Дыхание - самое яркое и убедительное выражение жизни. Благодаря дыханию организм получает кислород и освобождается от излишков углекислоты, образующейся в результате обмена веществ. Дыхание и кровообращение обеспечивают все органы и ткани нашего тела необходимой для жизни энергией. Освобождение энергии, необходимой для жизнедеятельности организма, происходит на уровне клеток и тканей в результате биологического окисления (клеточного дыхания).

При недостатке кислорода в крови в первую очередь страдают такие жизненно важные органы, как сердце и центральная нервная система. Кислородное голодание сердечной мышцы сопровождается угнетением синтеза аденозинтрифосфорной кислоты, (АТФ), являющейся основным источником энергии, необходимой для работы сердца. Мозг человека потребляет больше кислорода, чем непрерывно работающее сердце, поэтому даже незначительный недостаток кислорода в крови отражается на состоянии мозга.

Поддержание дыхательной функции на достаточно высоком уровне является необходимым условием сохранения здоровья и предупреждения развития преждевременного старения.

Дыхательный процесс включает несколько этапов:

1. наполнение легких атмосферным воздухом (вентиляция легких);
2. переход кислорода из легочных альвеол в кровь, протекающую через капилляры легких, и выделение из крови в альвеолы, а затем в атмосферу - углекислоты;
3. доставка кислорода кровью к тканям и углекислоты из тканей к легким;
4. потребление кислорода клетками - клеточное дыхание.

Первый этап дыхания - вентиляция легких - заключается в обмене вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, т.е. в наполнении легких атмосферным воздухом и удалении его наружу. Это осуществляется благодаря дыхательным движениям грудной клетки.

12 пар ребер прикреплены спереди к грудине, а сзади - к позвоночнику. Они защищают органы грудной клетки (сердце, легкие, крупные кровеносные сосуды) от внешних повреждений, их движение - вверх и вниз, осуществляемое межреберными мышцами, способствует вдоху и выдоху. Снизу грудная клетка герметично отделена от брюшной полости диафрагмой, которая своей выпуклостью несколько вдается в грудную полость. Легкие заполняют почти все пространство грудной клетки, за исключением ее средней части, занятой сердцем. Нижняя поверхность легких лежит на диафрагме, их суженные и закругленные верхушки выступают за ключицы. Наружная выпуклая поверхность легких прилегает к ребрам.

В центральную часть внутренней поверхности легких, соприкасающуюся с сердцем, входят крупные бронхи, легочные артерии (несущие в легкие венозную кровь из правого желудочка сердца), кровеносные сосуды с артериальной кровью, питающие ткань легких, и нервы, иннервирующие легкие. Из легких выходят легочные вены, несущие в сердце артериальную кровь. Вся эта зона образует так называемые корни легких.

Схема строения легких: 1- трахея; 2 - бронх; 3 - кровеносный сосуд; 4 - центральная (прикорневая) зона легкого; 5 - верхушка легкого.

Каждое легкое покрыто оболочкой (плеврой). У корня легкого плевра переходит на внутреннюю стенку грудной полости. Поверхность плеврального мешка, в котором заключено легкое, почти соприкасается с поверхностью плевры, выстилающей внутреннюю сторону грудной клетки. Между ними имеется щелевидное пространство - плевральная полость, где находится небольшое количество жидкости.

Во время вдоха межреберные мышцы поднимают и разводят ребра в стороны, нижний конец грудины отходит вперед. Диафрагма (главная дыхательная мышца) в этот момент также сокращается, отчего ее купол становится более плоским и опускается, отодвигая брюшные органы вниз, в стороны и вперед. Давление в плевральной полости становится отрицательным, легкие пассивно расширяются, и воздух через трахею и бронхи втягивается в легочные альвеолы. Так происходит первая фаза дыхания - вдох.

При выдохе межреберные мышцы и диафрагма расслабляются, ребра опускаются, купол диафрагмы приподнимается. Легкие сдавливаются, и воздух из них как бы вытесняется наружу. После выдоха наступает короткая пауза.

Здесь необходимо отметить особую роль диафрагмы не только как главной дыхательной мышцы, но и как мышцы, активирующей кровообращение. Сокращаясь во время вдоха, диафрагма давит на желудок, печень и другие органы брюшной полости, как бы выжимая из них венозную кровь по направлению к сердцу. Во время выдоха диафрагма приподнимается, внутрибрюшное давление снижается, и это усиливает приток артериальной крови к внутренним органам брюшной полости. Таким образом, дыхательные движения диафрагмы, совершающиеся 12-18 раз в минуту, производят мягкий массаж органов брюшной полости, улучшая их кровообращение и облегчая работу сердца.

Повышение и понижение внутригрудного давления во время дыхательного цикла непосредственно отражаются и на деятельности органов, расположенных в грудной клетке. Так, присасывающая сила отрицательного давления в плевральной полости развивается во время вдоха и облегчает приток крови из верхней и нижней полых вен и из легочной вены к сердцу. Кроме того, снижение внутригрудного давления во время вдоха способствует более значительному расширению просвета венечных артерий сердца в период его расслабления и отдыха (т. е. во время диастолы и паузы), в связи с чем улучшается питание сердечной мышцы. Из сказанного ясно, что при поверхностном дыхании ухудшается не только вентиляция легких, но и условия работы и функциональное состояние сердечной мышцы.

Когда человек находится в покое, в акте дыхания заняты преимущественно периферические участки легкого. Центральная часть, расположенная у корня, менее растяжима.

Ткань легких состоит из мельчайших наполненных воздухом пузырьков - альвеол , стенки которых густо оплетены кровеносными сосудами. В отличие от многих других органов, легкие имеют двойное кровоснабжение: систему кровеносных сосудов, обеспечивающих специфическую функцию легких - газообмен, и специальные артерии, питающие саму легочную ткань, бронхи и стенку легочной артерии.

Капилляры легочных альвеол представляют собой весьма густую сеть с расстоянием между отдельными петлями в несколько микрометров (мкм). Это расстояние увеличивается при растяжении стенок альвеол во время вдоха. Общая внутренняя поверхность всех капилляров, находящихся в легких, достигает примерно 70 м 2 . Одномоментно в легочных капиллярах может находиться до 140 мл крови, при физической работе количество протекающей крови может достигать 30 л в 1 мин.

