомобиль за 2 часа работы поглощает столько кислорода, сколько дерево выделяет за 2 года. Самолёт, пролетевший 10 тыс. км, сжигает 30-50 т кислорода, что составляет суточное производство кислорода лесным массивом площадью 15-20 тыс. га.
Уровень кислорода в воздухе 10% и ниже смертелен для человека. Динамика роста потребления кислорода создаёт реальную возможность его полного истощения на Земле. Кроме этого, выбросы в атмосферу миллиардов тонн химических соединений и твёрдых частиц и аэрозолей делают атмосферный воздух всё менее пригодным для дыхания.
Хватит ли нам воздуха?
«Нечем дышать!» — говорит каждый свежий человек, прибывающий в Москву. Вылизанные улицы, газончики, строения столицы — всё это теряет смысл в городе, накрытом куполом удушливого смога.
Москва — город без кислорода. Жители мегаполиса постоянно испытывают его нехватку. Концентрация кислорода в воздухе составляет зачастую всего 15–18% (при норме около 21%). Эта небольшая казалось бы разница – всего 3–5% — для нашего организма довольно ощутима. Ситуация усугубляется тем, что каждые 10 лет площадь зелёных насаждений — «лёгких» города уменьшается примерно на 5%.
Воздух: чем мы дышим?
Уничтожением последних «носовых платочков» зелени Москвы лихорадочно занимаются строители. Если бы в городе было вменяемое руководство, оно наложило бы строгий запрет на любые стройки в Москве и Подмосковье. Однако сегодня ударными темпами возводятся дороги, городское и пригородное жильё, торговые и офисные центры, культовые сооружения – мечети, церкви — действует пресловутый проект олигарха Ресина в содружестве с Патриархией – сооружение 200 храмов «шаговой доступности». Строителями движет жажда огромной прибыли на дорогой московской и подмосковной земле. Слово «кислород» в понятийном аппарате застройщиков и «отцов города» заведомо отсутствует. Наверняка для них Москва – не место для жизни, а поле чудес в стране дураков, где зарыв один золотой можно снять сто.
Чтобы дать людям дышать, Москву надо расселять, ибо уже сегодня здесь реально около 17 млн человек и более 5 млн автомобилей.
Но «мудрые» правители решили и без того непотребно громадный город расширять, причём в Юго-Западном направлении, откуда дуют преимущественные ветры. Расширение Москвы быстро подвигает город к тотальному удушью. Вырубка последних подмосковных лесов, дававших городу кислород, массовое строительство высоток, запирающих проветривание, всё это убьёт город в кратчайшие сроки. Безветрие медики называют «днями смертности». Ветры – спасение Москвы, т.к. ежегодно в воздух Москвы выбрасывается 1,3 миллионa тонн отравы (диоксид азота, оксид углерода, диоксид серы). В одном кубометре московского воздуха содержится 7 миллиграммов отравляющих веществ. Каждый москвич вдыхает ежегодно 50 кг ядов. От грязного воздуха в Москве ежегодно умирает в четыре раза больше, чем от автокатастроф — около 3 500 человек.
Загрязнение воздуха в Москве и Подмосковье
Отдельная песня – московское метро. Здесь – та же безумная политика, что на поверхности: в период сооружения первых станций их величали «дворцами пролетариата». Не очень вменяемые ребята зачем-то ваяли на транспортных коммуникациях статуи, мозаики, мраморные полы и колонны, абсолютно не соображая, что строят душегубку. Московское метро — самое глубокое в мире, а значит, повышает артериальное давление и автоматически вызывает у человека ужас. Оно самое шумное, поскольку вагоны на металлических, а не резиновых колёсах (уровень шума 70-100 децибел), самое душное. Обновлённые герметичные вагоны с плохими кондиционерами – вообще безвоздушные камеры.
Информация о содержании кислорода в воздухе метро имеет секретность государственной тайны. Но ясно, что при почти полном отсутствии вентиляции в вагонах, особенно в случае остановки в туннеле, дышать там нечем.
