Углекислота.
Влияние на человека повышенного содержания углекислого газа во вдыхаемом воздухе

На многих производствах до сих пор влияние на человека высоких концентраций углекислого газа (углекислоты) весьма ощутимо. Раньше это были люди, которые работали в бродильных цехах, овощехранилищах, в санаториях с нарзанными ваннами в атмосфере, обогащенной углекислотой, в течение 6—8 ч. Сейчас при развитии космической техники, подводного исследования шельфа морей и океанов, в других аналогичных условиях человеку приходится беспрерывно находиться в замкнутом пространстве с повышенным содержанием весьма небезразличного для организма углекислого газа неделями и даже месяцами.

Биологическую активность этого конечного продукта метаболизма человека, играющего важную роль в гомеостазе организма, каждый из нас неоднократно испытывал на себе. Например, находясь более часа в душном помещении при большом скоплении народа (в кинотеатре, на лекции, рядом с интенсивно курящими), а затем выйдя на свежий прохладный воздух, испытываем как минимум головокружение, а то и резкие головные боли, тошноту и полуобморочное состояние. Этот феномен «обратного действия углекислоты» был получен в эксперименте и подробно описан еще в 1911 году П. М. Альбицким. Происходит это в связи с переходом из атмосферы с повышенным содержанием углекислого газа (гиперкапнии) в нормальный атмосферный воздух (нормокапнию) и обусловлено инерцией компенсаторных «антиуглекислотных» механизмов.

В обеспечении условий жизнедеятельности человека нередко особую остроту приобретает вопрос об адекватности газовой среды условиям выполняемой работы. То есть требуется в герметизированных объектах поддерживать такие уровни углекислоты, которые не оказывали бы отрицательного влияния на работоспособность и здоровье людей. Фактические данные о влиянии повышенного содержания углекислого газа на центральную нервную систему положены в основу предельно допустимых концентраций (ПДК) в замкнутых обитаемых помещениях различного назначения. В настоящее время большинство исследователей считает, что длительное обеспечение высокого уровня работоспособности человека в условиях гиперкапнической среды возможно лишь при ПДК в границах 1% и ниже. Такая концентрация углекислого газа, в частности, является предельной, по данным американских ученых, в отсеках атомных подводных лодок и в кабинах космических кораблей.

Многолетний опыт наблюдений за людьми, длительно находящимися в замкнутом пространстве, показывает, что они могут на протяжении многих часов и даже нескольких суток находиться в атмосфере с 3%-ным содержанием углекислоты, если ее нарастание в воздухе идет постепенно, а физическая деятельность человека при этом минимальная. Но в таких условиях резко снижается умственная и физическая работоспособность, продолжают нарастать симптомы неблагоприятного действия углекислого газа.

А может ли организм человека адаптироваться к гиперкапнии? Частично да, может, но в пределах не более 1—1,5%-ной концентрации. При этом понижается возбудимость дыхательного центра, уменьшается вентиляторная функция, уменьшаются сдвиги системы крови. Но при продолжительном действии на организм гиперкапнической газовой среды наряду с включением компенсаторных реакций происходит переход на новый уровень функционирования многих систем обеспечения жизнедеятельности. Снижается потребление кислорода, понижается теплопродукция, сокращается емкость сосудистого русла, замедляется сердечный ритм. При кажущемся внешнем благополучии снижается реактивность организма к ряду внешних воздействий, особенно требующих быстрой реакции сердечно-сосудистой системы, повышенного кислородного обеспечения. Отличительной особенностью долгосрочной гиперкапнии является длительное отрицательное последействие. Несмотря на нормализацию атмосферного дыхания, в организме человека продолжительное время наблюдаются изменения биохимического состава крови, снижение иммунологического статуса, устойчивости к физическим нагрузкам и другим внешним воздействиям.

Рассмотрим подробнее механизмы влияния углекислого газа на человека. Этот биологически активный газ в организме связывается с кровью, вступает в буферную реакцию с гемоглобином, присоединяясь к свободным аминогруппам его полипептидных цепей и образуя карбогемоглобин. Большая часть углекислоты (около 80%) вступает в связь с катионами натрия, калия и кальция, образуя систему бикарбонатов крови. Количество углекислого газа в организме человека среднего веса около 130 л, в гиперкапнической среде оно резко возрастает: примерно на 0,7 л при повышении парциального давления углекислоты во вдыхаемом воздухе на каждый миллиметр ртутного столба.

