Динамика потребления кислорода человеком в покое и при работе. Биогенные элементы в организме человека Кислород в человеческом организме

Непрерывно идущие в каждой клетке организма окислительно-восстановительные реакции нуждаются в постоянном притоке субстратов окисления (углеводов, липидов и аминокислот) и окислителя - кислорода. В организме имеются внушительные запасы питательных веществ - углеводные и жировые депо, а также огромный запас белков в скелетных мышцах, поэтому даже сравнительно длительное (в течение нескольких суток) голодание не приносит человеку существенного вреда. А вот запасов кислорода в организме практически нет, если не считать небольшого количества, содержащегося в мышцах в форме оксимиоглобина, поэтому без его поставки человек способен выжить лишь 2-3 мин, после чего наступает так называемая «клиническая смерть». Если в течение 10-20 мин снабжение клеток мозга кислородом не восстановится, в них произойдут такие биохимические изменения, которые нарушат их функциональные свойства и приведут к скорой гибели всего организма. Другие клетки тела при этом могут и не пострадать в такой степени, но нервные клетки крайне чувствительны к недостатку кислорода. Вот почему одной из центральных физиологических систем организма является функциональная система кислородного обеспечения, и состояние именно этой системы чаще всего используется для оценки «здоровья».

Понятие о кислородном режиме организма. Кислород проходит в организме достаточно длинный путь. Попадая внутрь в виде молекул газа, он уже в легких принимает участие в целом ряде химических реакций, обеспечивающих его дальнейшую транспортировку к клеткам тела. Там, попадая в митохондрии, кислород окисляет разнообразные органические соединения, превращая их в конечном счете в воду и углекислоту. В таком виде кислород и выводится из организма.

Что заставляет кислород из атмосферы проникать в легкие, затем - в кровь, оттуда - в ткани и клетки, где уже он вступает в биохимические реакции? Очевидно, что существует некая сила, определяющая именно такое направление перемещения молекул этого газа. Эта сила - градиент концентраций. Содержание кислорода в атмосферном воздухе намного больше, чем в воздухе внутрилегочного пространства (альвеолярном). Содержание кислорода в альвеолах - легочных пузырьках, в которых происходит газообмен воздуха с кровью, - намного выше, чем в венозной крови. Ткани содержат кислорода гораздо меньше, чем артериальная кровь, а митохондрии содержат незначительное количество кислорода, поскольку поступающие в них молекулы этого газа немедленно вступают в цикл окислительных реакций и превращаются в химические соединения. Вот этот каскад постепенно понижающихся концентраций, отражающий градиенты усилия, в результате которых кислород из атмосферы проникает в клетки тела, и принято называть кислородным режимом организма. Вернее, кислородный режим характеризуется количественными параметрами описанного каскада. Верхняя ступенька каскада характеризует содержание кислорода в атмосферном воздухе, который во время вдоха проникает в легкие. Вторая ступенька - содержание О2 в альвеолярном воздухе. Третья ступенька - содержание О 2 в артериальной крови, только что обогащенной кислородом. И наконец, четвертая ступенька - напряжение кислорода в венозной крови, которая отдала содержавшийся в ней кислород тканям. Эти четыре ступеньки образуют три «пролета», которые отражают реальные процессы газообмена в организме. «Пролет» между 1-й и 2-й ступеньками соответствует легочному газообмену, между 2-й и 3-й ступеньками - транспорту кислорода кровью, а между 3-й и 4-й ступеньками - тканевому газообмену. Чем больше высота ступеньки, тем больше перепад концентраций, тем выше градиент, при котором кислород транспортируется на этом этапе. С возрастом увеличивается высота первого «пролета», то есть градиент легочного газообмена; второго «пролета», т.е. градиент транспорта 02 кровью, тогда как высота третьего «пролета», отражающего градиент тканевого газообмена, снижается. Возрастное уменьшение интенсивности тканевого окисления является прямым следствием снижения с возрастом интенсивности энергетического обмена.

Справочник лекарств >> Лечение ДЦП >> О болезнях >> Лекарственные растения >> Лечение за рубежом >> Книги по медицине >>

ПОТРЕБНОСТЬ В КИСЛОРОДЕ И ЕГО ЗАПАСЫ В ОРГАНИЗМЕ

А. М. Чарный,
"Патофизиология гипоксических состояний".
Медгиз, М., 1961 г.

