Венозната кръв съдържа около 580 ml/l CO 2 . Транспортът се осигурява в такива форми като: 1) разтворен CO 2 в кръвната плазма (5-10%); 2) под формата на бикарбонати (80-90%); 3) карбаминови съединения на еритроцитите (5-15%).

Малка част от CO 2 се транспортира до белите дробове в разтворена форма (0,3 ml/100 ml кръв). CO 2, разтворен в кръвта, реагира с вода:

CO 2 + H 2 O \u003d H 2 CO 3

В плазмата тази реакция протича бавно и не е от особено значение. Но в еритроцитите има ензим, съдържащ цинк - карбоанхидраза - който измества равновесието на реакцията надясно (по посока на образуването на въглена киселина). Образуването на H 2 CO 3 става 1000 пъти по-бързо, отколкото в плазмата, освен това около 99,9% от H 2 CO 3 се дисоциира, за да образува HCO 3 - - и водороден йон (H +):

CO 2 + H 2 O \u003d H 2 CO 3 \u003d HCO - 3 + H +

Получените протони (H +) се неутрализират от хемоглобиновия буфер (H + + Hb = HHb). Полученият HCO 3 - напуска еритроцитите в плазмата, за

поддържайки електрическа неутралност, Cl - йони влизат в еритроцитите.

В еритроцита CO 2 може също да се свърже с хемоглобина, за да образува HbCO 2 . Както в първия случай, полученият Н + се свързва с хемоглобинов буфер.

Точно както кислородното насищане на хемоглобина корелира с PO 2, така и общото

Ориз. 17. Крива на дисоциация на въглероден диоксид

Дори при тежки нарушения на Va / Q (т.е. при тежка белодробна патология), Paco 2, като правило, остава в рамките на нормалните стойности. Това е следствие от факта, че кривата на дисоциация на CO 2 (фиг. 17) нараства монотонно. Артериовенозната разлика в Pco 2 в покой обикновено е 5 mm Hg. ст. и рядко надвишава 10 mm Hg. Изкуство. При дадена стойност на Pco 2 деоксигенираната кръв съдържа повече CO 2 от наситената с кислород кръв (ефект на Холден). За разлика от кривата на насищане с кислород на Hb, кривата на съдържанието на CO 2 няма плато и е права линия в клинично значимия диапазон.

Във венозната кръв, която тече към капилярите на белите дробове, напрежението на CO 2 е средно 46 mm Hg, а в алвеоларния въздух парциалното налягане на CO 2 е средно 40 mm Hg, което осигурява дифузията на CO 2 от кръвна плазма към белите дробове алвеоли по концентрационен градиент.

Капилярният ендотел е пропусклив само за молекулярния CO 2 като полярна молекула. Молекулярният CO2, физически разтворен в кръвната плазма, дифундира от кръвта в алвеолите. В допълнение, CO 2 дифундира в алвеолите на белите дробове, който се освобождава от карбамидните съединения на еритроцитите поради окислителната реакция на хемоглобина в капилярите на белия дроб, както и от плазмените бикарбонати в резултат на бързото им разпадане с с помощта на ензима карбоанхидраза, съдържащ се в еритроцитите. Молекулярният CO 2 преминава през въздушно-кръвната бариера и след това навлиза в алвеолите. Обикновено след 1 s концентрациите на CO 2 върху алвеоларно-капилярната мембрана се изравняват, поради което в половината от времето на капилярния кръвен поток настъпва пълен обмен на CO 2 през въздушно-кръвната бариера. В действителност равновесието идва малко по-бавно. Това се дължи на факта, че преносът на CO 2 , както и на O 2 , е ограничен от скоростта на перфузия на белодробните капиляри.

тестови въпроси

1. Какви транспортни форми на въглероден диоксид съществуват?

2. Коя е основната форма на пренос на въглероден диоксид?

3. Защо кривата на дисоциация на въглеродния диоксид е права линия?

