Напряжение газов крови — blood gas tension

Углекислый газ в организме человека

Когда мы делаем вдох, наши легкие наполняются кислородом, при этом в нижней части органа – альвеолах – образуется углекислый газ. В этот момент происходит обмен: кислород переходит в кровь, а углекислый газ выделяется из нее. И мы выдыхаем.

Повторяющееся около 15-20 раз за минуту дыхание запускает всю жизнедеятельность организма,а образующийся при этом углекислый газ влияет сразу на множество жизненно важных функций. Чем же полезен углекислый газ для человека?

CO2 регулирует возбудимость нервных клеток, влияет на проницаемость клеточных мембран и активность ферментов, стабилизирует интенсивность продукции гормонов и степень их эффективности, участвуетв процессе связывания белками ионов кальция и железа.

Помимо этого углекислый газ – конечный продукт метаболизма. Выдыхая мы удаляем ненужные компоненты, возникшие во время обмена веществ и очищаем свой организм. Процесс обмена веществ при этом непрерывен, поэтому удалять конечные продукты нам необходимо постоянно.

Важно не только наличие, но и количество CO2 в организме. Нормальный уровень содержания – 6-6,5%

Этого достаточно для того, чтобы все «механизмы» в организме работали правильно, а вы чувствовали себя хорошо.

Недостаток же или избыток углекислого газа в организме приводит к двум состояниям: гипокапниии гиперкапнии.

Гипокапния — это нехватка углекислого газа в крови. Возникает при глубоком учащенном дыхании, когда организм выделяет слишком большое количество углекислого газа. Например, после интенсивных занятий спортом. Гипокапния может привести к легкому головокружению или потере сознания.

Гиперкапния — это переизбыток углекислого газа в крови. Возникает в помещениях с плохой вентиляцией. Если концентрация CO2 в помещении будет превышать норму, то его уровень в организме также станет выше.

Из-за этого может заболеть голова, появиться тошнота и сонливость. Особенно часто гиперкапния возникает зимой у офисных работников, а также в больших очередях. Например, на почте или в поликлинике.

Переизбыток углекислого газа может возникнуть и в экстремальных ситуациях, например при задержке дыхания под водой.

Углекислый газ — невидимая опасность (10 фото)

А вы знаете, что при двухкратном превышении (относительно уличного фона) уровня углекислого газа в воздухе мозговая активность снижается в 2 раза? Кстати, именно зевающие студенты на лекциях являются показателем повышенного содержания CO₂ в аудитории. А очень часто вентиляция отсутствует и в офисных зданиях. О какой производительности может быть речь, если у человека просто не работают мозги?

Упадок сил, слабость, больная голова, депрессия — знакомо такое состояние? Чаще всего так бывает осенью и зимой, а плохое самочувствие списывают на нехватку солнечного света. Но дело не в нём, а в избыточном содержании углекислого газа в воздухе, которым вы дышите. Ситуация с уровнем СО₂ в жилых помещениях и транспорте в нашей стране поистине катастрофическая.

Духота, повышенная влажность и плесень также являются следствием отсутствующей вентиляции. Герметичные пластиковые окна и кондиционеры лишь усугубляют ситуацию. А вы знаете, что при двухкратном превышении (относительно уличного фона) уровня углекислого газа в воздухе мозговая активность снижается в 2 раза?

Кстати, именно зевающие студенты на лекциях являются показателем повышенного содержания CO₂ в аудитории. А очень часто вентиляция отсутствует и в офисных зданиях. О какой производительности может быть речь, если у человека просто не работают мозги? Итак, начнём с основ. Человеку при дыхании поглощает кислород, а выделяет углекислый газ.

Также углекислый газ выделяется при сжигании углеводородов. Средний уровень СО₂ на нашей планете в настоящий момент составляет около 400 PPM (Parts per million — частей на миллион, или 0,04%) и постоянно растет вследствие постоянного роста потребления нефтепродуктов. При этом стоит знать, что деревья поглощают углекислый газ и именно в этом заключается их главная функция (а не как ошибочно считают, что они лишь вырабатывают кислород).