Кровоснабжение разных участков легкого зависит от их функционального состояния: кровоток осуществляется главным образом через капилляры вентилируемых альвеол, в выключенных же из вентиляции участках легких кровоток резко снижен. Такие участки легочной ткани становятся беззащитными при вторжении болезнетворных микробов. Именно этим в некоторых случаях объясняется локализация воспалительных процессов при бронхопневмониях.

В нормально функционирующих легочных альвеолах имеются специальные клетки, которые называются альвеолярными макрофагами. Они защищают легочную ткань от органической и минеральной пыли, содержащейся во вдыхаемом воздухе, обезвреживают микробы и вирусы и нейтрализуют выделяемые ими вредные вещества (токсины). Эти клетки переходят в легочные альвеолы из крови. Длительность их жизни определяется количеством вдыхаемой пыли и бактерий: чем больше загрязнен вдыхаемый воздух, тем быстрее гибнут макрофаги.

От способности этих клеток к фагоцитозу, т.е. к поглощению и перевариванию болезнетворных бактерий, в большой степени зависит уровень общей неспецифической сопротивляемости организма к инфекции. Кроме того, макрофаги очищают легочную ткань от ее собственных погибших клеток. Известно, что макрофаги быстро «узнают» поврежденные клетки и направляются к ним, чтобы их устранить.

Резервы аппарата внешнего дыхания, обеспечивающего вентиляцию легких, очень велики. Например, в покое взрослый здоровый человек делает в среднем 16 вдохов л выдохов в 1 мин, причем за один вдох в легкие поступает примерно 0,5 л воздуха (этот объем называется дыхательным объемом), за 1 мин это составит 8 л воздуха. При максимальном же произвольном усилении дыхания частота вдоха и выдоха может возрасти до 50-60 в 1 мин, дыхательный объем - до 2 л, а минутный объем дыхания - до 100-200 л.

Довольно значительны и резервы легочных объемов. Так, у людей, ведущих малоподвижный образ жизни, жизненная емкость легких (т. е. максимальный объем воздуха, который может быть выдохнут после максимального вдоха) равна 3000-5000 мл; при физической тренировке, например у некоторых спортсменов, она повышается до 7000 мл и больше.

Организм человека лишь частично использует кислород атмосферного воздуха. Как известно, во вдыхаемом воздухе в среднем содержится 21%, а в выдыхаемом - 15-17% кислорода. В состоянии покоя организм потребляет 200-300 см 3 кислорода.

Переход кислорода в кровь и углекислоты из крови в легкие происходит вследствие разницы между парциальным давлением этих газов в воздухе, находящемся в легких, и их напряжением в крови. Поскольку парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе составляет в среднем 100 мм рт. ст., в крови же, притекающей к легким, давление кислорода равно 37-40 мм рт. ст., он переходит из альвеолярного воздуха в кровь. Давление же углекислоты в крови, проходящей через легкие, уменьшается с 46 до 40 мм рт. ст. за счет ее перехода в альвеолярный воздух.

Кровь насыщена газами, находящимися в химически связанном состоянии. Кислород переносится эритроцитами, в которых он вступает в непрочное соединение с гемоглобином - оксигемоглобин. Это очень выгодно для организма, так как если бы кислород был просто растворен в плазме и не соединен с гемоглобином эритроцитов, то, чтобы обеспечить нормальное дыхание тканей, сердце должно было бы биться в 40 раз чаще, чем теперь.

В крови взрослого здорового человека содержится всего около 600 г гемоглобина, поэтому количество кислорода, находящегося в связи с гемоглобином, составляет сравнительно небольшую величину, примерно 800-1200 мл. Оно может удовлетворить потребность организма в кислороде только в течение 3-4 мин.

Поскольку клетки весьма энергично используют кислород, его напряжение в протоплазме очень низко, В связи с этим он должен непрерывно поступать в клетки. Количество кислорода, поглощаемого клетками, меняется в разных условиях. При физических нагрузках оно увеличивается. Интенсивно образующиеся при этом углекислота и молочная кислота уменьшают способность гемоглобина удерживать кислород и облегчают тем самым его освобождение и использование тканями.

Если дыхательный центр, находящийся в продолговатом мозге, является абсолютно необходимым для осуществления дыхательных движений (после его повреждения дыхание прекращается и наступает смерть), то остальные отделы головного мозга обеспечивают регуляцию тончайших приспособительных изменений дыхательных движений к условиям внешней и внутренней среды организма и не являются жизненно необходимыми.

Дыхательный центр чутко реагирует на газовый состав крови: избыток кислорода и недостаток углекислого газа тормозят, а недостаток кислорода, особенно при избыточном содержании углекислоты, возбуждает дыхательный центр. Во время физической работы мышцы увеличивают потребление кислорода и накапливают углекислоту, на это дыхательный центр реагирует усилением дыхательных движений. Даже небольшая задержка дыхания (дыхательная пауза) оказывает возбуждающее влияние на дыхательный центр. Во время сна, при снижении физической активности дыхание ослаблено. Это примеры непроизвольной регуляции дыхания.

Влияние коры головного мозга на дыхательные движения выражается в возможности произвольно задерживать дыхание, изменять его ритм и глубину. Импульсы, исходящие из дыхательного центра, в свою очередь, влияют на тонус коры больших полушарий. Физиологами установлено, что вдох и выдох оказывают противоположное воздействие на функциональное состояние коры головного мозга и через нее - на произвольную мускулатуру. Вдох вызывает небольшой сдвиг в сторону возбуждения, а выдох - сдвиг в сторону торможения, т.е. вдох является возбуждающим фактором, выдох - успокаивающим. При равной длительности вдоха и выдоха эти влияния в целом нейтрализуют друг друга. Удлиненный вдох с паузой на высоте вдоха при укороченном выдохе наблюдается у людей, находящихся в бодром состоянии, с высокой работоспособностью. Этот тип дыхания можно назвать мобилизующим. И наоборот: энергичный, но короткий вдох с несколько растянутым удлиненным выдохом и задержкой дыхания после выдоха обладает успокаивающим действием и способствует расслаблению мускулатуры.

