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“二氧化碳不会引起人体中毒”这是老版中学化学课本的谬误吗?

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比如知乎上的这个提问“二氧化碳能中毒?我记着化学上说二氧化碳不能使人中毒?”。
还有一些网友也在反馈化学课上老师教的“二氧化碳不是有毒气体”。
综合这些方面反馈,认为“二氧化碳对人体没有毒性”的认知谬误来源似乎是“老版化学课本”。而实际上,人体对于超标二氧化碳非常的敏感(具体见下方有学术论文佐证的观点),进一步提升浓度的二氧化碳,是会快速致命的(比如来自百度百科“二氧化碳”当前词条的这段内容:在含氧量正常(20%)的空气中,二氧化碳的浓度越高,动物的死亡率也越高。同时,纯二氧化碳引起动物死亡较低氧所致的死亡更为迅速。此外,有人认为:在低氧的情况下,8%~10%浓度的二氧化碳即可在短时间内引起人、畜死亡 [6])。
二氧化碳(轻微)超标是可能长期存在的(比如处在长期超标的睡眠环境、教室环境等),故而这种负面作用会长期地放大(也就是说即便一点点生理危害性也可能累计存在1个月或更久;生活环境中除了氧气基本上没有其他气体会与人体代谢存在这么长时间的关联,1天里的负面作用就可能会十倍、百倍乃至千倍、万倍地放大)。那么认知谬误的来源讨论及其校正要更为重要吧。
人体对于二氧化碳轻微超标的敏感度可参见这段内容(同样来自百度百科):CO2在正常大气中含量为0.03%,当浓度达到0.05%时就会对人体产生危害 [72]。实验证明,750ppm 是不会影响睡眠的二氧化碳浓度上限,1000 ppm 是许多现行标准中建议的可接受的最大浓度,而 1300 ppm 高于 1,000 ppm,这一浓度已被证明会对睡眠质量产生负面影响 [73]。
吸入一两口的高浓度二氧化碳一般对人体不会有多大影响,原因在于:1、二氧化碳物理扩散比氧气快多了,这部分二氧化碳真正到达肺部的比例并不高;2、肺部吸入的氧气(浓度比静脉血更高)会排斥掉二氧化碳的吸入(该机制在科学上可以得到证实,部分是由于竞争血红蛋白机制导致装载互斥,此外也可能有PH值互斥放大互斥的效果),真正到达动脉血的更少;3、到达颅脑的较高浓度二氧化碳使呼吸中枢加快呼吸(这部分机制在科学上可以得到证实),从而使得动脉血二氧化碳浓度快速降低。
体内相当于存在着至少两个排出代谢废物二氧化碳的生理泵(1、吸入空气的氧气会加速挤出静脉血二氧化碳;2、二氧化碳超标时通过呼吸中枢加速呼吸作用)。这两个机制的存在完全不能支持“二氧化碳没有毒性”观点;相反,更可能成为“颅脑神经机制对二氧化碳超标非常敏感、二氧化碳在颅脑神经作用毒性”的支持证据。
不少网友存在“二氧化碳不会引起人体中毒”这个认知并且称来自化学老师,这个谬误最早是否来自于中学化学课本(这边也有网友指出化学课本写的“二氧化碳属于无毒物质”;如果一时不能下无毒定论同时存在“学术论文从微观机制/微量变化阐述其有害性”等众多反驳无毒的观点/弱证据/强证据,这么写我想就是误导性广泛认知的来源吧)的讨论我想非常重要吧!


