Углекислый газ - СО 2 - представляет собой бесцветный газ. Он в 1,52 раза тяжелее воздуха, не.горит и не поддерживает горения. В атмосферном воздухе его содержится ничтожно мало--около 0,04%.

Для поддержания нормальной жизнедеятельности человек постоянно потребляет кислород и выделяет углекислый газ. Концентрация этих газов в крови и тканях находится на определенном уровне.

Постоянство внутренней газовой среды регулируется работой сердечно-сосудистой системы и органов дыхания, т. е, усилением или замедлением кровообращения и дыхания.. Углекислый газ выделяется из организма через легкие во время выдоха. На поверхности в покое в 1 мин. человек выдыхает в среднем 250-300 см 3 углекислою газа. При подводных же работах у водолазов выделение углекислоты резко возрастает и достигает 1000-1600 см 3 в 1 мин.

Наряду с кислородом углекислый газ является физиологическим регулятором дыхания и кровообращения. При увеличении содержания СО 2 в крови и тканях происходит учащение и углубление дыхания, усиление и ускорение сердечной деятельности. Таким путем организм освобождается от избытка углекислоты. Если это не удается сделать - происходит отравление.

В атмосферных условиях в легких, а точнее в альвеолярном воздухе, концентрация СО 2 постоянно поддерживается на определенном уровне (в среднем 5,5%), и организм очень чувствителен к ее изменениям. Так, при увеличении содержания СО 2 на 0,2% объем легочной вентиляции 1 увеличивается в два раза, а при уменьшении на ту же величину происходит временная естественная остановка дыхания (апноэ).

При дыхании сжатым воздухом, когда парциальное давление кислорода повышено и кровь хорошо им насыщена (недостаток кислорода не ощущается), регуляция дыхания сводится к поддержанию постоянства напряжения углекислого газа в легких. Эффективность дыхания в этих условиях оценивается по обеспечению нормального парциального давления СО 2 в альвеолярном воздухе. Удаление углекислого газа из организма при дыхании сжатым воздухом или искусственными газовыми смесями под повышенным: давлением в этих условиях возможно лишь при достаточном объеме-легочной вентиляции. Значительное сокращение легочной вентиляции неминуемо приводит к накоплению СО 2 и отравлению организма.

У водолазов отравление углекислым газом может произойти при работе в водолазном снаряжении любого типа, а также при нахождении в рекомпрессионной камере, когда содержание СО 2 во вдыхаемом воздухе выше 1 % (приведенному к нормальному давлению).

Причины накопления углекислого газа.

1. В вентилируемом снаряжении отравление может наступить при недостаточной вентиляции скафандра или прекращении подачи воздуха с поверхности из-за неисправности водолазной помпы (компрессора), обрыва или сдавливания воздушного шланга, уменьшения его просвета вследствие промерзания.
2. В кислородных, аппаратах причинами избыточного накопления углекислоты чаще всего являются: неисправность клапана вдоха, низкое качество или полная отработка химпоглотителя, отсутствие химпоглотителя в коробке. Просачивание углекислого газа через коробку поглотителя может наблюдаться и при хорошем его качестве, но при неполном заполнении им коробки. В этом случае, во-первых, становится меньшим время действия поглотителя против расчетного из-за уменьшения поглотительной поверхности и, во-вторых, при наклоне коробки выдыхаемый воздух проходит по стенке коробки, минуя поглотитель.

   При неисправности клапана вдоха выдыхаемая смесь только частично проходит через коробку химпоглотителя, основная же масса возвращается в дыхательный мешок через дефект клапана вдоха, и в мешке концентрация СО 2 очень быстро увеличивается.

3. В снаряжении автономного типа на сжатом воздухе углекислый газ не накапливается, так как выдох осуществляется в воду. Отравление возможно лишь в том случае, если зарядка баллонов производилась воздухом с примесью углекислого газа или выхлопных газов.
4. В рекомпрессионной камере причиной отравления СО 2 является нарушение режима вентиляции, который устанавливается в зависимости от объема камеры и числа лиц, находящихся в ней.

Признаки отравления углекислым газом . Дыхание воздухом с примесью до 1 % СО 2 может осуществляться длительное время без существенных изменений самочувствия водолаза. При увеличении концентрации свыше 2-3% появляются типичные признаки отравления: одышка, усиливающаяся при малейшей физической нагрузке, головная боль, головокружение, шум и звон в ушах, тошнота, слюнотечение, потливость лица. Если во вдыхаемом воздухе содержание углекислоты достигает 5-6%, одышка и головная боль становятся нестерпимыми, быстро нарастает общая слабость. Дальнейшее увеличение концентрации СО 2 вызывает судороги, потерю сознания, глубокий сон. Вскоре судороги прекращаются, дыхание становится более редким и поверхностным. Затем дыхание останавливается и может наступить смерть.

В случае быстрого накопления углекислого газа, что наблюдается при работе в кислородном снаряжении, где объем замкнутого пространства ограничен 8-10 л, отравление наступает быстро, без постепенного проявления признаков. Иногда потеря сознания наступает внезапно.

Отравление углекислым газом в вентилируемом снаряжении происходит медленно, так как объем скафандра велик (60-80 л) и для накопления отравляющей концентрации СО 2 требуется больше времени.

Первая помощь . При первых признаках отравления водолаз должен прекратить работу, доложить об этом на поверхность и потребовать увеличения подачи воздуха для лучшей вентиляции скафандра. Если эти меры не приводят к улучшению самочувствия, он должен подняться на поверхность с соблюдением режима декомпрессии. Во время подъема необходимо хорошо провентилировать скафандр, а по выходе на поверхность дышать кислородом в течение 15-20 мин.

