二氧化碳在人体内的作用

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＝氧化碳在人体内的作用

郭增平

（衡水学院生命科学系０５３０００）

摘要：二氧化碳（ｃｏ，）对人体来讲确是代谢废物，但此代谢废物与其他的代谢废物又有不同，这要看其在体内的含量。．如其含量超过人体自然的正常含量。兵超过部分可视为代谢废物。如体内Ｃ０２含量正常又是人体正常生理活动所必需。ＣＯ：在人体内的作用主要是调节呼吸与维持体内酸碱平衡。

关键词：二氧化碳人体作用

中图分类号：０６ｌｌ文献标识码：Ａ文章编号：１６７３—０５３４（２００７）０９（ｃ）一０１４３—０１

一提到人体内的ＣＯ：人们就自然想到代

谢废物。那么ＣＯ：对人体来讲是单纯的代谢废

物吗？下面，我们来看Ｃ０２在人体内的作用。

１血浆中缓冲对的作用必须在呼吸系统和排泄系统的配合下才能顺利进行。例如，剧烈运动时骨骼肌产生大量的乳酸进入血液，解离不断地有Ｈ：ＣＯ，生成，从而会不断地有Ｈ＋分泌出去。肾小管细胞分泌的Ｈ＋很丰富，足以使肾小球滤液中ＮａＨＣＯ，所解离的Ｎａ＋全部得到交换而被重吸收，所解离的ＨＣ０３一则与Ｈ＋结合而后分解，故正常尿中一般不含

ＮａＨＣＯ３。ｃＯ，可以调节呼吸ＣＯ，对呼吸有很强的刺激作用。事实上而释放出较多的Ｈ＋。Ｈ＋与血浆中的碳酸氢盐结合生成碳酸，碳酸又进一步分解成水和ＣＯ，，Ｃ０，最终由肺排出，缓解了血浆中酸的过

多积累，其化学反应如下：

ＨＬ（乳酸）＋ＮａＨＣＯ，一ＮａＬ（乳酸钠）

＋Ｈ２Ｃ０３

Ｈ２Ｃ０３一Ｈ２０＋Ｃ０２它对呼吸是经常的生理性刺激。人在过度通气后可发生呼吸暂停，就是因为过度通气排出了较多的Ｃ０。使血液的二氧化碳分压下降，以致对呼吸的刺激作用减弱而呼吸暂停。在屏

住呼吸后，会出现呼吸加强加快，是因屏吸后在正常情况下，乳酸和酮体等非挥发性酸所产生的Ｈ＋最终要随尿排出；而挥发性酸则

体内ＣＯ，增多，刺激呼吸中枢使呼吸加强加

快，以排出体内过多的ＣＯ，。吸入气中ＣＯ，浓

度的增加对呼吸气体量有影响。在海平面，吸

入气中ＣＯ，含量增加１％时，肺通气量即已增

加；吸入气的Ｃ０，增加到４％，肺通气量将加

倍。吸入气ＣＯ，增加到１０％时，肺通气量可达

到休息时的８～１０倍，并出现头昏、头痛等症Ｎａ２Ｃ０３＋Ｈ２Ｃ０３—２ＮａＨＣ０３机体中的ＨＣＯ，一和ＣＯ，的浓度可以被调节。ＨＣＯ，一的浓度可由肾调节，而二氧化碳的浓度可通过呼吸调节。二氧化碳分压升高时直接通过肺排出。当机体中挥发性酸或碱增加而不能及时排出时，出现呼吸性酸中毒或碱中毒。同理，当机体中非挥发性酸或碱增多时，可出现代谢性酸或碱中毒。‘因此，酸碱平衡的调节是在血液、肺和肾的共同作用下完成的，而肺和肾的作用最为彻底。病理状态下产生的“呼吸性酸中毒”症状，是由于肺通气减少刺激呼吸中枢，增加肺通气，排出更多的二氧化碳，二氧化碳分压降低时则抑制呼吸，减少二氧化碳的排出。引起体内ＣＯ，浓度升高造成的；一些“代谢性碱中毒“是由于肾功能异常，造成无尿或少尿，使过多有机碱和碳酸氢盐不能及时排出，

在体内积累所致。呼吸系统发生病变，气体排出障碍时，可导致血液ＰＨ改变。如血中二氧化碳潴留，血状。吸入气ＣＯ：再进一步增加，肺通气不再明

显增加却更加对机体不利。吸入气中ＣＯ：达

２０％，能引起惊厥，更高时甚至对中枢有麻醉作

用。如肺心病病人，ＣＯ，潴留达到一定程度可

抑制呼吸，甚至发生Ｃ０，麻醉。但各人对血液ＰＨ下降，会造成呼吸性酸中毒。血氧降低引起过度通气，使大量二氧化碳排出体外。血液ＰＨ升高，可造成呼吸性碱中毒。因此，呼吸活动本身在调节机体酸碱平衡中具有重要作

