二氧化碳浓度 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?

网友提问:

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?

优质回答:

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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