干貨 | O2、CO2知識科普

1、地球CO2/O2循環

21世紀全球平均 O2濃度20.9%、CO2濃度400ppm(0.04%)。

CO2夏天較低，冬天較高。

2、CO2/O2濃度關系

2.1  在貼近地表的大自然的環境中，O2和CO2，N2的體積分數是相對恒定不變，即O2含量為20.9%,0.04%,79%是不變，即便是8848的地球之巔也是如此，因為大氣循環；但是在地表垂直方向上的高空會有變化（不在我們的研究范圍之內）。

2.2  下圖解讀，注意含氧量的減少不是體積分數的減少，而是同一體積空氣中氧氣分子個數（或重量）的減少；也就是說同樣一體積的空氣，其中氧氣體積分數占比仍然是20.9%的；但是，你在5000米的地表吸進去一口空氣，其中氧氣分子數（或重量）是你在海平面地表吸進去一口空氣的53.11%(11.1/20.9)。

圖表1

3、人呼吸過程中O2/CO2的變化

3.1  人吸入空氣，吸收部分氧氣；呼出空氣，主要排出CO2及少量的水氣；其中氧氣主要與人體內的能量物質糖類發生氧化反應，釋放能量，供人體使用。

3.2  O2主要是與人體血管血紅蛋白結合，CO2主要溶解在人體血管內的血漿之中；具體交換過程如下圖：

3.3  健康成年人吸入空氣與呼出氣體中的成份對比，如下圖；

4、O2/ CO2相對含量對人的影響——以成年人為準

4.1  相對含量——標準大壓下，一體積空氣中O2的含量低于16%時，人會明顯感覺到“氧氣不足”，CO2的相對含量超過1000ppm(ppm百萬分之一，0.04%對應的是400ppm)時，不利于健康，超過2000ppm時多數人明顯易犯困；超過5000ppm可能會對人體，尤其是大腦造成不可逆的傷害。

4.2  絕對含量——一體積空氣中，氧氣的分子個數（或重量），比如海拔5000米的地表，一體積的空氣，體積分數不變，但氧氣分子減少到53.11%;,如圖表1所示，當海拔2000米時，人所吸入的一口空氣中，實際的氧分子個數（或重量）已經低到正常值的16.4%；（標準大氣壓下的絕對質量），就讓人有缺氧的感覺（高原反應，低壓原因是主要原因之一，否則背個氧氣瓶不就完事了？）。

5、CO2對人的影響

5.1  CO2的香港標準

5.2  CO2的中國標準

5.3  CO2 影響人的生理原理——低濃度興奮神經中樞，高濃度抑制神經中樞。

5.3.1 CO2，過高的CO2深度（1000ppm以上，這是國際是的CO2健康標準）會抑制神經中樞，導致人的呼吸“變慢”（頻率變低同時每次吸入的空氣體積變少），進而導致人體降低了對空氣中的氧氣的利用率（不是空氣中氧氣少了，而是因為CO2的過高，吸入空氣的量少了，相對的吸入的O2絕對量就少了）。

5.3.2  CO2的過高，會導致人體酸堿平衡失調；由于通氣障礙所致呼吸衰竭，因大量CO2潴（ZHU）留，而引起呼吸性酸中毒；同時因嚴重缺氧，氧化過程障礙，酸性代謝產物又增多，常可并發代謝性酸中毒。

5.3.3  CO2  濃度過低（400ppm為標準），當人吸入低于CO2標準濃度的空氣時，會導致人的神經過度興奮，長時間神經過度興奮會而導致衰弱。

5.3.4  較高的CO2濃度對人的影響：

6、O2濃度對人的影響

6.1  O2 常壓下，人類在數萬年中已適應了20.9%的氧氣濃度，常期吸入高于該濃度的O2，多余的氧氣將導致加速人體組織的氧化衰老；所以健康的人，不宜大量/長期暴露于高氧氣濃度的環境中。

6.2  O2常壓時，在氧濃度為14％－16％（相當於氧分壓13.3－16kpa），會出現呼吸加深加快，脈搏加快，血壓升高，肢體肌肉協調動作變差。

當氧濃度為10％－14％時，出現疲乏無力，精神不集中，反應遲鈍，思維紊亂。

在氧濃度為6％－10％時，出現頭暈，頭痛，惡心，嘔吐，意識朦朧，并出現紫紺。

氧濃度在6％以下時，血壓下降，呼吸停頓，脈搏微弱，發生抽搐，瞳孔放大，繼而心跳呼吸停止而死亡。（所以窒息死亡，與環境中O2無關）

6.3  搶救呼吸用“純氧”，標準是99.5%，里面含有標準量CO2。

7、O2/CO2在人體呼吸中的相對關系

7.1  個數比：約10比8；也就是人體吸收10個O2分子進去，其中8個O2分子變成CO2被呼出來。

7.2  O2進入人體后，主要（約80%）消耗在氧化糖類，釋放人體所需的能量，這部分O2最終變成CO2被呼出來；其中有很小部分氧化人體內的組織細胞等。

7.3  CO2主要來源是人體的有氧呼吸，但還有很小一部分是來自人體的無氧呼吸。

8、密封環境中人窒息死亡過程

9、CO2濃度的應用

9.1  CO2濃度較高，人容易犯困，所以在健康的標準濃度下，提高CO2濃度可以促進入睡：

A）可用于幫助失眠患者入睡，建議不高于2000ppm的國際標準濃度

B）可用于快速哄小孩入睡，建議不高于1500ppm的濃度

9.2  健康環境CO2濃度（1000ppm以下），健康的大腦效率最高。

10、CO2濃度的國際標準與人體安全