Падающий процент кислорода и растущее содержание ядов в воздухе очень быстро уничтожает привлекательность столицы. Всё меньше людей хотят платить за большие московские доходы астмой, раком лёгких, постоянным чувством усталости. Цены московской недвижимости падают и заведомо упадут настолько, что разжиревшие риэлторские конторы обанкротятся, а гордые собой привилегированные москвичи станут экологическими беженцами. Поскольку безумие властей и жителей не позволяет и тем и другим сделать хоть какие-то шаги к исправлению ситуации, город ждёт печальный конец.
Безумные и бессильные. Кислородная дискриминация
Известно, что кислород необходим живым организмам для окисления поглощаемой биомассы (продуктов питания) с целью выработки энергии для осуществления физиологических функций (работа мышц, умственная деятельность и т.д.). Около 90% энергии человек получает благодаря кислороду. Без кислорода снижается устойчивость организма к стрессам, иммунитет, рассогласовывается работа внутренних органов, повышается вес, нарушается сон. Кислород составляет 90% массы молекулы воды. Организм содержит 65–75% воды. Без кислорода клетки не растут, а умирают.
Головной мозг составляет 2% от общей массы тела, при этом потребляет 20% кислорода, поступающего в организм — кислородное голодание ведёт к ослаблению умственной деятельности. Безусловно, тотальное слабоумие человечества, которое мы наблюдаем сегодня, в числе прочих причин вызвано и падением содержания кислорода в атмосфере.
Основная экономическая, политическая, общественная жизнь сегодня сосредоточена в мегаполисах, где люди живут в состоянии хронического кислородного голода. У них неизбежно заторможена умственная деятельность, снижены физические возможности. Отсюда вялость, безразличие, бессилие гражданского общества, которое не может противостоять враждебным действиям властных чиновников, поскольку те проводят большую часть жизни в своих загородных резиденциях – в лесах, на морских побережьях, где содержание кислорода близко к оптимальному или выше – 21-22%. Итого, кроме дискриминации экономической, политической, народные массы испытывают и кислородную дискриминацию: дышать нормальным воздухом позволено лишь власть имущим.
Вспомним, что бывший мэр Москвы Лужков в 2010 году, когда город задыхался от дыма и смертность выросла в 16 раз, улетел в свою Австрию, к своим миллионам. Эти мэры – и прошлый, и нынешний — однозначно плохо учились в школе, поскольку не понимают – выжигание кислорода и выбросы ядов в любой точке Земли отравляют всю атмосферу целиком. И однажды они задохнутся и в Альпах.
Воздушная политика и кислородный трибунал
Атмосфера Земли едина. От падения содержания кислорода одинаково страдают олигарх и бомж – в этом высшая кислородная справедливость. Перед лицом Природы все дышащие равны, следовательно, спасение кислорода – забота всех и каждого.
Ради спасения кислорода людям придётся пересмотреть функции мировой экономики, всю мировую политику, структуру органов госуправления, стиль из работы.
В Минфины и Центробанки всего мира кроме бухгалтеров, умеющих считать дебит и кредит, придётся посадить физиков и химиков, которые смогут вычислить стоимость любого действия не только в деньгах, но и в кубометрах потребного для них кислорода.
И если это посчитать, выяснится, что надо немедленно и резко сокращать производство автомобилей, самолётов, ракет и соответственно снижать добычу нефти и газа.
Придётся срочно прекращать производство товаров, не имеющих потребительской ценности, но «престижных» (например, драгоценности), товаров «мусорных» (например, предметы одноразового использования), товаров вредных для здоровья или экологически опасных (табак, алкоголь, добавки к пище, стимулирующие её избыточное потребление или привыкание и т.д.). Придётся ликвидировать рекламу (не информацию), взвинчивающую «псевдопотребности».
Телевидению вместо пошлого «шоубиза» и дебильных шоу придётся пригласить толковых экспертов, которые с цифрами в руках докажут гражданам, что личный автомобиль – орудие самоубийства, сжигающее кислород, замещающее его отравляющими веществами. Гражданам придётся понять, что летать ради недельного отдыха за тысячи километров, значит душить своих детей.
