Постепенно жизнедеятельность фотосинтезирующих организмов привела к существенному «усовершенствованию» состава атмосферы – повышению концентрации свободного кислорода до 1 процента и образованию озонового слоя. Этот важнейший рубеж процентного содержания кислорода в воздухе был достигнут где-то 500–600 миллионов лет назад.
Во-первых, теперь озоновый слой уже защищал все живые существа от губительного ультрафиолетового излучения Солнца. До такого момента от этого смертельно опасного космического излучения животных и растения могла спасать только толща воды доисторических морей и океанов. Но теперь живые организмы уже могли безопасно заселить вначале мелководные прибрежные участки морей, а затем и выйти на сушу.
Рис. 4.1. Окисение в 50 раз эффективнее брожения.
Во-вторых при такой концентрации кислорода в клетках живых тканей резко активизировались все важнейшие биохимические процессы. Это позволило многократно ускорить течение всех жизненных процессов в телах древних животных и растений. Именно в период истории развития жизни на Земле, непосредственно последовавший за этапом преодоления однопроцентного содержания кислорода в атмосфере, примеърно 350–450 миллионов лет назад произошел своеобразный «биологический взрыв». Он выразился в разнообразной и быстрой эволюции органического мира, когда до конца палеозойской эры (300 миллионов лет назад) возникли почти все основные видовые ветви растений и животных. Около 400 млн. лет назад концентрация кислорода в атмосфере возросла примерно до половины современного уровня. Интенсивность реакции фотосинтеза в бурно развивающемся растительном царстве земли, захватившем почти всю сушу продолжала возрастать, и примерно 200 млн. лет назад был достигнут современный 21-процентный уровень концентрации кислорода в атмосфере. Но все эти сотни миллионов лет при достаточно высокой концентрации кислорода в атмосфере, в воздухе продолжала оставаться достаточно высокая доля углекислого газа. Так по некоторым расчетам в начале палеозойской эры, в условиях давших толчок к «биологическому взрыву» видообразования содержание углекислого газа было в 15–20 раз больше современного значения.
Но со временем получилось так, что процессы бурного развития жизни на земле привели к падению доли содержания углекислого газа в воздухе. Растения в океане и на суше производили ежегодно примерно по 100–150 млрд. тонн кислорода, который практически полностью расходовался на дыхание животных и окисление продуктов вулканизма, а также на окисление химических составляющих разрушающихся горных пород. Но, поскольку при производстве биомассы растениями интенсивно потребляется углекислый газ, его концентрация в атмосфере стала постепенно убывать. И к тому времени, когда на Земле появился человек, доля углекислого газа в атмосфере снизилась во много раз. В результате интенсивность фотосинтеза заметно уменьшилась, и производство биомассы несколько сократилось. Общая активность биосферы перестала нарастать такими взрывными темпами как прежде. Начался процесс изменения климата в его современном понимании с заметным опустыниванием больших участков равнин. Процесс снижения концентрации углекислого газа в атмосфере продолжался до тех пор, пока активность человека, связанная с использованием запасов углеводорода, накопленного в былые эпохи развития биосферы, не привела к значительным поступлениям углекислоты. Только в XX веке концентрация углекислого газа в атмосфере стала заметно возрастать. Но это, как известно, далеко не самое благое дело ни для человека, ни для нынешнего баланса биосферы в целом. И в настоящее время мы имеем газовый состав атмосферы сильно отличный от прежних пропорций ее существования в древние эпохи бурного развития жизни на Земле.
Надо понимать, что эволюция человека как биологического вида шла по пути модернизации, совершенствования и приспособления к новым задачам развития и к новым условиям существования, через соответствующее видоизменение и реконструкцию возможностей высших управляющих, регулирующих и обеспечивающих систем организма. Шла модернизация преимущественно высших и сложнейших механизмов управления физическим организмом на его высоких уровнях иерархии систем и органов. Клетки же этих органов в своем составе и конструкции остались неизменны и идентичны тем, что работали в телах самых первых многоклеточных организмов около миллиарда лет назад. И надо понимать, что и настройки режимов тонкой внутренней биохимической «механики и динамики» остались на уровне тех же программ, что сформировались многие сотни миллионов, а то и миллиарды лет назад. А газовый состав атмосферы в те далекие времена был совершенно иным, чем сейчас. Поэтому для осмысления того, какой должна быть оптимальная концентрация кислорода и углекислого газа, как в наших клетках, так и в крови, а, следовательно, и сделать вывод – как, и в каком режиме, нам следует дышать, необходимо проанализировать еще несколько параметров.
Человек, находящийся на высоте уровня моря вдыхает воздух, содержащий 21 процент кислорода и 0,03 процента углекислого газа. В выдыхаемом воздухе содержится 16 процентов кислорода и 3,74 процентов углекислого газа. Исходя из поверхностного анализа этих цифр, длительное время делался вывод, что в таком процессе стандартного дыхания организм избавляется от «вредного и ненужного» углекислого газа и в нужной мере усваивает необходимый кислород.
Вместе с тем, в процессе прогресса науки и накопления экспериментального исследовательского материала появились очень интересные данные. Оказалось, что если изготовить дыхательную смесь из чистого кислорода с повышенным содержанием углекислого газа и дать для дыхания тяжелобольному пациенту, то его состояние улучшится в гораздо большей степени, нежели бы он дышал чистым кислородом. Если подобную смесь регулярно давать спортсмену за несколько дней до соревнования, то его результаты станут заметно лучше. Клинический опыт выявил, что добавление углекислого газа в определенных рамках улучшает усвоение кислорода организмом. Оптимальным оказалось содержание углекислоты в объеме около 7.5–8 процентов, при дальнейшем же повышении ее концентрации усвоение кислорода начинало снижаться. В клинической практике ограничено используется кислородно – углекислотная смесь под названием «карбоген» с содержанием этих газов в пропорции 95/5.
В конце концов, современная наука разобралась в функционировании скрытых механизмов работы в нашем организме кислорода и углекислого газа. При отсутствии достаточной концентрации СО2 в крови, О2 излишне прочно связывается с гемоглобином крови и уже не может затем «оторваться» от эритроцитов. Об этом эффекте Вериго – Бора уже говорилось ранее. В этом случае проникновение кислорода в клетки тканей из крови уменьшается в несколько раз. Клетки начинают испытывать значительный кислородный голод при высокой насыщенности крови кислородом.
В этот момент начинает срабатывать защитный эффект суть которого заключается в том, что организм для прекращения кислородного голодания начинает предпринимать интенсивные действия по удержанию углекислого газа в организме, т. к. он необходим клеткам для нормального усвоения кислорода. Для этого осуществляется рефлекторный спазм сосудов, с целью уменьшить кровоток, а соответственно потерю СО2, который кровь уносит к газообменным поверхностями легких и кожи. Такой сосудистый спазм может охватывать весьма обширные зоны человеческого организма. Когда же наоборот, углекислый газ в крови оказывается в избытке, и дальнейшее наращивание его концентрации в крови начинает тормозить активность передачи гемоглобином крови кислорода в клетки, то сосудистые русла резко расширяют свои просветы, чтобы как можно быстрее и больше вынести излишки углекислого газа к газообменным поверхностям кожи и легких и удалить их из организма. Сразу стоит сказать, что на больших задержках дыхания этот процесс резкой активизации кровообращения в капиллярной сети и сосудистых руслах ощущается как резкое нарастание ощущения распирающего жара во всем объеме физического тела.