Има фактор при прехода на O2 и CO2, наречен дифузионен капацитет на белите дробове. Това е способността на газа да проникне през белодробните мембрани за 1 минута. Когато налягането се промени с 2 mm Hg. Обикновено дифузионният капацитет на белите дробове за O2 е 25-35 ml / min, с промяна на налягането от 1 mm Hg, за CO2 е 24 пъти по-висок. Скоростта на дифузия зависи от следата. фактори.:

1. От разликата в парциалното налягане

2. От дифузионна способност

3. От перфузия

транспортЖ аз от кръв.Газовете могат да бъдат в разтворено състояние и физически свързани. Количеството газ зависи от парциалното налягане на газа над течността и от коефициента на разтворимост. Колкото по-високо е налягането на газа и колкото по-ниска е температурата, толкова повече газът ще се разтвори в течността, разтварянето на газа в течността показва коефициента на разтворимост. За O2 коефициентът на разтворимост е 0,022, а за CO2 0,51. В артериалната кръв при парциално налягане на O2 от 100 mm Hg. в разтворено състояние е 0,3%. CO2 при парциално налягане от 40 mm Hg. в разтворено състояние е 2,5%.

O2 транспорт.По-голямата част от O2 се пренася в кръвта като химично съединение с хемоглобина. Посоката на реакцията зависи от парциалното налягане, O2, а съдържанието на оксихемоглобин в кръвта се отразява в кривата на дисоциация на оксихемоглобина. Тази връзка между парциалното налягане и количеството оксихемоглобин е изведена от учения Бък Форд. При 40 mm Hg. 80% от хемоглобина е наситен с О2, а при 60 mm Hg. 90% от хемоглобина се насища с О2 и се превръща в оксихемоглобин. Способността на хемоглобина да реагира с О2 се нарича афинитет. Този афинитет се влияе от няколко фактора:

1. Еритроцитите съдържат 2,3 дифосфоглицерат, количеството му се увеличава с намаляване на напрежението, а с намаляване на напрежението O2 намалява.

3. pH на кръвта. Колкото по-високо е pH, толкова по-нисък е афинитетът.

4. температура. Колкото по-високо, толкова по-нисък е афинитетът.

Максималното количество О2, което може да свърже кръвта, когато хемоглобинът е напълно наситен, се нарича кислороден капацитет на кръвта. 1 грам хемоглобин свързва 1,34 mm O2, така че кислородният капацитет на кръвта е 19.

Транспорт на CO2. CO2 във венозна кръв е 55-58%. CO2 може да се транспортира в няколко форми:

1. Комбинацията от хемоглобин с CO2 се нарича карбхемоглобин, неговите 5%. А останалата част от CO2 се транспортира под формата на киселинни соли на въглеродната киселина. Въглеродната киселина се образува в клетките, тя може да премине от тъканите в кръвта. Част от този CO2 остава във физически разтворено състояние и по-голямата част от него претърпява промяна. Еритроцитите носят 2 съединения: карбхемоглобин и калиев бикарбонат (KHCO3), а натриевият бикарбонат (NaHCO3) се пренася от кръвната плазма.

Невро-хуморална регулация на дишането. Дихателен център. Просто регулиране.Регулирането на дишането е адаптирането на дишането към постоянно променящите се нужди на тялото от кислород. Важно е дейността на дихателната система да съответства точно на нуждите на организма от кислород.За оптимална регулация на дишането са необходими подходящи механизми - това са рефлекторни и хуморални механизми. Рефлексните или нервните механизми се осъществяват от дихателния център. Дихателният център е съвкупност от специализирани нервни клетки, разположени в различни части на централната нервна система, които осигуряват координирано ритмично дишане. Още в началото на 19 век френският учен Легалоа открива в гъбите по птиците, че дишането се променя, когато действа върху продълговатия мозък. И през 1842 г. ученият Плоуранс експериментално доказва, също в експерименти, чрез дразнене и унищожаване на участъци от продълговатия мозък, той доказва, че дихателният център се намира в продълговатия мозък. Установено е, че разрязването на мозъка над моста на Ворольов не променя дишането. И ако направите разрез между моста на Воролев и продълговатия мозък, тогава дълбочината и честотата на дишането се променят, а ако го направите под продълговатия мозък, тогава дишането спира. Тези експерименти доказват, че има първични дихателни центрове, които се намират в мозъка:

1-ви дихателен център: продълговатия мозък - отговаря за смяната на вдишването и издишването. Този опит е доказан и през 1859 г. от руския учен Миславски, чрез точкова стимулация. Той установи, че дихателният център се намира в продълговатия мозък в долната част на 4-та камера в областта на ретикуларната фармация. Този дихателен център е сдвоен и се състои от дясна и лява половина. Невроните на дясната страна изпращат импулси към дихателните мускули на дясната половина, а лявата област - на лявата половина. Всеки от тях се състои от още 2 отдела: център за вдишване и център за издишване, т.е. център на вдъхновение и център на издишване.