Публикуется с небольшими сокращениями.

Важность кислорода для сохранения жизни организма бесспорна. Если сравнить между собой существенно необходимые для жизни организма ингредиенты - воду, питательные вещества и кислород, то окажется, что расстройство кислородного бюджета в каком-либо из звеньев наиболее быстро приводит к смерти. В организме человека, как наиболее высоко организованной форме жизни, функциональная способность жизненно важных органов существенно зависит от непосредственного снабжения их кислородом. Поэтому можно предполагать, что любое патологическое состояние тесно связано с нарушениями в кислородном бюджете организма.
Понятие «кислородный бюджет» включает весь комплекс вопросов, касающихся потребности организма в кислороде, законов проникновения кислорода в клетки и жидкости организма, транспорта его через кровеносную систему и механизма его использования в тканях. Между потреблением кислорода и выработкой энергии в организме были установлены определенные количественные соотношения. Энергетической основой жизнедеятельности организма является постоянное окисление пищевых веществ. В условиях белкового питания при потреблении 1 л кислорода образуется 4,48 ккал, при питании жиром - 4,69 ккал, при исключительно углеводной пище - 5,05 ккал тепла. Потребление 1 л кислорода в условиях смешанного питания сопровождается образованием 4,8 ккал тепла.
... Таким образом, человек в покое при минимальном газообмене потребляет около 250 мл кислорода в минуту. В то же время образуется около 200 мл углекислоты. При тяжелой мышечной работе потребление кислорода увеличивается в 10 и более раз, что составляет примерно 2500-3000 мл кислорода в минуту. Это положение подтверждается данными, полученными при изучении отдельных органов в покое и при напряженной деятельности.
... При напряженной деятельности потребление кислорода значительно возрастает.
Запасы кислорода в организме человека крайне невелики; их может хватить для жизнедеятельности на 5-6 минут.
... По вычислениям Баркрофта, количество крови у кита составляет приблизительно 8000 л при общем весе его 122 000 кг. Отсюда следует, что количественные соотношения между весом тела и объемом крови у кита приблизительно того же порядка, что и у человека. Те же соотношения существуют в организме других ныряющих животных (тюлень). Сопоставление запасов кислорода в организме человека и ныряющих животных дает ясную картину незначительности этого запаса у человека и ныряющих животных. Длительное пребывание ныряющих животных под водой без доступа атмосферного кислорода и при малых запасах его в организме оказывается возможным благодаря низкой интенсивности обмена веществ. Весьма малые запасы кислорода у человека полностью удовлетворяют его физиологические потребности при условии постоянного пополнения этого запаса из внешнего воздуха. Это достигается регуляцией снабжения организма кислородом и удалением углекислоты, которая осуществляется автоматически и при больших скоростях. Условия для этого, надо полагать, были созданы на определенной стадии развития организма и являлись причиной того, что жизненно необходимый для организма газ стал легко абсорбироваться кровью и быстро отдаваться тканям. Этими условиями являются: физические свойства и законы проникновения кислорода в клетки и жидкости организма, транспорт кислорода через кровеносную систему и механизм использования кислорода в тканях.

ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОРОДА И ЗАКОНЫ ПРОНИКНОВЕНИЯ ЕГО В ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА

Обмен веществ в животном организме совершается таким образом, что в нем участвуют не только плотные и жидкие, но и газообразные вещества. Восприятие организмом кислорода и выделение газообразного продукта обмена - углекислого газа известно под названием газообмена. Главным путем переноса кислорода от легких к тканям и транспорта углекислого газа является кровеносная система. В связи с этим представляется важным выяснить, в каком количестве и в виде каких соединений эти газы находятся в крови и тканях.
В крови и тканях организма имеется около 20 л углекислого газа, 1 л кислорода и 1 л азота. По закону Дальтона давление газа в смеси не зависит от содержания других компонентов в смеси и равно тому давлению, которое оказывало бы это количество газа, если бы оно одно занимало данный объем. Это давление называется парциальным давлением газа.
Парциальное давление кислорода в клетках, крови и жидкостях организма является важным фактором, обусловливающим его нормальную жизнедеятельность. Парциальное давление кислорода в клетках представляет собой внутриклеточное газовое давление, а в тканевой жидкости и лимфе - внеклеточное. Кемлбелл методом образования газового пузыря показал, что при любом объеме данного газа в ограниченной полости после выравнивания в условиях покоя парциальное его давление остается постоянным. Снабжение организма кислородом обеспечивается дыхательной системой, кровью и тканями. Что касается дыхательной системы, то здесь поступление кислорода подчинено законам проникновения газов через мембраны и диффузии их в жидкости.

ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА ЧЕРЕЗ ЛЕГОЧНУЮ МЕМБРАНУ

Существенным фактором для газообмена между кровью и воздухом является величина дыхательной поверхности и толщина тканевого слоя между легочными капиллярами и альвеолами.
Еще Эбби (1880) указал, что дыхательная поверхность легких составляет 80 м2 при поперечнике спавшихся альвеол 0,2 мм.
Величина дыхательной поверхности легких, приводимая Цунтцем при учете им содержания воздуха в легочных альвеолах, диаметра альвеолы (0,2 мм) и ее поверхности (0,126 см2) при условии, что в легких человека находится около 725 млн. альвеол, составляет 90 м2.
Бор иначе подошел к расчету легочной поверхности. То количество газа, которое при давлении 760 мм ртутного столба проникает в 1 минуту через 1 см2 поверхности, он обозначил как инвазионный коэффициент.
... Толщина стенки, отделяющей полость альвеолы от полости капилляра, по согласованным данным многочисленных исследователей, составляет 0,004 мм. В дальнейшем оказалось, что для диффузии газов имеет значение абсорбция газов жидкостью, молекулярный вес, масса отдельных газовых молекул, давление на пограничных слоях жидкости, толщина слоя жидкости и т. п.
Количество газа, абсорбируемое единицей объема жидкости при атмосферном давлении, носит название абсорбционного коэффициента Бунзена (а). Стефан ввел понятие диффузионного коэффициента (К) - константы, зависящей от природы диффундирующего газа, жидкости и температуры.
... Таким образом, скорость диффузии газа прямо пропорциональна абсорбционному коэффициенту, различию давления диффундирующего газа по обе стороны жидкости, константе диффузии и обратно пропорциональна барометрическому давлению и толщине перегородки. Леви и Цунтц предложили вместо диффузионного коэффициента учитывать диффузионный фактор (С). Последний (на том основании, что диффузионный коэффициент пропорционален квадратному корню из молекулярного веса) выводится из диффузионного коэффициента при умножении на квадратный корень из молекулярного веса газа.
... В дальнейшем опыты Леви и Цунтца показали, что диффузия через легочную ткань происходит в 2 раза быстрее, чем через воду. Экснер объясняет это наличием липоидной мембраны. Таким образом, оказалось, что диффузионный фактор для легких будет составлять 0,139 вместо 0,065 для воды.
На основании имеющихся данных можно рассчитать, сколько кислорода может проникнуть в минуту при нормальных дыхательных движениях через 1 см2 альвеолярной стенки и, следовательно, через нормальные легкие человека.
... Через всю легочную поверхность (90 м2) за минуту проникает 90 X 10000 X 0,006756 = 6080 мл кислорода. Таким образом, структура легких обеспечивает возможность проникновения в кровь около 6080 мл кислорода в минуту. Учитывая, что потребление кислорода взрослым человеком в покое составляет 250 мл в минуту, а при напряженной мышечной работе около 3000-4000 мл, можно сделать вывод, что снабжение организма кислородом обеспечивается легкими в избытке.
Эти данные позволяют заключить, что самая напряженная работа может быть обеспечена соответствующей доставкой кислорода и что при патологических условиях, связанных с выключением большой доли легочной поверхности из акта дыхания, доставка организму кислорода для сохранения нормальной жизнедеятельности в условиях покоя вполне достаточна.

