Где образуется углекислый газ

Углекислый газ в организме

Углекислый газ [ править | править код ]

Транспорт углекислого газа [ править | править код ]

Углекислый газ образуется в процессе обмена веществ примерно в таком же количестве, в каком потребляется кислород. В покое это количество равно примерно 3 мл/мин/кг, а при тяжелой физической нагрузке может резко увеличиваться. Углекислый газ легко диффундирует из клеток в кровь. Здесь он частично растворяется в Плазме, частично превращается в бикарбонат и, наконец, частично связывается с гемоглобином и белками плазмы. РСО₂ в смешанной венозной крови равно примерно 6 кПа (46 мм рт. ст). Далее углекислый газ переносится в легкие и удаляется с выдыхаемым воздухом. Скорость удаления углекислого газа равна скорости его образования. В альвеолах и артериальной крови РСО₂ равно 5,2 кПа (40 мм рт. ст.). Повышение РαСО₂ вызывает дыхательный ацидоз. Это состояние может возникать при гиповентиляции или вдыхании углекислого газа. Напротив, при гипервентиляции возникает снижение РαСО₂ и дыхательный алкалоз. Поскольку углекислый газ легко диффундирует, то изменение РαСО₂ и pH крови вскоре приводит к изменению РСО₂ и pH в клетках.

Физиологические эффекты углекислого газа [ править | править код ]

Изменение РСО₂ и pH крови влияет на функцию многих систем — особенно дыхательной, сердечно-сосудистой и ЦНС (подробнее см. руководства по физиологии, например Nunn, 1993а).

Дыхательная система. Углекислый газ оказывает быстрое и выраженное действие на легочную вентиляцию. Это действие находится в прямой зависимости от его концентрации во вдыхаемой смеси. Ингаляция 10% углекислого газа вызывает увеличение МОД до 75 л/мин. Углекислый газ оказывает стимулирующее действие на дыхание через центральные (в продолговатом мозге) и периферические (в аортальных и каротидных тельцах) хеморецепторы. Импульсы от них идут к дыхательным нейронам в стволе мозга. Действие углекислого газа на хеморецепторы, по-видимому, опосредовано изменением pH (Nattie, 1999; Drysdale et al., 1981). Повышение PCО₂ вызывает бронходилатацию, а снижение — наоборот. Возможно, этот эффект играет роль в поддержании вентиляционно-перфузионного отношения (Duane et al., 1979).

Сердечно-сосудистая система. Углекислый газ оказывает на кровообращение как прямое (местное), так и центральное (обусловленное изменением активности вегетативных нервов) действие. Прямое действие углекислого газа на сердце приводит к снижению сократимости в результате изменения pH (van den Bos et al., 1979); прямое действие на сосуды сопровождается их расширением. Центральное же действие углекислого газа проявляется повышением симпатического тонуса и концентрации в крови адреналина, норадреналина, ангиотензина и других вазоактивных пептидов (Staszewska-Barczak and Dusting, 1981). Повышение симпатического тонуса вызывает увеличение частоты и силы сокращений сердца и сужение сосудов, то есть эффекты, противоположные местным.

Реакция сердечно-сосудистой системы на действие углекислого газа определяется соотношением между его прямым и центральным действием. Сердечный выброс, ЧСС и АД растут. В сосудах преобладает прямое действие углекислого газа, проявляющееся в их расширении и уменьшении ОПСС. Углекислый газ вызывает выраженное расширение коронарных сосудов (Ely etal., 1982). Аритмогенное действие гиперкапнии обусловлено высвобождением катехоламинов.

Гипокапния оказывает противоположное действие: АД снижается, а сосуды кожи, кишечника, головного мозга, почек и сердца сужаются. Это действие гипокапнии используют в клинике, например проводят ИВЛ с гипервентиляцией при внутричерепной гипертензии.

ЦНС. При гиперкапнии снижается возбудимость коры головного мозга и (также за счет центрального действия углекислого газа) порог болевой чувствительности кожи. Тормозящее действие углекислого газа на ЦНС имеет важное клиническое значение. Так, при гиповентиляции, вызванной средствами для общей анестезии или наркотическими анальгетиками, накапливающийся углекислый газ через тормозящее влияние на ЦНС может вызвать еще большее угнетение дыхательного центра.