用。

２．２由以上分析可见，ＣＯ，在人体内具有重要作用，说它是代谢废物，只能说ＣＯ，在人体内的含量超过了生理景的部分是废物，体内正常生理含量的ＣＯ，对维持人体生理机能的正常是非常重要的。液二氧化碳分压升高的耐受性不同，若需用ＣＯ，来刺激呼吸，则混合气中ＣＯ，含量不应大

干ｌＯ％。ＣＯ，在肾维持酸碱平衡的作用肾小管对尿的酸碱度的变化起着重要影参考文献

【ｌ】姚泰主编．生理学．北京：人民卫生出版社，

２００４．吸入气的ＣＯ，增多，通过刺激呼吸使肺通气量增加。这样，可以保持肺泡气体成分相对

恒定。但是这种代偿作用是有限的，超过一定

的限度，肺泡气成分将发生改变。

ＣＯ，对呼吸的刺激作用是通过两条途径

实现的：一条是直接刺激呼吸中枢・另一条是响，尿的酸碱的变化可以用氢一钠离子交换学说来解释。肾小管和集合管上皮细胞内有碳酸酐酶（ＣＡ），能催化ＣＯ，和Ｈ，Ｏ结合生成Ｈ，ＣＯ，，而后Ｈ，ＣＯ，快速解离生成Ｈ＋和【２】王玢．左明雪主编．人体及动物生理学．北京：高等教育出版社，２００４：１７６－１７７，‘２６７－２６８，３４８－３４９．

刺激颈动脉体和主动脉体化学感受器。

２

２．１ｃＯ，可以维持体内酸碱平衡ＣＯ，维持血浆的酸碱平衡

血液中的二氧化碳一部分是溶解的，能与ＨｃＯ，一。Ｈ＋产生后可由肾小管上皮细胞管腔膜将Ｈ＋主动转运分泌到小管腔液内，而ＨＣＯ，一则留在细胞内，因此，在肾小管上皮细胞与小管腔液之间，形成了一定的电位梯度，使小管液中由ＮａＨＣＯ，解离而成的Ｎａ＋被动扩散进入细胞内，以保持细胞内的正负离子平衡。这一过程被称为Ｈ＋一Ｎａ＋交换。Ｎａ＋进

入细胞后，由管周膜上的离子泵主动转运进入【３】湖南医学院主编．生理学．北京：人民卫生出版社，１９７８：５２，１８９－１９０，２８９－２９１．水生成Ｈ，ＣＯ，，而Ｈ，ＣＯ，解离出的ＨＣＯ，一，可

分别在红细胞内和血浆中与Ｋ＋和Ｎａ＋结合生组织间液，细胞内产生的ＨＣＯ，一。也顺着电化

学梯度扩散到组织间液，于是这两种离子由组成ＫＨＣＯ，与ＮａｉｌＣＯ，。这样，在血红蛋白和

血浆中分别形成了碳酸与碳酸氢盐的缓冲对。织间液而回到血浆。进入小管液的Ｈ＋则可与

小管液中的ＨＣ０３－结合生成Ｈ，ＣＯ，，而Ｈ，ＣＯ，

再分解成ＣＯ，和Ｈ，Ｏ。ＣＯ，能迅速透过管腔

膜而扩散进入细胞，成为细胞内合成Ｈ，ＣＯ，来

源的一部分。小管细胞每分泌一个Ｈ＋，就可以这些缓冲对保持一定的比率，在维持血液酸碱平衡中发挥重要作用。Ｈ，ＣＯ，和ＮａＨＣＯ，是血浆中最重要的缓冲对，血浆中ＮａＨＣＯ，／Ｈ，ＣＯ，的比值为２０：

１。血浆中还存在其他的缓冲对，如蛋白质钠

盐／蛋白质；Ｎａ２ＨＰＯ。／ＮａＨ２Ｐ０４ｌＫ２ＨＰ０４／

ＫＨ，ＰＯ。ＩＫＨＣＯ，／Ｈ，ＣＯ，等，在红细胞内还有

血红蛋白钾盐／血红蛋白，氧合血红蛋白钾

盐／氧合血红蛋白等缓冲对。在这些缓冲对的

作用下，血浆ＰＨ只能在很小的范围内变动。吸收一个Ｎａ＋和一个ＨＣＯ，回血，对维持体内的酸碱平衡具有重要意义。正常情况下，肾小管细胞内的ＣＯ，来源主要由细胞本身代谢所产生。其次是小管液中有一部分Ｃ０，进入细胞内。另外。组织间液还有一部分ｃ０，扩散到细胞内。故细胞内可以