На совершенствовании произвольной регуляции дыхания основано лечебное действие дыхательной гимнастики. В процессе многократного повторения дыхательных упражнений вырабатывается привычка физиологически правильного дыхания, происходит равномерная вентиляция легких, ликвидируются застойные явления в малом круге и в легочной ткани. При этом улучшаются и другие показатели функции дыхания, а также сердечная деятельность и кровообращение органов брюшной полости, главным образом печени, желудка и поджелудочной железы. Кроме того, появляется умение использовать различные типы дыхания для улучшения работоспособности и для полноценного отдыха.

На вопрос Сколько процентов кислорода забирает мозг? заданный автором Просчет лучший ответ это Хотя у взрослого человека вес мозга составляет только около 2% от веса тела, мозг потребляет примерно 25% всего поглощаемого организмом кислорода...
Мозг расходует примерно столько же кислорода, сколько и активная мышца.
(«отдыхающий» мозг потребляет 9% всей энергии и 20% кислорода, «думающий» - потребляет около 25% поступающих в организм питательных веществ и примерно 33% необходимого организму кислорода)

Ответ от Marksman [гуру]
Зачем так мозг нагружать....

Ответ от Невроз [гуру]
Мизер

Ответ от Бросок [активный]
Все питательные вещества и кислород и вообще все что нужно доставляется в органы посредствм крови, а как известно состав крови соблюдается организмом очень строго...малейшее отклонение ведет к различным паталогиям. С этой точки зрения концентрация кислорода в крови постоянна и доставляется в органы согласно их массовому отношению, а не 10-30 и тем более не 90% углеводов как замечено выше. Ну и как правильно было сказано зависит от токо в какой степени нагружаются работой те или иные ткани, где быстрее идут окислительно-восстановительные процессы там и перенос крови более интенсивный, а следовательно и погложение кислорода..ни о каких среднестатистических процентах речи быть не может. А наиболшьй расход кислорода всетаки в мышцах...а не в мозге:))))

Ответ от Ledi Galina cskdf [гуру]
Если мозг напряжен, т.е. работает, то берет ровно столько, сколько ему нужно, ведь он же МОЗГ! Ну а если он ленивый, то зачем ему кислород? Он и так без стремления работать погибнет. Правда ведь?

Ответ от Кристина это Я [активный]
у меня ни одного....

Ответ от Георгий Юрьевич [гуру]
А есл мозги куринные

Ответ от Белкина Екатерина [гуру]
Смотря какой мозг и мыслительный процесс.

Ответ от Иванов Иван [гуру]
По разным оценкам 10-30%.
Но важнее не это, а что другие органы без кислогода могут очень долго обходиться,
то мозг минут через несколько гибнет частями (инсульт) или полностью.
Перекрыт кровоток, по которому гемоглобин несет кислород мозгу - и все.
А при недостатке О2 в воздухе, тоже нет механизма, чтоб он весь мобилизовался именно на мозг, так что и тут он первым страдает

Ответ от Ѓспех [гуру]
Столько,сколько нужно для полноценной работы организма!

Ответ от Irka-durka [эксперт]
a 4e tebya takou vopros zainteresoval=)

Ответ от Ђертый джинн [гуру]
15 процентов кислорода.

Ответ от Александр Твёрдый [гуру]
Поступление кислорода к мозгу зависит от цвета, в который покрашены волосы. Если у женщины волосы светлые, соломенные или под седину, то по каждому волоску в мозг поступает кислорода больше. А если темные, каштановые или черные, то структура волоса забивается краской и затрудняет поступление кислорода.
Наименьшее поступление кислорода к мозгу, замечено у тех женщин, которые красят волосы в разные цвета одновременно. (красный - фиолетовый - зеленый)
У женщин с длинными, светлыми волосами (их называю блондинки) самый высокий процент поступления кислорода в мозг! Ученые считают, что именно количество кислорода протекающему внутри волоса, влияет на окислительные, умственные и другие биологические процессы. Именно по этой причине у блондинок, головокружение, не одекватная оценка окружающего её мира происходит чаще.

Ответ от B-boy Haseky [гуру]
1% мозга

Ответ от Ольга Сеник [гуру]
В процентах оценить количество потребляемого кислорода сложно т.к. это достаточно индивидуальный и мобильный показатель, в условиях гипоксии (недостатка кислорода) другие ткани могут на время переходить на анаэробные пути метаболизма, а мозг работает только на кислороде (и глюкозе, кстати), поэтому в этих условиях дефицита кислорода ПРОЦЕНТНОЕ потребление кислорода мозгом соответственно возрастает.

Ответ от Пользователь удален [гуру]
мозги попадает от 3 до 8 % кислорода

Ответ от светлана [гуру]
ха-ха-ха-ха-ха

Ответ от Олег Агафонов [гуру]
Привет.
Забирает 0%, т.к. он(кислород) туда(в мозг) попасть никак не может...))
Пока.

Ответ от Александра [гуру]
Человеческий организм, когда он находится в спокойном, расслабленном состоянии, поглощает около трехсот кубических сантиметров кислорода в минуту. Мозг забирает на себя шестую часть - это пятьдесят кубических сантиметров, независимо от того, спит человек или бодрствует. А из пятисот граммов углеводов, которые поглощает человеческий организм, мозг берет на себя – девяносто.

Ответ от Aqua Irina [гуру]
..все зависит от количества мозга...

В нашем теле кислород отвечает за процесс выработки энергии. В наших клетках только благодаря кислороду происходит оксигенация — превращение питательных веществ (жиров и липидов) в энергию клетки. При снижении парциального давления (содержания) кислорода во вдыхаемом уровне - снижается его уровень в крови — снижается активность организма на клеточном уровне. Известно, что более 20% кислорода потребляет головной мозг. Дефицит кислорода способствует Соответственно, при падении уровня кислорода страдают самочувствие, работоспособность, общий тонус, иммунитет.
Важно также знать, что именно кислород может выводить из организма токсины.
Обратите внимание, что во всех иностранных фильмах при аварии или человеку в тяжелом состоянии медики экстренных служб первым делом надевают пострадавшему кислородный аппарат, чтобы поднять сопротивляемость организма и повысить его шансы на выживание.
Лечебное воздействие кислорода известно и используется в медицине с конца XVIII века. В СССР активное использование кислорода в профилактических целях началось в 60х годах прошлого века.