IP属地:福建1楼2025-01-05 17:34回复
    当前基本可以证实中学化学课本对二氧化碳的描述为“无毒气体”。在此认为该描述存在很大的误导性。
    1、有检索到参照“指定重量范围的大鼠作为实验动物,1小时时长的空气中半数致死浓度(LC50)”的有毒气体、剧毒气体定义数据。有毒对应200ppm且不超过2,000ppm,剧毒对应200ppm或更低的。
    按照这个定义方式,二氧化碳被归为无毒气体可能是当前或老版中国、美国化学教科书都存在的情况。但是我说的”只谈短期超标剂量,不谈因与人体接触时长不同而产生的不同时长累计超标剂量,也同样不科学甚至相当不科学”,这点也务必需要引起重视,解释如下。
    2、“吸入空气中的二氧化碳浓度占空气7%-10%时,仅仅15分钟就可以使人意识丧失,超过10%浓度时可以直接导致死亡”,这是我自行检索的部分资料。假设大鼠半数致死浓度需要3%(大鼠重量比人小很多),那么对应30000ppm*1小时。生活中接触的超标二氧化碳时长(比如夜间睡眠环境下)往往要远远大于其他有毒/有害气体,这里暂不考虑不同气体的基底承受浓度不同而直接换算(考虑基底承受浓度要更科学,需要分别扣去相应数值;以二氧化碳来说,参照“实验证明,750ppm是不会影响睡眠的二氧化碳浓度上限”观点的话,人体睡眠时对应750ppm,相应的超标二氧化碳累计时长需要放大几倍,并不影响结论),夜间平均浓度1500ppm二氧化碳(夜间睡眠环境二氧化碳达到1500ppm并不难做到)接触时长累计超过20个小时,那么就相当于吸入一小时的“按上述定义有毒气体的最低浓度”有毒气体了(30000ppm*1小时)。20个小时也仅仅相当于2个或3个夜间睡眠时间。
    从这个角度来说,生活中绝大部分人最容易接触的达到或超过有毒气体时长累计剂量的气体,应该就是“超标二氧化碳”了。
    如果认可上面分析,那么对于超标二氧化碳等人体代谢十分容易接触的几种气体,应该尽快地重新审视相应有毒气体标准才会更科学,旧标准不考虑接触时长带来的累计剂量因素反而“不科学”吧。同时,就不单单是中国中学化学教科书的误导性问题,还包括旧标准(或者西方旧标准)制定的“滞后性”、“不科学”问题了。


    IP属地:福建4楼2025-01-05 23:05
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      针对很多谈论需要考虑剂量问题的,这边再统一回复下。
      1、这边的“超标二氧化碳是否无毒性”的问题已经考虑剂量了,我该主题帖后面做的补充部分有进行换算。
      但是,“只谈短期超标剂量,不谈因与人体接触时长不同而产生的易感人群时长累计超标剂量,也同样不科学甚至相当不科学”(这观点是我提出的)。
      2、认真分析下我提出的方式是否更科学,同时对照这个标准看下“易感人群超标二氧化碳时长累计剂量是否更容易达到旧标准有毒气体时长累计剂量标准”。对于二氧化碳超标而言,慢性阻塞性肺病、睡眠呼吸障碍综合症等病症人群更敏感,人群数量要非常庞大,这个问题讨论对易感人群应该也十分具有现实意义。


      IP属地:福建32楼2025-01-06 12:37
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        这边也发下标注重点文字后的图片版本,节约快速阅读的时间。


        IP属地:福建46楼2025-01-06 16:07
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          IP属地:福建47楼2025-01-06 16:07
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            这边统一回复下,请理性探讨,不要无证据地直接扣帽子等“缺乏理性行为”,这是“数理化”基础学不好的表现,本帖“扣帽子党”就好几个了(不信可自行检索)。
            没有任何证据就直接“阴谋论”或直接“扣帽子”或直接“变体骂人”(无理由骂人本身就是违反基本道德良俗的),这种人请不要参与讨论这个话题,先学会理性发言再来。