При высоких концентрациях углекислого газа увеличиваются частота и глубина дыхания. Особенно резко возрастает вентиляция легких при совершаемой в условиях гиперкапнии мышечной работе: в 10—12 раз и более. Это далеко не безразлично для организма человека, возникают сложные, а часто и парадоксальные реакции. При очень больших концентрациях углекислого газа во вдыхаемом воздухе происходит сужение бронхов, а при концентрации выше 15% — спазм голосовой щели.

Изменения состава крови при длительной гиперкапнии заключаются в увеличении числа эритроцитов, лейкоцитов и содержания гемоглобина, увеличении вязкости крови, мобилизации форменных элементов из кровяных депо. В дальнейшем эти механизмы существенно угнетаются. Происходит уменьшение содержания сахара в крови, снижается утилизация глюкозы. Наблюдается уменьшение гликогенных запасов печени, снижение содержания гликогена в мозгу. Снижается содержание кальция в крови, и усиливается деминерализация костей, тормозится белковый обмен и ресинтез макроэргических фосфорных соединений. Особенно значительно уменьшается содержание АТФ в мозговой ткани. Повышение содержания углекислоты во вдыхаемом воздухе сначала вызывает учащение сердцебиения, затем, наоборот, — брадикардию. В связи с увеличением вязкости крови значительно увеличивается и нагрузка на сердце.

Основные изменения происходят, конечно же, в центральной нервной системе, и носят они при гиперкапнии фазный характер: сначала повышение, а затем снижение возбудимости нервных образований. Ухудшение условнорефлекторной деятельности наблюдается при концентрациях, близких 2%, а при содержании углекислого газа в 5—6% происходит значительное снижение амплитуды вызванных потенциалов головного мозга, десинхронизация ритмов спонтанной электроэнцефалограммы с дальнейшим угнетением электрической активности мозга.

Внешне у людей гиперкапния характеризуется появлением ряда субъективных симптомов, а именно головной боли, головокружения, чувства разбитости, раздражительности, нарушений сна. Снижение работоспособности точно коррелирует с повышением процентного содержания углекислого газа в атмосферном воздухе. При приближении этого показателя к 1 % увеличивается время двигательной реакции, уменьшается точность реакции слежения; при 1,5—2% начинает качественно меняться умственная деятельность человека, нарушаются функции дифференцировки, восприятия, оперативной памяти и распределения внимания. При длительной работе в атмосфере, содержащей 3% углекислого газа, начинаются существенные расстройства мышления, памяти, тонкой двигательной координации, резко возрастает число описок и ошибок деятельности, начинаются расстройства слуха и зрения.

Морфологические исследования мозга животных показали, что изменения эндотелия мозговых сосудов, хроматолиз, вакуолизация и набухание цитоплазмы нейронов головного мозга происходят при помещении в 10%-ную углекислоту всего на 10 мин.

При производственной деятельности (особенно в аварийных ситуациях) важными являются воздействия одновременно нескольких экстремальных факторов. В большинстве случаев при таких комбинированных воздействиях углекислота усугубляет отрицательное влияние на человека. При физической нагрузке у водолаза или космонавта углекислый газ увлекает за собой азот и, активируя диффузию из тканей в пузырьки, при перепаде давлений способствует возникновению декомпрессионной (кессонной) болезни.

При рассмотрении влияния на организм углекислоты в очень высоких концентрациях может сложиться впечатление, что эти вопросы важны только для узких специалистов и редких специальностей. На самом деле это не так. В помещениях с плохой вентиляцией, где много людей и работающей техники, повышенное содержание углекислого газа не исключение, а скорее плохое правило. Плохо вентилируемая кухня жилой квартиры при включенных газовых горелках быстро наполняется продуктами горения. Существенно повышено содержание углекислоты может быть и в атмосфере городов (особенно в промышленных задымленных районах), в местах скопления транспорта.