Занимательная химия для детей и взрослых

Воздух попадает в организм через легкие. Поэтому самое время поговорить о дыхании. Легкие человека вмещают в среднем около 5 л воздуха. Но в состоянии покоя человек использует только малую часть этого объема, вдыхая и выдыхая примерно 450 мл воздуха (так называемый дыхательный объем). Из этого объема в легкие при вдохе попадает лишь около 300 мл, а остальные 150 мл остаются в воздухоносных путях (трахее, бронхах, носоглотке) и в газообмене не участвуют. Но даже из поступившего в легкие кислорода организм использует для своих нужд только пятую часть, остальной кислород выделяется назад при выдохе. Действительно, если во вдыхаемом воздухе объемное содержание кислорода составляет 21 %, то в выдыхаемом, как показали несложные измерения, – 16,4 %, т. е. его содержание снижается примерно на 20 %. Значит, чтобы сжечь 1 г жира кислородом, через легкие должно пройти уже не 8,5 л воздуха, а в пять раз больше – 42,5 л.

Теперь последите за своим дыханием: в спокойном состоянии вы делаете в минуту примерно 15 вдохов. Насколько же надо увеличить частоту дыхания (при той же его глубине), чтобы, ничего больше не делая, похудеть за месяц на 5 кг? При этом каждую минуту необходимо терять в среднем 0,1 г жира. А для этого потребуется дополнительно вдыхать за ту же минуту 4,2 л воздуха, т. е. делать много дополнительных вдохов. Поскольку во время сна частота дыхания не зависит от воли человека, днем придется дышать еще быстрее! Попробуйте подышать вдвое чаще пару минут, и вам станет понятно, почему никакие таблетки не помогут человеку сжечь жир, если он ведет малоподвижный образ жизни и при этом не меняет своих гастрономических привязанностей. И не следует забывать, что приведена довольно фантастическая ситуация получения энергии только за счет жировых запасов. На самом деле сжигание жира будет идти еще более медленными темпами.

До сих пор речь шла о дыхании в спокойном состоянии. При физической нагрузке частота и глубина дыхания возрастают, и довольно сильно; максимальная вентиляция легких при физической нагрузке может достигать 100–150 л в минуту и более. Соответственно значительно увеличивается и расход энергии. Кстати, усиление легочной вентиляции непроизвольно происходит и на больших высотах, где давление понижено; например, на высоте 5,5 км в литре воздуха содержится вдвое меньше кислорода, чем на уровне моря. При большой частоте дыхания усиливается и вывод из лёгких углекислого газа, ведь в выдыхаемом воздухе его содержится в десятки раз больше, чем в атмосферном. Потеря организмом углекислоты приводит к неприятному явлению – понижению кислотности крови (алколозу).

Усиленное превращение «жир – энергия» требует не только больших количеств кислорода. Теплота, выделившаяся при сгорании жира, должна тем или иным путем покинуть тело человека, чтобы он не перегрелся. Нетрудно подсчитать, что при принятой скорости окисления жира (0,1 г/мин) выделяемая мощность равна примерно 70 Вт, столько же, как и при основном обмене. При этом вся дополнительная тепловая энергия при отсутствии интенсивной работы должна рассеяться в окружающем пространстве. Скорость теплоотвода от тела человека в воздух q пропорциональна разности между температурами тела и воздуха: q = = k(T_т – T_в) = k(36,6 – 20) = 16,6k (при комнатной температуре 20 °С). Коэффициент k зависит от теплоизоляции человека, т. е. от одежды; будем считать его постоянным и попробуем оценить. В случае основного обмена (при q = 70 Вт) в предположении, что в рассеиваемую теплоту переходит 50 % вырабатываемой в организме энергии, т. е. 35 Вт, имеем: 35 = 16,6k, откуда k ~ 2,1. Теперь нам надо рассеять дополнительно еще 70 Вт, а всего – 35 + 70 = = 105 Вт. Из уравнения 105 = 2,1(Т_т – 20) получаем, что такое возможно при температуре тела Т_т = 70 °С – явный нонсенс! Ведь температура тела должна оставаться постоянной.

Однако кроме теплообмена с окружающим воздухом существуют другие источники отвода тепла – теплый выдыхаемый воздух и испарение воды. Именно испарение воды с поверхности тела работает в жарком климате, когда воздух практически не охлаждает тело (и может даже нагревать его). Для испарения 1 г воды требуется 539 кал (2250 Дж). Поэтому для рассеяния мощности 70 Вт = 70 Дж/с необходимо испарять 70/2250 = 0,03 г воды в секунду, более 100 г в час или примерно 2,6 л в сутки. В нормальном состоянии количество пота у взрослого человека колеблется между 0,7 и 0,9 л в сутки, а при усиленном потоотделении возрастает до 2 л. Значит, для сжигания жира в состоянии «сидя в кресле» надо не только интенсивно и глубоко дышать, но и обильно потеть. И не час-другой, а изо дня в день, из месяца в месяц!