Роль углекислого газа в процессе дыхания

15 февраля 2023

Роль углекислого газа в процессе дыхания

Углекислый газ так же важен для нашего организма, как и кислород. Он играет ключевую роль в повышении работоспособности, а от его концентрации зависят подтянутость мышц и здоровье органов.

Многие считают CO₂ отработанным газом, который необходимо как можно быстрее вывести из организма через легкие. На самом деле в состоянии покоя во выдыхаемом воздухе содержится лишь 12–15 % углекислого газа. Большая его часть остается в крови для выполнения жизненно важных функций:

  • расширения сосудов
  • снижения нагрузки на органы
  • защиты клеток от повреждений

Прежде всего, без CO₂ наш организм не способен перерабатывать кислород, связанный с тромбоцитами. Поэтому именно углекислый газ в конечном итоге больше всего влияет на наше дыхание.

Без сомнения, кислород необходим для жизни точно так же, как воздух необходим для дыхания. В состоянии покоя здоровый человек вдыхает в среднем шесть литров воздуха в минуту. Количество вдыхаемого таким образом кислорода вполне достаточно для насыщения крови кислородом на уровне от 96 до 99 % и надлежащего снабжения кислородом всего организма.

Как кислород попадает в клетки

Вдыхаемый нами воздух почти на 21 % состоит из жизненно важного химического элемента — кислорода. Он передается из верхних дыхательных путей в нижние через рот или нос, второй вариант, кстати, предпочтительней (Зачем дышать носом). 

Насыщение крови кислородом происходит в 300 миллионах воздушных мешочков в легких, альвеолах. Их тончайшие стенки пересекают мелкие кровеносные сосуды. Через эту мембрану кислород в конечном итоге попадает в кровь, где для его транспортировки служат 25 триллионов эритроцитов.

Однако кислород может повторно выделяться из них только в случае соответствующей концентрации углекислого газа в плазме крови. После переноса молекулы O₂ в клетку-мишень начинается удаление углекислого газа из организма. Весь процесс от поступления кислорода до выделения углекислого газа при выдохе занимает всего 1 минуту.

Как же эритроцитам удается постоянно снабжать кислородом нужные клетки-мишени в нужном месте и в нужное время?

Датский физиолог Кристиан Бор (1855-1911) занимался глубоким изучением этого вопроса. Ему уже было известно, что клетки поглощают кислород и выделяют углекислый газ, однако, механизм этого обмена еще не был ясен. Он проводил исследования с использованием различных смесей обоих газов, чтобы определить оптимальные условия для выделения.

Вскоре выяснилось, что все зависит от содержания углекислого газа. Кроме того, благодаря открытию эффекта Бора, названного в его честь, Кристиан Бор также смог объяснить, почему активные мышцы получают больше кислорода: они выделяют больше углекислого газа, чем пассивные мышцы. Иными словами, один газ эффективно работает только в сочетании с другим. Предположительно «вредный» углекислый газ так же ценен, как и «полезный» кислород.

Причем его значимость может оказаться еще выше, поскольку временная легкая нехватка кислорода приносит организму даже больше пользы, чем его переизбыток. Недостаток кислорода запускает в организме процессы повышения выносливости и работоспособности, чтобы лучше справляться с нехваткой кислорода в долгосрочной перспективе.

Без углекислого газа организм не работает

То, как мы дышим, зависит от концентрации углекислого газа. Это связано с тем, что дыхательный центр в головном мозге ориентируется не на количество транспортируемого кровью кислорода: для дыхательных рецепторов гораздо важнее содержание углекислого газа. По мере увеличения концентрации дыхательные рецепторы ускоряют дыхание, чтобы избавиться от избытка углекислого газа, а при слишком низкой концентрации они замедляют частоту дыхания.

Это позволяет сделать следующий вывод: если адаптировать дыхательные рецепторы к более высокому содержанию CO₂ в крови с помощью соответствующих дыхательных упражнений, это позволит совершенно естественным образом сократить потребление кислорода при дыхании и достичь повышения работоспособности, как это происходит при тренировках в условиях высокогорья или гипоксических тренировках.

Успешная работа организма зависит от смеси обоих газов

В зависимости от того, насколько глубоко, быстро или медленно вы дышите, меняется концентрация углекислого газа. Когда вы дышите медленно, в организме остается больше углекислого газа, что приводит к повышению кислотности крови и снижению рН. Дыхательные рецепторы в организме реагируют на этот дисбаланс: они подают естественный дыхательный импульс для выделения CO₂ при выдохе.

При слишком высоком содержании углекислого газа во выдыхаемом воздухе происходит обратный процесс: содержание щелочей в крови увеличивается, а значение рН растет.

На кислотно-щелочной баланс влияет не только наша диета, но и наше дыхание. Правильный кислотно-щелочной баланс является важной предпосылкой для хорошего самочувствия: значение pH от 7,35 до 7,45 оптимально для функционирования практически всех клеток. При таком значении кровь не содержит ни избытка кислот, ни избытка щелочей.

В случае отклонений организм пытается по возможности восстановить это значение. Поэтому при чрезмерно учащенном дыхании он использует для компенсации различные минералы, такие как магний, фосфор и калий. Однако это позволяет решить проблему лишь на время.

Если подобное состояние сохраняется в течение нескольких недель или месяцев, запасы минералов в организме истощаются, что приводит к серьезным последствиям. Возникающий дефицит ухудшает выработку энергии в клетках, что в свою очередь оказывает негативное влияние на мышцы, кости и нервы.

Выводы

  • Никаких «отработанных» газов при дыхании не существует. 
  • Углекислый газ так же важен для хорошего самочувствия, как и кислород. Более того, его значимость может оказаться даже выше: повышение уровня углекислого газа в крови может оказаться полезным для здоровья многих людей. Оно способствует переносу кислорода и позволяет выработать более здоровые техники дыхания.

Люди, размеренно вдыхающие воздух через нос вглубь живота, приносят большую пользу своему организму, поскольку эта правильная техника дыхания обеспечивает динамический баланс или, иными словами, взаимодействие кислорода и углекислого газа для оптимального снабжения организма.