Влияние концентрации углекислого газа на организм человека

2 октября 2018

От количества углекислого газа в кровяном русле человека зависит нормальное функционирование всех систем жизнедеятельности. Диоксид углерода повышает сопротивляемость организма к бактериальным и вирусным инфекциям, участвует в обмене биологически активных веществ.

При физических и интеллектуальных нагрузках углекислый газ помогает поддерживать равновесие организма. Но значительное увеличение этого химического соединения в окружающей атмосфере ухудшает самочувствие человека. Вред и польза углекислого газа для существования жизни на Земле еще не до конца изучены.

Характерные особенности углекислого газа

Двуокись углерода, угольный ангидрид, углекислый газ — газообразное химическое соединение, не обладающее цветом и запахом. Вещество в 1, 5 раза тяжелее воздуха, а его концентрация в атмосфере Земли составляет приблизительно 0,04 %. Отличительной особенностью углекислого газа является отсутствие жидкой формы при увеличении давления — соединение сразу переходит в твердое состояние, известное как «сухой лед». Но при создании определенных искусственных условий двуокись углерода принимает форму жидкости, что широко используется для ее транспортировки и длительного хранения.

Углекислый газ не становится преградой для ультрафиолетовых лучей, которые поступают в атмосферу от Солнца. А вот инфракрасное излучение Земли абсорбируется углеродным ангидридом. Это и становится причиной глобального потепления с момента образования огромного количества промышленных производств.

В течение суток организм человека поглощает и метаболизирует около 1 кг двуокиси углерода. Она принимает активное участие в обмене веществ, который происходит в мягких, костных, суставных тканях, а затем попадает в венозное русло. С потоком крови углекислый газ поступает в легкие и покидает организм при каждом выдохе.

Химическое вещество находится в теле человека преимущественно в венозной системе. Капиллярная сеть легочных структур и артериальная кровь содержат небольшую концентрацию углекислого газа. В медицине используется термин «парциальное давление», характеризующий концентрационное соотношение соединения по отношению ко всему объему крови.

Получение[ | ]

• В промышленных количествах углекислота выделяется из дымовых газов, или как побочный продукт химических процессов, например, при разложении природных карбонатов[13] (известняк, доломит) или при производстве алкоголя (спиртовое брожение). Смесь полученных газов промывают раствором карбоната калия, которые поглощают углекислый газ, переходя в гидрокарбонат. Раствор гидрокарбоната при нагревании или при пониженном давлении разлагается, высвобождая углекислоту. В современных установках получения углекислого газа вместо гидрокарбоната чаще применяется водный раствор моноэтаноламина, который при определённых условиях способен абсорбировать CO 2 {\displaystyle {\ce {CO2}}} , содержащийся в дымовом газе, а при нагреве отдавать его; таким образом отделяется готовый продукт от других веществ.

• Также углекислый газ получают на установках разделения воздуха как побочный продукт получения чистого кислорода, азота и аргона.

Аппарат Киппа
В лабораторных условиях небольшие количества получают взаимодействием карбонатов и гидрокарбонатов с кислотами, например мрамора, мела или соды с соляной кислотой, используя, например, аппарат Киппа[13]:

CaCO 3 + 2 HCl ⟶ CaCl 2 + H 2 O + CO 2 ↑ {\displaystyle {\ce {CaCO3 + 2HCl -> CaCl2 + H2O + CO2 ^}}} .

Использование реакции серной кислоты с мелом или мрамором приводит к образованию малорастворимого сульфата кальция, который замедляет реакцию, и который удаляется значительным избытком кислоты с образованием кислого сульфата кальция.

Для приготовления сухих напитков может быть использована реакция пищевой соды с лимонной кислотой или с кислым лимонным соком. Именно в таком виде появились первые газированные напитки. Их изготовлением и продажей занимались аптекари.

Также для получения углекислого газа применяется зкзотермическая реакция горения углерода в кислороде[13]:

C + O 2 ⟶ CO 2 ↑ + 394 kJ {\displaystyle {\ce {C + O2 -> CO2 ^ + 394 kJ}}} .

Терапевтические свойства двуокиси углерода

Проникновение углекислого газа в организм вызывает у человека дыхательный рефлекс. Повышение давления химического соединения провоцирует тонкие нервные окончания посылать импульсы к рецепторам головного или (и) спинного мозга. Именно так происходят процессы вдоха и выдоха. Если уровень углекислоты в крови начинает повышаться, то легкие ускоряют его выделение из тела.

Ученые доказали, что значительная продолжительность жизни у людей, проживающих в высокогорье, непосредственно связана с большим содержанием углекислого газа в воздухе. Он повышает иммунитет, нормализует обменные процессы, укрепляет сердечно-сосудистую систему.