В результате образуется порочный круг, способный стать причиной смерти. Ингаляция газовой смеси с высокой концентрацией углекислого газа (до 50%) вызывает выраженное угнетение коры головного мозга и подкорковых структур, напоминающее действие средств для общей анестезии. С другой стороны, при определенных условиях вдыхание углекислого газа в концентрации 25—30% может вызвать возбуждение подкорковых структур и эпилептические припадки.

Методы ингаляции углекислого газа [ править | править код ]

В США углекислый газ в чистом виде или в смеси с кислородом (карбоген) продают в металлических баллонах серого цвета. Ингаляцию 5—10% углекислого газа в смеси с кислородом проводят с помощью маски. Другой метод — повторное вдыхание углекислого газа, например через дыхательный контур при отключенном адсорбере или просто дыхание в бумажный мешок. Следует помнить, что баллоны с чистым углекислым газом и с карбогеном имеют одинаковый цвет, а неосторожное обращение с кислородсодержащей смесью (например, вблизи электрокоагулятора при лапароскопической операции) может привести к пожару или взрыву.

Лечебное применение углекислого газа [ править | править код ]

Ингаляцию углекислого газа в настоящее время назначают все реже из-за появления более эффективных методов лечения. Ее применяли для ускорения вводной анестезии и пробуждения после ингаляционной анестезии, так как под действием углекислого газа возрастают МОД и мозговой кровоток. Однако при ингаляции углекислого газа возникает более или менее выраженный дыхательный ацидоз. При проведении анестезии иногда вызывают, напротив, гипокапнию. Она приводит к дыхательному алкалозу, спазму мозговых сосудов и некоторому уменьшению объема мозга; это облегчает проведение нейрохирургических операций. Хотя углекислый газ стимулирует дыхание, его не следует применять в случаях, когда угнетение дыхания сопровождается гиперкапнией или ацидозом, — из-за опасности еще большего торможения дыхательного центра.

Углекислый газ обычно используют для вдувания в брюшную полость во время лапароскопических операций, так как он хорошо растворим в воде и не огнеопасен. При случайной эмболии пузырьки углекислого газа легко растворяются, и он выводится через легкие.

Недавно углекислый газ стали применять при операциях на открытом сердце для заполнения операционного поля. Благодаря большей плотности углекислый газ вытесняет воздух, окружающий сердце, так что любые пузырьки газа в полостях сердца вместо нерастворимого азота содержат углекислый газ (Na-dolny and Svensson, 2000). По тем же соображениям углекислый газ используют для удаления пузырьков воздуха из аппарата искусственного кровообращения и экстракорпорального мембранного оксигенатора. Его применяют также для коррекции pH во время коронарного шунтирования на фоне гипотермии.

Воздействие углекислого газа на организм человека, участие в процессах жизнедеятельности

Из курса биологии (анатомии) школьной программы известно, что наш организм дышит кислородом (O₂). Однако на уроках не рассматривается вопрос о том, какое значение имеет углекислый газ в крови для нашего здоровья? Многие не знают, что CO₂ влияет на здоровье всех органов человека и регулирует биохимические процессы, протекающие в организме.

Дыхание

При изучении дыхания и образования диоксида углерода в теле человека иногда путают углекислый и угарный газы между собой. Угарный газ имеет химическую формулу CO и совершенно другие свойства.

Оксид углерода (CO), это ядовитое вещество, которое при попадании через легкие в кровь даже в минимальном количестве опасно для жизни и здоровья.