2-ри дихателен център се намира във Воролевия мост, нарича се пневмотоксичен, той е отговорен за дълбочината и честотата на дишането. Има и вторични центрове, които се намират в гръбначния мозък. Те включват 3-ти център на цервикалния гръбначен мозък, тук е центърът на диафрагмалния нерв. 4-ти в гръдния отдел на гръбначния мозък, тук е центърът на междуребрените мускули. 5-ти - хипоталамус. 6-та кора на мозъка - това е, което се вижда, това, което се чува, променя дишането. Основният хуморален регулатор на дихателния център е излишъкът от CO2. Ролята на CO2 като специфичен дразнител на дихателния център е доказана от учения Фредерик в експеримент върху куче с кръстосано кръвообращение. За да направи това, Фредерик взе 2 животни, свърза ги с един кръг на кръвообращението, притисна трахеята на първото куче, в кръвта й се появи излишък от CO2 - това се нарича хиперкапния и липса на O2 - хипоксия. Кръвта на 1-вото куче с излишък на CO2 измива мозъка на 2-то куче, а 2-то куче има задух, а 1-вото, напротив, задържа дъха. През 1911 г. немският учен Винтерщайн предполага, че в причинителите на дихателния център не е самият CO2, а концентрацията на водород с йони, т.е. комбинация, промяна на pH към киселинната страна. Но по-късно теорията му беше отхвърлена и се доказа, че дразнителят е излишъкът от CO2.

Рефлекси на Гейл Инг-Брийр.Тези рефлекси могат да се наблюдават при стимулиране на вагуса, наблюдават се 3 вида рефлекс:

1. Инспираторно - инхибиторен - спиране на вдъхновението

2. Експираторно - облекчаващо - при издишване началото на следващия дъх се забавя

3. Силното отваряне на белите дробове предизвиква краткотрайно силно възбуждане на инспираторните мускули, появява се конвулсивен дъх (въздишка) - това се нарича парадоксален ефект на Xd. Стойността на рефлексите на Gale Ing-Breer е да регулират съотношението на дълбочината и честотата на дишането в зависимост от състоянието на белите дробове. Регулирането на дишането осигурява 2 групи процеси, които тялото ни осигурява:

1. Поддържане газовия състав на артериалната кръв - хомеостатична регулация

2. Процесът на адаптиране на дишането към променящите се условия на околната среда - регулиране на поведението ..

Транспортната функция на кръвта е да пренася всички вещества, необходими за живота на тялото (хранителни вещества, газове, хормони, ензими, метаболити).

Дихателната функция е да доставя кислород от белите дробове до тъканите и въглероден диоксид от тъканите до белите дробове.

Пренос на газ чрез кръв- В тялото кислородът и въглеродният диоксид се транспортират чрез кръвта. Кислородът от алвеоларния въздух в кръвта се свързва с хемоглобинеритроцити, образуващи т.нар оксихемоглобин, и в тази форма се доставя на тъканите.

Кислородпрез тънките стени на алвеолите и капилярите навлиза в кръвта от въздуха, и въглероден двуокисот кръв към въздух. Дифузията на газовете възниква в резултат на разликата между техните концентрации в кръвта и във въздуха. Кислородпрониква в еритроцитите и се свързва с хемоглобина, кръвта става артериална и отива в тъканите. В тъканите протича обратният процес: кислородът преминава от кръвта към тъканите поради дифузия и въглероден двуокиснапротив, преминава от тъканите в кръвта.

Крива на дисоциация на оксихемоглобина- това е зависимостта на насищането на хемоглобина с кислород (измерено чрез процентното съотношение на оксихемоглобина към общото количество хемоглобин).

Газообмен между кръвта и тъканите. Нарушаване на газообмена в тъканите.

Газообмен в тъканитечетвъртият етап на дишане, в резултат на което кислородът от кръвта на капилярите навлиза в клетките, а въглеродният диоксид от клетките в кръвта. Фактор, който насърчава обмяната на газ в тъканите, както и в белите дробове, е разликата в парциалното налягане на газовете между кръвта и интерстициалната течност, която къпе всички клетки и тъкани.

