Чем опасен диоксид углерода для человека

Чем опасен диоксид углерода для человека

Наркотическое действие двуокиси углерода в высоких концентрациях известно с 1820 г.. Большинство людей теряют сознание, сделав от 8 до 12 вдохов 30 % двуокиси углерода, что может привести к повышению парциального давления двуокиси углерода в артериальной крови (рСO2) до величины, превышающей 100 мм рт.ст., и к понижению рН артериальной крови до уровня ниже 7,1.

Отмечены многочисленные смертные случаи, когда люди входили в бродильные чаны, бражные сборники и силосохранилища, где воздух был замещен двуокисью углерода. Случаи гиперкапнии при использовании двуокиси углерода в анестезии приводили к летальному исходу и поражению мозга. Обусловленная двуокисью углерода эмболия — редкое, но потенциально тяжелейшее осложнение при проведении лапароскопии или гистероскопии.

Предполагалось, но не было окончательно подтверждено, что именно двуокись углерода явилась причиной смерти примерно 1700 человек в Камеруне (Западная Африка) в 1986 г., когда произошел грандиозный выброс газов из озера Ньос (Nyos), расположенного в кратере вулкана.

а) Физические свойства. Двуокись углерода представляет собой бесцветный, лишенный запаха, невоспламеняющийся газ, растворимый в воде. Его обычно продают в виде сжатой жидкости или в твердом виде (сухой лед).

б) Источники. Двуокись углерода обычно присутствует в атмосфере в концентрации около 0,03 % (300 ppm). Двуокись углерода — компонент организма, постоянно выделяемый при клеточном дыхании. Большую часть промышленной двуокиси углерода получают в производственных процессах, в которых она образуется в качестве побочного продукта. Она присутствует в скважинах природного газа и является продуктом сгорания топлива и ферментации.

Двуокись углерода — побочный продукт производства аммиака и применения известково-обжигательных печей; двуокись углерода используют при газировании напитков, в качестве пропеллентов в аэрозолях и сухого льда для искусственного охлаждения.

в) Уровни острой токсичности. Концентрации 20—30 % приводят к потере сознания и судорогам через 1 мин после экспозиции. Экспозиция к концентрациям 75 000 ppm (7,5 %) в течение 15 мин может вызвать головную боль, головокружение, чувство беспокойства и/или одышку. Экспозиция к 100 000— 150 000 ppm двуокиси углерода в течение 15 мин сопровождается такими неврологическими симптомами, как моргание глаз, миоклонические подергивания мышц, расширенные зрачки и беспокойство.

г) Продолжительная экспозиция. Пятидневная экспозиция к 30 000 ppm (3 %) двуокиси углерода обусловила несильные головные боли в области лба. Хроническая гиперкапния у пациентов, страдающих от легочных болезней, может вызвать головную боль, сонливость, спутанность сознания, вялость, раздражительность и потерю сознания.

д) Предельно допустимые концентрации для экспозиции. Стандарт OSHA равен 10 000 ppm (18 000 мг/м3) как средневзвешенная во времени величина за 8 ч.

е) Патофизиология отравления углекислым газом. Двуокись углерода сильно влияет на регуляцию дыхания и мозговое кровообращение. Она действует периферически, и как сосудорасширяющий, и как сосудосуживающий агент, она является сильным церебральным вазодилататором. В высоких концентрациях она оказывает стимулирующее действие на центральную нервную систему, тогда как избыточные концентрации действуют как депрессант. Двуокись углерода индуцирует постепенное увеличение минутного объема дыхания и интенсивности легочной вентиляции.
Повышенные концентрации двуокиси углерода могут вызвать респираторный ацидоз. После двухдневной экспозиции к 3 % (30 000 ррт) двуокиси углерода величина рН крови может снизиться.

ж) Клиника отравления углекислым газом:

— Острые эффекты. Кратковременная экспозиция к 6 — 10 % двуокиси углерода может индуцировать снижение сосудистого сопротивления, усиление почечного кровотока, активизацию мозгового кровообращения и повышение систолического и диастолического кровяного давления, частоты пульса и минутного объема дыхания с потоотделением и гиперпноэ. Экспозиция к концентрациям между 10 и 20 % может индуцировать судорожные подергивания мышц, расширение зрачков и беспокойство; после экспозиции к 17 % в течение 20 — 50 с возможны раздражение горла, повышение частоты дыхания, слабость зрения, головокружение и бессознательное состояние.