Дыхание происходит следующим образом — человек сначала выдыхает углекислоту, а потом вдыхает кислород:

В результате биохимических процессов при расщеплении жиров и белков в клетках происходит процесс образования углекислого газа в организме человека. Этот газ выделяется из клеток в капилляры, а затем поступает в кровь. При накоплении крови газом нервная система подает сигнал в мозг о выделении излишков двуокиси углерода за пределы нашего тела. Красные кровяные тельца (эритроциты) транспортируют молекулы углекислоты в виде химических соединений бикарбонатов и связанных с гемоглобином к альвеолам легких.
В альвеолах происходит обмен молекул углекислого газа на молекулы O2, которые распространяются по всему организму. Эритроциты переносят молекулы кислорода к органам и тканям, связывая его с гемоглобином, а взамен опять забирают продукт жизнедеятельности этих клеток – CO₂.

Доказанным фактом считается то, что углекислота, это основатель дыхательных процессов, а не кислород, как считалось ранее. Двуокись углерода является необходимым газом для дыхания человека наравне с O₂.

Газообмен в альвеолах

При выдохе человек выдыхает не только CO₂, из легких уходит также избыточный O₂. Рефлекс дыхания разделяется в 2 этапа:

При выдыхании происходит снижение давления в легких, купол диафрагмы поднимается, легкие сжимаются, концентрация CO₂ в крови повышается. Кровь движется по венам и окрашивается темный, почти черный цвет.
За выдохом идет вдох. При вдохе грудная клетка расширяется, диафрагма опускается. Осуществляется отдача от гемоглобина через альвеолы в легкие и выброс в атмосферу диоксида углерода. Там же в альвеолах происходит прием гемоглобином молекулы O₂. Кровь переходит на следующий круг и движется по артериям. Она окрашивается в ярко-розовый цвет.

Нормальный здоровый человек дышит ровно и регулярно. Учащенное дыхание или с задержкой, если это не вызвано большими физическими или психологическими нагрузками, считается сигналом о серьезных заболеваниях организма.

Транспорт кровью и связь с кислородом.

Существует два круга кровообращения в организме: большой артериальный и малый венозный. По большому кругу транспортируется артериальная кровь, насыщенная кислородом. По малому кругу движется венозная кровь, насыщенная CO₂.

Транспорт газов кровью

Раньше существовало мнение, что с выдохом углекислый газ в организме человека не остается. Однако как показывают исследования, в артериальной крови всегда присутствует определенное количество углекислоты. Концентрация ее небольшая, в пределах 6,0-7,0%, но если она превышает или наоборот, меньше этого количества, то для организма это плохо. Появляется либо переизбыток O₂ в крови (Гипероксия), либо его недостаток (Гипоксемия). Это происходит потому, что обмен этими газами взаимосвязан. Чтобы эритроцит мог поглотить молекулу кислорода и связать ее с гемоглобином, он должен удалить в атмосферу молекулу диоксида углерода.

Зависимость здоровья от содержания углекислоты

При физических нагрузках обменные процессы в клетках ускоряются, чтобы вывести большее количество углекислоты, человеку необходимо чаще и глубже дышать. Процесс происходит рефлекторно. В таких случаях опасно находится в помещении с высокой концентрацией CO₂, так как вместе с O₂ человек вдыхает двуокись углерода. Это приводит к повышению ее концентрации в крови, а дальше к приступам удушья. Появляются головокружение, тошнота, вялость, учащается сердцебиение и дыхание (Гиперкапния).

Изучая процессы дыхания и газообмена в организме человека, ученые пришли к выводу, что опасен для здоровья не столько недостаток кислорода, сколько избыток диоксида углерода в воздухе.

Газ CO₂ не является сильнодействующим отравляющим веществом, но так как гемоглобин занятый углекислым газом не принимает кислород, то происходит эффект удушения, вплоть до летального исхода.

Высокая концентрация этого вещества в крови приводит к гибели эритроцитов и воспалению стенок кровеносных сосудов. Так происходит если наличие углекислого газа в воздухе более 3 %. При таком уровне человек чувствует себя слабым, его тянет на сон. При концентрации 5% проявляется удушающий эффект, головные боли, головокружение.

Желудочно-кишечный тракт

Углекислый газ в организм попадает не только при дыхании, но и вместе с пищей. Углерод содержится практически во всех органических веществах, наибольшая концентрация содержится в продуктах растительного происхождения. Больше всего его образуется при расщеплении легкоусвояемых углеводов.