            IP属地:福建72楼2025-01-07 11:38
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              这边再统一回复下。不要一直拿“楼主没有考虑剂量”来反驳(在我上一次指出之后,还有不少这样的重复发言),楼主就是考虑剂量问题了,还说这情况的请先看完原贴及楼主发言(可点击顶部“只看楼主”)再参与讨论,讨论请理性,谢谢。
              很重要的一点就在于,一个人(尤其是易受影响人群一员的话,比如卧室环境长期较封闭或者长期教室环境较封闭或者慢性阻塞性肺病等情况)在10年时间里累计吸入的每小时平均超标二氧化碳(不超标部分浓度需要扣除,不超标时间部分需要扣除或者在一小时超标浓度累计部分加上0,不超标部分不会对人体健康有影响)是否容易多于“一小时时长内平均浓度为最低有毒浓度”(“吸入空气中的二氧化碳浓度占空气7%-10%时,仅仅15分钟就可以使人意识丧失,超过10%浓度时可以直接导致死亡”)的“二氧化碳”(数字上计算的话,就是浓度与浓度的对比)。
              前面帖子分析过,这种情况在很多人群中很容易出现(往往并不需要10年,甚至比较短的时间内就会出现;尤其是在越没有意识到“超标二氧化碳”影响的人群中),那么“旧标准”(这是西方出台的标准,同时旧标准可能出现非常多年一直未更新;在科学领域,旧标准的修改并非没有)认为“二氧化碳无毒气体”有没有问题?中学化学课本采纳旧标准广为教学“二氧化碳无毒气体”有没有问题?


              IP属地:福建74楼2025-01-07 12:27
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                有个网友比较认真地看完我所表达的主要意思并较理性地进行回复(理性探讨非常重要,中长期的低浓度的超标二氧化碳基本上每个人都会经历过)。在此将部分回复单独开一个楼层,便于更多人更好了解楼主想表达的主要意思。
                1、对于长期通风条件较差的睡眠环境、长期需要较集中注意力并且同时出现通风条件较差的教室环境、慢性阻塞性肺病患者等情况(以上情况甚至会叠加出现),人体通过加快呼吸排出超标值效果要打折扣甚至大打折扣。
                2、“美国将职业二氧化碳接触限值设定为8小时内0.5%(5000ppm)。[54]在这种CO2浓度下,国际空间站的工作人员出现了头痛、嗜睡、思维迟钝、情绪烦躁和睡眠中断等症状。”二氧化碳长期暴露标准5000ppm(0.5%)上下的话,对应时间范围一般只是8小时。
                然而长期的通风不良卧室环境、教室环境等场景(存在呼吸功能障碍等人群对类似场景要更敏感,长期暴露的超标数值一般要更低)的累计时间往往是8小时*10天、8小时*100天、乃至8小时*1000天或更久,因此“二氧化碳的长期暴露标准均为5000ppm(0.5%)”是尚未考虑到更长累计时间的旧标准。
                综上,建议更科学的新标准尽快完善并尽快科普宣传!


                IP属地:福建79楼2025-01-07 23:51
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                  对于“低浓度的超标二氧化碳生理危害性”神经机制,当前并没有检索到学术论文的明确阐述,这部分应该还是停留在病理假说阶段(除了我下面提出的甚至可能都很少有其他病理假说)。
                  这边提出的这部分(低浓度超标)神经机制病理假说为“超标二氧化碳通过对觉醒控制神经核团起作用”引起“慢性嗜睡”症状(更高超标浓度则通过该机制进一步地放大)。神经作用机制上有兴趣的也可以积极补充。