— Хронические эффекты. Экспозиция к концентрациям 1 — 1,5 % в течение 30— 42 сут приводит к увеличению минутного объема и частоты дыхания, анатомического «мертвого» пространства и дыхательного объема.

з) Лабораторные данные отравления углекислым газом. Экспозиция к 7,5 % двуокиси углерода в течение 15 мин может привести к снижению общего числа эозинофилов, повышению содержания сахара в крови, увеличению РСО2 и Н+. После вдыхания 7 — 14 % двуокиси углерода в течение 10 — 20 мин может повыситься концентрация катехоламинов в плазме.

и) Лечение отравления углекислым газом. Первоначальные обязательные меры при лечении тяжелых симптомов, наблюдаемых после вдыхания двуокиси углерода, включают немедленное удаление от источника газа, обеспечение адекватного поступления кислорода и внимательное наблюдение за состоянием дыхательных путей, дыханием и кровообращением. Чуть было не ставший летальным случай СО2-эмболии, наблюдавшийся во время лапароскопии и гистероскопии, был успешно вылечен с помощью сердечно-легочного шунтирования. Симптоматического и поддерживающего лечения бывает достаточно. Антидотов нет.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Источник

Влияние концентрации углекислого газа на организм человека

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассмотрено влияние концентрации углекислого газа на организм человека. Данная тема актуальна в связи с частым нарушением уровня комфортной концентрации СО₂ в закрытых помещениях, а также в связи с отсутствием в России нормативов на содержание углекислоты.

ABSTRACT

In this paper, the effect of the concentration of carbon dioxide on the human body is considered. The actual topic is topical in connection with the frequent violation of the level of comfort of CO₂ concentration in enclosed premises, as well as in concentration with the absence in Russia of standards for the content of carbon dioxide.

Дыхание — физиологический процесс, гарантирующий течение метаболизма. Для комфортного существования человек должен дышать воздухом, состоящим из 21,5% кислорода и 0,03 – 0,04% углекислого газа. Остальное заполняет двухатомный газ без цвета, вкуса и запаха, один из самых распространённых элементов на Земле – азот.

Таблица 1.

Параметры содержания кислорода и углекислого газа в различных средах [2]

Среда	О2	СО2
Атмосферный воздух, %	20,9	0,03
Выдыхаемый воздух, %	16,4	4
Альвеолярный воздух, мм рт. ст. (парциальное давление)	105-110	40
Артериальная кровь, мм рт. ст.	100	40
Венозная кровь, мм рт. ст.	40	46
Ткани:межтканевая жидкость, мм рт. ст.клетки, мм рт. ст.	20-400,1-10,0	46-6060-70

Существует ошибочное мнение, что это проявления нехватки кислорода. На самом деле, это признаки повышенного уровня углекислого газа в окружающем пространстве.

В то же время углекислый газ, необходим организму. Парциальное давление углекислого газа влияет на кору головного мозга, дыхательный и сосудодвигательный центры, углекислый газ также отвечает за тонус сосудов, бронхов, обмен веществ, секрецию гормонов, электролитный состав крови и тканей. А значит, опосредованно влияет на активность ферментов и скорость почти всех биохимических реакций организма.

Уменьшение содержания кислорода до 15% или увеличение до 80% не существенно влияет на организм. В то время как на изменение концентрации углекислого газа на 0,1% оказывает существенное негативное воздействие. Отсюда можно сделать вывод о том, что углекислый примерно в 60-80 раз важнее кислорода.

Таблица 2.

В зависимость количества выделяемого углекислого газа от вида деятельности человека [1]

Состояние спокойного бодрствования

24Работа за компьютером30Ходьба36Легкая физическая нагрузка32-43Работа по дому

Современный человек очень много времени проводит в помещении. В условиях сурового климата люди пребывают на улице всего 10 % своего времени.