Гипоксия

Гипоксия или кислородное голодание — пониженное содержание кислорода в организме или отдельных органах и тканях. Гипоксия возникает при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе и в крови, при нарушении биохимических процессов тканевого дыхания. Вследствие гипоксии в жизненно важных органах развиваются необратимые изменения. Наиболее чувствительными к кислородной недостаточности являются центральная нервная система, мышца сердца, ткани почек, печени.
Проявлениями гипоксии являются нарушение дыхания, одышка; нарушение функций органов и систем.

Вред кислорода

Иногда можно услышать, что «Кислород - окислитель, который ускоряет старение организма».
Здесь из верного посыла делается неверный вывод. Да, кислород - окислитель. Только благодаря ему питательные вещества из пищи перерабатываются в энергию организма.
Страх перед кислородом связан с двумя исключительными его свойствами: свободными радикалами и отравлением им при избыточном давлении.

1. Что такое свободные радикалы?
Некоторые из огромного количества постоянно протекающих окислительных (вырабатывающих энергию) и восстановительных реакций организма не завершаются до конца, и тогда образуются вещества с нестабильными молекулами, имеющими на внешних электронных уровнях неспаренные электроны, называемые «свободные радикалы». Они стремятся захватить недостающий электрон у любой другой молекулы. Эта молекула, превратившись в свободный радикал, похищает электрон у следующей, и так далее..
Зачем это нужно? Определенное количество свободных радикалов, или оксидантов, жизненно необходимо организму. Прежде всего — для борьбы с вредными микроорганизмами. Свободные радикалы используются иммунной системой в качестве «снарядов» против «интервентов». В норме в организме человека 5% образовавшихся в ходе химических реакций веществ становятся свободными радикалами.
Главными причинами нарушения естественного биохимического равновесия и роста количества свободных радикалов ученые называют эмоциональный стресс, тяжелые физические нагрузки, травмы и истощение на фоне загрязнения воздуха, употребления в пищу консервированных и технологически неправильно переработанных продуктов, овощей и фруктов, выращенных с помощью гербицидов и пестицидов, ультрафиолетового и радиационного облучения.

Таким образом, старение — это биологический процесс замедления деления клеток, а ошибочно связываемые со старением свободные радикалы — естественные и необходимые организму механизмы защиты и их вредоносное воздействие связано с нарушением естественных процессов в организме негативными факторами окружающей среды и стрессом.

2. «Кислородом легко отравиться».
Действительно, избыток кислорода опасен. Избыток кислорода вызывает увеличение количества окисленного гемоглобина в крови и снижение количества восстановленного гемоглобина. И, поскольку именно восстановленный гемоглобин выводит углекислый газ, его задержка в тканях приводит к гиперкапнии - отравлению CO2.
При переизбытке кислорода растет число свободнорадикальных метаболитов, тех самых страшных «свободных радикалов», которые обладают высокой активностью, действуя в качестве окислителей, способных повредить биологические мембраны клеток.

Ужасно, правда? Сразу хочется перестать дышать. К счастью, для того, чтобы отравиться кислородом, необходимо повышенное давление кислорода как, например, в барокамере (при оксигенобаротерапии) или при погружении со специальными дыхательными смесями. В обычной жизни такие ситуации не встречаются.

3. «В горах мало кислорода, зато много долгожителей! Т.е. кислород вреден».
Действительно, в Советском союзе в горных районах Кавказа и в Закавказье был зарегистрировано некоторое число долгожителей. Если же посмотреть на список верифицированных (т.е. подтвержденных) долгожителей мира за всю его историю, то картина не будет такой очевидной: старейшие долгожители, зарегистрированные во Франции, США и Японии в горах не жили..

В Японии, где до сих пор живет и здравствует самая старая женщина планеты Мисао Окава, которой уже более 116 лет, находится и «остров долгожителей» Окинава. Средняя продолжительность жизни здесь у мужчин — 88 лет, у женщин — 92; это выше, чем в остальной Японии, на 10-15 лет. На острове собраны данные о семистах с лишним местных долгожителей старше ста лет. Там говорят, что: «В отличие от кавказских горцев, хунзакутов Северного Пакистана и других народностей, похваляющихся своим долголетием, все окинавские акты рождения с 1879 года задокументированы в японском семейном реестре — косэки». Сами окинвацы считают, что секрет их долголетия покоится на четырех китах: диета, активный образ жизни, самодостаточность и духовность. Местные жители никогда не переедают, придерживаясь принципа «хари хачи бу» — наесться на восемь десятых. Эти «восемь десятых» у них состоят из свинины, водорослей и тофу, овощей, дайкона и местного горького огурца. Старейшие окинавцы не сидят без дела: они активно работают на земле, и их отдых тоже активен: больше всего они любят играть в местную разновидность крокета.: Окинаву называют самым счастливым островом - там нет свойственной крупным островам Японии спешки и стресса. Местные жители привержены философии юимару — «добросердечное и дружеское совместное усилие».
Интересно, что как только окинавцы переезжают в другие части страны, то среди таких людей уже не встречается долгожителей.. Таким образом, ученые, изучающие этот феномен выяснили, что в долгожительстве островитян генетический фактор роли не играет. А мы, со своей стороны, считаем крайне важным, что Окинавские острова находятся в активно продуваемой ветрами зоне в океане, и уровень содержания кислорода в таких зонах фиксируют как наиболее высокий - 21,9 - 22% кислорода.

Чистота воздуха

«Но ведь на улице грязный воздух, а кислород переносит с собой все вещества».
Именно поэтому в системах OxyHaus установлена трехступенчатая система фильтрации входящего воздуха. И уже очищенный воздух попадает на цеолитовое молекулярное сито, в котором отделяется кислород воздуха.

«Можно ли отравиться кислородом?»

Кислородное отравление, гипероксия, — возникает вследствие дыхания кислородосодержащими газовыми смесями (воздуха, нитрокса) при повышенном давлении. Отравление кислородом может произойти при использовании кислородных аппаратов, регенеративных аппаратов, при использовании для дыхания искусственных газовых смесей, во время проведения кислородной рекомпрессии, а также вследствие превышения лечебных доз в процессе оксигенобаротерапии. При отравлении кислородом развиваются нарушения функций центральной нервной системы, органов дыхания и кровообращения.

Как действует кислород на организм человека?