Тъй като клетките активно абсорбират кислород, толкова интензивно те произвеждат въглероден диоксид. Напрежението на въглеродния диоксид в клетките достига 50 - 60 mm. rt. Изкуство. Този въглероден диоксид непрекъснато преминава в интерстициалната течност и оттам в кръвта, правейки кръвта венозна.

Последствието от такива нарушения на газообмена може да бъде хипоксия, кислородно гладуване на тъканите. хипоксия – това елипса на кислород.

Газообмен в белите дробове, състав на вдишания алвеоларен, издишан въздух.

как атмосферен въздух и алвеолареннеобходимият въздух е смес от газове, съдържащи O2, CO2, N и инертни газове. Известно количество респираторни газове се съдържат и в кръвта, тъй като тя е техен носител. Парциалното налягане на определен газ в кръвта, както във всяка друга течност, обикновено се нарича парциално налягане. . Обмен на газмежду алвеоларния въздух и капилярната кръв (вторият етап на дишането) се осъществява чрез дифузия, поради разликата в налягането между O2 и CO2. Въздухът, който вдишваме, т.е. атмосферен въздух, има повече или по-малко постоянен състав: съдържа

20,94% кислород,

0,03% въглероден диоксид

79,03% азот .

Издишан въздухобеднени на кислород и наситени с въглероден диоксид. Средно издишаният въздух съдържа

16,3% кислород,

4% въглена киселина

79,7% азот.

В сравнение с атмосферния въздух, съдържа алвеоларен въздух

14% кислород,

5% въглена киселина

79,5% азот.

Съставът на алвеоларния въздух е относително стабилен, тъй като при тихо дишане в алвеолите навлизат само 350 ml свеж въздух, което е само 1/7 от въздуха, който се съдържа в белите дробове след нормално издишване. Този въздух се намира в алвеолите и осигурява консумацията на кислород за метаболитните процеси в капилярите на белите дробове.

Същата малка част от алвеоларния въздух се отстранява по време на издишване, което допринася за стабилизиране на неговия състав.

Регулация на дишането. Неврорегулаторна и хуморална регулация на дишането.

Външно дишане -това е обмяната на въздух между алвеолите на белите дробове и външната среда, която се осъществява в резултат на ритмично дишане на движение на гръдния кош, което води до редуване на вдишване и издишване.

Основната цел на външното дишане- поддържане на оптимален състав на артериалната кръв. Основният начин за постигане на тази цел е регулирането на обема на белодробната вентилация чрез промяна на честотата и дълбочината на дишането. Какви механизми осигуряват адаптирането на дишането към променящите се нужди на тялото? Тялото има две регулаторни системи - нервна и хуморална. Последно представенициркулиращи хормони и метаболити, които могат да повлияят на дишането.

Регулирането на дишанетонаречен процес на контролиране на вентилацията на белите дробове, насочен към поддържане на дихателни константи и адаптиране на дишането към условията на променяща се външна среда.

Следователно, за осъществяването на дихателни движения, трябва медулаи тази част от гръбначния мозък, която изпраща двигателните нерви към дихателните мускули.

Потокът на CO2 в белите дробове от кръвта към алвеолите се осигурява от следните източници: 1) от CO2, разтворен в кръвната плазма (5-10%); 2) от бикарбонати (80-90%); 3) от карбамидни съединения на еритроцитите (5-15%), които могат да се дисоциират.

За CO2 коефициентът на разтворимост в мембраните на въздушно-кръвната бариера е по-голям, отколкото за O2 и е средно 0,231 mmol * l-1 kPa-1; следователно CO2 дифундира по-бързо от O2. Тази позиция е вярна само за дифузията на молекулярния CO2. По-голямата част от CO2 се транспортира в тялото в свързано състояние под формата на бикарбонати и карбамидни съединения, което увеличава времето за обмен на CO2, изразходвано за дисоциацията на тези съединения.

Въпреки че CO2 се разтваря в течност много по-добре от O2, само 3-6% от общото количество CO2, произведено от тъканите, се транспортира от кръвната плазма във физически разтворено състояние. Останалата част влиза в химически връзки.

Влизайки в тъканните капиляри, CO2 се хидратира, образувайки нестабилна въглена киселина:

Посоката на тази обратима реакция зависи от PCO2 в средата. Рязко се ускорява от действието на ензима карбоанхидраза, намиращ се в еритроцитите, където CO2 бързо дифундира от плазмата.