Но такой подход возможен только при отказе от идеологии общества потребления, которая сегодня является базой экономики, политики, стратегией развития, всего стиля жизни человечества.
Экономический либерализм и техногенное давление на природу
Всему миру придётся не только сокращать производство, но и уходить от массового конвейерного экстерриториального производства к малым локальным предприятиям, максимально приближенному к потребителю – так мы сэкономим кислород на логистике.
Придётся реформировать стиль работы управленцев всего мира: международные саммиты вполне можно проводить дистанционно, в режиме «он-лайн». Потеряют от этого только их участники, лишившиеся фуршетов и банкетов. Выиграет атмосфера, ибо серьёзное количество кислорода будет спасено.
Ради спасения воздуха для дыхания придётся пересмотреть структуру госорганов. Так, заведомо необходимо ликвидировать Государственную Думу, которая сжигает слишком много кислорода для освещения, отопления, перевозки депутатов в мощных авто и самолётах. От этих героев телешоу Соловьёва происходит главным образом вред. Принятый ими Лесной кодекс, отдав леса «эффективному собственнику», дал старт ежегодно повторяющимся мощным лесным пожарам, чудовищным порубкам, в том числе нелегальным.
Несколько отраслевых профессиональных экспертных советов, работающих по сетевой технологии, в компании с небольшой группой грамотных юристов в состоянии сделать работу этой пустой тусовки, тратя в разы меньше кислорода и народных денег.
Разумеется, все эти преобразования потребуют преодолеть сопротивление паразитарных структур, наживающихся на массированном сжигании кислорода. Бильдербергский клуб, масонские ложи и прочие архитекторы мирового порядка — авторы кислородосжигающей экономики, инициаторы гонки вооружения, организаторы всех войн и революций. Они рвутся к мировому господству ценой всемирного удушья. А потому следует устроить Международный Кислородный Трибунал, использовав, например, помещение Гаагского Трибунала по бывшей Югославии. А в его камеры вместо благородного Радована Караджича следует определить членов Бильдерберга, олигархов и прочих субъектов, мешающих людям дышать. Для них это будет благом, ибо, сохранив власть, они удушат всех и себя в кратчайшие сроки.
Людям придётся остановить кислородно-невозможное производство вооружения, что резко снизит кислородоёмкое производство металлов. Землянам придётся запретить вражду и войны и научиться любить друг друга, иначе мы все дружно задохнёмся. И в этом будет высшая кислородная справедливость.
Анатолий Минеев
«Квант» №4, 2020
В данной статье речь пойдет о воздействии на человека кислорода и углекислого газа — по отдельности и вместе. Некоторую настоящую интригу придает взгляд на проблему как извне — со стороны вдыхаемого воздуха, так и изнутри — внутри самого организма. Или, более научно, как со стороны внешнего дыхания — обмена между атмосферой и клетками в легких, так и внутреннего дыхания — процессы в клетках и тканях организма.
Среднее значение давления земной атмосферы на уровне моря примерно равно pатм = 760 мм рт. ст. На долю кислорода приходится 160 мм рт. ст. или приблизительно 21%. Кислород частично усваивается организмом, углекислый газ образуется в результате химических реакций окисления. Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха приведен в таблице.
Таблица 1. Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха
Чем интересны эти цифры? Азот и аргон не используются организмом человека (являются инертными). Степень усвоения кислорода невелика, около 0,25. После вдоха организм выдыхает обратно основную часть кислорода. Углекислый газ практически отсутствует во вдыхаемом воздухе и активно образуется при окислительных реакциях в организме. Процент поглощения организмом кислорода (21% − 16% = 5%) оказывается близким к проценту образования углекислого газа (4%).