В организме человека двуокись углерода является одним из важнейших регуляторов, выступая в качестве основного продукта наравне с молекулярным кислородом. Роль углекислого газа в процессе жизнедеятельности человека сложно переоценить. К основным функциональным особенностям вещества можно отнести следующие:

• обладает способностями вызывать стойкое расширение крупных сосудов и капилляров;
• способно оказывать седативное влияние на центральную нервную системы, провоцируя анестезирующее действие;
• принимает участие в продуцировании важнейших аминокислот;
• возбуждает дыхательный центр при увеличении концентрации в кровяном русле.

Если в организме ощущается острый дефицит углекислого газа, то все системы мобилизуются и повышают свою функциональную активность. Все процессы в организме направлены на восполнение запасов двуокиси углерода в тканях и кровяном русле:

• сосуды сужаются, развивается бронхоспазм гладкой мускулатуры верхних и нижних дыхательных путей, а также кровеносных сосудов;
• бронхи, бронхиолы, структурные отделы легких секретируют повышенной количество слизи;
• снижается проницаемость крупных и мелких кровеносных сосудов, капилляров;
• на клеточных мембранах начинает откладываться холестерин, что вызывает их уплотнение и тканевой склероз.

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.

Как влияет диоксид углерода на организм человека

Как пищевая добавка углекислый газ признан «условно безопасным» и разрешен к использованию практически во всех странах мира, в том числе и в России. Тем не менее, по утверждению специалистов, чрезмерное употребление, например в составе газированных напитков, диоксида углерода, вред которого заключается в способности увеличивать всасываемость кишечника, может привести к следующим неприятным последствиям:

• быстрое опьянение в результате употребления газированных алкогольных напитков;
• вздутие живота и отрыжка;
• существуют данные, что сильногазированные напитки способны вымывать кальций из костей.

Медики настоятельно рекомендуют отказаться от употребления газированных напитков людям, страдающим заболеваниями желудочно-кишечного тракта.

Несмотря на то, что углекислый газ нетоксичен, повышение его концентрации во вдыхаемом воздухе может быть опасным. При незначительном увеличении уровня углекислого газа человек ощущает слабость и сонливость, если же наблюдаются такие симптомы как удушье, головокружение, расстройства слуха или даже потеря сознания – концентрация двуокиси углерода в воздухе чрезмерна. Вред диоксида углерода в этом случае будет заключаться в гиперкапнии (состоянии, когда концентрация углекислого газа в крови резко возрастает), что может привести даже к смерти от удушья.

Вред угольного ангидрида

Дети и взрослые очень любят разнообразные шипучие напитки за содержащиеся в них воздушные пузырьки. Эти скопления воздуха — чистый углекислый газ, выделяющийся при откручивании колпачка бутылки. Используемый в таком качестве, он не приносит организму человека никакой пользы. Попадая в желудочно-кишечный тракт, угольный ангидрид раздражает слизистые оболочки, провоцирует повреждение эпителиальных клеток.

Для человека с заболеваниями желудка крайне нежелательно употребление газированных напитков, так как под их воздействием усиливается воспалительный процесс и изъязвление внутренней стенки органов пищеварительной системы.

Гастроэнтерологи запрещают пить лимонады и минеральную воду пациентам с такими патологиями:

• острый, хронический, катаральный гастрит;
• язва желудка и двенадцатиперстной кишки;
• дуоденит;
• снижение перистальтики кишечника;
• доброкачественные и злокачественные новообразования желудочно-кишечного тракта.

Следует учесть, что по статистическим данным ВОЗ более половины жителей планеты Земля страдают от той или иной формы гастрита. Основные симптомы заболевания желудка: кислая отрыжка, изжога, вздутие живота и боли в эпигастральной области.

Если человек не в силах отказаться от употребления напитков с углекислым газом, то ему следует остановить выбор на слабогазированной минеральной воде.

Специалисты советуют исключить лимонады из повседневного рациона. После проведенных статистических исследований у людей, которые длительно пили сладкую воду с углекислым газом, были выявлены такие заболевания:

• кариес;
• эндокринные нарушения;
• повышенная хрупкость костной ткани;
• жировая дистрофия печени;
• образование конкрементов в мочевом пузыре и почках;
• нарушения метаболизма углеводов.

Сотрудники офисных помещений, не оборудованных кондиционерами, часто испытывают мучительные головные боли, тошноту, слабость. Это состояние у человека возникает при избыточном скоплении в комнате углекислого газа. Постоянное нахождение в такой обстановке приводит к ацидозу (повышению кислотности крови), провоцирует снижение функциональной активности всех систем жизнедеятельности.

