Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха отличается, поскольку во время дыхания в организме происходят обменные процессы, в частности, обмен кислорода (O₂) и углекислого газа (CO₂), а также определённые изменения в концентрациях других компонентов. Рассмотрим состав этих двух видов воздуха более подробно.
1. Вдыхаемый воздух
Когда мы вдыхаем воздух, он поступает в наши дыхательные пути — носовые ходы, трахею, бронхи, бронхиолы и, в конечном итоге, альвеолы легких. Состав вдыхаемого воздуха почти одинаков по всему миру и не зависит от того, где именно человек вдыхает воздух, хотя могут быть небольшие изменения, связанные с географическим расположением, загрязнением атмосферы и другими факторами. Однако основные компоненты вдыхаемого воздуха таковы:
Азот (N₂) — около 78%: Азот является основным компонентом атмосферы, но он не участвует в обмене газами в организме. Он инертен для человеческого организма и не влияет на процессы дыхания.
Кислород (O₂) — около 21%: Кислород — важнейший газ для жизни человека. Он необходим для окисления органических веществ в клетках, что позволяет получать энергию, необходимую для жизнедеятельности. При вдыхании кислород поступает в легкие, где происходит его диффузия в кровь.
Аргон (Ar) — около 0,93%: Аргон — инертный газ, который не реагирует с другими веществами и не участвует в биологических процессах. Это один из самых стабильных элементов в атмосфере.
Углекислый газ (CO₂) — около 0,04%: Углекислый газ присутствует в атмосфере в относительно малых количествах. Он не используется при дыхании, но его концентрация в выдыхаемом воздухе значительно выше, поскольку он является конечным продуктом обмена веществ.
Неон (Ne), гелий (He), метан (CH₄), криптон (Kr) и другие редкие газы — в крайне малых количествах.
Водяной пар (H₂O) — концентрация может варьироваться в зависимости от температуры и влажности окружающего воздуха, но в среднем составляет около 0,5-4%. Влажность воздуха может изменяться в зависимости от климата и погоды, но в любом случае вдыхаемый воздух всегда будет содержать некоторое количество водяного пара.
2. Выдыхаемый воздух
После того как воздух проходит через легкие, происходит газообмен. Кислород из вдыхаемого воздуха переносится в кровь, а углекислый газ, образующийся в процессе клеточного дыхания, переносится из крови в легкие и выдыхается. Состав выдыхаемого воздуха отличается от вдыхаемого, так как в нем содержится больше углекислого газа и водяного пара, а кислорода меньше.
Основные компоненты выдыхаемого воздуха:
Азот (N₂) — около 78%: Его содержание остаётся неизменным, поскольку он не участвует в биохимических процессах организма.
Кислород (O₂) — около 16%: Когда мы вдыхаем воздух, организму требуется только часть кислорода. В выдыхаемом воздухе его концентрация понижается, так как значительная часть кислорода используется в клетках для окисления органических молекул с целью получения энергии. Оставшаяся часть кислорода выводится обратно в атмосферу.
Углекислый газ (CO₂) — около 4-5%: В процессе дыхания углекислый газ, образующийся в клетках организма, транспортируется в кровь, затем поступает в легкие и выводится с выдыхаемым воздухом. Это основной компонент, который повышается в выдыхаемом воздухе по сравнению с вдыхаемым.
Водяной пар (H₂O) — около 4-6%: В легких происходит конденсация водяного пара, так как воздух в организме нагревается до температуры тела (около 37°C). В результате воздух, который мы выдыхаем, всегда содержит значительное количество влаги, особенно если вы находитесь в условиях высокой температуры и влажности.
Аргон (Ar) и другие инертные газы — их концентрация остаётся примерно на уровне вдыхаемого воздуха.
3. Примечания по изменениям состава
Влажность: Как уже упоминалось, при дыхании воздух увлажняется в дыхательных путях. Концентрация водяного пара в выдыхаемом воздухе зависит от уровня влажности окружающей среды, температуры и состояния дыхательных путей. В сухом воздухе вдыхание приводит к значительному увлажнению воздуха в организме, особенно если воздух очень холодный или сухой.
Загрязняющие вещества: В выдыхаемом воздухе могут присутствовать и различные загрязняющие вещества, такие как частички пыли, микробы, вирусы, а также химические соединения (например, при курении или при воздействии загрязнённого воздуха).
Окислы азота: В выдыхаемом воздухе могут быть следы окислов азота, особенно у людей, находящихся в загрязнённых районах или курящих. Азотные соединения могут быть продуктами побочных процессов при сгорании.
Итог:
Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха отличается главным образом концентрациями кислорода и углекислого газа. Вдыхаемый воздух содержит больше кислорода и меньше углекислого газа, тогда как в выдыхаемом воздухе содержание кислорода уменьшается, а углекислого газа увеличивается. Также выдыхаемый воздух содержит больше водяного пара из-за увлажнения воздуха в дыхательных путях.