При появлении признаков отравления во время работы в кислородном снаряжении необходимо прекратить работу, заменить дыхательную смесь в дыхательном мешке и выйти на поверхность.

В тяжелых случаях отравления с потерей сознания под водой пострадавшего извлекают на поверхность с помощью страхующего водолаза, быстро освобождают от снаряжения и приступают к оказанию помощи (дача кислорода, искусственное дыхание при отсутствии дыхания, введение стимуляторов сердечной деятельности и дыхания).

Предупреждение отравления углекислым газом . При работе в вентилируемом снаряжении компрессор, помпы и секции баллонов со сжатым воздухом должны находиться в исправном состоянии. Следует систематически производить рабочую проверку и испытание шлангов. Вентиляцию в скафандре поддерживать в пределах 80-100 л мин. Контроль за качеством воздуха, подаваемого водолазу, осуществляется путем расчета, а расход воздуха определяется по манометру (при подаче воздуха от компрессора) или по числу оборотов помпы (если подача воздуха от водолазной помпы).

В зимних условиях нельзя допускать промерзания шлангов.

При работе в кислородном снаряжении перед каждым погружением необходимо проводить рабочую проверку снаряжения, обращая особое внимание на исправность клапанов вдоха и выдоха. Перед зарядкой патрона проверить качество химпоглотителя или регенеративного вещества. Первоначальная насыщенность химпоглотителя углекислым газом не должна превышать 15 л/кг, а регенеративного вещества - 20 л/кг. Нельзя допускать увеличения времени пребывания под водой свыше расчетного, в течение которого действует химпоглотитель.

Во избежание ошибки при зарядке дыхательных аппаратов не допускается высыпание отработанного химпоглотителя в порожние барабаны из-под химпоглотителя.

Всем известно, что растения обладают способностью продуцировать в процессе фотосинтеза большое количество кислорода, а взамен поглощать углекислый газ. Он является продуктом воздухообмена всего живого на земле, в том числе и растений. Кроме того, он широко используется в различных сферах жизни, а также скапливается в плотно закрытых помещениях, чем создает опасность вдыхания вредных для здоровья доз. Высокие концентрации этого вещества вызывают отравление углекислым газом.

Углекислый газ и его применение

Углекислый газ – это химическое соединение двуокись углерода (CO2), являющееся ангидридом угольной кислоты. Он постоянно находится в атмосфере в пределах 0,03%, в выдыхаемом человеком воздухе его концентрация составляет около 4%.

В результате взаимодействия двуокиси углерода с водой образуется неустойчивая угольная кислота. Газ отличается следующими характеристиками:

• Почти не имеет ни запаха, ни цвета, под определенным давлением способен преобразовываться в жидкое состояние, а при испарении – превращаться в белоснежную массу, в прессованном виде составляющую основу так называемого «сухого льда».
• Не обладает горючестью (что используется в противопожарных устройствах) и способен растворяться в воде под давлением (так производятся газированные напитки).

Разнообразные свойства CO2 нашли применение в металлургии и химической промышленности, в холодильных камерах, при тушении пожаров, во время сварочных работ.

В больших концентрациях соединение токсично и может вызвать отравление.

Как можно отравиться двуокисью углерода

Небольшое количество двуокиси углерода всегда присутствует в окружающем воздухе. Безопасная для человека концентрация в естественной среде составляет 0,03-0,2%. Однако существуют определенные условия, при которых уровень CO2 может быть повышенным:

1. В помещениях озокеритовых и угольных шахт. Там допускается повышение содержания CO2 до уровня 0,5%. Если уровень будет повышаться, а кислорода – понижаться, отравление неизбежно.
2. В других промышленных помещениях – внутри сатурационных котлов на сахарных заводах, смотровых колодцев канализационной и водопроводной сетей, бродильных отделений пивоварен. Работники подобных предприятий чаще других подвержены интоксикации.
3. При частом контакте с «сухим льдом» в связи с профессиональной деятельностью.
4. При нарушении технологии во время установки систем воздухообмена в подводных лодках, помещениях метрополитена, на подводных океанографических станциях, в снаряжении дайверов.
5. В редко проветриваемых помещениях с большим количеством людей (например, в школьных классах или душных офисах, особенно с пластиковыми рамами на окнах) может возникнуть легкая степень отравления.

Высокая доза CO2 приводит к поражению дыхательной системы, но также может раздражать слизистые оболочки и кожу (например, прикосновение к «сухому льду» способно вызвать серьезный ожог).

Признаки острого отравления могут быть различны в зависимости от степени интоксикации и концентрации углекислого газа.

Признаки острого отравления углекислым газом

Выраженность симптомов интоксикации двуокисью углерода зависит от уровня содержания газа во вдыхаемом воздухе.

Легкая степень

При концентрации газа выше 2% отравление проявляется:

• общей слабостью;
• повышенной сонливостью;
• головной болью.

Средняя степень

При уровне содержания от 5 до 8% раздражаются слизистые оболочки дыхательных путей и органов зрения, понижается температура тела, повышается артериальное давление, учащается и углубляется дыхание. Все это сопровождается:

• тошнотой;
• одышкой;
• сердцебиением;
• чувством жара;
• головной болью;
• головокружением;
• чрезмерной возбудимостью;
• шумом в ушах.

