Хората се приспособяват към живота на Земята поне от 200 000 години. Земята и нейната атмосфера са ни осигурили въздух за дишане, вода за пиене и храна за ядене, но това не са единствените изисквания за оцеляване. Въпреки че може би рядко се замисляте за това, вие също не можете да живеете извън определен диапазон на температурата и налягането, които повърхността на нашата планета и нейната атмосфера осигуряват. В следващите раздели са разгледани тези четири изисквания за живот.
Кислород
Атмосферният въздух съдържа само около 20-21% кислород, но този кислород е ключов компонент на химичните реакции, които поддържат организма жив, включително реакциите, при които се произвежда АТФ. Мозъчните клетки са особено чувствителни към липсата на кислород поради изискването им за високо и постоянно производство на АТФ. Мозъчните увреждания са вероятни в рамките на пет минути без кислород, а смъртта е вероятна в рамките на десет минути.
Хранителни вещества
Хранителните съставки са вещества в храните и напитките, които са от съществено значение за оцеляването на човека. Трите основни класа хранителни вещества са вода, енергийни и изграждащи организма хранителни вещества и микроелементи (витамини и минерали).
Най-важният хранителен елемент е водата. В зависимост от температурата на околната среда и здравословното ни състояние може да сме в състояние да оцелеем само няколко дни без вода. Функционалните химикали на организма се разтварят и пренасят във вода, а химичните реакции на живота се извършват във вода. Освен това водата е най-големият компонент на клетките, кръвта и течността между клетките, а водата съставлява около 70 % от телесната маса на възрастен човек. Водата също така помага за регулирането на вътрешната ни температура и омекотява, предпазва и смазва ставите и много други структури на тялото.
Хранителните вещества, които дават енергия, са предимно въглехидрати и липиди, докато протеините доставят основно аминокиселини, които са градивните елементи на самото тяло. Поемате ги в растителни и животински храни и напитки, а храносмилателната система ги разгражда на молекули, достатъчно малки, за да бъдат усвоени. След това продуктите от разграждането на въглехидратите и липидите могат да се използват в метаболитните процеси, които ги превръщат в АТФ. Въпреки че може да се почувствате като гладни, след като пропуснете едно хранене, можете да оцелеете, без да консумирате енергийните хранителни вещества поне няколко седмици.
Водата и енергоемките хранителни вещества се наричат още макронутриенти, защото организмът се нуждае от тях в големи количества. За разлика от тях микроелементите са витамини и минерали. Тези елементи и съединения участват в много важни химични реакции и процеси, като например нервните импулси, а някои от тях, като калция, допринасят и за структурата на тялото. Тялото ви може да съхранява някои от микроелементите в тъканите си и да използва тези резерви, ако не ги консумирате в храната си в продължение на няколко дни или седмици. Някои други микроелементи, като витамин С и повечето витамини от група В, са водоразтворими и не могат да се съхраняват, така че трябва да ги приемате редовно.
Тесен температурен диапазон
Вероятно сте виждали новини за спортисти, починали от топлинен удар, или туристи, починали от излагане на студ. Подобни смъртни случаи се случват, защото химичните реакции, от които зависи тялото, могат да се осъществяват само в тесен диапазон на телесната температура – от малко под до малко над 37°C (98,6°F). Когато телесната температура се повиши значително над или падне значително под нормалната, някои протеини (ензими), които улесняват химичните реакции, губят нормалната си структура и способността си да функционират и химичните реакции на метаболизма не могат да протичат.
Въпреки това организмът може да реагира ефективно на краткосрочно излагане на топлина или студ .Една от реакциите на организма към топлината, разбира се, е изпотяването Когато потта се изпарява от кожата, тя премахва част от топлинната енергия от тялото, като го охлажда. За производството на пот е необходимо достатъчно количество вода (от извънклетъчната течност в тялото), така че адекватният прием на течности е от съществено значение за балансиране на загубите по време на реакцията на пот. Не е изненадващо, че реакцията на потта е много по-малко ефективна във влажна среда, тъй като въздухът вече е наситен с вода. По този начин потта по повърхността на кожата не може да се изпари и вътрешната телесна температура може да стане опасно висока.