Углекислота влияет на химический состав жидкости в теле человека, хотя и не так значительно, но при сильном понижении или превышении может оказывать губительное воздействие. В организме почти все процессы жизнедеятельности клеток происходят при определенном уровне кислотно-щелочного баланса, который скорее близок к нейтральной воде, чем к кислоте. Наличие повышенной концентрации CO₂ в употребляемых продуктах сильно меняет состав жидкости в теле человека. Это также влияет на протекание биохимических процессов. Происходит нарушение обмена веществ, гибель клеток или неправильный процесс их деления, что очень опасно.

Продукты и их кислотно-щелочной баланс

Поэтому продукты, содержащие CO₂ в свободном состоянии (газировка) во многих странах запрещены к продаже.

Наибольший вред они наносят организму:

При любых заболеваниях желудочно-кишечного тракта, в том числе хронических. Так как при приеме в пищу таких продуктов, происходит раздражение слизистой желудка. Они стимулируют выработку ферментов и повышают кислотность желудочного сока, что приводит к обострению имеющихся воспалительных процессов, образованию или углублению язвочек.
Детям, до трех лет не стоит давать такие продукты, потому что их организм еще не совсем сформировался. Поэтому углекислота может привести к нарушению обмена веществ в организме и в будущем стать причиной высокой хрупкости костей.
Диоксид углерода может вызвать аллергическую реакцию у человека.
При наличии лишнего веса нельзя употреблять такие продукты, так как полнота, это следствие нарушения обмена веществ. А употребление продуктов с высоким содержанием CO₂ приведет только к усугублению ситуации.

Во многих западных странах принят закон, в соответствии с которым наличие углекислого газа в продуктах не должно превышать 0,4%. Исключение дается только простой минеральной воде с газом, но только в том случае, если она содержит незначительное количество диоксида углерода. Но и это допустимо только по разрешению или рекомендации врача, особенно при болезнях желудка.

Красота и здоровье

Однако CO₂ имеет и положительно действие на организм человека. Так диоксид углерода является очень мощным обеззараживающим средством. Его используют в медицине и косметологии. Применяют углекислый газ совместно с другими компонентами, наружно, а также производят инъекции (Карбокси-терапия). Крем или гель, содержащий углекислоту, хорошо обеззараживает и очищает кожу, а непосредственное введение его во внутренние ткани тела помогает бороться с целлюлитом.

Вдыхание воздуха с высоким содержанием углекислоты в определенных пределах или задержка дыхания также приводят к омоложению и задержке процесса старения на клеточном уровне. Увеличенное содержание CO₂ в артериальной крови способствует расширению сосудов и как следствие наилучшему и полному снабжению клеток организма кислородом.

Заключение

Очень жаль, что система образования в наших странах не уделяет столь важного внимания для пересмотра учебников в школах и институтах. Полученные знания об углекислоте необходимо доводить со школьной скамьи до учащихся образовательных учреждений. Знания многих процессов, протекающих в организме с участием диоксида углерода, могли бы научить нас правильному питанию и ведению здорового образа жизни. Продление жизни нашего организма тесно связано с наличием углекислого газа в нем, поэтому применяя на практике полученные знания, мы бы могли обеспечить себе здоровую и долгую жизнь.

Углекислый газ, свойства, получение и применение

Углекислый газ – бинарное химическое соединение углерода и кислорода, имеющее формулу CO₂.

Углекислый газ, формула, молекула, строение, состав, вещество:

Углекислый газ (диоксид углерода, двуокись углерода, углекислота, оксид углерода (IV), угольный ангидрид) – бесцветный газ, почти без запаха (в больших концентрациях с кисловатым «содовым» запахом).

Углекислый газ – бинарное химическое соединение углерода и кислорода, имеющее формулу CO₂.

Химическая формула углекислого газа CO₂.

Строение молекулы углекислого газа, структурная формула углекислого газа:

Углекислый газ тяжелее воздуха приблизительно в 1,5 раза. Его плотность при нормальных условиях составляет 1,98 кг/м 3 , по отношении к воздуху – 1,524. Поэтому скапливается в низких непроветриваемых местах.