В помещении концентрация углекислоты растет быстрее, чем понижается концентрация кислорода. Данную закономерность можно проследить по графикам, полученным опытным путем в одном из школьных классов

Рисунок 1. Зависимость уровня углекислого газа и кислорода от времени [1].

При концентрации углекислого газа внутри помещения выше 800 — 1000 ppm, люди, работающие там, испытывают синдром больного здания (СБЗ), а здания носят наименование «больные». Уровень примесей, которые могли бы вызвать раздражение слизистых оболочек, сухой кашель и головную боль растет значительно медленнее, чем уровень углекислого газа. А когда в офисном помещении его концентрация опускалась ниже 800 ppm (0,08%), то и симптомы СБЗ становились слабее. Проблема СБЗ стала актуальна после появления герметичных стеклопакетов и низкой эффективности принудительной вентиляции из-за экономии электроэнергии. Бесспорно, причинами СБЗ могут выступать выделения строительных и отделочных материалов, споры плесени и т д. при ненадлежащей вентиляции концентрация этих веществ будет расти, но не так быстро, как концентрация углекислоты.

Таблица 3.

Как разные количества углекислого газа в воздухе влияют на человека [1]

Уровень СО2, ррm	Физиологические проявления
380-400	Идеальный для здоровья и хорошего самочувствия человека.
400-600	Нормальное качество воздуха.Рекомендовано для детских комнат, спален, школ и детских садов.
600-1000	Появляются жалобы на качество воздуха. У людей, страдающих астмой могут учащаться приступы.
Выше 1000	Общий дискомфорт, слабость, головная боль. Концентрация внимания падает на треть. Растет число ошибок в работе. Может привести к негативным изменениям в крови. Может вызывать проблемы с дыхательной и кровеносной системами.
Выше 2000	Количество ошибок в работе сильно возрастает. 70 % сотрудников не могут сосредоточиться на работе.

Проблема повышенного уровня углекислого газа в помещении существует во всех странах. Ей активно занимаются в Европе США и Канаде. В России нет жестких норм на содержание в помещениях углекислого газа. Обратимся к нормативной литературе. В России норма воздухообмена не менее 30 м 3 /ч [3]. В Европе – 72 м 3 /ч [5].

Рассмотрим, как были получены данные цифры:

Главный критерий – это объем углекислого газа, выделяемый человеком. Он, как было рассмотрено ранее, зависит от вида деятельности человека, а также от возраста, пола и т. д. Большинство источников рассматривают 1000 ppm как предельно-допустимую концентрацию углекислоты в помещении для длительного пребывания.

Для расчётов будем использовать обозначения:

Найдем изменение объема СО₂ в помещении. Оно зависит от поступления СО₂ с приточным воздухом из системы вентиляции, поступления СО₂ от дыхания и удаления загрязненного воздуха из помещения. Будем считать, что СО₂ равномерно распределяется по помещению. Это значительное упрощение модели, но дает возможность быстро оценить порядок величин.

Отсюда скорость изменения объема СО₂:

Если человек вошел в помещение, то концентрация СО₂ будет расти до тех пор, пока не придет к равновесному состоянию, т.е. удаляться из комнаты будет ровно столько, сколько поступила с дыханием. То есть скорость изменения концентрации будет равна нулю:

Установившаяся концентрация будет равна:

Отсюда легко выяснить необходимую скорость вентиляции при допустимой концентрации:

Для одного человека с v_d = 20л/час (=0.02 м 3 /ч), k_max = 1000ppm (=0.001) и чистым воздухом за окном с v_в = 400ppm (=0.0004) получим:

Мы получили цифру, данную в СП. Это минимальный объем вентиляции на человека. Она не зависит от площади и объема комнаты, только от «скорости дыхания» и объема вентиляции. Таким образом, в состоянии спокойного бодрствования концентрация СО₂ вырастет до 1000 ppm, а при физической активности будет превышение норм.

Для других значений k_max объем вентиляции должен быть:

Таблица 4.

