Czy dwutlenek węgla jest trujący?

Prawdopodobnie wiesz, że dwutlenek węgla jest gazem obecnym w powietrzu, którym oddychasz. Rośliny „oddychają” nim w celu wytworzenia glukozy. Wydychasz gazowy dwutlenek węgla jako produkt uboczny oddychania. Dwutlenek węgla w atmosferze jest jednym z Gazy cieplarniane. Jest dodawany do sody, naturalnie występującej w piwie i w postaci stałej jako suchy lód. Na podstawie tego, co wiesz, czy uważasz, że dwutlenek węgla jest trujący, czy jest nietoksyczny, czy gdzieś pomiędzy?

Zwykle dwutlenek węgla jest nie trujący. Dyfunduje z komórek do krwioobiegu, a stamtąd przez płuca, ale zawsze jest obecny w całym ciele.

Dwutlenek węgla pełni ważne funkcje fizjologiczne. Gdy jego poziom wzrasta we krwi, stymuluje impuls do oddychania. Jeśli szybkość oddychania nie jest wystarczająca do utrzymania optymalnego poziomu CO₂, ośrodek oddechowy reaguje zwiększając tempo oddychania. Niski poziom tlenu natomiast nie stymulować zwiększone tempo lub głębokość oddychania.

Dwutlenek węgla jest niezbędny do funkcjonowania hemoglobiny. Dwutlenek węgla i tlen wiążą się w różnych miejscach cząsteczki hemoglobiny, ale wiązanie CO2 zmienia konformację hemoglobiny. Efekt Haldana występuje, gdy wiązanie dwutlenku węgla zmniejsza ilość tlenu związanego dla określonego ciśnienia cząstkowego gazu. Efekt Bohra występuje przy wzroście CO₂ ciśnienie częściowe lub obniżone pH powoduje, że hemoglobina wyładowuje tlen do tkanek.

Podczas gdy dwutlenek węgla jest gazem w płucach, istnieje w innych postaciach we krwi. The enzym anhydraza węglowa przekształca około 70% do 80% dwutlenku węgla w jony wodorowęglanowe, HCO₃^-. Od 5% do 10% dwutlenku węgla jest rozpuszczonym gazem w plazmie. Kolejne 5% do 10% wiąże się z hemoglobiną jako związkami karbaminowymi w czerwonych krwinkach. Dokładne informacje na temat dwutlenku węgla różnią się w zależności od tego, czy krew jest tętnicza (dotleniona) czy żylna (odtleniona).

Jeśli jednak wdychasz wysokie stężenie dwutlenku węgla lub wdychasz powietrze (np z plastikowej torby lub namiot), możesz być narażony na zatrucie dwutlenkiem węgla, a nawet zatrucie dwutlenkiem węgla. Zatrucie dwutlenkiem węgla i dwutlenek węgla zatrucie jest niezależne od stężenia tlenu, więc możesz mieć wystarczającą ilość tlenu do utrzymania życie, a jednak wciąż cierpią z powodu skutków wzrostu stężenia dwutlenku węgla we krwi i tkanki.

Stan nadmiernego stężenia dwutlenku węgla we krwi nazywa się hiperkapnią lub hiperkarbią. Objawy toksyczności dwutlenku węgla obejmują wysokie ciśnienie krwi, zaczerwienioną skórę, ból głowy i drganie mięśni. Na wyższych poziomach możesz doświadczyć paniki, nieregularnego bicia serca, halucynacji, wymiotów i potencjalnie utraty przytomności, a nawet śmierci.

Istnieje kilka możliwości przyczyny hiperkapnii. Może to wynikać z hipowentylacji, zmniejszonej świadomości, chorób płuc, wdychania powietrza lub narażenia na środowisko o wysokiej zawartości CO₂ (np. w pobliżu wulkanu lub otworu geotermalnego lub w niektórych miejscach pracy). Może się również zdarzyć, gdy dodatkowy tlen zostanie podany osobie z bezdechem sennym.

Diagnozę hiperkapnii dokonuje się poprzez pomiar ciśnienia gazu lub pH dwutlenku węgla. Stężenie gazu we krwi powyżej 45 mmHg dwutlenku węgla w połączeniu z niskim pH surowicy wskazuje na hiperkarbia.

• Przeciętny dorosły człowiek wytwarza około 1 kg (2,3 funta) dwutlenku węgla dziennie. Innymi słowy, osoba uwalnia około 290 g (0,63 funta) węgla każdego dnia.
• Oddychanie zbyt szybko wyczerpuje poziom dwutlenku węgla, powodując hiperwentylację. Z kolei hiperwentylacja może prowadzić do zasadowicy oddechowej. W przeciwieństwie do tego zbyt płytkie lub wolne oddychanie ostatecznie powoduje hipowentylację i kwasicę oddechową.
• Po hiperwentylacji możesz wstrzymać oddech dłużej niż przedtem. Hiperwentylacja obniża stężenie dwutlenku węgla we krwi tętniczej bez znaczącego wpływu na poziom tlenu we krwi. Napęd oddechowy zmniejsza się, więc zmniejsza się potrzeba oddychania. Niesie to jednak ryzyko, ponieważ możliwe jest utrata przytomności, zanim poczuje się przytłaczającą potrzebę oddychania.

• Glatte Jr H. ZA.; Motsay G. JOT.; Welch B. MI. (1967). "Badania tolerancji na dwutlenek węgla". Raport techniczny Brooks AFB, TX School of Aerospace Medicine. SAM-TR-67-77.
• C. Lambertsen JOT. (1971). "Tolerancja i toksyczność dwutlenku węgla". Środowiskowe centrum danych o stresie biomedycznym, Institute for Environmental Medicine, University of Pennsylvania Medical Center. IFEM. Filadelfia, Pensylwania. Raport nr 2-71.