Концентрация углекислого газа в воздухе (в атмосфере Земли) составляет в среднем 0,046 % (по массе) и 0,0314 % (по объему).

Углекислый газ вырабатывается в органах и тканях человека образуется в качестве одного из конечных продуктов метаболизма. Он переносится от тканей по венозной системе и затем выделяется с выдыхаемым воздухом через лёгкие. Таким образом, содержание углекислого газа в крови велико в венозной системе, уменьшается в капиллярной сети лёгких, и содержание его мало в артериальной крови. В выдыхаемом человеком воздухе содержится около 4,5% диоксида углерода, что в 60-110 раз больше, чем во вдыхаемом. Организм человека выделяет приблизительно 1 кг углекислого газа в сутки.

Углекислый газ растворяется в воде. В 100 граммах воды растворяется 0,3803 грамма CO₂ при 16 °C, 0,3369 грамма CO₂ – при 20 °C, 0,2515 грамма CO₂ – при 30 °C. Растворяясь в воде, образует угольную кислоту Н₂CO₃. Растворим также в ацетоне, бензоле, метаноле и этаноле.

Термически устойчив при температурах менее 1000 °C. При температуре 1000 °C восстанавливается углем до оксида углерода (II).

При нормальном атмосферном давлении диоксид углерода не существует в жидком состоянии, существует только в твердом или газообразном состоянии. Твердая двуокись углерода при повышении температуры не плавится, а переходит (возгоняется) непосредственно из твёрдого состояния в газообразное. Твёрдую двуокись углерода также называют сухим льдом. Внешний вид сухого льда напоминает обычный лед, снегоподобную массу. При сублимации сухой лед поглощает около 590 кДж/кг (140 ккал/кг) теплоты.

Под давлением 35 000 атм. твердая углекислота становится проводником электрического тока .

Жидкий углекислый газ можно получить при повышении давления. Так, при температуре 20 °С и давлении свыше 6 МПа (

60 атм.) газ сгущается в бесцветную жидкость. При нормальных условиях (20 °С и 101,3 кПа) при испарении 1 кг жидкой углекислоты образуется 509 л углекислого газа. Хранят и транспортируют углекислый газ, как правило, в жидком состоянии

Двуокись углерода негорюча, но в ее атмосфере может поддерживаться горение активных металлов, например, щелочных металлов и щелочноземельных – магния, кальция, бария.

Двуокись углерода нетоксична, невзрывоопасна.

Предельно допустимая концентрация двуокиси углерода в воздухе рабочей зоны не установлена, при оценке этой концентрации можно ориентироваться на нормативы для угольных и озокеритовых шахт, установленные в пределах 0,5% (об.) или 9,2 г/м (см. ГОСТ 8050-85 «Двуокись углерода газообразная и жидкая. Технические условия»).

По степени воздействия на организм человека двуокись углерода относится к 4-му классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76.

При концентрациях более 5% (92 г/м) двуокись углерода оказывает вредное влияние на здоровье человека, так как она тяжелее воздуха в полтора раза и может накапливаться в слабопроветриваемых помещениях у пола и в приямках, а также во внутренних объемах оборудования для получения, хранения и транспортирования газообразной, жидкой и твердой двуокиси углерода. При этом снижается объемная доля кислорода в воздухе, что может вызвать явление кислородной недостаточности и удушья.

Углекислый газ образуется при гниении и горении органических веществ, в результате вулканической деятельности. Содержится в воздухе и минеральных источниках, выделяется при дыхании животных и растений . Искусственными источниками образования углекислого газа являются промышленные выбросы и выхлопные газы автомобильного транспорта.

Углекислый газ легко пропускает излучение в ультрафиолетовой и видимой частях спектра, которое поступает на Землю от Солнца и обогревает её. В то же время он поглощает испускаемое Землёй инфракрасное излучение и является одним из парниковых газов, вследствие чего участвует в процессе глобального потепления.