                  IP属地:福建81楼2025-01-08 12:07
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                    一、针对上一楼层本人提出的“低浓度的超标二氧化碳”引起“慢性嗜睡症”(临床上就有多种严重嗜睡症至今科研上病理不明;包括三大老人严重认知障碍之一的“路易体痴呆”,这个并不是罕见症;当然临床具体病理分型一般不是唯一一种)的神经机理假说(病理假说)的分析可参见如下:
                    1.1、大体如下:觉醒控制神经核团小血管旁边出现低浓度的超标二氧化碳-这附近PH变小(正常的pH值均值7.4,pH值伴随着二氧化碳分压10mmHg的改变则反向变化均值0.08)-促成促兴奋物质'谷氨酸'更快速地转变为促睡眠物质'γ-氨基丁酸'(原先7.4左右的两个物质互转平衡性被打破,具体可参见如下链接)-人体出现昏昏欲睡。
                    1.2、更具体点的机理假说为“低浓度的超标二氧化碳导致觉醒控制神经核团附近小血管(一般在深部脑区,比如下丘脑,传统脑电图等方式对深部脑区的高精度要求的临床检查当前还比较容易出现盲点;“觉醒控制神经核团”是当前睡眠-觉醒基础科研比较重要的一个领域,这点就不是我自己提出来的)的PH值发生较明显变化,PH的变化导致促兴奋物质'谷氨酸'更快速地转变为促睡眠物质'γ-氨基丁酸'(当然实际上不一定是这两个物质的互转,猜测因素越多越容易偏离实际情况不过该假说大体思路不变,我这边当前还没法联系清北复交等顶尖高校的睡眠基础研究机构通过动物实验来排查;但颅脑的促睡眠物质种类数量很少,'γ-氨基丁酸'是很重要的一个促睡眠物质)从而引发慢性嗜睡症,这个位置比如在下丘脑外侧区”。
                    二、进一步查阅的网址:
                    2.1、https://zhuanlan.zhihu.com/p/680476391
                    (加精原创)神经细胞级别上对我方提出特发性嗜睡症病理假说进一步的解释及支持(能解释特殊情况时超局部超标二氧化碳引发的明显嗜睡;鼾症等也需留意),相应特殊情况在下丘脑外侧区已符合多个限定故需重点留意!
                    2.2、https://mp.weixin.qq.com/s/FD8klUiOdrdEifRh9cz24g
                    (加精原创)神经细胞级别上对我方提出特发性嗜睡症病理假说进一步的解释及支持,相应特殊情况在下丘脑外侧区已符合多个限定需重点留意!


                    IP属地:福建88楼2025-01-08 15:55
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                      颅脑神经细胞对于“低浓度的超标二氧化碳”是在太敏感了(可参见“只看楼主”历史发言)。比如,“在0.5%(5000ppm)的CO2浓度,国际空间站的工作人员出现了头痛、嗜睡、思维迟钝、情绪烦躁和睡眠中断等症状”。
                      除了对当前定义有毒气体外,人体对其他超标气体(二氧化碳不超标浓度需要扣除)很少如此的。
                      当然,我这边并不是把这点当成“超标二氧化碳就是有毒气体”的论据之一(前面我有换算,那部分是更好的论据方式),但指出这点可以比较好地反驳拿“氧气中毒”等来反驳的反方论据。
                      “低浓度的超标二氧化碳”可能(或很可能,假说能有10%以上概率最终得到证实的话,应该是非常高的概率了,毕竟当前还没有任何明确的动物实验)是通过“内源性的广义的麻醉剂”(乃至同时是实时的,如果低浓度的二氧化碳超标是长期的话;这种麻醉剂不是降低兴奋物质浓度这么简单,纯粹是麻醉作用,故而更敏感、更难毅力等方式对抗)的神经机制起作用,后面我有空再给出前人及其当前我对这个“引发嗜睡乃至嗜睡症”神经机制过程的分析。