Организмът може да реагира ефективно и на краткотрайно излагане на студ. Една от реакциите на студа е треперенето, което представлява случайно движение на мускулите, при което се генерира топлина. Друг отговор е повишеното разграждане на натрупаната енергия, за да се генерира топлина. Когато обаче този енергиен резерв се изчерпи и температурата на тялото започне да спада значително, червените кръвни клетки губят способността си да отдават кислород, лишавайки мозъка от този критичен компонент на производството на АТФ. Тази липса на кислород може да доведе до объркване, летаргия и в крайна сметка до загуба на съзнание и смърт. Организмът реагира на студа, като намалява кръвообращението в крайниците, ръцете и краката, за да предотврати охлаждането на кръвта там и за да може ядрото на тялото да остане топло. Дори когато температурата на тялото остава стабилна обаче, тъканите, изложени на силен студ, особено пръстите на ръцете и краката, могат да развият измръзване, когато притокът на кръв към крайниците е силно намален. Тази форма на увреждане на тъканите може да бъде трайна и да доведе до гангрена, което налага ампутация на засегнатия участък.
Контролирана хипотермия
Както научихте, тялото непрекъснато участва в координирани физиологични процеси, за да поддържа стабилна температура. В някои случаи обаче преодоляването на тази система може да бъде полезно или дори животоспасяващо. Хипотермията е клиничен термин за необичайно ниска телесна температура (hypo- = „под“). Контролираната хипотермия е клинично предизвикана хипотермия, извършвана с цел да се намали скоростта на метаболизма на даден орган или на цялото тяло на човека.
Контролираната хипотермия често се използва например по време на операция на отворено сърце, тъй като намалява метаболитните нужди на мозъка, сърцето и други органи, намалявайки риска от увреждането им. Когато контролираната хипотермия се използва клинично, на пациента се дават лекарства, които предотвратяват треперенето. След това тялото се охлажда до 25-32°С (79-89°F). Сърцето се спира и външна сърдечно-белодробна помпа поддържа кръвообращението в тялото на пациента. Сърцето се охлажда допълнително и се поддържа при температура под 15°C за времето на операцията. Тази много ниска температура помага на сърдечния мускул да понесе липсата на кръвоснабдяване по време на операцията.
Някои лекари от спешните отделения използват контролирана хипотермия, за да намалят увреждането на сърцето при пациенти, които са претърпели сърдечен арест. В спешното отделение лекарят предизвиква кома и понижава телесната температура на пациента до приблизително 91 градуса. Това състояние, което се поддържа в продължение на 24 часа, забавя метаболизма на пациента. Тъй като органите на пациента се нуждаят от по-малко кръв, за да функционират, работното натоварване на сърцето се намалява.
Тесен диапазон на атмосферно налягане
Налягането е сила, упражнявана от вещество, което е в контакт с друго вещество. Атмосферното налягане е налягането, упражнявано от сместа от газове (предимно азот и кислород) в земната атмосфера. Въпреки че може да не го усещате, атмосферното налягане постоянно оказва натиск върху тялото ви. Това налягане поддържа разтворени газовете в тялото ви, като например газообразния азот в телесните течности. Ако внезапно бъдете изхвърлени от космически кораб над земната атмосфера, ще преминете от ситуация на нормално налягане към ситуация на много ниско налягане. Налягането на газообразния азот в кръвта ви би било много по-високо от налягането на азота в пространството около тялото ви. В резултат на това азотният газ в кръвта ви би се разширил, образувайки мехурчета, които биха могли да блокират кръвоносните съдове и дори да доведат до разпадане на клетките.
