Чем и как мы дышим?

15.05.2018

Своего дыхания мы обычно не замечаем. Разве что во время пробежки или путешествия в горах. Но бывают ситуации, когда нам не хватает кислорода даже в обыденной жизни, без физической нагрузки. Вот тогда мы и начинаем задумываться - чем же мы дышим?

Несколько столетий назад в атмосфере Земли кислорода было 32%. К началу 20 века - уже 24%. Сейчас содержание кислорода в нашей атмосфере не превышает 20%, а в крупных городах - 15%. В атмосфере промышленных районов города концентрация кислорода нередко приближается к опасной черте - 9-10%, когда люди испытывают вполне ощутимые симптомы кислородного голодания - гипоксию. Немотивированная слабость, упадок сил, отдышка, заторможенная работа мозга, быстрая утомляемость - все это признаки гипоксии.

Для тех, кто хочет разобраться в этом явлении, мы перечислим несколько внешних причин, вызывающих гипоксию у человека.

Парциальное давление кислорода в атмосфере составляет 159 мм рт.ст. Это доля кислорода в общем давлении всех газов воздуха, в том числе и паров воды, составляющим в нормальных условиях 760 мм рт.ст. Парциальное давление кислорода в воздухе легких (альвеолярном воздухе) существенно ниже - 100 мм рт.ст, в виду того, что он является смесью вдыхаемого, а также выдыхаемого воздуха. Примерное парциальное давление кислорода в нашей венозной крови и тканях - 45 мм рт.ст. Разница образуется за счет потребления кислорода организмом. При таких условиях максимальное насыщение кислородом гемоглобина крови - 70%.

Теперь перенесемся в атмосферу индустриальной зоны, где концентрация кислорода 10-15%. В таких условиях парциальное давление кислорода в легких будет уже 50-70 мм рт.ст., а насыщение гемоглобина кислородом - около 50%. Такая ситуация равносильна нахождению человека в горах на высоте примерно 2,5 км над уровнем моря, но, увы, в городской атмосфере.

Разница парциального давления углекислого газа (диоксида углерода СО2) в тканях и в воздухе легких очень небольшая - всего 5 мм рт.ст. (соответственно 40 мм рт.ст. и 45 мм рт.ст.). Нормальное же содержание углекислого газа в атмосфере - 0,03%. Но в душном, непроветриваемом помещении или в районах повышенного выброса углекислого газа (в той же промзоне) его концентрация может достигать 0,5-1% и даже больше. Углекислый газ гораздо лучше растворяется в крови, чем кислород и увеличение его парциального давления в легких, даже на доли процента приводит к затруднению его выведения из организма, и тем самым к усугублению гипоксии.

Еще большим сродством обладает угарный газ (оксид углерода СО) к гемоглобину - в двести раз большим по сравнению с кислородом. Свойство молекулы гемоглобина, в нормальном состоянии притягивающим четыре молекулы кислорода таково, что при связке гемоглобина хотя бы с одной молекулы СО, то молекулы кислорода уже оказываются заблокированными и не могут передаваться тканям. Поэтому, отравление угарным газом оказывается более тяжелым, чем можно ожидать исходя из подсчета оставшихся в гемоглобине свободных от СО-центров связывания кислорода. В условиях сниженной концентрации кислорода в нашем воздухе, и даже при незначительном превышении допустимого накопления в нем СО (в автомобильных пробках, квартирах) доля гемоглобина, участвующего в переносе самого кислорода еще больше снижается. И надолго.

В воздухе больших городов имеются и другие газы, отрицательно влияющие на наше дыхание. Один из них - оксид азота (NO), другой - цианид (CN-). Оба содержатся в отработанных газах автомобилей. Они также связываются гемоглобином, и также понижают его общую способность переносить кислород.

Способность связывать кислород гемоглобином крови снижается, и при увеличении температуры вдыхаемого воздуха. Другими словами, в жару, особенно длительную, человек страдает не только от перегрева, но и от сниженного потребления кислорода.

И, наконец, влажность воздуха. Особенно в сочетании с сильной жарой. Пары воды - это газ со своим вкладом в общее давление воздуха. Очевидно, что чем больше в воздухе водяного пара, тем ниже в нем парциальное давление кислорода, и тем меньше его получает организм. Вы замечали, как сразу же легко дышится после сильного, проливного дождя. Это эффект освобождения атмосферного воздуха от излишнего водяного пара, превратившегося в капли, и понижения температуры.

Все описанные выше примеры недостаточного получения организмом кислорода, могут уместиться в один типичный сценарий, героями которого являемся мы с вами. Фоном является большой город, еще хуже - его индустриальный район; нижние этажи дома; квартира с низкими потолками, и отсутствующими вентиляционными коробами в комнатах; рядом уличная трасса, еще хуже - перекресток со светофором; лето, температура под 30 градусов, ветра нет, влажность 80%.

Вспомнили? Это сценарий вовсе не фильма ужасов - это наша с вами жизнь. Тот, кто пережил эти испытания, может добавить что, в квартире температура поднимается до 35 градусов, надышаться невозможно, сердце колотиться, днем из города, хоть беги, ночью тоже нет облегчения - заснуть невозможно, всё на пределе.

Но наш организм живуч! Он будет бороться до последнего. Дело в том, что в сердечной мышце человека имеется белок миоглобин, который способен связывать кислород при его очень низком парциальном давлении. Поэтому, даже при давлении кислорода в крови равном 10 мм рт.ст, что соответствует 10% насыщению им гемоглобина, миоглобин способен отбирать этот кислород у гемоглобина и насыщаться им до 80%. Когда организм сидит на "голодном кислородном пайке", миоглобин не перестает накапливать кислород, чтобы передавать его дыхательному ферменту для выработки энергии, поддерживающей сократительную активность сердца.

Не забудьте поставить нам палец вверх и подписаться на канал.