Отставим проблемы вентиляции общественного транспорта (про это я напишу отдельно) и обратим наше внимание на городские квартиры/загородные дома, в которых массово отсутствует вентиляция. При этом человек проводит в своем доме/квартире минимум треть своей жизни, а в реальности половину — нельзя экономить на своем собственном здоровье! 2

Проблема повышенного содержания CO₂ в воздухе особенно актуальна в холодное время года, т.к. летом практически у всех постоянно открыты форточки. А с наступлением холодов форточки открывают всё реже и реже, сводя в конечном итоге к эпизодическому проветриванию. И, какое совпадение, именно в холодное время года появляется депрессия, сонливость и упадок сил.

Дыхание и баланс pH

Углекислый газ – конечный продукт окисления ацетил Ко-А в цикле Кребса и побочный продукт других метаболических реакций. Мы не используем CO2 как источник углерода, а банально избавляемся от избытков во время выдыхания.

Парциальное давление углекислого газа находится в значении 35-45 mmHg. В воздухе его почти нет. Поэтому нашим легким не стоит труда избавляться от CO2.

Кислотность тут вот причем, нужно хорошо запомнить формулу ниже:

H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3-

Вода + углекислый газ угольная кислота протон+ + бикарбонат-

Протон – это повышение кислотности или сниженный баланс pH.

Рост парциального давления углекислого газа в крови будет означать снижение pH. Организм с этим борется выдыханием. И невозможность выведения CO2 убьет нас за считанные минуты.

Буфером кислотности в крови служат эритроциты и гемоглобин.

При повышенной концентрации углекислого газа он при помощи диффузии попадает в эритроциты. Там по формуле выше превращается в итоге в протон, который связывают белки гемоглобина, и бикарбонат, который покидает эритроцит.

Рядом с альвеолами происходит обратная реакция и углекислый газ успешно покидает легкие.

Важно! Легкие выдыхают 15 000 ммоль «кислоты» в день. Являясь, таким образом, основным инструментом, поддерживающим баланс pH в организме

pH крови очень легко изменить за счет дыхательных техник. Например, холотропного дыхания, пранаям или метода Вима Хофа.

Подобные техники контролируемой гипервентиляции приводят к тому, что баланс pH сдвигается сильнее в щелочную сторону (до 7.75 у Хофа). Белки в более развернутой конформации, им проще реагировать с ионами кальция (Ca+). Соединение свободного кальция с белками и дает нам ощущение покалывания в конечностях.

При каких состояниях изменятся уровень СО2 в крови?

Изменения уровня CO2 могут свидетельствовать о том, что человек теряет или сохраняет нормальные биологические жидкости. Это указывает на дисбаланс в электролитной системе организма. Уровень CO2 ниже нормы может указывать на следующие сстояния:

• болезнь Эддисона;
• диарея;
• отравление этиленгликолем, например, отравление антифризом;
• кетоацидоз, при котором организм вырабатывает слишком много кислот крови;
• болезнь почек;
• токсичность салицилатов, например, от передозировки аспирина;
• лактоацидоз или накопление лактата в организме.

Высокие уровни CO2 могут указывать на:

• нарушения дыхания;
• синдром Кушинга;
• гиперальдостеронизм, состояние, которое влияет на надпочечники;
• инфекции дыхательных путей.

Причины

Углекислый газ является нормальным продуктом метаболизма, но он накапливается в организме, если вырабатывается быстрее, чем выводится. Скорость продуктивности может увеличиваться более чем в десять раз от состояния покоя до физических нагрузок. Двуокись углерода растворяется в крови и выводится путем газообмена в легких во время дыхания. Гиперкапния обычно вызывается гиповентиляцией , заболеванием легких или снижением сознания . Это также может быть вызвано воздействием окружающей среды, содержащей аномально высокие концентрации углекислого газа, например, вулканической или геотермальной активности, или повторным вдыханием выдыхаемого углекислого газа . В этой ситуации гиперкапния также может сопровождаться респираторным ацидозом.

Острая гиперкапническая дыхательная недостаточность может возникать при остром заболевании, вызванном хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ), деформацией грудной клетки, некоторыми формами нервно-мышечных заболеваний (такими как миастения и синдром гиповентиляции ожирения) . AHRF может также развиться при любой форме дыхательной недостаточности, если дыхательные мышцы истощаются, например при тяжелой пневмонии и тяжелой острой астме . Это также может быть следствием глубокого подавления сознания, например, передозировки опиоидов .