                      IP属地:福建90楼2025-01-09 11:08
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                        这边给出“从二氧化碳分压、氧气分压、平均动脉压对脑血流量影响分析”的学术资料来阐述“超标二氧化碳毒性及其可能的生理机制”问题。
                        参照“重症视角丨于湘友教授:颅脑损伤患者的最佳脑灌注目标”(网址:https://mp.weixin.qq.com/s/ucdOMiMUdJYgUFVPkuYkbQ)该文章的观点:“随着二氧化碳分压的上升,相同灌注压下的脑血流量增加...二氧化碳分压(PCO2≥70 mmHg)脑血流调节功能消失...低碳酸血症导致的低点并未发生明显的改变,但是高点会发生无可预知的变化”。
                        同时对比文章图片3(脑血流量CBF随PaCO2、PaO2及平均动脉压MAP变化示意图;该变化示意图应该可以控制其他一个或者两个变量不变,否则叠加影响将使示意图里的单因素分析实际意义大打折扣,同时在实验动物中单独控制这三个变量的其中一个技术上应该不会很难;下面分析是按照“该变量的曲线图能控制另外两个变量不变”这个前提进行的分析)的氧气分压变化、平均动脉压变化,超标二氧化碳的这些情况显得很特殊。
                        1、二氧化碳分压PCO2≥70 mmHg时,脑血流调节功能消失(人体动脉正常范围为35-45mmHg),这个时候人体症状为(严重)嗜睡(读者不清楚该点的话,可自行检索高二氧化碳分压出现的相关临床症状),说明(严重)嗜睡与缺氧症状没有任何关系(同时人体对于缺氧的承受程度往往是很高的;比如说低原地区刚过去高原地区,嗜睡并不是高原反应的明显症状,这种情况下低氧是很明显的;然而反过来的“低原反应”常常伴随着“高二氧化碳”,这种情况的“嗜睡”是比较常被报告的症状)。
                        2、图片3里可见“低碳酸血症导致的低点并未发生明显的改变,但是高点会发生无可预知的变化”,二氧化碳分压在150mmHg左右的时候,曲线图就断了,这个情况下应该意味着生物体失去意识或者失去生命,这种致命性的危害基本能断定就是纯粹二氧化碳分压过高导致的。
                        需要提高对低浓度的超标的二氧化碳危害性(尤其是长期超标)等方面的科普宣传。


                        IP属地:福建97楼2025-01-10 18:00
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                          针对前三楼层提出神经机理假说(病理假说,微观上主要涉及到下丘脑外侧的“'γ-氨基丁酸”如何促睡眠或引起嗜睡的机制)在已发表学术论文中的一些相关资料情况进一步补充如下:
                          Hassani等[1]在正常睡眠-觉醒周期中对大鼠的LHA(下丘脑外侧区)神经元进行电生理记录时,发现了LHA处存在大量的GABA能神经元,且在REM 和NREM睡眠期间都表现出了很强的神经元活性[1],尤其是在 REM 睡眠期间。LHA 内的GABA神经元可以抑制参与觉醒的其他类型神经元,包括上文提及的 OX 神经元,来促进睡眠的产生,这表明了在LHA调控睡眠-觉醒的过程中LHA内的GABA神经元是除了MCH外的另一种参与睡眠调节的重要神经元。
                          另外“觉醒发生系统研究进展与思考”(网址:https://aammt.tmmu.edu.cn/Upload/rhtml/202102164.htm#outline_anchor_19)这篇文献提及“外侧下丘脑区的GABA能神经元。光遗传学方法激活这类细胞可抑制丘脑网状核群,快速使小鼠从非快速眼动睡眠向觉醒转换”,经进一步检索原论文资料涉及的动物实验及其观点,“外侧下丘脑区的GABA能神经元出现睡眠向觉醒的转换只在'非快速眼动睡眠'时发生,对于'快速眼动睡眠'则不发生该情况”。
                          进一步地,“下丘脑外侧的低浓度超标二氧化碳——单独下丘脑外侧GABA物质(传统上一般认为是抑制性物质)过多”是否能引起嗜睡症的神经机制应该可以通过动物实验证实或证否。
                          参考资料1:Hassani OK,Henny P,Lee M G,et al. GABAergic neurons inter- mingled with orexin and MCH neurons in the lateral hypothalamus discharge maximally during sleep[J]. Eur J Neurosci,2010,32 ( 3) : 448 - 457. DOI: 10. 1111 /j. 1460 - 9568. 2010. 07295. x.


                          IP属地:福建99楼2025-01-10 18:31
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                            超标二氧化碳生理毒性进一步讨论可参见此贴:https://tieba.baidu.com/p/9427509345(标题:超标二氧化碳生理毒性可能如下,如此的话化学毒性建议重新评估)。


                            IP属地:福建104楼2025-01-19 12:57
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