Примечания[ | ]

1. Carbon Dioxide — Thermophysical Properties
2. Carbon dioxide: Immediately Dangerous to Life or Health Concentrations (IDLH)
3. ↑ 12
   https://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0103.html
4. Раков Э. Г.
   , Углерода диоксид, 2020.
5. Trends in Atmospheric Carbon Dioxide (англ.). National Oceanic and Atmospheric Administration. Дата обращения 24 сентября 2013.
6. Chen Zhou, Mark D. Zelinka & Stephen A. Klein.
   Impact of decadal cloud variations on the Earth’s energy budget (англ.). Nature Geoscience. Дата обращения 4 декабря 2020.
7. Егоров А. С.
   Репетитор по химии — Ростов-на-Дону: «Феникс», 2009.
8. 7. How much carbon dioxide do humans contribute through breathing?. Frequent Questions — Emissions (англ.). US EPA
   . Дата обращения 4 декабря 2020. Архивировано 2 февраля 2011 года.
9. Charles Henrickson.
   Chemistry (неопр.). — Cliffs Notes, 2005. — ISBN 0-7645-7419-1.
10. ↑ 1234
    Пересчитано из значений в мм. рт. ст. с использованием коэффициента пересчёта 0,133322 кПа/мм. рт. ст.
11. ↑ 12
    Таблица референсных значений. Юго-Западный медицинский центр при Университете Далласа.
12. ↑ 1234
    Carbon dioxide
    (неопр.)
    (недоступная ссылка).
    solarnavigator.net
    . Дата обращения 12 октября 2007. Архивировано 14 сентября 2008 года.
13. ↑ 123Glinka, Nikolaj Leonidovič (1882-1965).
    Obŝaâ himiâ. — Izd. 27-e ster. — Leningrad: «Himiâ», 1988. — 702, [2] s. с. — ISBN 5724500035, 9785724500036.
14. Большая Энциклопедия Нефти и Газа.
15. ГОСТ 31371.6-2008 (ИСО 6974-6:2002). Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределённости. Часть 6. Определение водорода, гелия, кислорода, азота, диоксида углерода и углеводородов C1 — C8 с использованием трёх капиллярных колонок (рус.). Docs.cntd.ru
    . — М.: Стандартинформ, 2009.
    . Дата обращения 4 декабря 2020.
16. Бялко А. В.
    Растения убыстряют рост // Природа. — 1996. — № 10. (по
    Keeling C.D., Whorf Т.P., Wahlen M., van der Plicht J. // Nature. 1995. V. 375, № 6533. P.666-670
    )
17. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5380556/
18. Greenwood, Veronique.
    Is Conference Room Air Making You Dumber? : [англ.] // The New York Times : газ. — 2020. — 6 May.
19. Ventilation rates and carbon dioxide concentrations in schools. — In: Ventilation with Outdoor Air : [англ.] // Berkeley Lab : [сайт]. — 2020.
20. Сорокин, Андрей.
    «Глобальное потепление отупляет. От этого уже страдают школьники и офисные работники» // Republic : [сайт]. — 2020. — 7 января.
21. Indoor Air Quality in Commercial and Institutional Buildings
22. (англ.) Carbon Dioxide as a Fire Suppressant: Examining the Risks, U.S. Environmental Protection Agency:.
23. Производитель сухого льда высказался о его токсичности после гибели россиян.
24. Приемлемые и опасные уровни концентрации углекислого газа (CO2) согласно ASHRAE и OSHA — США. Рекомендованные уровни вентиляции помещений.
25. (англ.) Glatte Jr H. A., Motsay G. J., Welch B. E.
    Carbon Dioxide Tolerance Studies (неопр.) // Brooks AFB, TX School of Aerospace Medicine Technical Report. — 1967. — Т. SAM—TR—67—77. Архивировано 9 мая 2008 года.

Сахар или подсластители

Что же еще добавляют в газированные напитки?

Конечно же, сахар. Сам по себе он несет не только вред нашему организму. Это чистые углеводы, которые насыщают наши клетки энергией. Но нужно помнить, что в большом количестве сахар вреден. Он плохо сказывается на коже , зубах и способствует увеличению веса. Впрочем, сейчас редко встретишь напиток, содержащий сахар. Дело в том, что производителям намного выгоднее использовать заменители сахара . Они бывают разных видов, и о них можно говорить очень долго. Но если на упаковке указаны такие вещества как цикламат (Е 952), сахарин (Е 954), аспартам (Е 951) или сукразит, пить такой лимонад не стоит. Во-первых, некоторые из этих веществ запрещены в Европе и Америке. Исследования показали, что они оказывают негативное влияние на печень и почки, а также способствуют развитию различных заболеваний, вплоть до раковых опухолей. Во-вторых, подсластители вызывают чувство голода. Поэтому газировка способствует набору лишнего веса. Даже так называемая «диетическая кола» — враг нашей фигуре, ведь она улучшает аппетит.