ДАВЛЕНИЕ ГАЗОВ В ЛЕГОЧНЫХ АЛЬВЕОЛАХ

Давление газов в клетках и жидкостях организма является важным фактором, обусловливающим их нормальную жизнедеятельность. Для понимания процессов проникновения газов из воздуха легочных альвеол в кровь и обратно необходимо знать давление диффундирующих газов.
Вдыхаемый воздух по пути в альвеолы частично задерживается в верхних дыхательных путях и поэтому не участвует полностью в дыхательном процессе, происходящем в альвеолах. Путь от носовой полости до альвеол носит название вредного пространства. Объем этого пространства у взрослого человека в нормальных условиях, по общепризнанным данным,составляет около 150 мл. Определение давления О2 в воздухе легочных альвеол связано с определением газового состава альвеолярного воздуха. Трудность получения точных данных заключается в том, что к альвеолярному воздуху постоянно примешивается воздух вредного пространства, объем которого при различных условиях максимального и углубленного дыхания сильно варьирует, достигая в последнем случае 400-600 мл. Поэтому данные, полученные различными авторами, при исследовании альвеолярного воздуха с учетом вредного пространства, различны. Обычно рекомендуют брать для анализа стробу альвеолярного воздуха в конце выдоха после короткого дыхательного толчка.
...Таким образом, парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе зависит от барометрического давления, характера и объема легочной вентиляции и скорости диффузии кислорода в кровь и, по данным большинства исследователей, составляет 106-107 мм ртутного столба.

Популярные статьи сайта из раздела «Медицина и здоровье»

Популярные статьи сайта из раздела «Сны и магия»

Когда снятся вещие сны?

Достаточно ясные образы из сна производят неизгладимое впечатление на проснувшегося человека. Если через какое-то время события во сне воплощаются наяву, то люди убеждаются в том, что данный сон был вещим. Вещие сны отличаются от обычных тем, что они, за редким исключением, имеют прямое значение. Вещий сон всегда яркий, запоминающийся...

Почему снятся ушедшие из жизни люди?

Существует стойкое убеждение, что сны про умерших людей не относятся к жанру ужасов, а, напротив, часто являются вещими снами. Так, например, стоит прислушиваться к словам покойников, потому что все они как правило являются прямыми и правдивыми, в отличие от иносказаний, которые произносят другие персонажи наших сновидений...

жных полимеров; наличие в организме и взаимодействие этих веществ обеспечивает существование жизни. Являясь составной частью молекулы воды, кислород участвует практически во всех биохимических процессах протекающих в организме.

Кислород незаменим, при его недостатке эффективным средством может быть только восстановление нормального снабжения организма кислородом. Даже кратковременное (несколько минут) прекращение поступления кислорода в организм может вызвать тяжелые нарушения его функций и последующую смерть.

3. РОЛЬ УГЛЕРОДА В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

УГЛЕРОД - важнейший биогенный элемент, составляющий основу жизни на Земле, структурная единица огромного числа органических соединений, участвующих в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности (биополимеры, а также многочисленные низкомолекулярные биологически активные вещества - витамины, гормоны, медиаторы и др.). Значительная часть необходимой организмам энергии образуется в клетках за счёт окисления углерода. Возникновение жизни на Земле рассматривается в современной науке как сложный процесс эволюции углеродистых соединений.

В организм человека углерод поступает с пищей (в норме около 300 г в сутки). Общее содержание углерода достигает около 21% (15 кг на 70 кг общей массы тела). Углерод составляет 2/3 массы мышц и 1/3 массы костной ткани. Выводится из организма преимущественно с выдыхаемым воздухом (углекислый газ) и мочой (мочевина).

Главной функцией углерода является формирование разнообразия органических соединений, тем самым, обеспечивая биологическое разнообразие, участие во всех функциях и проявлениях живого. В биомолекулах углерод образует, полимерные цепи и прочно соединяется с водородом, кислородом, азотом и другими элементами. Столь существенная физиологическая роль углерода определяется тем, что этот элемент входит в состав всех органических соединений и принимает участие практически во всех биохимических процессах в организме. Окисление соединений углерода под действием кислорода приводит к образованию воды и углекислого газа; этот процесс служит для организма источником энергии. Двуокись углерода CO2 (углекислый газ) образуется в процессе обмена веществ, является стимулятором дыхательного центра, играет важную роль в регуляции дыхания и кровообращения.

