Запасы кислорода в природе и в организме человека

Кислород - самый распространенный на Земле элемент. Он составляет половину массы земной коры, в которую он входит в виде соединений с металлами и неметаллами. В соединении с водородом (в виде воды) на долю кислорода приходится около 89 % (по массе).

В свободном виде кислород встречается в виде двух газов - кислорода, в молекуле которого содержится два атома (02), и озона, содержащего три атома (03). Озон и его соединения, - самые активные окислители. Они применяются в медицинской практике как средства. Оба газа: и кислород, и озон имеются в атмосфере Земли.

Озон составляет один из слоев стратосферы - озоновый, который удален от поверхности Земли на 10 - 15 км. Максимальная концентрация озона наблюдается на высоте 20 - 25 км. Озон образуется при действии на кислород ультрафиолетовых лучей Солнца, электрических разрядов. В ближайших слоях окружающей нас атмосферы содержание озона увеличивается во время грозы. В комнатных условиях при облучении кварцевой лампой его присутствие можно обнаружить по резкому запаху. Озоновый слой защищает все живое на Земле от вредного действия солнечной радиации, он играет для живого мира Земли важную защитную роль. Образование «дыры» в озоновом слое, поэтому вызывает законное беспокойство у обитателей нашей планеты.

Кислород составляет пятую часть земной коры атмосферы, запасы кислорода на Земле огромны. Однако до появления жизни на нашей планете кислорода в атмосфере было ничтожно мало. В накоплении его значительную роль сыграли зеленые растения. Используя солнечную энергию для фотосинтеза органических веществ, растения выделяют в окружающую атмосферу свободный кислород. Во время фотосинтеза они вырабатывают в 20 - 30 раз больше кислорода, чем поглощают его в процессе дыхания. Развитие растительного мира значительно обогатило земную атмосферу кислородом. И не зря, поэтому рощи, леса, парки, сады называют легкими наших городов. Сохранение растительных массивов, увеличение их площади - одна из самых насущных задач человечества, если оно не желает обречь себя на вымирание.

В организме человека и животных запасы кислорода строго ограничены. По мере его продвижения от атмосферного воздуха к клеткам, к их энергетическим станциям, митохондриям, кислорода в организме становится все меньше и меньше. Объясняется это следующим. Общий объем поступающего в легкие кислорода зависит от концентрации кислорода во вдыхаемом воздухе, от дыхательного объема (объема воздуха, поступающего в легкие при одном вдохе), от частоты дыхания. При нормальном содержании кислорода во вдыхаемом воздухе его объем, поступающий в легкие в 1 мин, должен составлять примерно пятую часть МОД, т. е. примерно 1100 - 1500 мл (при стандартных условиях: атмосферном давлении сухого воздуха 760 мм рт. ст. и температуре 0 °С). В альвеолярном резервуаре после выдоха остается примерно 375 - 400 мл кислорода, а после вдоха его объем увеличивается на 70 - 100 мл.

Количество кислорода в крови в основном определяется способностью гемоглобина обратимо присоединять его к себе, так как кислород мало растворим в плазме крови. Объем крови у взрослого мужчины составляет 5 - 6 л. Содержание в ней гемоглобина - 135 - 155 г/л. При полном насыщении гемоглобина кислородом в каждом литре крови его содержание достигает 180 - 210 мл.

Но артериальная кровь только на 95 - 97 % насыщена кислородом. Поэтому запасы кислорода в артериальной крови молодого мужчины составляют около 1000 мл. Объем движущейся крови несколько меньше общего ее объема в организме. Он равен 4,0 - 5,5 л/мин. Количество кислорода, доставляемого артериальной кровью в 1 мин к тканям, составляет поэтому около 900 мл/мин. После того как ткани извлекают из крови необходимый им кислород, венозная кровь оставшуюся его часть (550 - 650 мл/мин) уносит к сердцу. Это кислородный резерв крови. Во время усиленной работы клетки ее потребность в кислороде возрастает, и из крови извлекается большее количество кислорода. В венозной крови его содержание падает.

Роль кладовой кислорода в сердечной и скелетной мышцах играет миоглобин. Его кислородная емкость в два раза меньше, чем гемоглобина. Кроме того, общее количество миоглобина у человека намного меньше, чем гемоглобина. Поэтому запасы кислорода в миоглобине в целом организме относительно невелики - не выше 40 - 50 мл. В тканевых жидкостях кислорода относительно мало: коэффициент его растворимости в них - 0,024 (в 20 раз меньше, чем углекислого газа). В общей массе тканевых жидкостей в растворенном виде содержится не более 100 мл кислорода, около 50 мл его растворено в жировой ткани. Запасы кислорода в организме, таким образом, ограничены: 450 мл - в альвеолах; 1000 мл - в крови; около 150 мл - в тканях, всего - 1600 мл. Организм потребляет около 250 мл кислорода в 1 мин. Даже при полном исчерпании его запасов (чего не может произойти, поскольку при падении Р02 до уровня, ниже критического, дыхание тканей начинает угнетаться), их должно хватить не более чем на 6 мин. И действительно, практика свидетельствует о том, что прекращение доступа кислорода в легкие всего на 3 - 4 мин вызывает смерть, а пережатие сонных артерий, снабжающих кислородом мозг, всего на 1 мин влечет за собой глубокий обморок. Без постоянного пополнения запасов кислорода в организме человек жить не может.