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机制(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。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“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(对于二氧化碳超标而言,慢性阻塞性肺病等病症人群就要更敏感)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;检索到的有毒气体旧标准本身也是有约定时长,但我认为该旧标准考虑不周,这点是当前最大的分歧),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(与非常权威学术论文的数据不会多大偏差,可再自行对照)。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。
(注:1ppm为百万分之一简写)
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,旧标准不考虑容易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。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![/b]
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