В свободном виде углерод не токсичен, но многие его соединения обладают значительной токсичностью. К таким соединениям следует отнести окись углерода СО (угарный газ), четыреххлористый углерод CСl4, сероуглерод СS2, соли цианистой кислоты HCN, бензол С6Н6 и другие. Углекислый газ в концентрации свыше 10% вызывает ацидоз (снижение рН крови), одышку и паралич дыхательного центра.

Длительное вдыхание каменноугольной пыли может привести к антракозу, заболеванию, сопровождающемуся отложением угольной пыли в ткани легких и лимфатических узлах, склеротическими изменениями легочной ткани. Токсическое действие углеводородов и других соединений нефти у рабочих нефтедобывающей промышленности может проявиться в огрубении кожи, появлении трещин и язв, развитии хронических дерматитов.

Для человека углерод может быть токсичен в форме окиси углерода (СО) или цианидов (CN-).

4. РОЛЬ ВОДОРОДА В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

Вода важнейшее соединение водорода в живом организме. Основные функции воды следующие:

Вода, обладающая высокой удельной теплоемкостью, обеспечивает поддержание постоянства температуры тела. При перегреве тела происходит испарение воды с его поверхности. Из-за высокой теплоты парообразования этот процесс сопровождается большими затратами энергии, в результате чего температура тела понижается. Так поддерживается тепловой баланс организма.

Вода поддерживает кислотно-основное равновесие организма. Большинство тканей и органов в основном состоят из воды. Соблюдение общего кислотно-основного баланса в организме не исключает больших различий в значениях рН для разных органов и тканей. Важным соединением водорода является пероксид водорода Н2O2 (традиционное название перекись водорода). Н2O2 окисляет липидный слой мембран клеток, разрушая его.

5. РОЛЬ КАЛИЯ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

Калий - обязательный участник многих обменных процессов. Важное значение имеет калий в поддержании автоматизма сокращения сердечной мышцы - миокарда; обеспечивает выведение ионов натрия из клеток и замену их ионами калия, что в свою очередь сопровождается выведением избыточной жидкости из организма.

По сравнению с другими продуктами калия больше всего в сушеных абрикосах, инжире, апельсинах, мандаринах, картофеле (500 г картофеля обеспечивают суточную потребность), сушеных персиках, репе, шиповнике, черной и красной смородине, бруснике, землянике, арбузах, дыне, сое, алыче, свежих огурцах, брюссельской капусте, грецких и лесных орехах, зелени петрушки, изюме, черносливе, ржаном хлебе, овсяной крупе.

Суточная потребность калия для взрослого человека 2-3 г в сутки, а для ребенка - 16-30 мг на кг массы тела. Необходимый минимум потребления калия для человека в сутки составляет около 1 г. При нормальном пищевом рационе суточная потребность в калии полностью удовлетворяется, но отмечаются еще сезонные колебания в потреблении калия. Так, весной его потребление невысоко - около 3 г/сутки, а осенью максимальное потребление - 5-6 г/сутки.

Учитывая тенденцию современных людей к употреблению с пищей большого количества поваренной соли, также возрастает и потребность в калии, который может нейтрализовать неблагоприятное влияние избытка количества натрия на организм.

Недостаток поступления калия с пищей может привести к дистрофии даже при нормальном содержании белков в рационе. Нарушение обмена калия проявляется при хронических заболеваниях почек и сердечно-сосудистой системы, при заболеваниях желудочно-кишечного тракта (особенно, сопровождающихся поносом и рвотой), при заболевании желез внутренней секреции и другой патологии.

Недостаток калия в организме проявляется, прежде всего нарушениями нервно-мышечной и сердечнососудистой систем (сонливость, нарушение движений, дрожание конечностей, замедленное сердцебиение). В лечебных целях применяются препараты калия.

Избыток калия наблюдается значительно реже, но представляет собой крайне опасное состояние: вялые параличи конечностей, изменения со стороны сердечно-сосудистой системы. Такое состояние может проявляться при выраженном обезвоживании организма, гиперкортицизме с нарушением функции почек и при введении больному большого количества калия.

