干货 | O2、CO2知识科普

1、地球CO2/O2循环

21世纪全球平均 O2浓度20.9%、CO2浓度400ppm(0.04%)。

CO2夏天较低，冬天较高。

 

2、CO2/O2浓度关系

2.1  在贴近地表的大自然的环境中，O2和CO2，N2的体积分数是相对恒定不变，即O2含量为20.9%,0.04%,79%是不变，即便是8848的地球之巅也是如此，因为大气循环；但是在地表垂直方向上的高空会有变化（不在我们的研究范围之内）。

2.2  下图解读，注意含氧量的减少不是体积分数的减少，而是同一体积空气中氧气分子个数（或重量）的减少；也就是说同样一体积的空气，其中氧气体积分数占比仍然是20.9%的；但是，你在5000米的地表吸进去一口空气，其中氧气分子数（或重量）是你在海平面地表吸进去一口空气的53.11%(11.1/20.9)。

图表1

 

3、人呼吸过程中O2/CO2的变化

3.1  人吸入空气，吸收部分氧气；呼出空气，主要排出CO2及少量的水气；其中氧气主要与人体内的能量物质糖类发生氧化反应，释放能量，供人体使用。

3.2  O2主要是与人体血管血红蛋白结合，CO2主要溶解在人体血管内的血浆之中；具体交换过程如下图：

3.3  健康成年人吸入空气与呼出气体中的成份对比，如下图；

 

4、O2/ CO2相对含量对人的影响——以成年人为准

4.1  相对含量——标准大压下，一体积空气中O2的含量低于16%时，人会明显感觉到“氧气不足”，CO2的相对含量超过1000ppm(ppm百万分之一，0.04%对应的是400ppm)时，不利于健康，超过2000ppm时多数人明显易犯困；超过5000ppm可能会对人体，尤其是大脑造成不可逆的伤害。

4.2  绝对含量——一体积空气中，氧气的分子个数（或重量），比如海拔5000米的地表，一体积的空气，体积分数不变，但氧气分子减少到53.11%;,如图表1所示，当海拔2000米时，人所吸入的一口空气中，实际的氧分子个数（或重量）已经低到正常值的16.4%；（标准大气压下的绝对质量），就让人有缺氧的感觉（高原反应，低压原因是主要原因之一，否则背个氧气瓶不就完事了？）。

 

5、CO2对人的影响

5.1  CO2的香港标准

5.2  CO2的中国标准

5.3  CO2 影响人的生理原理——低浓度兴奋神经中枢，高浓度抑制神经中枢。

5.3.1 CO2，过高的CO2深度（1000ppm以上，这是国际是的CO2健康标准）会抑制神经中枢，导致人的呼吸“变慢”（频率变低同时每次吸入的空气体积变少），进而导致人体降低了对空气中的氧气的利用率（不是空气中氧气少了，而是因为CO2的过高，吸入空气的量少了，相对的吸入的O2绝对量就少了）。

5.3.2  CO2的过高，会导致人体酸碱平衡失调；由于通气障碍所致呼吸衰竭，因大量CO2潴（ZHU）留，而引起呼吸性酸中毒；同时因严重缺氧，氧化过程障碍，酸性代谢产物又增多，常可并发代谢性酸中毒。

5.3.3  CO2  浓度过低（400ppm为标准），当人吸入低于CO2标准浓度的空气时，会导致人的神经过度兴奋，长时间神经过度兴奋会而导致衰弱。

5.3.4  较高的CO2浓度对人的影响：

 

6、O2浓度对人的影响

6.1  O2 常压下，人类在数万年中已适应了20.9%的氧气浓度，常期吸入高于该浓度的O2，多余的氧气将导致加速人体组织的氧化衰老；所以健康的人，不宜大量/长期暴露于高氧气浓度的环境中。

6.2  O2常压时，在氧浓度为14％－16％（相当於氧分压13.3－16kpa），会出现呼吸加深加快，脉搏加快，血压升高，肢体肌肉协调动作变差。

当氧浓度为10％－14％时，出现疲乏无力，精神不集中，反应迟钝，思维紊乱。

在氧浓度为6％－10％时，出现头晕，头痛，恶心，呕吐，意识朦胧，并出现紫绀。

氧浓度在6％以下时，血压下降，呼吸停顿，脉搏微弱，发生抽搐，瞳孔放大，继而心跳呼吸停止而死亡。（所以窒息死亡，与环境中O2无关）

6.3  抢救呼吸用“纯氧”，标准是99.5%，里面含有标准量CO2。

 

7、O2/CO2在人体呼吸中的相对关系

7.1  个数比：约10比8；也就是人体吸收10个O2分子进去，其中8个O2分子变成CO2被呼出来。

7.2  O2进入人体后，主要（约80%）消耗在氧化糖类，释放人体所需的能量，这部分O2最终变成CO2被呼出来；其中有很小部分氧化人体内的组织细胞等。

7.3  CO2主要来源是人体的有氧呼吸，但还有很小一部分是来自人体的无氧呼吸。

 

8、密封环境中人窒息死亡过程

 

9、CO2浓度的应用

9.1  CO2浓度较高，人容易犯困，所以在健康的标准浓度下，提高CO2浓度可以促进入睡：

A）可用于帮助失眠患者入睡，建议不高于2000ppm的国际标准浓度

B）可用于快速哄小孩入睡，建议不高于1500ppm的浓度

9.2  健康环境CO2浓度（1000ppm以下），健康的大脑效率最高。

 

10、CO2浓度的国际标准与人体安全