Атмосферното налягане не само поддържа разтворени газовете в кръвта. Способността ви да дишате, т.е. да поемате кислород и да отделяте въглероден диоксид, също зависи от точното атмосферно налягане. Височинната болест се появява отчасти поради това, че атмосферата на голяма надморска височина оказва по-малко налягане, което намалява обмена на тези газове и причинява задух, объркване, главоболие, летаргия и гадене. Алпинистите носят със себе си кислород, за да намалят последиците както от ниските нива на кислород, така и от ниското барометрично налягане на голяма надморска височина
Хомеостатичен дисбаланс
Декомпресионна болест
Декомпресионната болест е състояние, при което газовете, разтворени в кръвта или в други телесни тъкани, вече не се разтварят след намаляване на налягането върху тялото. Това състояние засяга подводничари, които излизат на повърхността от дълбоко гмуркане твърде бързо, и може да засегне пилоти, летящи на голяма височина в самолети с кабини без налягане. Водолазите често наричат това състояние „сгъване“, което е препратка към болките в ставите, които са симптом на DCS (Декомпресионната болест).
Във всички случаи ДКБ се предизвиква от понижаване на барометричното налягане. На голяма надморска височина барометричното налягане е много по-ниско, отколкото на повърхността на Земята, тъй като налягането се създава от тежестта на въздушния стълб над тялото, който притиска тялото. Много голямото налягане върху водолазите в дълбоките води също е резултат от тежестта на водния стълб, който притиска тялото. При водолазите DCS се проявява при нормално барометрично налягане (на морското равнище), но се предизвиква от сравнително бързото намаляване на налягането, когато водолазите се издигат от условията на високо налягане в дълбоките води до сегашното ниско в сравнение с него налягане на морското равнище. Не е изненадващо, че гмуркането в дълбоки планински езера, където барометричното налягане на повърхността на езерото е по-ниско от това на морското равнище, е по-вероятно да доведе до DCS, отколкото гмуркането във вода на морското равнище.
При DCS разтворените в кръвта газове (предимно азот) бързо излизат от разтвора, като образуват мехурчета в кръвта и в други телесни тъкани. Това се случва, тъй като когато налягането на газ над течност намалява, количеството газ, което може да остане разтворено в течността, също намалява. Въздушното налягане е това, което поддържа нормалните кръвни газове разтворени в кръвта. Когато налягането се намали, остава разтворен по-малко газ. Виждали сте това, когато отворите газирана напитка. Премахването на уплътнението на бутилката намалява налягането на газа над течността. Това от своя страна предизвиква образуването на мехурчета, тъй като разтворените газове (в случая въглероден диоксид) излизат от разтвора в течността.
Най-честите симптоми на ДХС са болки в ставите, като в 10 до 15 % от случаите се появяват главоболие и нарушения в зрението. Ако не се лекува, много тежката форма на DCS може да доведе до смърт. Незабавното лечение е с чист кислород. След това засегнатото лице се премества в хипербарна камера. Хипербарната камера е подсилена затворена камера, в която налягането е по-високо от атмосферното. Тя лекува DCS чрез понижаване на налягането в тялото, така че налягането да може да бъде премахнато много по-постепенно. Тъй като хипербарната камера вкарва кислород в тялото при високо налягане, тя увеличава концентрацията на кислород в кръвта. Това води до заместване на част от азота в кръвта с кислород, който по-лесно се понася извън разтвора.
Динамичното налягане на телесните течности също е важно за оцеляването на човека. Например кръвното налягане, което представлява налягането, упражнявано от кръвта по време на движението ѝ в кръвоносните съдове, трябва да бъде достатъчно високо, за да може кръвта да достигне до всички тъкани на тялото, и същевременно достатъчно ниско, за да може деликатните кръвоносни съдове да издържат на триенето и силата на пулсиращия поток от кръв под налягане.
Access for free at https://openstax.org/books/anatomy-and-physiology-2e/pages/1-introduction