6. РОЛЬ СЕРЫ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

Сера в организме человека - непременная составная часть клеток, тканей органов, ферментов, гормонов, в частности, инсулина важнейшего фермента поджелудочной железы и серосодержащих аминокислот; обеспечивает пространственную организацию молекул белков, необходимую для их функционирования, защищает клетки, ткани и пути биохимического синтеза от окисления, а весь организм - от токсического действия чужеродных веществ. Довольно много ее в нервной, соединительной, костной тканях. Сера является компонентом структурного белка коллагена. Пополнение организма серой обеспечивается правильно организованным питанием, в которое включают мясо, куриное яйцо, овсяную и гречневую крупы, мучные изделия, молоко, сыры, бобовые овощи и капусту.

Несмотря на значительное число проведенных исследований, роль серы в обеспечении жизнедеятельности организма выяснена не в полной мере. Так, пока отсутствуют четкие клинические описания каких-либо специфических расстройств, связанных с недостаточным поступлением серы в организм. В то же время известны ацидоаминопатии - расстройства, связанные с нарушением обмена серосодержащих аминокислот (гомоцистинурия, цистатионурия). Имеется также обширная литература, относящаяся к клинике острых и хронических интоксикаций соединениями серы.

Основные проявления дефицита серы:

·симптомы заболеваний печени;

·симптомы заболеваний суставов;

·симптомы заболеваний кожи;

·разнообразные и многочисленные проявления дефицита в организме и нарушения метаболизма биологически активных серосодержащих соединений.

Повышенное содержание серы в организме.

При высоких концентрациях сероводорода во вдыхаемом воздухе, клиническая картина интоксикации развивается очень быстро, в течение нескольких минут возникают судороги, потеря сознания, остановка дыхания. В дальнейшем последствия перенесенного отравления могут проявляться стойкими головными болями, нарушениями психики, параличами, расстройствами функций системы дыхания и желудочно-кишечного тракта.

Установлено, что парентеральное введение мелко измельченной серы в масляном растворе в количестве 1-2 мл сопровождается гипертермией с гиперлейкоцитозом и гипогликемией. Полагают, что при парентеральном введении токсичность ионов серы в 200 раз выше, чем ионов хлора.

Токсичность соединений серы, попавших в желудочно-кишечный тракт, связана с их превращением кишечной микрофлорой в сульфид водорода, весьма токсичным соединением.

В случаях смертельных исходов после отравления серой при вскрытии, отмечают признаки эмфиземы легких, воспаления мозга, острого катарального энтерита, некроза печени, кровоизлияния (петехии) в миокард.

При хронических интоксикациях (сероуглерод, сернистый газ), наблюдаются нарушения психики, органические и функциональные изменения нервной системы, сла

А. М. Чарный,

"Патофизиология гипоксических состояний".
Медгиз, М., 1961 г.

Публикуется с небольшими сокращениями.

Важность кислорода для сохранения жизни организма бесспорна. Если сравнить между собой существенно необходимые для жизни организма ингредиенты - воду, питательные вещества и кислород, то окажется, что расстройство кислородного бюджета в каком-либо из звеньев наиболее быстро приводит к смерти. В организме человека, как наиболее высоко организованной форме жизни, функциональная способность жизненно важных органов существенно зависит от непосредственного снабжения их кислородом. Поэтому можно предполагать, что любое патологическое состояние тесно связано с нарушениями в кислородном бюджете организма.