Около 4/5 от въглеродния диоксид се транспортира под формата на HCO-3 бикарбонат. Свързването на CO2 се улеснява от намаляване на киселинните свойства (протонен афинитет) на хемоглобина по време на подаване на кислород - деоксигенация (ефект на Холдън). В този случай хемоглобинът освобождава свързания с него калиев йон, с който на свой ред реагира въглеродната киселина:

Част от HCO-3 йони дифундира в плазмата, свързвайки там натриевите йони, докато хлоридните йони навлизат в еритроцита, за да поддържат йонно равновесие. В допълнение, също поради намаляване на афинитета към протони, деоксигенираният хемоглобин образува по-лесно карбамидни съединения, като същевременно свързва около 15% повече CO2, пренасян от кръвта.

В белодробните капиляри се освобождава част от CO2, който дифундира в алвеоларния газ. Това се улеснява от по-нисък алвеоларен PCO2, отколкото в плазмата, и повишаване на киселинните свойства на хемоглобина по време на неговата оксигенация. По време на дехидратацията на въглеродната киселина в еритроцитите (тази реакция също се ускорява рязко от карбоанхидразата) оксихемоглобинът измества калиевите йони от бикарбоната. Йоните HCO-3 идват от плазмата към еритроцита, а йоните Cl- - в обратна посока. По този начин на всеки 100 ml кръв се подават в белите дробове 4-5 ml CO2 - същото количество, което кръвта получава в тъканите (артериовенозна разлика в CO2).

Дихателен център и неговите отдели (дорзални и вентрални групи от респираторни неврони, пневмотаксичен център). Регулиране на дишането при промени в газовия състав на кръвта (от хеморецепторите на рефлексогенните зони), с дразнене на механорецепторите на белите дробове и горните дихателни пътища.

Регулация на дишането. Дихателен център.

Булбарният дихателен център се намира в медиалната част на ретикуларната формация на продълговатия мозък. Горната му граница е под ядрото на лицевия нерв, а долната е над писалката. Този център се състои от инспираторни и експираторни неврони. Първо: нервните импулси започват да се генерират малко преди вдишване и продължават през цялото вдишване. Малко по-ниско разположени експираторни неврони. Те са възбудени към края на вдишването и са във възбудено състояние по време на цялото издишване. В инспираторния център има 2 групи неврони. Това са дихателни α и β неврони. Първите се вълнуват по време на вдъхновение. Едновременно с това β-респираторните неврони получават импулси от експираторните неврони. Те се активират едновременно с α-респираторните неврони и осигуряват тяхното инхибиране в края на вдишването. Благодарение на тези връзки на невроните на дихателния център те са в реципрочни отношения (т.е., когато инспираторните неврони са възбудени, експираторните неврони се инхибират и обратно). В допълнение, невроните на булбарния дихателен център се характеризират с феномена на автоматизация. Това е способността им да генерират ритмични разряди на биопотенциали дори при липса на нервни импулси от периферните рецептори. Благодарение на автоматизацията на дихателния център възниква спонтанна промяна във фазите на дишане. Автоматизацията на невроните се обяснява с ритмичните колебания на метаболитните процеси в тях, както и с ефекта на въглеродния диоксид върху тях. Еферентните пътища от булбарния дихателен център отиват към моторните неврони на дихателните междуребрени и диафрагмални мускули. Мотоневроните на диафрагмалните мускули са разположени в предните рога на 3-4 цервикални сегменти на гръбначния мозък, а междуребрените - в предните рога на гръдните сегменти. В резултат на това трансекцията на ниво 1-2 цервикални сегмента води до спиране на контракциите на дихателните мускули. В предната част на моста също има групи от неврони, участващи в регулацията на дишането. Тези неврони имат възходящи и низходящи връзки с невроните на булбарния център. Импулсите от инспираторните му неврони отиват към тях, а от тях към експираторните. Това осигурява плавен преход от вдишване към издишване, както и съгласуване на продължителността на дихателните фази. Следователно, когато багажникът се отреже над моста, дишането практически не се променя. Ако се среже под моста, тогава се появява газ-пинг - дългото вдишване се заменя с къси издишвания. При разрязване между горна и средна трета на моста - апнеза. Дишането спира при вдъхновение, прекъсвано от кратки издишвания. По-рано се смяташе, че в моста има пневмотаксичен център. Сега този термин не се използва. В допълнение към тези части на централната нервна система, хипоталамусът, лимбичната система и кората на главния мозък участват в регулацията на дишането. Те осъществяват по-фина регулация на дишането.