Во время дайвинга

Нормальное дыхание у дайверов приводит к гиповентиляции альвеол, что приводит к недостаточному выведению CO ₂ или гиперкапнии. Работа Ланфьера в экспериментальном водолазном подразделении ВМС США ответила на вопрос: «Почему дайверы не дышат достаточно?»:

• Более высокий уровень вдыхаемого кислорода ( ) при 4 атм (400 кПа) составлял не более 25% повышения концентрации CO ₂ в конце выдоха (ET _{CO 2} ) по сравнению со значениями, полученными при той же скорости работы при вдыхании воздуха чуть ниже поверхности.
  пяО2{\ displaystyle {P_ {i_ {O_ {2}}}}}
• Увеличение работы дыхания составило большую часть повышения ( уравнение альвеолярного газа ) при воздействии выше 1 атм (100 кПа), на что указывают результаты, когда гелий был заменен азотом при 4 атм (400 кПа).
  паCО2{\ displaystyle {P_ {a_ {CO_ {2}}}}}
• На недостаточную вентиляционную реакцию на нагрузку указывает тот факт, что, несмотря на нормальные значения в состоянии покоя, она заметно повышалась при нагрузке, даже когда дайверы дышали воздухом на глубине всего несколько футов.
  петCО2{\ displaystyle {P_ {et_ {CO_ {2}}}}}

Существует множество причин, по которым диоксид углерода не выводится полностью при выдохе дайвера:

• Дайвер выдыхает в сосуд, который не позволяет всему CO ₂ улетучиться в окружающую среду, например в длинную трубку , полнолицевую маску для дайвинга или водолазный шлем , а затем дайвер повторно выходит из этого сосуда, вызывая увеличение мертвого пространства. .
  
• Скруббер диоксида углерода в водолазе ребризера не удается удалить достаточное количество углекислого газа из контура (выше , вдохновенное CO ₂ ), или дыхательный газ загрязнен СО ₂ .
• Дайвер перенапрягается, вырабатывая избыток углекислого газа из-за повышенной метаболической активности, и дыхательный газообмен не успевает за метаболическим производством углекислого газа.
• Плотность газа ограничивает вентиляцию при высоком атмосферном давлении. Плотность от дыхательного газа выше по глубине, так что усилие , необходимое , чтобы полностью вдохе и выдохе увеличивается, что делает дыхание более трудным и менее эффективным (высокий работу дыхания ). Более высокая плотность газа также приводит к тому, что смешивание газа в легких становится менее эффективным, что увеличивает эффективное мертвое пространство.
• Дайвер намеренно гиповентилирует , что называется «пропуском дыхания».

Пропуск дыхания — это спорная техника для экономии дыхательного газа при использовании акваланга с открытым контуром , заключающаяся в кратковременной задержке дыхания между вдохом и выдохом (т. Е. «Пропуском» вдоха). Это приводит к тому, что CO ₂ не выдыхается эффективно. Риск разрыва легкого ( баротравма легких при подъеме) увеличивается, если задерживать дыхание во время подъема. Это особенно контрпродуктивно с ребризером , где при дыхании газ нагнетается по «петле», проталкивая углекислый газ через скруббер и смешивая только что введенный кислород.

При погружениях с ребризером с замкнутым контуром выдыхаемый углекислый газ должен удаляться из дыхательной системы, обычно с помощью скруббера, содержащего твердое химическое соединение с высоким сродством к CO ₂ , например натриевую известь. Если его не удалить из системы, его можно повторно вдохнуть, что приведет к увеличению вдыхаемой концентрации.

Применение

В пищевой промышленности углекислота используется как консервант и разрыхлитель, обозначается на упаковке кодом Е290.

В криохирургии используется как одно из основных веществ для криоабляции новообразований.

Жидкая углекислота широко применяется в системах пожаротушения и в огнетушителях. Автоматические углекислотные установки для пожаротушения различаются по системам пуска, которые бывают пневматическими, механическими или электрическими.

Устройство для подачи углекислого газа в аквариум может включать в себя резервуар с газом. Простейший и наиболее распространенный метод получения углекислого газа основан на конструкции для изготовления алкогольного напитка браги. При брожении, выделяемый углекислый газ вполне может обеспечить подкормку аквариумных растений

Углекислый газ используется для газирования лимонада и газированной воды. Углекислый газ используется также в качестве защитной среды при сварке проволокой, но при высоких температурах происходит его распад с выделением кислорода. Выделяющийся кислород окисляет металл. В связи с этим приходится в сварочную проволоку вводить раскислители, такие как марганец и кремний. Другим следствием влияния кислорода, также связанного с окислением, является резкое снижение поверхностного натяжения, что приводит, среди прочего, к более интенсивному разбрызгиванию металла, чем при сварке в инертной среде.