Тяжелая степень

Концентрация CO2 более 3% в условиях закрытого помещения при 13,6%-ном содержании кислорода может привести к удушению, а более высокие дозы считаются смертельными и грозят летальным исходом от остановки дыхания. Тем не менее, при оказании незамедлительных мер помощи пострадавшему даже при тяжелой степени интоксикации возможен выход из этого состояния, хоть и с тяжелыми последствиями. Обычно они проявляются:

• ретроградной амнезией;
• чувством стеснения в груди;
• общей слабостью;
• головной болью и другими остаточными явлениями.

Последствиями тяжелой степени отравления нередко становятся пневмония или бронхит.

Как помочь пострадавшему

Первая помощь при отравлении углекислым газом, чтобы предотвратить летальный исход, должна быть оказана следующим образом:

1. Прежде всего нужно вывести пострадавшего с явными признаками интоксикации на свежий воздух и освободить его от одежды, стесняющей дыхание.
2. В тяжелых случаях может потребоваться ингаляция чистым кислородом.
3. Если у отравившегося наблюдается тахикардия и другие нарушения сердечной деятельности, необходима симптоматическая терапия сердечно-сосудистыми средствами.
4. При остановке дыхания, вызванной интоксикацией газом, возникает необходимость в искусственном дыхании.

Смертельные случаи отравления CO2 крайне редки и, как правило, связаны с нарушением техники безопасности при проведении опасных работ.

Как предупредить отравление углекислым газом

Важнейшим условием профилактики интоксикации является регулярное проветривание таких потенциально опасных помещений, где может скапливаться углекислый газ:

• подвалы и погреба;
• чаны и ямы, предназначенные для хранения овощей или фруктов;
• любые закрытые емкости или колодцы.

Во избежание накопления опасного газа подвалы, погреба и другие подземные помещения следует оборудовать системами вентиляции (хотя бы простыми форточками или вытяжными трубами).

Профилактика отравления CO2

При работе в водопроводных или канализационных колодцах следует соблюдать правила безопасности:

• Спускаться в колодцы только в специальном снаряжении (противогазах).
• При спуске в колодец наверху обязательно должен оставаться хотя бы один сотрудник или любое второе лицо, способное в случае необходимости вызвать спасателей и скорую медицинскую помощь.
• Водолазам и дайверам при первых же признаках нехватки воздуха оставшиеся на земле сотрудники должны сообщать о необходимости усиления нагнетания воздуха в их оснащение, а при симптомах удушья – прекратить работы и потребовать подъема.
• Ответственные за состояние воздуха в помещениях с большим количеством людей (учителя, заведующие хозяйственной частью, медперсонал) должны обеспечивать регулярное и полноценное проветривание классов, офисов, аудиторий, больничных палат.

Современные способы борьбы с излишками CO2 в быту

Современные энергосберегающие технологии, не позволяющие часто проветривать помещения (например, использование кондиционеров типа «Зима-Лето»), вынудили западных изобретателей находить новые способы удаления избытков двуокиси углерода из душных помещений. Благодаря исследованиям, подтвердившим вредное влияние этого газа на трудоспособность и общее самочувствие человека, были установлены предельно допустимые концентрации CO2 для закрытых помещений.

Позже были изобретены и сегодня активно используются поглотители (или абсорберы) CO2, способные существенно снижать его уровень. Такой абсорбент, установленный в душном помещении, требует минимального ухода, потребляет немного электроэнергии, но на протяжении 15 лет гарантированно обеспечивает обслуживаемую площадь здоровым, очищенным воздухом.

Как уже отмечалось, случаи летального исхода при интоксикации двуокисью углерода крайне редки, но это не говорит о его безопасности. Поэтому необходимо соблюдать меры предосторожности при работе с этим веществом или в помещениях, где оно может скапливаться.

А.С.Голик, д.т.н., проф., СНПО «Горноспасатель»;
А.Ф.Син, к.т.н., ЦШ ВГСЧ; В.Р.Дингес, к.т.н., ОБР ВГСЧ

Успешные исследования подводных акваторий, космоса и воздушного пространства, использование регенеративных изолирующих аппаратов горноспасателями и шахтерами - напрямую зависят от содержания газового состава внутри помещения или дыхательного аппарата. Практика постоянного применения таких аппаратов обуславливает необходимость изучения влияния углекислого газа (CO2) на организм человека в сочетании с другими газами, например - с кислородом.

Представлению о физиологической роли СО2 в большей мере способствуют достижения в вопросах физиологии и биохимии клетки. Появилось новое понятие «внешняя среда» и «внутренняя среда», что имеет прямое отношение к рассматриваемому вопросу. Всем известно, что дыхание - это важнейшая потребность нашего организма в процессе его жизнеобеспечения. Процесс и функции дыхания очень тесно связаны со многими процессами нашего организма: с состоянием нервной системы, функцией кровообращения, обмена веществ и температуры тела и т.д.

В дыхании можно условно выделить внешнее дыхание (легочное - газообмен между атмосферой и клетками) и внутреннее - тканевое дыхание (окислительные процессы в клетках). Происходит постоянный газообмен между клетками нашего организма и атмосферой, который осуществляется через кровь и легочную ткань. Легочная ткань представляет собой образно «вторую кожу», которая защищает клетки от вредного, токсического действия кислорода. Воздух, содержащийся в легких, можно представить индивидуальной атмосферой в миниатюре. И основное ее отличие от окружающей атмосферы состоит в содержании углекислого газа. Разница в концентрации углекислого газа в альвеолах и в атмосфере - почти в 200 раз.