Требуемый воздухообмен для поддержания заданной концентрации СО₂

Из этой таблицы можно найти требуемый объем вентиляции при заданном качестве воздуха.

Таким образом, воздухообмен 30 м 3 /ч, принятый нормативным в России не позволяет чувствовать себя комфортно в помещении. Европейский стандарт воздухообмена 72 м 3 /ч позволяет одерживать концентрацию углекислого газа, не влияющую на самочувствие человека.

1. И. В. Гурина. «Кто ответит за духоту в помещении» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://swegon.by/publications/0000396/ (Дата обращения: 25.06.2017)
2. Кислород и углекислый газ в крови человека. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.grandars.ru/college/medicina/kislorod-v-krovi.html (Дата обращения: 23.06.2017)
3. СП 60.13330.2012 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» стр. 60 (приложение К).
4. Что такое углекислый газ? [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://zenslim.ru/content/%D0%A3%D0%B3%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D1%8B%D0%B9-%D0%B3%D0%B0%D0%B7-%D0%B2%D0%B0%D0%B6%D0%BD%D0%B5%D0%B5-%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B0-%D0%B4%D0%BB%D1%8F-%D0%B6%D0%B8%D0%B7%D0%BD%D0%B8 (Дата обращения: 13.06.2017)
5. EN 13779 Ventilation for non-residential buildings – p.57 ( Table A/11)

сandidate of technical sciences, associate professor of Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering (Sibstrin), 630008, Russia, Novosibirsk, Leningradskaya str., 113

студент Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин), 630008, РФ, Новосибирск, улица Ленинградская, 113

student of Novosibirsk State Architectura and Construction University 630008, Russia, Novosibirsk, Leningradskaya str., 113

студент Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин) 630008, РФ, Новосибирск, улица Ленинградская, 113

student of Novosibirsk State Architectural and Construction University Russia, Novosibirsk 630008, Russia, Novosibirsk, Leningradskaya str., 113

Источник

Польза и вред углекислого газа: особенности воздействия диоксида углерода на организм человека

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.

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:

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:

Совокупность всех этих патологических факторов в сочетании с малым поступлением молекулярного кислорода приводит к гипоксии тканей и снижению скорости течения крови в венах. Особенно остро ощущается кислородное голодание в клетках головного мозга, они начинают разрушаться. Нарушается регуляция всех систем жизнедеятельности: отекают мозг и легкие, снижается ритм сердечных сокращений. При отсутствии врачебного вмешательства человек может умереть.

Где используется углекислый газ

Углекислый газ находится не только в теле человека и в окружающей атмосфере. Многие промышленные производства активно используют химическое вещество на различных стадиях технологических процессов. Его применяют в качестве:

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:

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:

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:

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.

Польза углекислого газа

Оздоровляющее действие двуокиси углерода на организм человека широко используется в медицине в терапии различных заболеваний. Так, в последнее время пользуются огромной популярностью сухие углекислые ванны. Процедура заключается в воздействии углекислого газа на тело человека при отсутствии посторонних факторов: давления воды и температуры окружающей среды.

Косметические салоны и лечебные учреждения предлагают клиентам проведение необычных врачебных манипуляций:

Под сложными терминами скрываются газовые уколы или инъекции углекислым газом. Такие процедуры можно отнести как к разновидностям мезотерапии, так и к методикам реабилитации после перенесенных тяжелых заболеваний.

Перед проведением этих процедур следует посетить лечащего врача для консультации и тщательной диагностики. Как и все методики терапии, уколы с углекислым газом имеют противопоказания к применению.

Полезные свойства двуокиси углерода используются в терапии сердечно-сосудистых заболеваний, артериальной гипертензии. А сухие ванны снижают содержание свободных радикалов в организме, обладают омолаживающим действием. Углекислый газ увеличивает сопротивляемость человека вирусным и бактериальным инфекциям, укрепляет иммунитет, повышает жизненный тонус.

Читайте также:

Влияние кофе на печень

Влияние пчелиного подмора на поджелудочную железу

Влияние пива на поджелудочную железу

Влияние алкоголя на печень и поджелудочную железу

Влияние антибиотиков на поджелудочную железу

Источник