Углекислота в баллончиках применяется в пневматическом оружии (в газобаллонной пневматике) и в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделировании.

Хранение углекислоты в стальном баллоне в сжиженном состоянии выгоднее, чем в виде газа. Углекислота имеет сравнительно низкую критическую температуру +31 °С. В стандартный 40-литровый баллон заливают около 30 кг сжиженного углекислого газа, и при комнатной температуре в баллоне будет находиться жидкая фаза, а давление составит примерно 6 МПа (60 кгс/см²). Если температура будет выше +31 °С, то углекислота перейдёт в сверхкритическое состояние с давлением выше 7,36 МПа. Стандартное рабочее давление для обычного 40-литрового баллона составляет 15 МПа (150 кгс/см²), однако он должен безопасно выдерживать давление в 1,5 раза выше, то есть 22,5 МПа, — таким образом, работа с подобными баллонами может считаться вполне безопасной.

Твёрдая углекислота — «сухой лёд» — используется в качестве хладагента в лабораторных исследованиях, в розничной торговле, при ремонте оборудования (например: охлаждение одной из сопрягаемых деталей при посадке внатяг) и т. д. Для сжижения углекислого газа и получения сухого льда применяются углекислотные установки.

Примечания

1. ↑
2. А. С. Егоров. Репетитор по химии — Ростов-на-Дону: «Феникс», 2009.
3. Charles Henrickson. Chemistry. — Cliffs Notes, 2005. — ISBN 0-7645-7419-1.
4. ↑ Пересчитано из значений в мм. рт. ст. с использованием коэффициента пересчёта 0,133322 кПа/мм. рт. ст.
5. ↑
6. ↑
7. ↑
8. Большая Энциклопедия Нефти и Газа.
9. ГОСТ 31371.6-2008 (ИСО 6974-6:2002). Газ природный. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА МЕТОДОМ ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ С ОЦЕНКОЙ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ. Часть 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДОРОДА, ГЕЛИЯ, КИСЛОРОДА, АЗОТА, ДИОКСИДА УГЛЕРОДА И УГЛЕВОДОРОДОВ C₁ — C₈ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТРЕХ КАПИЛЛЯРНЫХ КОЛОНОК.
10. А. В. Бялко. Растения убыстряют рост. «Природа». No 10, 1996. (по Keeling C.D., Whorf Т.P., Wahlen M., van der Plicht J. // Nature. 1995. V. 375, № 6533. P.666-670)
11.  (англ.)
12.  (англ.)

Газы крови: норма, расшифровка, таблица, анализ

Анализ на газы крови является очень важным.

По нему можно определить о насыщенности человеческого организма воздухом, что помогает определить действенность терапевтического лечебного курса, а так же диагностировать больному дыхательную недостаточность и первичную гипервентиляцию. Основными показателями являются уровень кислорода и углекислого газа. Определение газового состава крови может помочь в диагностировании ряда других заболеваний.

Основные понятия

Для того, чтобы расшифровать анализ газов артериальной крови понятным языком, попробуем объяснить основные концепции, не вдаваясь в лишние подробности. O2 (кислород) в человеческом организме используется клетками для того, чтобы выработать энергию и продуцировать в отходы CO2(углекислый газ). С помощью крови клетки снабжаются кислородом и освобождаются от углекислого газа.

Понятие газообмена в легких означает процесс, при котором кислород переносится в кровь из атмосферы, а углекислый газ удаляется из нее в воздух. На основе анализа газов крови можно выяснить, как действенен газообмен. Результат показывает величину парциального давления O2и СO2.

Под парциальным давлением понимается доля отдельно взятого газа в общем давлении. Количество растворенного газа в артериальном кровотоке зависит от того, какое парциальное давление.

Этим объясняется, почему O2 из альвеолы переходит в кровь, а СO2 из крови в альвеолы, пока парциальное давление не становится равным.