Большее его количество требуется растущему организму и тем, кто занимается интенсивными физическими нагрузками. Вообще активность дыхания во многом зависит от множества внешних факторов. Например, если вы встанете под достаточно прохладный душ, то количество потребляемого вами кислорода увеличится на 100% по сравнению с условиями при комнатной температуре воздуха. То есть, чем больше человек отдаёт тепло, тем чаще становится частота его дыхания. Вот несколько интересных фактов по этому поводу:

• за 1 час человек потребляет 15-20 л кислорода;


• количество потребляемого кислорода: во время бодрствования увеличивается на 30-35%, во время спокойной ходьбы - на 100%, при лёгкой работе - на 200%, при тяжёлой физической работе - на 600% и более;


• активность дыхательных процессов напрямую зависит от ёмкости лёгких. Так, например, у спортсменов она больше нормы на 1-1,5 литра, а вот у профессиональных пловцов может достигать до 6 литров!


• Чем больше ёмкость лёгких, тем меньше частота дыхания и больше глубина вдоха. Наглядный пример: спортсмен делает 6-10 вдыханий в минуту, тогда как обычный человек (не являющийся спортсменом) дышит с частотой 14-18 дыханий в минуту.

Так зачем нужен кислород?

Он необходим для всего живого на земле: животные потребляют его в процессе дыхания, а растения выделяют его в процессе фотосинтеза. В каждой живой клеточке содержится больше кислорода, чем любого другого элемента - около 70%.

Он находится в составе молекул всех веществ - липидов, белков, углеводов, нуклеиновых кислот и низкомолекулярных соединений. Да и жизнь человека была бы просто немыслима без этого важного элемента!

Процесс его метаболизма таков: сначала он поступает через лёгкие в кровь, где поглощается гемоглобином и образует оксигемоглобин. Затем через кровь «транспортируется» ко всем клеткам органов и тканей. В связанном состоянии он поступает в виде воды. В тканях расходуется в основном на окисление многих веществ во время их метаболизма. Далее метаболизируется до воды и диоксида углерода, потом выводится из организма через органы дыхательной и выделительной систем.

Избыток кислорода

Для здоровья человека очень опасно длительное вдыхание воздуха, обогащённого этим элементом. Высокие концентрации О2 могут вызвать в тканях появление свободных радикалов, являющихся «разрушителями» биополимеров, точнее, их структуры и функций.

Однако в медицине для лечения некоторых заболеваний всё же используется процедура насыщения кислородом под повышенным давлением, которая называется гипербарическая оксигенация.

Избыток кислорода также опасен, как избыточная солнечная радиация. По жизни человек просто медленно сгорает в кислороде, как свечка. Старение - это процесс сгорания. В прошлом, крестьяне, которые постоянно были на свежем воздухе и солнце, жили значительно меньше своих хозяев - дворян, музицирующих в закрытых домах и проводящих время за карточными играми.

Количество кислорода, потребленного человеком натощак в состоянии мышечного покоя, лежа, является показателем обмена, необходимого для поддержания жизненно важных функций организма в покое, т. е. основного обмена. Основной обмен человека характеризуется потреблением кислорода в пределах 200-250 мл/мин с энергетической затратой примерно 1-1,2 ккал/мин. На основной обмен оказывают влияние пол, возраст, вес и поверхность тела, состав пищи, климатические условия, температура окружающей среды и др. За норму энергетического основного обмена взрослого человека принята 1 ккал на 1 кг веса в час.

Повышенное потребление кислорода при работе необходимо для окисления продуктов распада углеводов в аэробной фазе (молочной кислоты), жиров, а также для ресинтеза азотсодержащих веществ в анаэробной фазе. Потребность организма в кислороде тем больше, чем напряженнее работа. В определенных пределах существует линейная зависимость между тяжестью выполняемой работы и потреблением кислорода. Это соответствие обеспечивается усилением работы сердечно-сосудистой системы и увеличением коэффициента диффузии кислорода через ткань легких. Коэффициент диффузии увеличивается от 50 при работе мощностью 450 кг/мин до 61 при работе мощностью 1590 кг/мин.

Количество кислорода в минуту, необходимое для полного окисления продуктов распада, носит название кислородного запроса, или кислородной потребности, максимальное же количество кислорода, которое организм может получить в минуту, носит название кислородного потолка. Кислородный потолок у нетренированных к физической работе людей составляет примерно 3 л/мин, а у тренированных может достигать 4-5 л/мин.

Энергетические затраты при динамической отрицательной работе составляют примерно 50% энергетических затрат при динамической положительной работе. Так, передвижение груза по горизонтальной плоскости в 9-16 раз легче, чем подъем груза.

Рис. 1. Динамика потребления кислорода при физической работе. Штриховка в клетку - потребление кислорода во время работы; горизонтальная штриховка - кислородный запрос; вертикальная штриховка - кислородный долг. Рисунок слева - работа средней тяжести; рисунок справа - работа с прогрессирующей кислородной задолженностью.

Потребление кислорода при динамической положительной работе показано на рис. 1. Как видно из этого рисунка, кривая потребления кислорода в начале работы растет и только через 2-3 минуты устанавливается на определенном уровне, который затем удерживается длительное время (устойчивое состояние). Сущность такого хода кривой в том, что вначале работа производится при неполном удовлетворении кислородного запроса и вследствие этого - при нарастающем кислородном долге, так как энергетические процессы в мышце при сокращении ее происходят мгновенно, а доставка кислорода вследствие инертности сердечно-сосудистой и дыхательной систем - медленно. И лишь тогда, когда доставка кислорода соответствует полностью кислородной потребности, наступает устойчивое состояние потребления кислорода.

Кислородный долг, образовавшийся в начале работы, погашается уже после прекращения работы, в период восстановления, во время которого потребление кислорода достигает исходного уровня. Такова динамика потребления кислорода при работе легкой и средней тяжести. При тяжелой работе устойчивое состояние потребления кислорода по существу никогда не наступает, к дефициту кислорода в начале работы присоединяется дефицит кислорода, образовавшийся во время нее. В этом случае потребление кислорода все время растет вплоть до кислородного потолка. Восстановительный период при такой работе значительно удлиняется. В случае, когда кислородный запрос при работе превышает кислородный потолок, наступает так называемое ложное устойчивое состояние. Оно отражает кислородный потолок, а не истинную потребность в кислороде. Восстановительный период при этом оказывается еще более длительным.