Содержание CO2 в атмосфере находится в пределах 0.03%, а в альвеолах легких - 5.7%. В непосредственной близости находятся как бы две разные атмосферы: одна внутри организма, другая снаружи. Причем они не смешиваются, усредняя газовый состав, а наоборот, организм старается поддерживать постоянство своей внутренней атмосферы. В легких происходит обмен кислорода и углекислого газа между альвеолами и кровью. При этом концентрация кислорода и углекислого газа в них различна. Газообмен происходит вследствие выравнивания этих концентраций, путем пассивной диффузии. Причем способность к продвижению через границу альвеола - капилляр (диффузионная способность), у углекислого газа выше, чем у кислорода в 25-30 раз. Диффузия газов в организме - это непрерывный процесс. Даже при остановке внешнего дыхания (например, при нырянии), прекратить газообмен в альвеолах произвольным усилием человека невозможно. В обычных условиях организмом используется лишь часть кислорода, поступающего в легкие. Во вдыхаемом воздухе содержание кислорода составляет 21%, CO2 - 0.3%, а в выдыхаемом, соответственно - 16% и 4.5%. В полости альвеол содержание кислорода 14%, а углекислого газа на уровне 5.5-6%. При гипоксической терапии на аппаратах гипоксикаторах возможно снижение кислорода до 10-12%. Это свидетельствует о том, что в нормальных условиях содержание кислорода в атмосфере и крови человека достаточное и с определенным «запасом прочности» обеспечивает нормальную жизнедеятельность организма.

Альвеолы легких покрыты густой сетью капилляров, в которые поступает кислород. По кровеносному руслу он доставляется к органам и тканям эритроцитами. Для этого в нем имеется специальный белок-гемоглобин. В сосудах легких к гемоглобину присоединяются молекулы кислорода. К каждой молекуле гемоглобина присоединяется 4 молекулы кислорода, образуя оксигемоглобин. В таком связанном виде кислород транспортируется по сосудам в клетки. Проходя через сердце, насыщенная кислородом кровь растекается по всему организму, но отделение кислорода от гемоглобина происходит только в мельчайших сосудах - в капиллярах. Содержание CO2 напрямую влияет на процесс отделения кислорода от гемоглобина. Если углекислого газа мало, то, несмотря на высокое содержание кислорода в крови, клетки «голодают», испытывают дефицит кислорода. В клетках развивается состояние гипоксии. И чем меньше углекислого газа, тем хуже кислород отделяется от гемоглобина и меньше кислорода поступает в клетки. Если очень активно и глубоко подышать, то можно впасть в обморочное состояние или почувствовать головокружение. Это связано с тем, что при усиленном дыхании снижается содержание CO2 в крови, вследствие этого ухудшается отделение кислорода от гемоглобина и снижается его поступление в клетки. По образному выражению F. Mischer (1893 г.) «Над кислородным снабжением организма углекислый газ простирает свои охраняющие крылья».

Итак, углекислый газ - первый фактор, влияющий на поступление кислорода из крови в клетки. Вторым фактором является проницаемость мембраны эритроцита. В мембране эритроцитов, при определенных ситуациях, возникают сквозные поры, через которые кислород выходит из эритроцита. Физики установили, что после выхода эритроцита из капилляров легких в кровеносное русло проницаемость его мембраны уменьшается в 104 раз. Для того, чтобы эти поры открылись, необходимо создать определенное давление на эритроцит.

Оказалось, что проницаемость мембраны зависит от напряженности электрического поля в оболочке эритроцита. При сильном сжатии, плотном контакте стенок эритроцита и капилляра, напряженность поля снижается, и проницаемость мембраны увеличивается. Открывается необходимое количество пор, через которые эритроцит выпускает порцию кислорода. На его место к гемоглобину присоединяются молекулы CO2 и эритроциты направляются к легким, чтобы отдать его альвеолам и взять новую порцию кислорода.

При переходе CO2 из тканей в кровь происходит ее гидратация, а при переходе CO2 из крови в альвеолярный воздух - дегидратация Н2СО3. Обе реакции гидратации и дегидратации протекают медленно. Установлено, что значительное ускорение этих реакций происходит благодаря фермен-

ту, названному угольной ангидразой или карбоангидразой, которая находится в эритроцитах. Углекислый газ в организме человека образуется как конечный продукт обмена веществ. Проходя через стенку тканевых капилляров, она частично растворяется в плазме крови. Большая ее часть находится в химически связанном виде с различными основаниями, образуя бикарбонаты: в плазме - №НС03, а в эритроцитах - КНС03. В костях CO2 находится в виде карбоната кальция.

Углекислый газ играет важную роль в поддержании кислотно-щелочного баланса в организме. Важнейшим условием нормального функционирования организма является постоянство активной реакции крови и тканевых жидкостей, что напрямую связано с тканевым дыханием.