Понятие «кислородный бюджет» включает весь комплекс вопросов, касающихся потребности организма в кислороде, законов проникновения кислорода в клетки и жидкости организма, транспорта его через кровеносную систему и механизма его использования в тканях. Между потреблением кислорода и выработкой энергии в организме были установлены определенные количественные соотношения. Энергетической основой жизнедеятельности организма является постоянное окисление пищевых веществ. В условиях белкового питания при потреблении 1 л кислорода образуется 4,48 ккал, при питании жиром - 4,69 ккал, при исключительно углеводной пище - 5,05 ккал тепла. Потребление 1 л кислорода в условиях смешанного питания сопровождается образованием 4,8 ккал тепла.
... Таким образом, человек в покое при минимальном газообмене потребляет около 250 мл кислорода в минуту. В то же время образуется около 200 мл углекислоты. При тяжелой мышечной работе потребление кислорода увеличивается в 10 и более раз, что составляет примерно 2500-3000 мл кислорода в минуту. Это положение подтверждается данными, полученными при изучении отдельных органов в покое и при напряженной деятельности.
... При напряженной деятельности потребление кислорода значительно возрастает.
Запасы кислорода в организме человека крайне невелики; их может хватить для жизнедеятельности на 5-6 минут.
... По вычислениям Баркрофта, количество крови у кита составляет приблизительно 8000 л при общем весе его 122 000 кг. Отсюда следует, что количественные соотношения между весом тела и объемом крови у кита приблизительно того же порядка, что и у человека. Те же соотношения существуют в организме других ныряющих животных (тюлень). Сопоставление запасов кислорода в организме человека и ныряющих животных дает ясную картину незначительности этого запаса у человека и ныряющих животных. Длительное пребывание ныряющих животных под водой без доступа атмосферного кислорода и при малых запасах его в организме оказывается возможным благодаря низкой интенсивности обмена веществ. Весьма малые запасы кислорода у человека полностью удовлетворяют его физиологические потребности при условии постоянного пополнения этого запаса из внешнего воздуха . Это достигается регуляцией снабжения организма кислородом и удалением углекислоты, которая осуществляется автоматически и при больших скоростях. Условия для этого, надо полагать, были созданы на определенной стадии развития организма и являлись причиной того, что жизненно необходимый для организма газ стал легко абсорбироваться кровью и быстро отдаваться тканям. Этими условиями являются: физические свойства и законы проникновения кислорода в клетки и жидкости организма, транспорт кислорода через кровеносную систему и механизм использования кислорода в тканях.

ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОРОДА И ЗАКОНЫ ПРОНИКНОВЕНИЯ ЕГО В ЖИДКИЕ СРЕДЫ ОРГАНИЗМА

В крови и тканях организма имеется около 20 л углекислого газа, 1 л кислорода и 1 л азота. По закону Дальтона давление газа в смеси не зависит от содержания других компонентов в смеси и равно тому давлению, которое оказывало бы это количество газа , если бы оно одно занимало данный объем. Это давление называется парциальным давлением газа.
Парциальное давление кислорода в клетках, крови и жидкостях организма является важным фактором, обусловливающим его нормальную жизнедеятельность. Парциальное давление кислорода в клетках представляет собой внутриклеточное газовое давление, а в тканевой жидкости и лимфе - внеклеточное. Кемлбелл методом образования газового пузыря показал, что при любом объеме данного газа в ограниченной полости после выравнивания в условиях покоя парциальное его давление остается постоянным. Снабжение организма кислородом обеспечивается дыхательной системой, кровью и тканями. Что касается дыхательной системы, то здесь поступление кислорода подчинено законам проникновения газов через мембраны и диффузии их в жидкости.

ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА ЧЕРЕЗ ЛЕГОЧНУЮ МЕМБРАНУ

Существенным фактором для газообмена между кровью и воздухом является величина дыхательной поверхности и толщина тканевого слоя между легочными капиллярами и альвеолами.