Таким образом, по уровню потребления кислорода в связи с работой можно судить о тяжести выполняемой работы. Устойчивое состояние потребления кислорода во время работы может указывать на то, что кислородный запрос полностью удовлетворяется, что накопление молочной кислоты в мышцах и крови не происходит, что она успевает ресинтезироваться в гликоген. Отсутствие же устойчивого состояния и рост потребления кислорода во время работы свидетельствуют о тяжести работы, о накоплении молочной кислоты, требующей кислорода для своего ресинтеза. Еще более тяжелая работа характеризуется ложным устойчивым состоянием.

Длительность периода восстановления потребления кислорода также указывает на большую или меньшую тяжесть работы. При легкой работе кислородная задолженность небольшая. Образовавшаяся молочная кислота в большей своей части успевает ресинтезироваться в мышцах в гликоген во время работы, длительность восстановительного периода не превышает нескольких минут. После тяжелой работы потребление кислорода падает сначала быстро, а затем очень медленно, общая длительность восстановительного периода может доходить до -30 минут и более.

Восстановление потребления кислорода не означает восстановления нарушенных функций организма в целом. Многие функции организма, например состояние дыхательной и сердечно-сосудистой систем, дыхательный коэффициент, биохимические процессы и др., к этому времени еще не достигают исходного уровня.

Для анализа газообменных процессов определенный интерес могут представить изменения дыхательного коэффициента CO 2 /O 2 (ДК).

При устойчивом состоянии потребления кислорода во время работы ДК может указывать на характер окисляемых веществ. При тяжелой работе ДК повышается до 1, что указывает на окисление углеводов. После работы ДК может быть больше 1, что объясняется нарушением кислотно-щелочного равновесия крови и повышением концентрации водородных ионов (рН): повышенная рН продолжает возбуждать дыхательный центр и вследствие этого углекислота усиленно вымывается из крови при одновременном падении потребления кислорода, т. е. в отношении CO 2 /O 2 числитель увеличивается, а знаменатель уменьшается.

В более поздней стадии восстановления ДК может быть ниже исходного дорабочего показателя. Объясняется это тем, что в восстановительном периоде освобождаются щелочные резервы крови, и для поддержания нормальной рН задерживается углекислота.

При статической работе потребление кислорода носит иной характер. В трудовом процессе наиболее конкретным выражением статической работы является поддержание рабочей позы человека. Рабочая поза как состояние равновесия тела может осуществляться в порядке активного противодействия внешним силам; при этом возникает длительное тетаническое напряжение мышц. Этот вид статической работы весьма неэкономен в иннервационном и энергетическом отношениях. Рабочая же поза, при которой поддержание равновесия происходит путем приспособления к направлению силы тяжести, значительно более экономна, так как при этом отмечается тоническое, а не тетаническое напряжение мышцы. В практике наблюдаются оба вида статической работы, нередко сменяющие друг друга, но основное значение с точки зрения физиологии труда имеет статическая работа, сопровождающаяся тетаническим напряжением. Динамика потребления кислорода при таком виде статической работы показана на рис. 2.

Из схемы видно, что во время статического напряжения потребление кислорода значительно меньше, чем кислородный запрос, т. е. мышца работает почти в анаэробных условиях. В период, непосредственно следующий за работой, потребление кислорода резко возрастает, а затем постепенно падает (феномен Лингарда), причем период восстановления может быть длительным, так почти вся потребность в кислороде удовлетворяется после работы. Лингард дал следующее объяснение открытому им феномену. При тетаническом «сокращении мышцы вследствие сжатия сосудов создается механическое препятствие кровотоку и тем самым доставке кислорода и оттоку продуктов распада - молочной кислоты. Статическая работа анаэробна, следовательно, характерный скачок в сторону повышения потребления кислорода после работы обусловлен потребностью окисления продуктов распада, образовавшихся при работе.

Это объяснение не является исчерпывающим. На основании учения Н. Е. Введенского низкое потребление кислорода при статической работе может быть обусловлено не столько механическим фактором, сколько снижением обмена вследствие прессорно-рефлекторных влияний, механизм которых заключается в следующем. В результате статического напряжения (непрерывные импульсы с мышцы) определенные клетки коры головного мозга приходят в состояние сильного длительного возбуждения, приводящего в конечном итоге к тормозным явлениям типа парабиотического блока. После прекращения статической работы (пессимального состояния) наступает период экзальтации - повышенной возбудимости и как следствие - повышение обмена. Состояние повышенной возбудимости распространяется на дыхательный и сердечно-сосудистый центры. Описанный вид статической работы малоэнергоемкий, потребление кислорода, даже при очень значительном статическом напряжении, редко превышает 1 л/мин, но утомление может наступать довольно быстро, что объясняется изменениями, происшедшими в центральной нервной системе.

Другой вид статической работы - поддержание позы за счет тонического сокращения мышц - требует незначительных энергетических затрат и менее утомителен. Объясняется это характерными для тонической иннервации редкими и более или менее равномерными импульсами из центральной нервной системы и особенностями самой сократительной реакции, редкой и слабой импульсацией, тягучестью и слитностью импульсов, устойчивостью эффекта. Примером может служить привычное положение человека стоя.

Рис. 2. Схема феномена Лингарда.

Происхождение мозга Савельев Сергей Вячеславович

§ 6. Потребление мозгом кислорода

Совершенно неверно связывать интенсивность метаболизма мозга с общим потреблением кислорода организмом (Шмидт-Ниельсен, 1982). Действительно, у землеройки потребление кислорода на 1 кг массы тела составляет 7,4 л/ч, а у слона - 0,07 л/ч. Однако это общее потребление кислорода, которое различается на порядки в разных частях тела как слона, так и бурозубки. Более того, у животных с разной биологией величина потребления кислорода одинаковыми органами тела также значительно различается. Представления о пропорциональном размерам тела изменении потребления кислорода мозгом остаются странным заблуждением. Если у любого млекопитающего потребление кислорода мозгом становится меньше 12,6 л/(кг-ч), наступает смерть. При таком уровне кислорода мозг может сохранять активность только 10–15 с. Через 30-120 с угасает рефлекторная активность, а спустя 5–6 мин начинается гибель нейронов. Иначе говоря, собственных ресурсов у нервной ткани практически нет. Ни у землеройки, ни тем более у слона не было бы никаких шансов выжить, если бы потребление кислорода мозгом не обеспечивалось специальными механизмами. Мозг получает кислород, воду с растворами электролитов и питательные вещества по законам, не имеющим никакого отношения к интенсивности метаболизма других органов. Величины потребления всех «расходных» компонентов относительно стабильны и не могут быть ниже определённого уровня, который обеспечивает функциональную активность мозга.