В процессе обмена веществ существуют два понятия: аэробный процесс и анаэробный. Под аэробным процессом понимают обмен веществ в организме, связанный с использованием кислорода, его еще называют аэробный метаболизм. Если химические реакции протекают без участия кислорода, то такие процессы считают анаэробными (без-кислородными). Естественной моделью изучения резервов организма является спортивная деятельность. Об абсолютных и даже относительных величинах резервных возможностей человека известно еще очень мало. Предполагается, что человек в условиях повседневной жизни выполняет работу в пределах до 35% от своих абсолютных возможностей. Эта работа выполняется свободно, без затрат волевых усилий. При работе в диапазоне 35-50% возможностей требуются волевые усилия и такая работа приводит к утомлению. Выше 65% абсолютных возможностей лежит «порог мобилизации». За пределами этой границы остаются только автономно охраняемые резервы организма, использование которых невозможно при помощи волевого усилия. Аэробные процессы являются основными, ведущими, а анаэробные - вспомогательными или резервными. Анаэробные процессы почти постоянно сопровождают аэробные. Например, при усиленной физической нагрузке и большом поступлении кислорода в организм, помимо аэробного способа расщепления глюкозы, обязательно включается анаэробный. Если при интенсивной работе скелетных мышц аэробные процессы усиливаются в десятки раз, то анаэробные процессы усиливаются в сотни раз. Это природный, стратегический резерв организма. В начале своего жизненного пути человек вообще не нуждается в кислороде и, как показали исследования, устойчивость новорожденных к дефициту кислорода в 8-10 раз выше, чем у взрослых. Анаэробные процессы заложены как бы в памяти организма и, при необходимости, способны включаться в экстремальных случаях. Определенная концентрация СО2 в клетках является абсолютно необходимым условием нормального протекания всех биохимических процессов. Например, снижение СО2 в легких при углубленном дыхании сдвигает рН в щелочную сторону, что изменяет активность ферментов и витаминов. Это изменение активности регуляторов обмена веществ нарушает нормальное протекание обменных процессов и ведет к гибели клеток. Снижение концентрации углекислого газа в легких (гипо-капния) вызывает защитные реакции организма - спазм бронхов и сосудов, что уменьшает кровоток и вызывает гипоксию тканей. Кислородное голодание тканей, достигнув угрожающей организму степени, вызывает у некоторых индивидуумов повышение артериального давления (гипертонию). Гиперкап-ния (умеренное повышение углекислого газа во вдыхаемой смеси) естественно возбуждает все гиперкапнические хемо-рецепторы и дыхательный центр, что вызывает ответное усиление вентиляции легких, снижение тонуса гладкой мускулатуры бронхов и сосудов. Постепенным, медленным повышением уровня гиперкапнии удается добиться повышения устойчивости хеморецеп-торов и нейронов дыхательного центра

к гиперкапническому стимулу, что повышает устойчивость дыхательной системы при физических нагрузках, активизирует метаболические процессы в организме. Кроме того, углекислый газ значительно тормозит реакции образования активных форм кислорода (свободных радикалов), защищая, таким образом, клетки от разрушения. К сожалению, реакции анаэробного типа приводят к кислородному долгу и накоплению в тканях недоокисленных продуктов распада (например, молочной и пи-ровиноградной кислот), что вызывает болевую реакцию в мышцах, предопределяя, тем самым, кратковременность использования организмом механизма «второго дыхания». Постепенно использование анаэробного типа дыхания приводит к изменениям во внутренней среде, что в конечном итоге повышает устойчивость организма к действию этих неблагоприятных изменений.

Оценка влияния CO2, добавляемого к вдыхаемой газовой смеси, на потребление кислорода при острой гипоксии имеет парадоксальные результаты. По логике при кислородном дефиците увеличение CO2 в дыхательной смеси должно усугубить действие гипоксии и ухудшить и без того тяжелое состояние организма. В действительности все оказалось наоборот, и добавление углекислого газа к бедной кислородом дыхательной смеси только улучшае самочувствие человека. То же происходит и при высоком содержании кислорода в дыхательной смеси. Так, при проведении испытаний нового регенеративного самоспасателя в Кузбасссе было установлено, что за 2 часа 50 минут дыхания в самоспасателе содержание CO2 в выдыхаемом воздухе в последние 50 минут составляло 4.1-6.5%, кислорода 32-50 %. И, хотя артериальное давление и частота пульса у респи-раторщика Д.В. Емельянова повысились со 120/70 (PS = 70 мин-1) до 140/90 (PS = 100 мин-1), он абсолютно не чувствовал какого-либо дискомфорта или напряжения при дыхании (табл. 1).

При повторных испытаниях аппарата ситуация повторилась. Здесь уже 1 час 40 минут испытатель (респира-торщик В.М. Татауров, 1961 г. рожд.) дышал смесью с повышенным содержанием CO2. Также отмечено незначительное повышение артериального давления со 120/85 (PS = 80 мин-1) до 130/90 (PS = 108 мин-1), и также не наблюдалось какого-либо дискомфорта при дыхании (табл. 2).

В процессе испытаний оба испытателя передвигались по горизонтальной поверхности со скоростью 5-6 км/ч.

Ранее в лаборатории известного физиолога М.Е. Маршака проводились исследования влияния гипер- и гипокап-нии на скорость вымывания азота из организма человека (Л.И. Ардашнико-ва, 1948 г. рожд.).

Регистрировалась динамика изменения количества выделяемого азота в разные отрезки времени после переключения на дыхание чистым кислородом или смесью кислорода и углекислого газа. В табл. 3 приводятся данные о выделении азота при

дыхании чистым кислородом и его смесью с 3-5% CO2 .

Данные табл. 3 показывают, что при вдыхании газовой смеси кислорода и 3-5% углекислого газа скорость выделения азота из организма человека уменьшается. И наоборот - после прекращения дыхания газовой смесью скорость выделения азота увеличивается. При гипоксии происходит понижение кислорода в артериальной крови, которое вызывает усиленное дыхание и вымывание CO2 из организма. Возникает гипокапния, которая, в свою очередь, предполагает повышенную потребность в кислороде. Добавление СО2 к бедной кислородом газовой смеси ликвидирует гипокап-нию и потребность в кислороде снижается, при этом улучшается снабжение кислородом головного мозга и сердца за счет уменьшения снабжения кислородом скелетных мышц.

