Влияние высоты на организм человека: почему в горах тяжело дышать?

Почему в горах тяжело дышать?​

В горах с увеличением высоты атмосферное давление падает‚ а вместе с ним снижается и парциальное давление кислорода. Это означает‚ что на большой высоте‚ несмотря на то‚ что содержание кислорода в воздухе остаётся неизменным (21%)‚ расстояние между молекулами кислорода увеличивается.​ Такая разреженность воздуха затрудняет поступление кислорода в организм человека‚ что приводит к кислородному голоданию ⸺ гипоксии.​ Организм человека реагирует на эти изменения учащением дыхания и сердцебиения‚ чтобы компенсировать недостаток кислорода в тканях и органах.​

Атмосферное давление и парциальное давление кислорода

Чтобы понять‚ почему в горах тяжело дышать‚ важно разобратся в понятиях атмосферного и парциального давления‚ а также их влиянии на организм человека.​

Атмосферное давление – это сила‚ с которой столб воздуха давит на земную поверхность.​ Оно создаётся гравитационным притяжением воздуха к Земле.​ Чем выше мы поднимаемся над уровнем моря‚ тем меньше столб воздуха над нами‚ и‚ соответственно‚ тем ниже атмосферное давление.​

Парциальное давление – это давление‚ которое оказывал бы отдельный газ в газовой смеси‚ если бы он один занимал весь объём‚ занимаемый смесью‚ при той же температуре.​ Например‚ воздух‚ которым мы дышим‚ представляет собой смесь газов‚ в основном азота (78%) и кислорода (21%).​ Парциальное давление кислорода – это давление‚ которое оказывал бы только кислород‚ если бы он занимал весь объём воздуха.​

Связь между атмосферным и парциальным давлением кислорода прямая⁚ с уменьшением атмосферного давления пропорционально уменьшается и парциальное давление кислорода.​ Именно парциальное давление кислорода определяет‚ насколько эффективно кислород поступает из лёгких в кровь.​

В горах‚ где атмосферное давление ниже‚ парциальное давление кислорода также снижается.​ Это затрудняет поступление кислорода в кровь‚ что приводит к гипоксии – кислородному голоданию тканей и органов.​

Изменение парциального давления кислорода с высотой

С увеличением высоты над уровнем моря атмосферное давление падает‚ а вместе с ним снижается и парциальное давление кислорода.​ Это происходит потому‚ что воздух становится более разреженным⁚ расстояние между молекулами газов‚ в т.​ч; кислорода‚ увеличивается.​

На уровне моря атмосферное давление составляет около 760 мм рт. ст.​‚ а парциальное давление кислорода – около 160 мм рт.​ ст.​ (21% от атмосферного).​ С каждым километром подъёма атмосферное давление снижается примерно на 100 мм рт.​ ст.​‚ соответственно‚ парциальное давление кислорода также падает.​

Вот примерные значения парциального давления кислорода на разных высотах⁚

• 0 метров (уровень моря)⁚ 160 мм рт.​ ст.​
• 1000 метров⁚ 131 мм рт.​ ст.​
• 2000 метров⁚ 108 мм рт.​ ст.
• 3000 метров⁚ 90 мм рт. ст.​
• 4000 метров⁚ 76 мм рт. ст.​

Как видно из приведённых данных‚ уже на высоте 2000 метров парциальное давление кислорода снижается почти на треть по сравнению с уровнем моря.​ Это оказывает существенное влияние на организм человека‚ вызывая кислородное голодание.​

Именно поэтому в горах‚ особенно на больших высотах‚ людям становится трудно дышать⁚ организм вынужден прилагать больше усилий‚ чтобы получить необходимое количество кислорода из разреженного воздуха.​

Влияние сниженного парциального давления кислорода на организм

Снижение парциального давления кислорода в воздухе‚ происходящее с набором высоты‚ оказывает значительное влияние на организм человека. Это связано с тем‚ что кислород необходим для всех жизненно важных процессов‚ протекающих в клетках и тканях.