Надо отметить, что мозг часто оказывает решающее влияние на метаболизм всего животного. Энергопотребление мозга не может быть ниже определённой величины. Обеспечение этого уровня достигается в разных систематических группах изменением скорости кровообращения в сосудах нервной системы. Причиной этих различий являются изменения числа капилляров в 1 мм з ткани мозга. Конечно, в разных отделах мозга протяжённость капилляров может существенно различаться. В зависимости от физиологической нагрузки просвет капилляров также может динамически изменяться. Тем не менее этот весьма усреднённый показатель освещает причины увеличения частоты сердечных сокращений у мелких млекопитающих. Чем меньше капиллярная сеть мозга, тем больше должна быть скорость кровотока, чтобы обеспечить необходимый приток кислорода и питательных веществ. Увеличить обмен можно за счёт частоты сердечных сокращений, дыхания и скорости потребления пищи. Это и происходит у мелких млекопитающих. Сведения о плотности расположения капилляров в головном мозге животных весьма отрывочны. Однако существует общая тенденция, показывающая эволюционное развитие капиллярной сети мозга. У прудовой лягушки длина капилляров в 1 мм 3 ткани мозга составляет около 160 мм, у цельноголовой хрящевой рыбы - 500, у акулы - 100, у амбистомы - 90, у черепахи - 350, у гаттерии - 100 мм, у землеройки - 400, у мыши 700, у крысы - 900, у кролика - 600, у кошки - 900, у собаки - 900, а у приматов и человека - 12001400 мм. Надо учесть, что при сокращении длины капилляров площадь их контактной поверхности с нервной тканью уменьшается в геометрической прогрессии. Это свидетельствует о том, что для сохранения минимального уровня снабжения мозга кислородом у землеройки сердце должно сокращаться в несколько раз чаще, чем у приматов и человека. Действительно, для человека эта величина составляет 60–90 в минуту, а для землеройки - 130–450. Масса сердца землеройки должна быть пропорционально больше. Она составляет у человека около 4 %, у капуцина - 8 %, а у землеройки - 14 % массы всего тела. Следовательно, одним из ключевых органов, определяющих метаболизм животных, является мозг.

Попробуем оценить реальную долю энергии, потребляемой организмом животных с различной массой мозга и тела. Большая относительная масса нервной системы мелких млекопитающих предъявляет высокие требования к уровню метаболизма самого мозга. Расходы на его содержание сопоставимы с расходами на содержание мозга человека, которые хорошо исследованы. Базовое потребление мозгом человека питательных веществ и кислорода составляет примерно 8-10 % всего организма. Когда организм неактивен, эта величина более или менее постоянна, хотя может существенно колебаться у крупных и мелких представителей данного вида. Однако даже эта величина непропорционально велика. Мозг человека составляет 1/50 массы тела, а потребляет 1/10 всей энергии - в 5 раз больше, чем любой другой орган. Это несколько заниженные цифры, поскольку только потребление кислорода составляет 18 %. Прибавим и расходы на содержание спинного мозга и периферической системы и получим примерно 1/7. Следовательно, в неактивном состоянии нервная система человека потребляет около 15 % энергии всего организма. Теперь рассмотрим ситуацию с активно работающими мозгом и периферической нервной системой. По самым скромным оценкам, энергетические затраты одного головного мозга возрастают более чем в 2 раза. Учитывая генерализованное повышение активности всей нервной системы, можно уверенно предположить, что около 25–30 % всех расходов организма приходится на её содержание (рис. I-8).

Нервная система млекопитающих оказывается крайне «дорогим» органом, поэтому чем меньше времени мозг работает в интенсивном режиме, тем дешевле обходится его содержание. Проблема решается по-разному. Один из способов связан с минимизацией времени интенсивного режима работы нервной системы. Это достигается большим набором врождённых, инстинктивных программ поведения, которые хранятся в мозге как набор инструкций. Инструкции для различных форм поведения нуждаются только в небольших коррекциях для конкретных условий. Мозг почти не используется для принятия индивидуальных решений, основанных на личном опыте животного. Выживание становится статистическим процессом применения готовых форм поведения к конкретным условиям среды. Энергетические затраты на содержание мозга становятся ограничителем интеллектуальной активности для мелких животных.

Например, допустим, что американский крот-скалёпус решил попользоваться своим мозгом, как приматы или человек. Рассмотрим исходные условия. Крот массой 40 г обладает головным мозгом массой 1,2 г и спинным мозгом вместе с периферической нервной системой массой примерно 0,9 г. Имея нервную систему, составляющую более 5 % массы тела, крот затрачивает на её содержание около 30 % всех энергетических ресурсов организма. Если он задумается над решением шахматной задачи, то расходы его организма на содержание мозга удвоятся, а сам крот моментально погибнет от голода. Даже если крот затолкнёт в кишечник бесконечного дождевого червя из чёрной икры, то он всё равно погибнет. Мозгу будет нужно столько энергии, что возникнут неразрешимые проблемы со скоростью получения кислорода и доставки исходных метаболических компонентов из желудочно-кишечного тракта. Появятся аналогичные трудности с выведением продуктов метаболизма нервной системы и её элементарным охлаждением. Таким образом, мелкие насекомоядные и грызуны обречены не стать шахматистами. Их мозг инстинктивен, а энергетические проблемы его содержания ставят непреодолимые барьеры для развития индивидуального поведения. На индивидуальном уровне может возникнуть только вариабельность применения врождённых программ поведения.

Рис. I-8. Обменные процессы в головном мозге приматов.

В метаболизме нервной системы можно выделить три основных динамических процесса: обмен кислорода и углекислого газа, потребление органических веществ и выделение продуктов катаболизма, обмен воды и растворов электролитов. Доля потребления этих веществ мозгом человека указана в нижней части. Обмен воды и растворов электролитов вычисляется как время прохождения всей воды организма через мозг. Верхняя строка - пассивное состояние, нижняя - напряжённая работа нервной системы.