Проблема в том, что эти исследования проводились при нормальном дыхании человека без использования каких-либо средств индивидуальной защиты органов дыхания. Современные изолирующие самоспасатели типа ШСС-1Т и ШСС-1У, применяемые в горнорудной промышленности, работают на химически связанном кислороде и имеют на вдохе концентрацию чистого кислорода 80-100%. Техническими условиями эксплуатации данных самоспасателей предусмотрено иметь на вдохе содержание CO2 не более 1%. Отсутствие влажности и высокая температура почти чистого кислорода на вдохе создают дискомфорт при дыхании, который выражается чувством жжения и першения в горле уже через 30-40 минут.

На наш взгляд, добавление углекислого газа в дыхательную смесь должно решить проблему комфортности дыхания в изолирующих СИЗ. Для этого необходимо провести медицинские исследования по установлению границ содержания CO2 в дыхательной смеси и времени, в течение которого можно дышать этой смесью без особого вреда для организма человека.

1. ГОСТ Р 12.4.220-2001 «Средства индивидуальной защиты органов дыхания. Аппараты изолирующие автономные с химически связанным кислородом (самоспасатели)», -М.: Госстандарт России.
2. Зинатулин С.Н. Как я жил без кислорода. -Новосибирск: ООО «Динамика» 2005, с. 28.
3. Правила безопасности в угольных шахтах. -М 2003 г.
4. Маршак М.Е. Физиологическое значение углекислоты. -М.: «Медицина»-1969, с. 122
5. Протоколы испытаний регенеративного изолирующего самоспасателя., -Кемерово, 2006 г.

Газировка, вулкан, Венера, рефрижератор – что между ними общего? Углекислый газ. Мы собрали для Вас самую интересную информацию об одном из самых важных химических соединений на Земле.

Что такое диоксид углерода

Диоксид углерода известен в основном в своем газообразном состоянии, т.е. в качестве углекислого газа с простой химической формулой CO2. В таком виде он существует в нормальных условиях – при атмосферном давлении и «обычных» температурах. Но при повышенном давлении, свыше 5 850 кПа (таково, например, давление на морской глубине около 600 м), этот газ превращается в жидкость. А при сильном охлаждении (минус 78,5°С) он кристаллизуется и становится так называемым сухим льдом, который широко используется в торговле для хранения замороженных продуктов в рефрижераторах.

Жидкая углекислота и сухой лед получаются и применяются в человеческой деятельности, но эти формы неустойчивы и легко распадаются.

А вот газообразный диоксид углерода распространен повсюду: он выделяется в процессе дыхания животных и растений и является важной составляющей частью химического состава атмосферы и океана.

Свойства углекислого газа

Углекислый газ CO2 не имеет цвета и запаха. В обычных условиях он не имеет и вкуса. Однако при вдыхании высоких концентраций диоксида углерода можно почувствовать во рту кисловатый привкус, вызванный тем, что углекислый газ растворяется на слизистых и в слюне, образуя слабый раствор угольной кислоты.

Кстати, именно способность диоксида углерода растворяться в воде используется для изготовления газированных вод. Пузырьки лимонада – тот самый углекислый газ. Первый аппарат для насыщения воды CO2 был изобретен еще в 1770 г., а уже в 1783 г. предприимчивый швейцарец Якоб Швепп начал промышленное производство газировки (торговая марка Schweppes существует до сих пор).

Углекислый газ тяжелее воздуха в 1,5 раза, поэтому имеет тенденцию «оседать» в его нижних слоях, если помещение плохо вентилируется. Известен эффект «собачьей пещеры», где CO2 выделяется прямо из земли и накапливается на высоте около полуметра. Взрослый человек, попадая в такую пещеру, на высоте своего роста не ощущает избытка углекислого газа, а вот собаки оказываются прямо в густом слое диоксида углерода и подвергаются отравлению.

CO2 не поддерживает горение, поэтому его используют в огнетушителях и системах пожаротушения. Фокус с тушением горящей свечки содержимым якобы пустого стакана (а на самом деле — углекислым газом) основан именно на этом свойстве диоксида углерода.

Углекислый газ в природе: естественные источники

Углекислый газ в природе образуется из различных источников:

• Дыхание животных и растений.
  Каждому школьнику известно, что растения поглощают углекислый газ CO2 из воздуха и используют его в процессах фотосинтеза. Некоторые хозяйки пытаются обилием комнатных растений искупить недостатки . Однако растения не только поглощают, но и выделяют углекислый газ в отсутствие света – это часть процесса дыхания. Поэтому джунгли в плохо проветриваемой спальне – не очень хорошая идея: ночью уровень CO2 будет расти еще больше.
• Вулканическая деятельность.
  Диоксид углерода входит в состав вулканических газов. В местностях с высокой вулканической активностью CO2 может выделяться прямо из земли – из трещин и разломов, называемых мофетами. Концентрация углекислого газа в долинах с мофетами столь высока, что многие мелкие животные, попав туда, умирают.
• Разложение органических веществ.
  Углекислый газ образуется при горении и гниении органики. Объемные природные выбросы диоксида углерода сопутствуют лесным пожарам.

Углекислый газ «хранится» в природе в виде углеродных соединений в полезных ископаемых: угле, нефти, торфе, известняке. Гигантские запасы CO2 содержатся в растворенном виде в мировом океане.