Рефлекторна регулация на дишането.

Основната роля в рефлексната саморегулация на дишането принадлежи на механорецепторите на белите дробове. В зависимост от локализацията и естеството на чувствителността, има три вида от тях:

1. Рецептори за разтягане. Те се намират предимно в гладката мускулатура на трахеята и бронхите. Те се вълнуват, когато стените им са опънати. По принцип те осигуряват промяна във фазите на дишане.

2. Рецептори за дразнене. Те се намират в епитела на лигавицата на трахеята и бронхите. Те реагират на дразнители и прахови частици, както и на внезапни промени в белодробния обем (пневмоторакс, ателектаза). Те осигуряват защитни дихателни рефлекси, рефлексно свиване на бронхите и учестено дишане.

3. Юкстакапилярни рецептори. Те се намират в интерстициалната тъкан на алвеолите и бронхите. Те се възбуждат от повишаване на налягането в белодробната циркулация, както и от увеличаване на обема на интерстициалната течност. Тези явления се появяват по време на стагнация в белодробната циркулация или пневмония.

Най-важен за дишането е рефлексът на Херинг-Бройер. Когато вдишвате, белите дробове се разширяват и рецепторите за разтягане се активират. Импулсите от тях по аферентните влакна на блуждаещите нерви навлизат в булбарния дихателен център. Те отиват към β-респираторните неврони, които от своя страна инхибират α-респираторните неврони. Вдишването спира и започва издишването. След пресичане на вагусовите нерви дишането става рядко и дълбоко. Следователно този рефлекс осигурява нормалната честота и дълбочина на дишане, а също така предотвратява преразтягането на белите дробове. Проприорецепторите на дихателните мускули играят определена роля в рефлексната регулация на дишането. Когато мускулите се свиват, импулси от техните проприорецептори достигат до съответните двигателни неврони на дихателните мускули. Поради това силата на мускулните контракции се регулира при всяко съпротивление на дихателните движения.

Хуморална регулация на дишането.

В хуморалната регулация на дишането участват хеморецептори, разположени в съдовете и продълговатия мозък. Периферните хеморецептори се намират в стената на аортната дъга и каротидните синуси. Те реагират на напрежението на въглеродния диоксид и кислорода в кръвта. Увеличаването на напрежението на въглероден диоксид се нарича хиперкапния, намаляването се нарича хипокапния. Дори при нормално напрежение на въглероден диоксид, рецепторите са във възбудено състояние. При хиперкапния честотата на нервните импулси, идващи от тях към булбарния център, се увеличава. Честотата и дълбочината на дишането се увеличават. С намаляване на напрежението на кислорода в кръвта, т.е. хипоксемия, хеморецепторите също се възбуждат и дишането се учестява. Освен това периферните хеморецептори са по-чувствителни към липса на кислород, отколкото към излишък на въглероден диоксид.

Централните или медуларните хеморецепторни неврони са разположени на антеролатералните повърхности на продълговатия мозък. От тях тръгват влакна към невроните на дихателния център. Тези рецепторни неврони са чувствителни към водородни катиони. Кръвно-мозъчната бариера е силно пропусклива за въглероден диоксид и само слабо за протони. Следователно рецепторите реагират на протони, които се натрупват в междуклетъчната и цереброспиналната течност в резултат на навлизането на въглероден диоксид в тях. Под въздействието на водородните катиони върху централните хеморецептори рязко се повишава биоелектричната активност на инспираторните и експираторните неврони. Дишането се ускорява и задълбочава. Медуларните рецепторни неврони са по-чувствителни към повишено напрежение на въглероден диоксид.

Механизмът на активиране на инспираторните неврони на дихателния център е в основата на първия дъх на новороденото. След превързване на пъпната връв в кръвта му се натрупва въглероден диоксид и съдържанието на кислород намалява. Хеморецепторите на съдовите рефлексогенни зони се възбуждат, инспираторните неврони се активират, инспираторните мускули се свиват и възниква вдъхновение. Започва ритмично дишане.

Сода, вулкан, Венера, хладилник - какво е общото между тях? Въглероден двуокис. Събрахме за вас най-интересната информация за едно от най-важните химични съединения на Земята.