Инертность азота и аргона при обменных процессах в организме привела к соблазну вообще отказаться от них в условиях длительного пребывания в замкнутом пространстве. По этому пути пошли американские астронавты в первых космических полетах, перейдя на дыхание чистым кислородом. При этом давление в случае использования только O2 было существенно ниже атмосферного и составляло 260–280 мм рт. ст. Однако по мере увеличения длительности космических полетов в такой чисто кислородной атмосфере у астронавтов стали появляться проблемы с дыхательными путями. К тому же, чисто кислородная атмосфера пожароопасна. Российские космонавты с самого начала использовали состав воздуха, близкий к земному, что потребовало более сложной системы регенерации воздуха. В настоящее время при полетах в космосе и в плавании на подводных лодках используется земной состав атмосферы.
Взгляд снаружи
Эти данные соответствуют диапазону жизнедеятельности человека на уровне моря. По мере подъема в горы давление снижается, что наглядно отражают кривые атмосферного давления и парциального давления кислорода (рис. 1).
Оценка времени развития кислородной недостаточности при нахождении в замкнутом объеме. В качестве примера рассмотрим несколько ситуаций с людьми, находящимися в замкнутом объеме: один человек, застрявший в лифте объемом V = 2 м3; два человека в комнате с V = 30 м3; сто человек, застрявшие в остановившемся вагоне метро с V = 250 м3.
В каждом случае найдем, за какое время Δt в замкнутом объеме V в процессе спокойного дыхания людей концентрация кислорода снижается от первоначального уровня 21% до начала кислородной недостаточности, т.е. до 14%. Подчеркнем — спокойного, поскольку при панике это время сильно снижается. Спокойному дыханию соответствует потребление кислорода на уровне 0,25 литра в минуту. Поскольку 1 литр O2 соответствует 5 ккал энергии, то 0,25 л/мин сообщает организму за сутки 0,25 × 5 × 60 × 24 ккал = 1800 ккал энергии. Так как плотность человеческого организма около 1000 кг/м3, тело массой 70 кг занимает объем 0,07 м3, или 70 литров. Добавив одежду, получим оценку объема, вытесняемого из замкнутого помещения, в 100 литров, или 0,1 кубометра на человека.
Во всех указанных случаях (если нет паники) время развития кислородной недостаточности очень велико. Однако, такой вывод находится в противоречии с житейским опытом: в метро и застрявшем лифте бывает душно и даже после сна в комнате с закрытой форточкой наутро ощущается духота. По всей видимости, имеет место другой, более мощный механизм развития неблагоприятных ощущений в процессе дыхания при нахождении в замкнутом объеме, не связанный с потерей кислорода из воздуха. Оказывается, таким механизмом является накопление углекислого газа.
Концентрация углекислого газа в воздухе, пригодная для жизни. Диапазон допустимого содержания CO2 в воздухе составляет
Лифт. Свободный объем, занятый воздухом, равен 1,9 м3. Изменение уровня содержания CO2 в воздухе от 0,04% до 0,1% займет
Это уже ближе к житейским ощущениям и оправдывает присутствие вентиляции на потолке лифтов, необходимость проветривания комнат в домах, в школьных классах после каждого урока, а также наличие системы вентиляции в метро.
Таким образом, именно накопление углекислого газа в замкнутых помещениях в первую очередь действует угнетающе на человека. В чем это проявляется?
Еще одна проблема помещений без вентиляции — возможность расслоения воздуха на фракции. Поскольку углекислый газ в полтора раза тяжелее воздуха, он может опуститься ближе к полу и его концентрация там увеличится. Но процесс этот медленный, и любое движение воздуха перемешивает фракции.
Наконец, использование растений, казалось бы, должно помочь — ведь они выделяют кислород и поглощают углекислый газ. Однако, это происходит только днем, а вечером и ночью (когда свежий воздух особенно нужен) растения выделяют углекислый газ, усугубляя проблему с его накоплением.
Накопление угарного газа в замкнутом помещении. Казалось бы, откуда взяться угарному газу (СО) в замкнутом помещении, если нет рядом дровяной печки или камина с неидеальной вытяжкой? Но в литературе приводятся следующие данные: наряду с углекислым газом человек выдыхает также и угарный газ — в количестве примерно 1,6 мл/ч (при нормальных условиях); предельно допустимая для человека концентрация угарного газа составляет 1 мг/м3.
