Объем воздуха для хорошего самочувствия. Про реальный воздухообмен в коттедже
Только при очень сильной физической нагрузке мы способны увеличить вдыхаемый (выдыхаемый) объем воздуха в четыре раза (т. е. до 2/3 от трех литров), таким образом, получается две третьих обычного объема легких (2 л - жизненная емкость легких - ЖЕЛ). Точно так же при сильном выдохе человек может к половине литра выдохнуть еще дополнительных 1,5 л - резервный объем . Максимальный объем или общая емкость легких может превышать 3 л. У кого-то она достигает 5 и более литров (например, тренированные спортсмены, атлеты и т. д.).
Минутный и суточный объем с учетом разных физических состояний организма
В среднем лежа в полном покое люди вдыхают и выдыхают каждую минуту 5 л воздуха (0,3 м3/ч); при стоячем положении - 7 литров, во время ходьбы - 10 л, при простой работе - 25, при тяжелых нагрузках - 40 литров, а при наивысшем напряжении, например, во время спортивных соревнований - 60 литров и больше (3,6 м3/ч). Для справки, в одном м3 - 1000 л.Так сколько же воздуха вдыхает и выдыхает человек в день? В среднем мы пропускаем через свои легкие 15 - 20 кубических метров воздуха за сутки, а в год - приблизительно 6,000 куб. метров. За самую долгую жизнь человек не в состоянии использовать вдыхаемый воздух объемом и в половину кубического километра.
Частота дыхания детей и взрослых
Обычно частота дыхания у сформированного организма составляет 12 раз в минуту, у ребенка раза в два выше.Таблица 1 . Зависимость частоты дыхания, дыхательного объема (абсолютного и на 1 кг массы тела) от возраста по Н. А. Шалкову.
6 – 60 литров в минуту
Чтобы определить, сколько воздуха потребляет человек, используют понятие легочная вентиляция. Она определяет, какое количество воздуха проходит через легкие за одну минуту. На такую величину влияет ряд факторов:
- Физические нагрузки
- Состояние организма
- Наличие болезней
Поскольку человек за сутки пребывает в состоянии спокойствия и в движении, то количество нужного ему воздуха будет каждый день разным. Есть средние показатели, согласно которым легочная вентиляция:
- При спокойствии, отсутствии каких-либо стрессов и физических нагрузок она будет 6 литров в минуту.
- Если изменить состояние, то изменится и результат. При легком физическом усилии, небольшой нагрузке (ходьба, приседания) – 20.
- В случае когда вы проделаете более тяжелую работу (упражнения с весом, вскапывание земли, колка дров), то результат увеличится и будет около 60 литров на минуту.
Воздухообмен в помещениях
При проектировании вентиляционных систем используют ряд рекомендаций. Так, средний объем легких у взрослого человека 4,5 л (0,0045 м3). В секунду производится один вдох. Исходя из этих данных, исследователи вывели норму потребления свежего воздуха. Для взрослого это 30 м3 на час, а ребенку достаточно двадцати.
В нормативных документах установлено, что на квадратный метр жилой площади нужно 3 м3 воздуха. Это усредненный показатель, ведь никто не сможет заранее сказать, сколько людей одновременно будут находиться в том или ином помещении.
Также следует заметить, что кроме подачи свежего воздуха, должна быть и система вывода углекислого газа. Она не одинакова для разных комнат. Так, на кухне она должна проводиться чаще. Такой процесс измеряется кратностью. Так в кухне она равна трем, а в жилых помещениях – 0,5-1. Также, есть таблицы норм, где указано, что норма потребления воздуха в кинотеатрах, где курение запрещено должна быть 40 м3 на человека, а в кафе и ресторанах, где можно курить – 60 кубических метров.
Главный компонент, который мы извлекаем из воздуха – это кислород.
- во время сна человеку нужно 15-20;
- если просто лежать – 20 – 25;
- для ходьбы — 30-40 л;
- при беге 120-150 л.
По сравнению с другими организмами, именно растущий и организм человека, работающего много физически, требуют намного большее количество кислорода. Интересная статистика: за один час человеком потребляется 15-20 литров кислорода; во время бодрствования, но когда человек просто лежит, количество поглощаемого кислорода возрастает на 30-35%; у спокойно идущего человека потребляется на 100% больше кислорода; спокойная и легкая работа приводит к увеличению поглощения человеком кислорода на 200%; тяжелая физическая работа требует значительного увеличения поглощаемого кислорода - от 600% и более (в зависимости от интенсивности работы).
Емкость легких человека
На емкость оказывает значительное влияние и активность его дыхательных процессов. Емкость легких у спортсменов превышает норму на 1-1,5 литра, а емкость легких у профессиональных пловцов может достигать и 6 литров. Соответственно, увеличение емкости легких уменьшает частоту дыхания и увеличивает глубину вдоха.У обычного человека (не спортсмена) частота дыхания составляет 14-18 вдохов, а у спортсмена - 6–10 в минуту. На протяжении одного полного цикла дыхания человеком вдыхается 400 - 600 кубических сантиметров воздуха, при этом соответственно им поглощается 16-24 сантиметров кубических кислорода и выделяется 14-21 сантиметров кубического углекислого газа.