Выброс углекислого газа из открытого водоема может привести к лимнологической катастрофе, как это случалось, например, в 1984 и 1986 гг. в озерах Манун и Ньос в Камеруне. Оба озера образовались на месте вулканических кратеров – ныне они потухли, однако в глубине вулканическая магма все еще выделяет углекислый газ, который поднимается к водам озер и растворяется в них. В результате ряда климатических и геологических процессов концентрация углекислоты в водах превысила критическое значение. В атмосферу было выброшено огромное количество углекислого газа, который наподобие лавины спустился по горным склонам. Жертвами лимнологических катастроф на камерунских озерах стали около 1 800 человек.

Искусственные источники углекислого газа

Основными антропогенными источниками диоксида углерода являются:

• промышленные выбросы, связанные с процессами сгорания;
• автомобильный транспорт.

Несмотря на то, что доля экологичного транспорта в мире растет, подавляющая часть населения планеты еще не скоро будет иметь возможность (или желание) перейти на новые автомобили.

Активное сведение лесов в промышленных целях также ведет к повышению концентрации углекислого газа СО2 в воздухе.

CO2 – один из конечных продуктов метаболизма (расщепления глюкозы и жиров). Он выделяется в тканях и переносится при помощи гемоглобина к легким, через которые выдыхается. В выдыхаемом человеком воздухе около 4,5% диоксида углерода (45 000 ppm) – в 60-110 раз больше, чем во вдыхаемом.

Углекислый газ играет большую роль в регуляции кровоснабжения и дыхания. Повышение уровня CO2 в крови приводит к тому, что капилляры расширяются, пропуская большее количество крови, которое доставляет к тканям кислород и выводит углекислоту.

Дыхательная система тоже стимулируется повышением содержания углекислого газа, а не нехваткой кислорода, как может показаться. В действительности нехватка кислорода долго не ощущается организмом и вполне возможна ситуация, когда в разреженном воздухе человек потеряет сознание раньше, чем почувствует нехватку воздуха. Стимулирующее свойство CO2 используется в аппаратах искусственного дыхания: там углекислый газ подмешивается к кислороду, чтобы «запустить» дыхательную систему.

Углекислый газ и мы: чем опасен СO2

Углекислый газ необходим человеческому организму так же, как кислород. Но так же, как с кислородом, переизбыток углекислого газа вредит нашему самочувствию.

Большая концентрация CO2 в воздухе приводит к интоксикации организма и вызывает состояние гиперкапнии. При гиперкапнии человек испытывает трудности с дыханием, тошноту, головную боль и может даже потерять сознание. Если содержание углекислого газа не снижается, то далее наступает черед – кислородного голодания. Дело в том, что и углекислый газ, и кислород перемещаются по организму на одном и том же «транспорте» – гемоглобине. В норме они «путешествуют» вместе, прикрепляясь к разным местам молекулы гемоглобина. Однако повышенная концентрация углекислого газа в крови понижает способность кислорода связываться с гемоглобином. Количество кислорода в крови уменьшается и наступает гипоксия.

Такие нездоровые для организма последствия наступают при вдыхании воздуха с содержанием CO2 больше 5 000 ppm (таким может быть воздух в шахтах, например). Справедливости ради, в обычной жизни мы практически не сталкиваемся с таким воздухом. Однако и намного меньшая концентрация диоксида углерода отражается на здоровье не лучшим образом.

Согласно выводам некоторых , уже 1 000 ppm CO2 вызывает у половины испытуемых утомление и головную боль. Духоту и дискомфорт многие люди начинают ощущать еще раньше. При дальнейшем повышении концентрации углекислого газа до 1 500 – 2 500 ppm критически , мозг «ленится» проявлять инициативу, обрабатывать информацию и принимать решения.

И если уровень 5 000 ppm почти невозможен в повседневной жизни, то 1 000 и даже 2 500 ppm легко могут быть частью реальности современного человека. Наш показал, что в редко проветриваемых школьных классах уровень CO2 значительную часть времени держится на отметке выше 1 500 ppm, а иногда подскакивает выше 2 000 ppm. Есть все основания предполагать, что во многих офисах и даже квартирах ситуация похожая.

Безопасным для самочувствия человека уровнем углекислого газа физиологи считают 800 ppm.

Еще одно исследование обнаружило связь между уровнем CO2 и окислительным стрессом: чем выше уровень диоксида углерода, тем больше мы страдаем от , который разрушает клетки нашего организма.

Углекислый газ в атмосфере Земли

В атмосфере нашей планеты всего около 0,04% CO2 (это приблизительно 400 ppm), а совсем недавно было и того меньше: отметку в 400 ppm углекислый газ перешагнул только осенью 2016 года. Ученые связывают рост уровня CO2 в атмосфере с индустриализацией: в середине XVIII века, накануне промышленного переворота, он составлял всего около 270 ppm.

Углекислый газ (СО2, диоксид (или двуокись) углерода) является побочным продуктом метаболизма. Вопреки мнению большинства людей, углекислый газ необходим для здоровья и жизни человеческого организма.

В процессе дыхания, избыток диоксида углерода удаляется из организма, заменяясь кислородом, однако, в крови остается определенное количество CO2.

Если оно будет значительно выше или ниже нормы, может произойти нарушение некоторых функций организма. Эти функции связаны с сердечно-сосудистой системой, а также с клеточным дыханием. Низкий уровень двуокиси углерода в крови приведет к снижению объема кислорода, поступающего в различные клетки и ткани организма. Увеличение объема углекислого газа в крови также является проблемой для организма. Поэтому необходимо поддерживать нормальный уровень углекислого газа в организме.