Есть напитки, где в качестве подсластителей используют растительные компоненты, — сорбит, ксилит и фруктоза. Они абсолютно безвредны, но очень калорийны. Поэтому если Вы не боитесь набрать лишний вес, можно пить лимонады с сахаром или натуральными подсластителями.

Вред «шипучей» воды для ребенка

В последние годы диетологи и педиатры бьют тревогу. Родители все чаще стали покупать своим маленьким детям газированные напитки. Последствия от таких неразумных поступков налицо: количество мальчиков и девочек, страдающих ожирением, с каждым годом неуклонно растет. К чему может привести злоупотребление газировкой? Повышенная нервная возбудимость, проблемы с костной и эндокринной системами, плохие зубы. Все это лишь малая часть того, какой может быть вред сладкой газированной воды для организма.

Кроме детей, сладкую газировку следует исключить беременным женщинам и кормящим мамам, а также людям, которые ведут борьбу с лишним весом, заболеваниями органов желудочно-кишечного тракта, и аллергикам.

Производство газированных напитков

В основе любого лимонада лежит вода. Поэтому во время производства напитка предъявляются особые требования к ее качеству. Мировые производители следят за тем, чтобы на их заводах вода проходила тщательную, многоступенчатую очистку. Ведь качество этой жидкости влияет на вкус напитка, его аромат и, конечно же, на здоровье покупателя. Сначала из воды удаляют все мелкие частицы. После того, как все примеси ликвидированы, она становится идеально прозрачной. Это первый этап фильтрации.

Затем вода проходит еще несколько ступеней очистки, пока ее свойства не будут удовлетворять всем требованиям и стандартам. Самый последний этап – это прохождение воды через угольный фильтр. Такая процедура позволяет удалить самые мелкие частицы, и даже микробы и бактерии. Благодаря ей вода приобретает прекрасные вкусовые и ароматические свойства. Чтобы убрать частички угля, случайно попавшие в воду, ее дополнительно проводят через полировочный фильтр. После этого воду можно использовать для приготовления любого напитка.

Следующий важный ингредиент лимонада – это сироп. Именно он придает неповторимый вкус и аромат напитку. Каждая компания имеет свой уникальный рецепт приготовления сиропа. Мировые производители, имея филиалы в сотнях стран, присылают концентрат в закрытых емкостях, чтобы никто не смог узнать секретную формулу.

Готовый концентрат смешивают с белым сахарным сиропом в купажном отделении. И уже готовую смесь отправляют в цех, где происходит непосредственно изготовление лимонада. Но перед этим сироп должен пройти проверку качества в специализированной лаборатории. Он должен соответствовать не только внутренним требованиям изготовителя, но и мировым стандартам.

В цехе разлива в воду впрыскивают углекислый газ, смешивают ее с сиропом и разливают по бутылкам. После этого вся продукция проходит систему контроля. Бутылки с криво приклеенными наклейками, с недоливом или переливом лимонада отправляются в брак.

Литература[ | ]

• Вукалович М. П., Алтунин В. В.
  Теплофизические свойства двуокиси углерода. — М.: Атомиздат, 1965. — 456 с.
• Гродник М. Г., Величанский А. Я.
  Проектирование и эксплуатация углекислотных установок. — М.: Пищевая промышленность, 1966. — 275 с.
• Раков Э. Г.
  Углерода диоксид (рус.) // Большая российская энциклопедия. — М.: Большая российская энциклопедия, 2020. — Т. 32. — С. 662—663.
• Тезиков А. Д.
  Производство и применение сухого льда. — М.: Госторгиздат, 1960. — 128 с.
• Талянкер Ю. Е.
  Особенности хранения баллонов со сжиженным газом // Сварочное производство. — 1972. — № 11.

Оказание первой помощи

Первая помощь при отравлении углекислым газом заключается в прекращении контакта с углекислотой. Для этого пострадавшего следует вывести на свежий воздух.

Методика оказания первой помощи, согласно рекомендациям ВОЗ:

1. Обеспечить постоянный приток свежего воздуха.
2. Если пострадавший без сознания, то уложить его набок. Это предупредит попадание рвотных масс в дыхательную систему.
3. Не оставлять пострадавшего без присмотра до приезда бригады скорой помощи. Напоить теплым чаем.
4. Если произошла остановка дыхания, то провести реанимационные мероприятия.
5. Вызвать бригаду неотложной помощи.

Врач примет решение о госпитализации в зависимости от состояния пострадавшего. Легкая степень интоксикации не требует пребывания в стационаре. Можно обойтись лечением в домашних условиях.

Пострадавшие со средней и тяжелой формой отравления. Если пострадал ребенок, вне зависимости от патогенеза, должны быть доставлены в клинику.

Какой информации не хватает в статье?

• Список эффективных медикаментов
• Детальный обзор народных методов лечения
• Профессиональное мнение специалиста
• Детальный обзор антидотов