Какво е въглероден диоксид

Въглеродният диоксид е известен главно в газообразно състояние, т.е. като въглероден диоксид с проста химична формула CO2. В този си вид той съществува при нормални условия - при атмосферно налягане и "нормални" температури. Но при повишено налягане, над 5850 kPa (каквото е например налягането на морска дълбочина около 600 m), този газ се превръща в течност. И при силно охлаждане (минус 78,5 ° C), той кристализира и се превръща в така наречения сух лед, който се използва широко в търговията за съхранение на замразени храни в хладилници.

Течният въглероден диоксид и сухият лед се произвеждат и използват в човешките дейности, но тези форми са нестабилни и лесно се разпадат.

Но газообразният въглероден диоксид е повсеместен: той се отделя по време на дишането на животни и растения и е важна част от химичния състав на атмосферата и океана.

Свойства на въглеродния диоксид

Въглеродният диоксид CO2 е без цвят и мирис. При нормални условия няма вкус. Въпреки това, при вдишване на високи концентрации на въглероден диоксид, може да се усети кисел вкус в устата, причинен от факта, че въглеродният диоксид се разтваря върху лигавиците и в слюнката, образувайки слаб разтвор на въглена киселина.

Между другото, способността на въглеродния диоксид да се разтваря във вода се използва за производството на газирани води. Мехурчета от лимонада - същият въглероден диоксид. Първият апарат за насищане на вода с CO2 е изобретен още през 1770 г., а още през 1783 г. предприемчивият швейцарец Якоб Швеп започва промишленото производство на сода (търговската марка Schweppes все още съществува).

Въглеродният диоксид е 1,5 пъти по-тежък от въздуха, така че има тенденция да се „утаява“ в долните му слоеве, ако помещението е лошо вентилирано. Известен е ефектът „кучешка пещера“, при който CO2 се отделя директно от земята и се натрупва на височина около половин метър. Възрастен, влизайки в такава пещера, на височината на височината си не усеща излишък от въглероден диоксид, но кучетата се оказват точно в дебел слой въглероден диоксид и се отравят.

CO2 не поддържа горенето, така че се използва в пожарогасители и системи за гасене на пожар. Номерът с гасенето на горяща свещ със съдържанието на уж празна чаша (но всъщност с въглероден диоксид) се основава именно на това свойство на въглеродния диоксид.

Въглероден диоксид в природата: естествени източници

Въглеродният диоксид се произвежда в природата от различни източници:

• Дишане на животни и растения.
  Всеки ученик знае, че растенията абсорбират въглероден диоксид CO2 от въздуха и го използват при фотосинтеза. Някои домакини се опитват да изкупят недостатъците с изобилие от стайни растения. Растенията обаче не само абсорбират, но и отделят въглероден диоксид при липса на светлина като част от процеса на дишане. Следователно джунгла в лошо вентилирана спалня не е добра идея: през нощта нивата на CO2 ще се повишат още повече.
• Вулканична дейност.
  Въглеродният диоксид е част от вулканичните газове. В райони с висока вулканична активност CO2 може да се отделя директно от земята - от пукнатини и разломи, наречени mofet. Концентрацията на въглероден диоксид в мофет долините е толкова висока, че много малки животни умират, когато стигнат до там.
• разграждане на органични вещества.
  Въглеродният диоксид се образува при изгаряне и гниене на органични вещества. Обемни естествени емисии на въглероден диоксид придружават горските пожари.

Въглеродният диоксид се "съхранява" в природата под формата на въглеродни съединения в минерали: въглища, нефт, торф, варовик. Огромни запаси от CO2 се намират в разтворена форма в световните океани.

Изпускането на въглероден диоксид от открит резервоар може да доведе до лимнологична катастрофа, както се случи например през 1984 и 1986 г. в езерата Манун и Ниос в Камерун. И двете езера са се образували на мястото на вулканични кратери - сега те са изчезнали, но в дълбините вулканичната магма все още отделя въглероден диоксид, който се издига до водите на езерата и се разтваря в тях. В резултат на редица климатични и геоложки процеси концентрацията на въглероден диоксид във водите надвишава критичната стойност. В атмосферата беше изпуснато огромно количество въглероден диоксид, който като лавина се спусна по планинските склонове. Около 1800 души станаха жертви на лимноложки бедствия в камерунските езера.