Высокий уровень углекислого газа в крови

Все живые существа нуждаются в воздухе. Он представляет собой смесь газов, таких как углекислый газ (СО2), кислород (O2), окись углерода (CO), азот (N2), водород (H2) и инертные газы. Всем млекопитающим – в том числе и человеку – для жизни и здоровья необходим кислород, который они получают, вдыхая воздух. Выдыхают они при этом смесь двуокиси углерода и небольшого количества кислорода.

Основная часть диоксида углерода присутствует в организме в виде бикарбонатов (HCO3) или угольной кислоты (H2CO3). Кроме того, он также присутствует в организме и в растворенном состоянии.

Обмен газов происходит в альвеолах, являющихся неотъемлемой частью легких. Это происходит с помощью диффузии. Баланс между уровнями этих двух газов, а именно двуокиси углерода (СО2) и кислорода (О2), необходим для поддержания здоровья организма. Если баланс этих газов в организме нарушится, может начаться патология.

Если показатель уровня углекислого газа в организме станет высоким, наступит состояние, известное как гиперкапния (отравление углекислым газом).

Аналогичным образом, если уровень кислорода в крови будет ниже нормы, наступит .

Все респираторные расстройства включают в себя дисбаланс уровней СО2 и O2 в крови. Небольшой дисбаланс не требует интенсивной терапии, но в тяжелых случаях необходимо оказание медицинской помощи на месте.

Низкий уровень углекислого газа в крови может быть очень вредным для организма. Показатели СО2 снижаются в результате гипервентиляции – глубокого, учащенного дыхания, в результате которого в организм поступает больше кислорода, чем нужно. Это может произойти в результате панических атак или потреблении лекарств, стимулирующих дыхательную систему.

Диоксид углерода повышает кислотность крови. Когда его уровень низок, кровь ощелачивается, что приводит к сужению кровеносных сосудов и ухудшению кровотока. Это может быть очень опасным, поскольку приводит к снижению кровоснабжения мозга и других жизненно важных органов, что приводит к помутнению сознания, головокружению, ухудшению зрения, мышечным судорогам и беспричинной тревожности.

Когда у человека высокий уровень углекислого газа в крови, наступает состояние, известное как гиперкапния. Одним из наиболее распространенных причин повышения уровня углекислого газа в организме является гиповентиляция – недостаточное для поддержания функций организма поступление кислорода. Она происходит при помутнении или потере сознания или болезни легких, затрудняющей дыхание.

Высокий уровень углекислого газа в крови может вызвать покраснение кожи, повышение артериального давления, судороги, снижение мозговой и нервной активности, головные боли, спутанность сознания и сонливость. В крайнем случае, пациенту для восстановления нормального дыхания будет необходима кислородная маска. Она поможет восстановить баланс кислорода и диоксида углерода в крови.

Длительная гиперкапния может привести к повреждению внутренних органов, таких как мозг. Следует понимать, что длительное пребывание в среде, наполненной СО2 также может повысить его уровень в крови.

Нормы углекислого газа в крови

Нормальный общий уровень двуокиси углерода в крови находится в пределах 20–29 миллиэквивалентов на литр крови (мэкв/л). Его можно проверить путем анализа. Следует понимать, что отклонение от нормального уровня углекислого газа в крови может свидетельствовать о ряде болезней. Оно является лишь одним из симптомов, сигнализирующих о проблемах в организме.

Если в результате анализа был выявлен аномальный уровень двуокиси углерода, то для стабилизации будут использовать чистый кислород. После нормализации состояния пациента и уровня СО2 будет проведена серия анализов. Это нужно для определения причины высоких или низких показателей углекислого газа в крови.

Симптомы, указывающие на высокий уровень двуокиси углерода в крови

Симптомы, связанные с высокими показателями СО2 в крови: повышенное артериальное давление, учащенный пульс, покраснение, судороги, головная боль, боль в груди, спутанность сознания и усталость. Выраженность этих симптомов зависит от тяжести случая.

Причины повышения уровня диоксида углерода: энергичные упражнения и многочисленные патологические состояния, такие как хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ), ацидоз, легочные инфекции и атеросклероз.

Высокий уровень углекислого газа в организме может быть причиной влияния профессиональных обязанностей. Подходящим примером является работа у печи или профессиональный дайвинг, в котором человеку приходится надолго задерживать дыхание во время погружения.

Другими причинами высокого уровня СО2 являются загрязнение воздуха и курение. И в том, и в другом случае повреждаются альвеолы, что приводит к ухудшению газообмена в легких.

Основными органами, которые поддерживают баланс углекислого газа и кислорода являются печень и почки. Именно поэтому проблемы в работе любого из этих органов также приводят к гипоксии или гиперкапнии.

Лечение повышенного уровня двуокиси углерода в крови (гиперкапнии)

Первой помощью пациенту, потерявшему сознание из-за высокого уровня СО2, являются искусственное дыхание и массаж грудной клетки. Но в большинстве случаев отравления углекислым газом нет никаких симптомов. Поэтому нужно проходить регулярные проверки и следить за состоянием здоровья.

По сравнению с отравлением угарным газом, отравление углекислым газом является менее опасным для здоровья. Оксид углерода (СО) – это очень ядовитый газ, без цвета и запаха. Он смертелен даже в минимальных количествах, потому что его молекулы сильнее и быстрее, чем молекулы кислорода, привязываются к молекулам гемоглобина крови. Это приводит к гипоксии (нехватке кислорода) клеток организма.

Для поддержания правильного баланса СО2 и О2 в крови, нужно ежедневно заниматься физическими упражнениями и есть здоровую пищу. Хотя у организма и имеется свой защитный механизм, нужно применять меры предосторожности, так как профилактика лучше, чем лечение.

Видео