Газообмен

Газообме́н

(биологическое)

обмен газов между организмом и внешней средой. Из окружающей среды в организм непрерывно поступает кислород, который потребляется всеми клетками, органами и тканями; из организма выделяются образующийся в нём углекислый газ и незначительное количество др. газообразных продуктов обмена веществ (См. Обмен веществ). Г. необходим почти для всех организмов, без него невозможен нормальный обмен веществ и энергии, а следовательно и сама жизнь.

Кислород, поступающий в ткани, используется для окисления продуктов, образующихся в итоге длинной цепи химических превращений углеводов, жиров и белков. При этом образуются СО₂, вода, азотистые соединения и освобождается энергия, используемая для поддержания температуры тела и выполнения работы. Количество образующегося в организме и в конечном итоге выделяющегося из него СО₂ зависит не только от количества потребляемого О₂, но и от того, что преимущественно окисляется: углеводы, жиры или белки. Отношение удаляемого из организма СО₂ к поглощённому за то же время О₂ называется дыхательным коэффициентом, который равен примерно 0,7 при окислении жиров, 0,8 при окислении белков и 1,0 при окислении углеводов. Количество энергии, освобождающееся на 1 л потребленного О₂ (калорический эквивалент кислорода), равно 20,9 кдж (5 ккал) при окислении углеводов и 19,7 кдж (4,7 ккал) при окислении жиров. Т. о., по потреблению О₂ в единицу времени и по дыхательному коэффициенту можно рассчитать количество освободившейся в организме энергии.

Г. (соответственно и расход энергии) у пойкилотермных животных (См. Пойкилотермные животные) (холоднокровных) понижается с понижением температуры тела. Такая же зависимость обнаружена и у гомойотермных животных (См. Гомойотермные животные) (теплокровных) при выключении терморегуляции (в условиях естественной или искусственной гипотермии (См. Гипотермия)); при повышении температуры тела (при перегреве, различных заболеваниях) Г. увеличивается.

При понижении температуры окружающей среды Г. у теплокровных животных (особенно у мелких) увеличивается в результате увеличения теплопродукции (См. Теплопродукция). Г. увеличивается также после приёма пищи, особенно богатой белками (т. н. специфически-динамическое действие пищи). Наибольших величин Г. достигает при мышечной деятельности. У человека при работе умеренной мощности Г. увеличивается, через 3—6 мин после её начала достигает определённого уровня и затем удерживается в течение всего времени работы на этом уровне. При работе большой мощности Г. непрерывно возрастает; вскоре после достижения максимального для данного человека уровня (максимальная аэробная работа) работу приходится прекращать, т. к. потребность организма в О₂ превышает этот уровень. В первое время после окончания работы сохраняется повышенное потребление О₂, используемого для покрытия кислородного долга, т. е. для окисления продуктов обмена веществ, образовавшихся во время работы. Потребление О₂ может увеличиваться с 200—300 мл/мин в состоянии покоя до 2000—3000 при работе, а у хорошо тренированных спортсменов — до 5000 мл/мин. Соответственно увеличиваются выделение СО₂ и расход энергии; одновременно происходят сдвиги дыхательного коэффициента, связанные с изменениями обмена веществ, кислотно-щелочного равновесия и лёгочной вентиляции.

Расчёт общего суточного расхода энергии у людей разных профессий и образа жизни, основанный на определениях Г., важен для нормирования питания. Исследования изменений Г. при стандартной физической работе применяются в физиологии труда и спорта, в клинике для оценки функционального состояния систем, участвующих в Г.

Сравнительное постоянство Г. при значительных изменениях парциального давления О₂ в окружающей среде, нарушениях работы органов дыхания и т. п. обеспечивается приспособительными (компенсаторными) реакциями систем, участвующих в Г. и регулируемых нервной системой.

Г. у человека и животных принято исследовать в условиях полного покоя, натощак, при комфортной температуре среды (18—22 °С). Количества потребляемого при этом О₂ и освобождающейся энергии характеризуют Основной обмен. Для исследования Г. применяются методы, основанные на принципе открытой либо закрытой системы. В первом случае определяют количество выдыхаемого воздуха и его состав (при помощи химических или физических газоанализаторов), что позволяет вычислять количества потребляемого О₂ и выделяемого СО₂. Во втором случае дыхание происходит в закрытой системе (герметичной камере либо из спирографа, соединённого с дыхательными путями), в которой поглощается выделяемый СО₂, а количество потребленного из системы О₂ определяют либо измерением равного ему количества автоматически поступающего в систему О₂, либо по уменьшению объёма системы (рис.).

Лит.: Гинецинский А. Г., Лебединский А. В., Курс нормальной физиологии, М., 1956; Физиология человека, М., 1966, с. 134—56; Беркович Е. М., Энергетический обмен в норме и патологии, М., 1964 (имеется библ.); Проссер Л., Браун Ф., Сравнительная физиология животных, пер. с англ., М., 1967, с. 186—237.

Л. Л. Шик.

Схема аппарата для исследования газообмена: У — устройство для автоматической подачи кислорода; Б — сосуд с кислородом; К — камера; Х — холодильник; Щ — сосуд со щёлочью для улавливания углекислого газа; Н — насос; CaCl₂ — сосуд с хлористым кальцием для поглощения водяных паров; Т — термометр; М — манометр.