03.05 为什么二氧化碳浓度10% 人就会死,空气中氮气浓度达78% 人也能生存?

古堡王子


二氧化碳和氮气都是无毒气体,但为什么二氧化碳更致命?首先要明白高浓度二氧化碳对人体的致死原理:

CO2是人体代谢的重要产物,可以通过肺泡进行气体交换,且极易溶于血浆当中。而人体内主要是形成碳酸钠与碳酸氢钠的缓冲溶液起到调节血液pH的作用,吸入的二氧化碳可以通过转换成碳酸氢盐与红细胞中的血红蛋白结合,构成血液中二氧化碳的分压。

当大气中二氧化碳分压较高时(10%),容易造成肺泡内二氧化碳分压升高。当肺泡内二氧化碳分压高于血液时,就会终止甚至你想进行气体交换,造成体内二氧化碳的滞留。

实验研究发现,低浓度的二氧化碳分压可以刺激呼吸中枢,使呼吸加深、加快。而高浓度的二氧化碳会抑制和麻痹呼吸中枢。只要正常空气中二氧化碳浓度不超过5%就不会对人体造成损伤。但如果氧浓度低于17%,空气中含4%二氧化碳就能够使人中毒。

要知道,血液中的二氧化碳分压较高时可轻松穿透脑脊液屏障,抑制呼吸、心跳等生命活动,导致呼吸衰弱、心脏骤停(即二氧化碳麻醉)。

不过在现实生活中,纯粹的二氧化碳中毒并不常见,往往是因为由于二氧化碳浓度的升高导致缺氧造成的。比如北方农村地窖中常年储藏蔬菜,蔬菜呼吸作用消耗了氧气并产生大量二氧化碳。当人无防范地进入后,就会发生缺氧现象。

相较于二氧化碳,氮气在空气中分压高得多得多。但是氮气不易溶解于血浆,也就不会与血红蛋白结合,血液中的氮分压很低。氮气在人体重要以游离气体的形式存在,唯一可能造成的疾病只有降压病气体栓塞。


环球科学大观


第一,二氧化碳通过肺泡气体交换,极易溶于血浆,而人体携带二氧化碳主要是通过与缓冲体系成碳酸氢盐与红细胞中的血红蛋白结合,二者构成所谓血二氧化碳分压PCO2来源。

第二,高大气二氧化碳分压,造成肺泡高二氧化碳分压,抑制肺泡及组织气体交换,进而造成静脉和动脉血高二氧化碳分压,体内二氧化碳潴留,高分压的二氧化碳可穿透脑脊液屏障,抑制延髓呼吸心跳中枢,心脏及呼吸骤停,临床死亡,构成所谓二氧化碳麻醉。
氮气不易溶于血浆,不溶于血红蛋白,无氮分压,氮气在人体以游离气体存在,唯一可能造成降压病气体栓塞。


东东咚咚懂


空气中二氧化碳CO2浓度仅为10%就可致死其实和我们常说的“笑死人了”这句话道理刚好相反。笑真的能把人笑死吗? 很少见,但却是可能的! 持续大笑也可以让人中毒!

原理很简单,就是我们都知道的气体总要从压力高处向压力低处扩散。正常情况下,流经肺部的静脉血中溶解的CO2分压在41--51mmHg之间,而肺泡内的空气中CO2分压仅为36mmHg,体外空气更是仅有0.3mmHg的CO2分压。所以正常情况下,静脉血流经肺部时,CO2从高分压静脉血中向低分压的空气中扩散。人体通过控制通气量的多少来把握将体内多少CO2排放出去。

当空气中CO2浓度很高时,肺泡CO2分压就会高于静脉血CO2分压,导致CO2逆向扩散入血。这会造成体内CO2过多,成为呼吸性酸中毒。

相反,如果空气CO2分压正常,但是我们大笑不止,肺泡通气量持续高升,这会导制体内大量CO2通过流经肺部的静脉血流失,于是造成呼吸性碱中毒。这就是笑能笑死人的原因。当然,精神正常的人肯定不会笑起来没完,所以真达到致死程度的呼吸性碱中毒极少见。



从呼吸性酸/碱中毒这样的病生理术语中可以看到,体内CO2过多或少主要影响机体的酸碱平衡。这是因为机体维持酸碱平衡的重要手段是碳酸氢盐缓冲系统:

CO2过多,平衡向右偏移,氢离子H+升高,酸性增强;CO2过少,平衡向左偏移
,H+减少,碱性增强。正常情况下,pH被精密控制在7.35--7.45之间,过低则酸中毒,过高则碱中毒。

【文末为您整理了我们可耐受的空气中CO2浓度】

我们再说说氮气N2,它对人体来说相当于惰性气体,并不直接参与主要生理过程。氮气浓度过高产生的毒性只是“惰性气体窒息”。

其原理也还是一样,即气体总要从压力高处向压力低处扩散。正常情况下,流经肺部的静脉血携带的O2分压仅为30--40mmHg,而肺泡内的空气中氧气O2分压高达107mmHg,体外空气更高达159mmHg。所以正常情况下,静脉血流经肺部时,O2从高分压的空气中向低分压的静脉血中扩散。

如果空气中氮气太高,则氧分压就减少,在肺泡内扩散入血速率降低; 如果肺泡空气氧分压极低,同样可以逆向扩散,即血中的氧反而流失到空气里。这样机体则缺氧窒息。这是宠物安乐死的方法之一。


相反,高压氧治疗时,肺泡内空气氧分压升高,扩散入血的速率增大,达到治疗作用。


附录: 人体对空气中CO2的耐受和毒性

  • 终生0.04%CO2: 一切正常。
  • 终生1%CO2: 仍观察不出异常。
  • 2%CO2一个月以上: 轻微呼吸道刺激。
  • 3%CO2一个月以上: 中度呼吸道刺激。
  • 3.5%CO2一周以上: 中度呼吸道刺激。
  • 4%CO2一周以上: 中度呼吸道刺激且运动后加重。
  • 4.5%CO2八小时以上: 中度呼吸道刺激且运动后加重。
  • 5%CO2四小时以上: 严重呼吸道刺激且运动后加重。
  • 5.5%CO2一小时以上: 严重呼吸道刺激且运动后加重。
  • 6%CO2半小时以上: 严重呼吸道刺激且运动后加重,开始出现意识障碍。
  • 6.5%CO2十五分钟以上: 严重呼吸道刺激且运动后加重,开始出现意识模糊。
  • 7%CO2六分钟以上: 呼吸困难并意识模糊。

[以上附录数据取自美国宾西法尼亚大学医学中心环境医学研究所1971年出版物。]




学院派民科,体制外秀才。

有学士雅正,无德者勿扰。


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