Воздух состоит из приблизительно 78 процентов азота, 21 процента кислорода и незначительного процента углекислоты. Внутри легких давление за счет увлажнения воздуха понижается. Газы в крови содержат большое количество СО2. Скорость удаления углекислого газа взаимосвязана с альвеолярной вентиляцией.

При патологиях, например, легочных заболеваниях, кровь, пройдя через капилляры больных альвеол, возвращается в артерии с меньшим содержанием O2 и большим СO2, чем полагается по норме.

Такая кровь называется шунтированной. Оставшиеся здоровые альвеолы усиливают обменный процесс воздуха на основе гипервентиляции. Как результат этого, плазмой через здоровые альвеолы отдается больше СO2, таким образом происходит нормализация парциального давления углекислого газа (PCO2) в кровяном русле артерий.

В таблице представлен газовый состав крови:

О показателях

Нормальные результаты анализов газов крови приведены в таблице:

По этим четырем основным параметрам совместно с клинической картиной можно определить развитие опасного заболевания у пациента, которое требует быстрого принятия решения по лечению.

Если нарушена норма в показателях анализов крови на газы, то в следующей таблице показано, как организм человека отреагирует на это:

Сделанные исследования помогут врачу в точности постановки диагноза и назначении эффективного курса лечения.

Признаки и симптомы

Гиперкапния может возникать в контексте основного состояния здоровья, а симптомы могут относиться к этому состоянию или непосредственно к гиперкапнии. Специфические симптомы, относящиеся к ранней гиперкапнии, включают одышку (одышку), головную боль, спутанность сознания и летаргию. Клинические признаки включают покраснение кожи, полный пульс (ограничивающий пульс), учащенное дыхание , преждевременное сердцебиение , подергивания мышц и взмахи ладоней ( астериксис ). Увеличивается риск опасных нарушений сердечного ритма . Гиперкапния также возникает, когда вдыхаемый газ загрязнен углекислым газом, или когда дыхательный газообмен не успевает за метаболическим производством углекислого газа, что может происходить, когда плотность газа ограничивает вентиляцию при высоком давлении окружающей среды.

При тяжелой гиперкапнии (обычно выше 10 кПа или 75 мм рт. Ст. ) Симптоматика прогрессирует до дезориентации, паники , гипервентиляции , судорог , потери сознания и, в конечном итоге, смерти .
паCО2{\ displaystyle {P_ {a_ {CO_ {2}}}}}

Ацидоз и алкалоз

Если говорить понятным языком, анализ газов крови определяет, в достаточном ли количестве организм получает кислород. Также следует разобраться и с тем, что собой являют ацидоз и алкалоз. Эти патологии входят в число состояний, которые сигнализируют организму о полном истощении его защитных функций, как правило, это связано со сбоями в кислотно-щелочном балансе.

При этом ацидоз бывает нескольких видов:

1. Дыхательный ацидоз – это патология, которая характеризуется снижением кислотно-щелочного баланса и повышением давления углекислоты. Развитие патологического состояния происходит из-за уменьшения объема дыхания. Подобное состояние может развиваться на фоне пневмонии, обострения бронхиальной астмы или болезней бронхов обструктивного типа. С помощью анализа газов крови ставиться диагноз о наличии или отсутствии дыхательной недостаточности.
2. Метаболический ацидоз – развивается из-за снижения количества бикарбонатов и увеличения количества выделяемой кислоты. Такое состояние может развиваться на фоне почечной недостаточности или сахарного диабета.

Алкалоз – это состояние, которое характеризуется увеличением кислотности крови в результате накопления щелочных элементов.

Выделяют несколько видов такого состояния:

1. Компенсированный тип. Наблюдается нарушение кислотно-щелочного баланса, при котором кислотность находится в норме, и присутствуют только незначительные сдвиги в буферных системах.
2. Некомпенсированный тип. Показатели кислотности выходят за пределы нормы, это чаще всего вызвано чрезмерным содержанием оснований и малым количеством физиологических и физико-химических механизмов регуляции кислотно-щелочного баланса.

При сдаче анализа крови на газы требуется соблюдать такие же правила подготовки, как и при сдаче общего анализа крови. За несколько дней до обследования из рациона следует исключить жирную, жареную, соленую и острую пищу.

Как правило, расшифровку результатов исследования пациент получает по прошествии нескольких дней, максимум недели. С результатами больной отправляется к доктору и уже под его руководством приступает к лечению.

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.

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.