Однако достаточно немного увеличить размеры тела, и возникает качественно иная ситуация. Серая крыса (Rattus rattus) обладает нервной системой массой примерно 1/60 массы тела. Этого уже достаточно, чтобы достигнуть заметного снижения относительного метаболизма мозга. Результаты интеллектуальных экспериментов и наблюдений за крысами не имеет смысла пересказывать, а степень индивидуализации поведения не сопоставима с таковой кротов и землероек. Очевидным преимуществом увеличения массы тела является уменьшение расходов на содержание мозга. Постоянно работающие периферические отделы не столь затратны, как мозг, поэтому увеличение массы тела приводит к относительному «удешевлению» мозга.

Следовательно, для создания индивидуализированного мозга нужно животное с достаточно большой массой тела. Иначе говоря, существует своеобразный барьер, который через размеры тела и массу мозга ограничивает способность животных к обучению и индивидуализированному поведению. Мелкое животное с большим мозгом и высокими затратами на его содержание не сможет обеспечить энергетических затрат на повышение его активности. Таким образом, решения сложных задач или глубокой индивидуализации адаптивного поведения ждать не приходится. Если животное большое, а размеры мозга относительно невелики, то допустимы существенные колебания энергетических затрат на его содержание. В этой ситуации возможны и индивидуализация поведения, и сложные процессы научения. Однако даже у крупного животного с хорошо развитым мозгом существуют энергетические проблемы. Нервная система слишком дорога для её интенсивной эксплуатации. Небольшая и интенсивно работающая нервная система потребляет колоссальную долю ресурсов организма. Эта ситуация невыгодна. Энергетически оправданным решением может быть только кратковременное использование мозга для решения конкретных задач. Это и наблюдается у крупных млекопитающих. Краткая активность быстро сменяется длительным покоем.

Таким образом, у маленькой и большой нервной системы есть свои преимущества. Для реализации инстинктивного поведения можно иметь небольшой мозг, но его адаптивность сводится к модификациям инстинкта. Большой мозг обходится своему владельцу довольно дорого, но высокие энергетические расходы вполне оправданы. Большой мозг позволяет справляться со сложными задачами, которые не имеют готовых инстинктивных решений. Затратность реализации таких механизмов адаптивного поведения очень высока, поэтому как животные, так и человек стараются использовать мозг как можно реже.

Привилегированность нервной системы

Нервная система многих животных (и особенно у млекопитающих) обладает одним свойством, которое ставит её в исключительное положение. Это свойство связано с её изолированностью от остального организма. Будучи основным механизмом интеграции работы внутренних органов и основой поведения, она является «инородным телом» для собственного организма. Иммунная система рассматривает нервную систему примерно как занозу. Если иммунная система «добирается» до мозга, то начинаются тяжёлые аутоиммунные процессы, малосовместимые с жизнью.

Возникает парадоксальная ситуация. Нервная система потребляет огромную часть кислорода и питательных веществ всего организма, которую получает через кровь. Одновременно она должна быть тщательно изолирована от кровеносной системы, поскольку рассматривается клетками иммунной системы как инородный объект.

С точки зрения биологической целесообразности видно явное противоречие. Основной интегрирующий орган не должен быть чужеродным для иммунной системы. Тем не менее это факт, которому довольно легко найти внятное объяснение. В головном мозге слишком много специализированных органических компонентов, которые больше нигде в организме не используются. Создавать в иммунной системе механизм их распознавания как «своих» клеток крайне сложно и неоправданно. Намного «дешевле» просто отделить нервную систему от всего остального организма. Этот принцип изоляции реализован в семенниках, яичниках и нервной системе. В самом общем виде изоляция нервной системы поддерживается при помощи гематоэнцефалического барьера, состоящего из нескольких типов специализированных клеток. Чтобы разобраться с изолированностью нервной системы от остального организма, надо рассмотреть элементарные принципы её строения.

Из книги Новейшая книга фактов. Том 1 [Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина] автора

Из книги Глаз разума автора Хофштадтер Дуглас Роберт

Из книги Мозг и душа [Как нервная деятельность формирует наш внутренний мир] автора Фрит Крис

26 ДАГЛАС ХОФСТАДТЕР Беседа с мозгом Эйнштейна Ахилл и Черепаха случайно сталкиваются на берегу восьмиугольного пруда в Люксембургском саду в Париже. Пруд этот всегда служил излюбленным местом для лодочных прогулок молодых парочек; в наши дни их лодчонки зачастую бывают

Из книги Новейшая книга фактов. Том 1. Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина автора Кондрашов Анатолий Павлович

Мы воспринимаем не мир, а его модель, создаваемую мозгом То, что мы воспринимаем, это не те необработанные и неоднозначные сигналы, поступающие из окружающего мира к нашим глазам, ушам и пальцам. Наше восприятие намного богаче – оно совмещает все эти необработанные

Из книги Кровь: река жизни [От древних легенд до научных открытий] автора Азимов Айзек

Чему равна мощность, потребляемая головным мозгом человека? Установлено, что в состоянии бодрствования головной мозг человека потребляет мощность около 20

Из книги Разведение рыбы, раков и домашней водоплавающей птицы автора Задорожная Людмила Александровна

Почему регулярное потребление алкоголя, даже умеренное, вредно для организма? Алкоголизм – одна из разновидностей наркомании. Даже умеренное потребление алкоголя может привести к тяжелой, иногда почти непреодолимой зависимости от него. Механизм возникновения этой

Из книги Современное состояние биосферы и экологическая политика автора Колесник Ю. А.

Глава 4 Препятствия на пути кислорода В нормальной атмосфере гемоглобин связывает только кислород. Это значит, что на связывание кислорода не оказывают воздействия другие компоненты воздуха: азот, двуокись углерода, пары воды или аргон. Гемоглобин собирает

Из книги Биологическая химия автора Лелевич Владимир Валерьянович

Из книги автора

7.5. Круговорот кислорода Из всех газов, имеющихся в атмосфере, а также растворенных в Мировом океане, особый интерес представляет кислород, т. к. он обеспечивает высокий выход энергии при аэробной диссимиляциии практически для всех организмов Земли и по существу лежит в

Из книги автора

Активные формы кислорода (свободные радикалы) В организме в результате окислительно-восстановительных реакций постоянно происходит генерация активных форм кислорода (АФК) при одноэлектронном восстановлении кислорода (молекула имеет неспаренный электрон на