Этих данных достаточно, чтобы снова провести оценки времени накопления предельной концентрации угарного газа для людей в лифте, комнате, вагоне метро и школьном классе. Для этого перейдем от объема к массе образовывающегося угарного газа, воспользовавшись известным соотношением: один моль любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 л. Для СО молярная масса равна 28 г, поэтому 1 мл СО имеет массу 1,25 мг, а значит, 1,6 мл/ч выдыхаемого СО одним человеком соответствует появлению в воздухе 2 мг/ч угарного газа.
В таблице 2 приведены значения времени накопления CO2 и СО до опасной концентрации, а также времени развития кислородной недостаточности в лифте, комнате, вагоне метро и школьном классе. Для детей принята половинная величина выдыхаемого СО и CO2.
Таблица 2. Сопоставление времени снижения концентрации O2, накопления СО и CO2
Видно, что накопление углекислого газа примерно на порядок опаснее накопления угарного газа и еще на порядок опаснее снижения концентрации кислорода.
Мощность систем вентиляции. Как оценить мощность систем вентиляции qвент, необходимую для поддержания нормального состава воздуха? Если отвлечься от переходных процессов установления и выравнивания потоков воздуха, то конечный результат выглядит очень просто:
Много это или мало? Как обеспечить такой приток свежего воздуха? Например, если приоткрыть дверь, то через каждый квадратный сантиметр щели при перепаде давлений по обе стороны двери Δp = 10 Па проходит в час один кубометр воздуха. Это означает, что при указанном Δp через сантиметровую щель в двери высотой два метра проходит 200 м3 воздуха за час. Отметим, что принятый уровень перепада давлений 10 Па довольно мал (это 10−4 от атмосферного) и вполне может быть достигнут. Еще более мощный эффект вентиляции оказывает проветривание при открытии окон и дверей в течение хотя бы нескольких минут.
В качестве примера рассмотрим ситуацию с кислородом и углекислым газом при спасении детей в пещере Таиланда, частично затопленной водой. В 2018 году весь мир следил за спасением футбольной команды из 12 школьников и их тренера, ушедших на экскурсию в пещеру Кхао Луанг и застрявших в ней на 18 дней (23 июня — 10 июля) из-за дождей, затопивших вход в пещеру. Они укрылись в воздушном кармане, полностью перекрытом водой и удаленном от выхода из пещеры на 5 километров. Задача заключалась в высвобождении ослабевших детей и тренера из пещеры. Ситуация осложнялась наличием узкой щели — на рисунке 2 она обозначена как «опасная точка», через которую предстояло выбираться. Особенности проплыва через щель показаны на рисунке 3. Спасателям пришлось непрерывно откачивать воду из пещеры. Поэтому в ней находилось большое количество спасателей, помогавших откачивать воду и готовить детей к выходу.
В этой ситуации оказались важны все отмеченные выше особенности поведения кислорода и углекислого газа в замкнутом объеме. Для борьбы с постепенным уменьшением количества кислорода в пещере была организована доставка кислорода с помощью специального трубопровода. Было решено, что накопление углекислого газа в пещере представляет существенно большую опасность, чем нехватка кислорода. Закачкой кислорода по трубопроводу в верхнюю часть пещеры вытесняли углекислый газ. Учитывалось также расслоение воздуха на фракции — CO2 скапливался в нижней части пещеры. Вот почему дети и тренер скрылись в верхней ее части.
Поиски ребят и подготовительные работы заняли почти две недели. За это время известный изобретатель и организатор исследований Илон Маск (космические корабли, электрокары) успел из запчастей к ракете изготовить миниатюрную подводную лодку на одного человека и доставить ее в Таиланд. Но из-за узкой щели от ее использования отказались.