При недостатке кислорода организм начинает испытывать гипоксию – кислородное голодание.​ В первую очередь это сказывается на работе головного мозга и сердечно-сосудистой системы.​

На начальных этапах гипоксии (на высоте 2000-3000 метров) могут наблюдаться следующие симптомы⁚

• учащенное дыхание и сердцебиение;
• головная боль и головокружение;
• слабость и быстрая утомляемость;
• тошнота и рвота;
• нарушение координации движений;
• сонливость или‚ наоборот‚ бессонница.​

При дальнейшем наборе высоты и более выраженном снижении парциального давления кислорода симптомы гипоксии усиливаются.​ Могут возникнуть⁚

• нарушение сознания;
• одышка в покое;
• цианоз (посинение кожи и слизистых оболочек);
• лёгочный отёк;
• мозговой отёк;
• кома.

Тяжёлая гипоксия может привести к летальному исходу.

Состав воздуха

Воздух‚ которым мы дышим‚ представляет собой смесь различных газов.​ Основными компонентами воздуха являются⁚

• азот (N₂) — около 78%;
• кислород (O₂), около 21%;
• аргон (Ar) — около 1%.​

Также в воздухе присутствуют в небольших количествах углекислый газ (CO₂)‚ неон (Ne)‚ гелий (He)‚ метан (CH₄)‚ криптон (Kr)‚ водород (H₂)‚ ксенон (Xe) и другие газы‚ а также водяной пар.​

Основные компоненты воздуха

Атмосферный воздух представляет собой смесь газов‚ каждый из которых играет определенную роль в жизни нашей планеты.​ Рассмотрим основные компоненты воздуха и их значение⁚

Азот (N₂)

Азот является наиболее распространенным газом в атмосфере‚ составляя около 78% её объёма. Несмотря на то‚ что азот не участвует напрямую в процессе дыхания человека‚ он играет важную роль в природе⁚

• является необходимым элементом для роста и развития растений;
• входит в состав белков‚ нуклеиновых кислот и других органических соединений;
• регулирует процессы горения и окисления в атмосфере.​

Кислород (O₂)

Кислород – второй по распространенности газ в атмосфере (около 21%)‚ имеющий жизненно важное значение для большинства организмов‚ включая человека.​ Он участвует в процессе дыхания‚ обеспечивая клетки организма энергией.​

Аргон (Ar)

Аргон – третий по распространенности газ в атмосфере (около 0‚93%).​ Он относится к инертным газам‚ то есть не вступает в химические реакции с другими веществами.​ Аргон используется в различных областях‚ например‚ в качестве защитной среды при сварке‚ в производстве ламп накаливания и в медицине.​

Помимо основных компонентов‚ в воздухе присутствуют и другие газы в значительно меньших количествах‚ такие как углекислый газ‚ неон‚ гелий‚ метан и другие.​ Несмотря на их низкую концентрацию‚ эти газы также играют важную роль в атмосферных процессах и влияют на климат Земли.​

Изменение состава воздуха с высотой

Распространено мнение‚ что с высотой меняется процентное содержание кислорода в воздухе‚ из-за чего в горах и становится тяжело дышать.​ Однако это не совсем так.​

Процентное соотношение основных газов в воздухе (азота‚ кислорода и аргона) остаётся практически неизменным до высоты около 100 км.​ Это означает‚ что даже на вершине Эвереста (8848 м) содержание кислорода в воздухе составляет те же 21%‚ что и на уровне моря.​

Тогда почему же в горах всё-таки трудно дышать?​

Дело в том‚ что с высотой снижается не процентное содержание кислорода‚ а его парциальное давление. Это связано с тем‚ что атмосферное давление с высотой падает‚ а значит‚ падает и давление каждого из компонентов воздуха‚ в т.​ч.​ и кислорода.​

Таким образом‚ хотя процентное содержание кислорода в воздухе остаёться практически неизменным с высотой‚ количество молекул кислорода в единице объёма воздуха уменьшается.​ Это приводит к тому‚ что организму становится сложнее получать необходимое количество кислорода для нормального функционирования‚ что и вызывает затруднение дыхания‚ головную боль‚ слабость и другие симптомы горной болезни.​