Изкуствени източници на въглероден диоксид

Основните антропогенни източници на въглероден диоксид са:

• промишлени емисии, свързани с горивни процеси;
• автомобилен транспорт.

Въпреки факта, че делът на екологичния транспорт в света нараства, по-голямата част от световното население няма скоро да може (или да желае) да премине към нови автомобили.

Активното обезлесяване за промишлени цели също води до повишаване на концентрацията на въглероден диоксид CO2 във въздуха.

CO2 е един от крайните продукти на метаболизма (разграждането на глюкозата и мазнините). Секретира се в тъканите и се пренася от хемоглобина в белите дробове, през които се издишва. Във въздуха, издишван от човек, има около 4,5% въглероден диоксид (45 000 ppm) - 60-110 пъти повече, отколкото във вдишвания въздух.

Въглеродният диоксид играе важна роля в регулирането на кръвоснабдяването и дишането. Повишаването на нивото на CO2 в кръвта кара капилярите да се разширяват, което позволява преминаването на повече кръв, което доставя кислород до тъканите и премахва въглеродния диоксид.

Дихателната система също се стимулира от увеличаването на въглеродния диоксид, а не от липсата на кислород, както може да изглежда. Всъщност липсата на кислород дълго време не се усеща от тялото и е напълно възможно в разредения въздух човек да загуби съзнание, преди да почувства липса на въздух. Стимулиращото свойство на CO2 се използва в устройствата за изкуствено дишане: там въглеродният диоксид се смесва с кислород, за да "стартира" дихателната система.

Въглеродният диоксид и ние: защо CO2 е опасен?

Въглеродният диоксид е толкова важен за човешкото тяло, колкото и кислородът. Но точно както при кислорода, излишъкът от въглероден диоксид вреди на нашето благосъстояние.

Високата концентрация на CO2 във въздуха води до интоксикация на организма и причинява състояние на хиперкапния. При хиперкапния човек изпитва затруднено дишане, гадене, главоболие и дори може да припадне. Ако съдържанието на въглероден диоксид не намалее, тогава идва ред - кислороден глад. Факт е, че както въглеродният диоксид, така и кислородът се движат в тялото с един и същ "транспорт" - хемоглобин. Обикновено те "пътуват" заедно, прикрепвайки се към различни места в молекулата на хемоглобина. Повишената концентрация на въглероден диоксид в кръвта обаче намалява способността на кислорода да се свързва с хемоглобина. Количеството кислород в кръвта намалява и настъпва хипоксия.

Такива нездравословни последици за организма възникват при вдишване на въздух със съдържание на CO2 над 5000 ppm (това може да бъде например въздухът в мините). Честно казано, в обикновения живот ние практически не срещаме такъв въздух. Въпреки това дори много по-ниска концентрация на въглероден диоксид не е полезна за здравето.

Според констатациите на някои вече 1000 ppm CO2 причиняват умора и главоболие при половината от субектите. Много хора започват да изпитват близост и дискомфорт още по-рано. С по-нататъшно увеличаване на концентрацията на въглероден диоксид до 1500 - 2500 ppm, мозъкът е "мързелив" да поеме инициативата, да обработва информация и да взема решения.

И ако нивото от 5000 ppm е почти невъзможно в ежедневието, то 1000 и дори 2500 ppm спокойно могат да бъдат част от реалността на съвременния човек. Нашите показаха, че в слабо вентилирани класни стаи нивата на CO2 остават над 1500 ppm през повечето време и понякога скачат над 2000 ppm. Има всички основания да се смята, че ситуацията е подобна в много офиси и дори апартаменти.

Физиолозите считат 800 ppm за безопасно ниво на въглероден диоксид за човешкото благосъстояние.

Друго проучване установи връзка между нивата на CO2 и оксидативния стрес: колкото по-високо е нивото на въглероден диоксид, толкова повече страдаме от, което разрушава клетките на нашето тяло.

Въглероден диоксид в земната атмосфера

В атмосферата на нашата планета има само около 0,04% CO2 (това е приблизително 400 ppm), а наскоро беше още по-малко: въглеродният диоксид премина границата от 400 ppm едва през есента на 2016 г. Учените отдават повишаването на нивото на CO2 в атмосферата на индустриализацията: в средата на 18 век, в навечерието на индустриалната революция, то е само около 270 ppm.