Ситуация с каждым днем становилась все более сложной. Необходимо было постоянное присутствие людей, занятых на откачке воды из пещеры (иначе пещера полностью заполнилась бы водой) и установке труб для подачи кислорода. Более десятка аквалангистов доставляли в пещеру воду, еду и кислородные баллоны. Там постоянно присутствовали врачи и те, кто готовили спасательную операцию. При дыхании этих взрослых спасателей состав воздуха ухудшался еще стремительнее. Наступил момент, когда из-за накопления углекислого газа дальше ждать было нельзя. Множество кислородных баллонов было расставлено по всему маршруту из пещеры к выходу (каждый баллон рассчитан на работу только в течение часа). Тысяча спасателей снаружи, включая сто дайверов, начали операцию. В первый день 13 дайверов спасли четырех подростков. Во второй день 18 дайверов (и 70 аквалангистов сопровождения) спасли еще четверых. Наконец, в третий день были спасены оставшиеся четверо детей и их тренер, а также 4 человека, остававшиеся в пещере. Молодцы!
Взгляд изнутри
На уровне клеток организма состав воздушной среды совершенно иной. Содержание кислорода в клетках организма около 1–2% (исключение — эритроциты, в которых может содержаться до 96–98% кислорода), углекислого газа в клетках около 6%. Если концентрации CO2 в клетках уменьшается, то появляется все больше проблем с дыханием. На рисунке 4 приведена зависимость характерного времени, в течение которого человек (не рекордсмен) способен задержать дыхание, частоты пульса и степени ухудшения кровоснабжения органов от концентрации углекислого газа. Общий вывод таков: при уменьшении концентрации CO2 время задержки дыхания уменьшается и, если она приближается к 3%, клетки гибнут; быстро растет частота пульса; ухудшается кровоснабжение органов. В результате желательная концентрация CO2 в клетках должна быть 6% и даже немного больше. Примерное содержание кислорода и углекислого газа в различных частях организма человека, приведенное в таблице 3, подтверждает вышеуказанные цифры.
Таблица 3. Содержание кислорода и углекислого газа
В легких происходит обмен кислорода и углекислого газа между альвеолами и кровью. Альвеолы — концевые образования в легких, имеющие вид пузырьков, которые оплетены сетью капилляров (рис. 5). Через стенки альвеол (их диаметр около 0,3 мм, количество альвеол в легких человека около миллиарда, а общая поверхность приблизительно 100 м2) осуществляется газообмен: кислород переходит в кровь и примерно столько же углекислого газа из крови поступает в легкие. Более точно, в среднем за сутки из альвеолярного воздуха в кровь поступает 500 литров кислорода и выделяется 430 литров углекислого газа из крови в альвеолярный воздух.
Более подробно о свойствах альвеол рассказано в книге К. Ю. Богданова «Физик в гостях у биолога» (Библиотечка «Квант», выпуски 49, 133).
Что первично для организма
В нашем случае проблема выбора — что первично (иными словами, что запускает процессы в человеческом организме): кислород или углекислый газ — решается следующим образом. Раньше первичным считался кислород — ведь он основной источник энергии, дающий толчок всем процессам в организме. Но сейчас маятник выбора качнулся в сторону углекислого газа. Постепенно пришли к выводу, что первичным, запускающим, механизмом является накопление в организме углекислого газа.
Накопление CO2 в организме в ходе расщепления в клетках жиров и белков дает сигнал мозгу о том, что углекислый газ нужно выводить из клеток — он «садится» на эритроциты и перемещается к альвеолам легких. На освободившиеся места в «поезде» эритроцитов «усаживается» O2 и разносится по организму. Поэтому современный взгляд на процесс дыхания таков: сначала выдыхается углекислый газ, а потом вдыхается кислород. При этом вместе с углекислым газом выдыхаются и излишки кислорода. Для дыхания необходимы оба газа, попеременно «седлающие» эритроциты. При этом венозная кровь окрашена с помощью углекислого газа в темно-красный цвет, а артериальная кровь с помощью кислорода — в ярко-красный.