Рабочий, который занимается тяжелым физическим трудом, при условии, что высокая интенсивность труда, за одну минуту поглощает около 500 кубических сантиметров кислорода. Однако этот же самый рабочий в спокойном состоянии, в стоячем положении за одну минуту поглощает не больше 300 кубических сантиметров кислорода.
Из всего сказанного можно сделать выводы, что на потребность человека в кислороде напрямую влияют такие факторы, как возраст, его образ жизни и интенсивность труда. И даже наличие непродолжительного недостатка кислорода пагубно влияет на жизнедеятельность человеческого организма.
..сколько литров воздуха нужно человеку в день?
Количество воздуха, перекачиваемое человеческими легкими за одну минуту в технике (и не только в ней) называется легочной вентиляцией. Эта величина меняется в довольно широких пределах. Она зависит как от физических и физиологических свойств конкретного индивидуума, так и от вида его деятельность. Обычно при рассчетах систем жизнеобеспечения принимают, что в состоянии покоя легочная вентиляция равна 6 л/мин, при легкой физической нагрузке - ок. 20 л/мин, а при тяжелой работе - 60 и более л/мин.
Так что, если я правильно понял Ваш вопрос, то через легкие человека за сутки будут перекачаны 8,6-16,0 куб.м воздуха (если на нем не пахали).
Если же человек сидит в невентилируемом помещении, то это совсем другая задачка, тоже легко решаемая. В стандартном виде формула пребывания людей в замкнутой камере без вентиляции обычно определяет время, которое они могут там просидеть, и имеет следующий вид:
T=[(V-0,08*n)*(Kд-K)]:M*n (эх, неудобно формулы в почте писать). Здесь Т - допустимое время пребывания в камере, час., V - объем камеры, л, n - число людей в камере, Кд - допустимая концентрация углекислого газа, л/л, К - начальная концентрация углекислого газа перед закрытием камеры, л/л, М - среднее выделение углекислого газа одним человеком в камере, л/час. Так как перед нами стоит другая задача - определить необходимый объем камеры при известном времени нахождения в ней, мы эту формулу преобразуем и получим:
V=(T*M+0,08Кд-0,08K):(Кд-К)
Дальше подставляем параметры.
Вы написали, что необходимое время - одни сутки, значит Т=24; Выделение углекислого газа, если человек сидит там сутки и не занимается подготовкой к боксерскому поединку за звание чемпиона мира, думаю, можно принять среднесуточным, то есть 30л/час (если больше - подставьте нужное; меньше вряд ли). Кд, то есть допустимая концентрация углекислого газа. Здесь большое поле для фантазии. Кто сидит - молодые здоровые лбы или люди болезненные и хилые? Дети? Старики? В общем, если режим щадящий, то эту величину никак нельзя делать больше 0,5%, а если молодые здоровяки, которые возможную легкую головную боль перенесут шутя, то ничего страшного и при 1% за сутки не случится. Да, кстати, Вы пишите о гипоксии, так это именно нехватка кислорода, кислородное голодание. Мы же расчет ведем по углекислому газу, так что возможное неприятное состояние будет называться гиперкопния, то есть избыток СО2.
Так вот, Кд принимаем в пределах 0,005-0,01, то есть - от полупроцента до процента. Ну, а К известно, если воздух не загазован, то это 0,03%, то есть 0,0003.
Если подставим и округлим, то в итоге получим необходимый объем камеры для одного человека от 72000 до 144000 литров, или от 72 до 144 кубометров. Разница, естественно, получается из-за того, что допустимую концентрацию мы считали в пределах 0,5-1%. В объеме 72 куба за сутки один организм надышит примерно до процента, в 144 - до полупроцента.
Вообще же хочу сказать, что такие эксперименты лучше все же проводить, имея в камере газоанализаторы на кислород и углекислый газ. Если приборы достать сложно, можно хотя бы купить стеклянные трубочки для экспресс-анализа и делать его через каждый час. Дело в том, что иногда попадаются отдельные идивидуумы, жрущие кислород (и, соответственно, выделяющие углекислоту) в очень больших количествах. У нас, например, есть один такой (я работаю на подводных аппаратах "Мир"), у него газообмен примерно в два раза выше, чем у нормальных людей. Далее - в этом объеме категорически нельзя курить, и если будете сажать курильщика, лучше ему за сутки воздержаться от курения, иначе окись углерода надышит, а это похуже, чем СО2. Ну и лучше всего, конечно, организовать в замкнутом объеме какую-нибудь простенькую системку жизнеобеспечения. Тогда хоть в трех кубометрах неделю сиди - было бы что пить-есть.
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.