Еще Эбби (1880) указал, что дыхательная поверхность легких составляет 80 м2 при поперечнике спавшихся альвеол 0,2 мм.
Величина дыхательной поверхности легких, приводимая Цунтцем при учете им содержания воздуха в легочных альвеолах , диаметра альвеолы (0,2 мм) и ее поверхности (0,126 см2) при условии, что в легких человека находится около 725 млн. альвеол, составляет 90 м2.
Бор иначе подошел к расчету легочной поверхности. То количество газа, которое при давлении 760 мм ртутного столба проникает в 1 минуту через 1 см2 поверхности, он обозначил как инвазионный коэффициент.
... Толщина стенки, отделяющей полость альвеолы от полости капилляра, по согласованным данным многочисленных исследователей, составляет 0,004 мм. В дальнейшем оказалось, что для диффузии газов имеет значение абсорбция газов жидкостью, молекулярный вес, масса отдельных газовых молекул, давление на пограничных слоях жидкости, толщина слоя жидкости и т. п.
Количество газа, абсорбируемое единицей объема жидкости при атмосферном давлении, носит название абсорбционного коэффициента Бунзена (а). Стефан ввел понятие диффузионного коэффициента (К) - константы, зависящей от природы диффундирующего газа, жидкости и температуры.
... Таким образом, скорость диффузии газа прямо пропорциональна абсорбционному коэффициенту, различию давления диффундирующего газа по обе стороны жидкости, константе диффузии и обратно пропорциональна барометрическому давлению и толщине перегородки. Леви и Цунтц предложили вместо диффузионного коэффициента учитывать диффузионный фактор (С). Последний (на том основании, что диффузионный коэффициент пропорционален квадратному корню из молекулярного веса) выводится из диффузионного коэффициента при умножении на квадратный корень из молекулярного веса газа.
... В дальнейшем опыты Леви и Цунтца показали, что диффузия через легочную ткань происходит в 2 раза быстрее, чем через воду. Экснер объясняет это наличием липоидной мембраны. Таким образом, оказалось, что диффузионный фактор для легких будет составлять 0,139 вместо 0,065 для воды.
На основании имеющихся данных можно рассчитать, сколько кислорода может проникнуть в минуту при нормальных дыхательных движениях через 1 см2 альвеолярной стенки и, следовательно, через нормальные легкие человека.
... Через всю легочную поверхность (90 м2) за минуту проникает 90 X 10000 X 0,006756 = 6080 мл кислорода. Таким образом, структура легких обеспечивает возможность проникновения в кровь около 6080 мл кислорода в минуту. Учитывая, что потребление кислорода взрослым человеком в покое составляет 250 мл в минуту, а при напряженной мышечной работе около 3000-4000 мл, можно сделать вывод, что снабжение организма кислородом обеспечивается легкими в избытке.
Эти данные позволяют заключить, что самая напряженная работа может быть обеспечена соответствующей доставкой кислорода и что при патологических условиях, связанных с выключением большой доли легочной поверхности из

Кислород относится к элементам-органогенам. Его содержание составляет до 65% массы тела человека, то есть более 40 кг у взрослого. Кислород наиболее распространенный окислитель на Земле, в окружающей среде он представлен в двух формах - в виде соединений (земная кора и вода: оксиды, пероксиды, гидроксиды и т.д.) и в свободном виде (атмосфера).

Биологическая роль кислорода

Основной (фактически единственной) функцией кислорода является его участие как окислителя в окислительно-восстановительных реакциях в организме. Благодаря наличию кислорода, организмы всех животных способны утилизировать (фактически «сжигать») различные вещества (углеводы , жиры , белки ) с извлечением определенной энергии «сгорания» для собственных нужд. В покое организм взрослого человека потребляет 1,8-2,4 г кислорода в минуту.

Источники кислорода

Основным источником кислорода для человека является атмосфера Земли, откуда за счет дыхания организм человека способен извлекать необходимое для жизни количество кислорода.

Дефицит кислорода

При дефиците в организме человека развивается так называемая гипоксия.

Причины дефицита кислорода

• отсутствие или резко сниженное содержание кислорода в атмосфере;
• сниженное парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе (при подъеме на большие высоты - в горах, летательных аппаратах);
• прекращение или снижение поступления кислорода в легкие при асфиксии;
• нарушения транспорта кислорода (нарушения деятельности сердечнососудистой системы значительное снижение гемоглобина в крови при анемии, неспособность гемоглобина выполнять свои функции - связывать, транспортировать или отдавать тканям кислород, например, при отравлении угарным газом);
• неспособность тканей утилизировать кислород вследствие нарушения окислительно-восстановительных процессов в тканях (например, при отравлении цианидами)

Последствия дефицита кислорода

При острой гипоксии:

• потеря сознания;
• расстройство, необратимые нарушения и быстрая гибель центральной нервной системы (буквально за минуты)
• При хронической гипоксии:
• быстрая физическая и умственная утомляемость;
• нарушения центральной нервной системы;
• тахикардия и одышка в покое или при незначительной физической нагрузке

Избыток кислорода

Наблюдается крайне редко, как правило, в искусственных условиях (например, гипербарические камеры, неправильно подобранные смеси для дыхания при погружении по воду и т.д.). В этом случае длительное вдыхание чрезмерно обогащенного кислородом воздуха сопровождается кислородным отравлением - в результате чрезмерного его количества в органах и тканях образуется большое количество свободных радикалов, инициируется процесс самопроизвольного окисления органических веществ, в том числе перекисное окисление липидов.

Суточная потребность: не нормируется