Среднее соотношение между количеством углекислого газа и кислорода в организме здорового человека примерно 3:1 (6% CO2 и 2% O2).
Взаимодействие «снаружи» и «изнутри». Итак, углекислый газ необходим для жизнедеятельности человека. Важно и поддержание определенного уровня CO2 в организме. А его недостаток и избыток вредны. Слишком высокое накопление CO2 возможно в плохо проветриваемых помещениях: при большом проценте (более 0,08–0,1%) его уровень в организме также растет (последствия этой ситуации обсуждались выше). Нехватка углекислого газа в крови (менее 4%) тоже опасна (см. рис. 4).
В каких случаях может возникнуть такая нехватка? Типичный пример — учащенное дыхание: слишком много CO2 выдыхается и мало остается в организме. При недостатке углекислого газа кислород прочно «прикреплен» к эритроцитам. И даже когда кислорода в крови много, он оказывается связанным и плохо поступает в ткани организма. Если в такой ситуации дышать еще чаще, то это только усугубит ситуацию.
Приведем еще один пример важности более редкого дыхания. Стайерам во время бега рекомендуют в случае, когда уже не хватает сил, как можно дольше задержать дыхание для того, чтобы открылось «второе дыхание» и он мог бежать дальше.
Оказание первой помощи. Дыхание «рот в рот». При оказании первой доврачебной помощи человеку в случае исчезновения дыхания одним из действенных методов является искусственное дыхание методом «рот в рот» вместе с непрямым массажем сердца.
В этой ситуации имеется некоторая аналогия с поведением спасателя при остановке сердца: он должен повернуть пострадавшего на спину и нанести ему удар ребром руки по грудной клетке. Цель — сотрясение грудной клетки, что должно привести к запуску остановившегося сердца.
Так что роль CO2 при остановке дыхания несколько иная, чем при обычном, спокойном дыхании.
Способы увеличения концентрации выдыхаемого углекислого газа. Человек в повседневной жизни «в автоматическом режиме» делает примерно 15 циклов вдох-выдох в минуту (каждый цикл имеет длительность приблизительно 4 секунды). Обычное отношение длительности вдоха и выдоха 1 : 1,3.
Смысл основных дыхательных гимнастик заключается в повышении содержания в крови углекислого газа за счет задержки, ослабления, замедления или искусственного затруднения дыхания. При этом повышение концентрации CO2 (до определенного предела, около 8%) улучшает усвоение кислорода организмом человека. В разных методиках это достигается или за счет задержки дыхания после вдоха либо после выдоха, или за счет удлиненного выдоха, или за счет удлиненного вдоха, или их комбинаций. Иными словами, нужно, чтобы фаза выдоха существенно превышала вдох.
Наиболее последовательной из современных методик является система Бутейко — поверхностное дыхание с задержкой. Она направлена на уменьшение потребления кислорода и насыщение организма углекислым газом. По этой системе усилием воли вдох занимает 2 секунды, выдох — 4 секунды, за которым следует 4-х секундная задержка дыхания. Всего цикл длится 10 секунд, укладываясь в 6 циклов в минуту.
В практике йоги правильным считается весьма продолжительный выдох с отношением длительности вдоха и выдоха 1 : 5. Утверждается, что йог в состоянии глубокой медитации может «обходиться» всего двумя-тремя циклами вдох-выдох в минуту. Первая реакция на это — не может быть! Но далее неожиданно выясняется, что очень редкое дыхание йогов может быть связано с повышенной ролью у них кожного дыхания.
И действительно, в этом что-то есть. Площадь кожи человека, покрытая 5 миллионами волосков, составляет 1,5–2 м2. А суммарная площадь 600 миллионов альвеол в легких — около 100 м2. Грубо получается, что на уровне 1–2% кожа может выполнять дыхательную функцию. Измерения показали, что через кожу выделяется около 2% углекислого газа и поглощается примерно 1% кислорода. Более того, через кожу выводится из организма порядка 800 граммов водяных паров — даже больше, чем из легких!