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参考文献(3条)

1.姚泰 生理学 2004

2.王玢.左明雪 人体及动物生理学 2004

3.湖南医学院 生理学 1978

相似文献(10条)

1.期刊论文 栾兆高.谭小苹.裴觉民 人体气道内氧及二氧化碳的对流扩散 -生物医学工程学杂志2002,19(1)

我们探讨了正常呼吸状态下人体气道内氧及二氧化碳对流扩散问题.通过对人体气道主气管及支气管生理结构的分析,结合Horsfield及Wanner等关于气管系统形态的最优化分析,把人体气道简化为二叉气管树.在此生理模型基础上,根据人体气道内低压降、低流速的流动特点,假定气道内气体是不可压缩粘性流体,应用Lax-Wendroff--三条腿有限差分格式,采用两种边界条件分别求解了非定常变截面氧及二氧化碳的一维对流扩散方程,从而得出了呼吸过程中人体气道内氧及二氧化碳的浓度分布.

2.学位论文 吴有军 经胸骨前乳晕径路内镜颈部手术CO人工皮下气腔对人体生理的影响 2008

目的：研究5mmHg压力CO2皮下气腔在经胸骨前乳晕径路内镜颈部手术中对人体内环境、循环、呼吸功能的影响,探讨可能的机制及合理的术中监控、处理措施,以评价该项新技术实施的安全性和可行性。

方法：选取经B超发现拟手术治疗的单或双侧甲状腺肿块患者40例,20例为实验组,行经胸骨前乳晕径路内镜甲状腺切除术,通过分离皮下腔隙充入CO2气体制造操作空间。另外20例作为对照组,行常规开放甲状腺切除术。实验组于麻醉稳定后充气前、充气后10min、充气后30min、充气后60min,对照组于麻醉稳定后手术开始前、手术开始后15min、手术开始后35min、手术开始后65min(T1、T2、T3、T4),分别观察记录患者的心率(HR)、血压(收缩压/舒张压,SBP/DBP)、气道峰压(Ppeak)、呼气末二氧化碳分压(PetCO2)等指标值,并抽取动脉血测定动脉血二氧化碳分压(PaCO2)、PH值、碳酸氢根离子浓度([HCO3])、碱剩余(BE)、乳酸浓度(Lac)及氧分压(PaO2)、血氧饱和度(SaO2),计算各时间点的二氧化碳排除量(VCO2)和无效腔量(VD),比较两组组内不同时间点和两组之间各指标的差异。另测定实验组的皮瓣分离面积(S),分析VCO2的变化与S之间的关系。

结果：所有患者均成功进行手术,无术中及术后并发症发生。(1)实验组：①血气：充气后10min与充气前比较,PaCO2、PH值有统计学差异

,P0.05,充气后30min与充气后10min比较,PaCO2、PH、[HCO3-]值有统计学差异,P0.05,充气后60min与充气后30min比较,PaCO2、PH、[HCO3-]值有统计学差异,P0.05,充气后30min与充气前比较,PaCO2、PH、[HCO3-]值有统计学差异,P0.05,充气后60min与充气前比较,PaCO2、PH、[HCO3-]值有统计学差异

,P0.05;②循环：充气后10min与充气前比较,HR有统计学差异,P0.05,充气后30min与充气前比较,HR、SBP、DBP无统计学差异,P>0.05,充气后60min与充气前比较,HR、SBP、DBP无统计学差异,P>0.05;③呼吸：充气后10min与充气前比较,PetCO2、VCO2有统计学差异,P0.05,充气后30min与充气前比较,PetCO2、VCO2有统计学差异,P0.05,充气后60min与充气前比较,PetCO2、VCO2有统计学差异,P0.05,充气后30min与充气后10min比较

,PetCO2、VCO2有统计学差异,P0.05;②循环：手术开始前后各时间点HR、SBP、DBP均无统计学差异,P>0.05;

③呼吸：手术开始前后各时间点Ppeak、PetCO2、VD、VCO2均无统计学差异,P>0.05;(3)两组对比：①血气：两组之间充气(手术)后各时间点与充气(手术)前PaCO2、PH值、[HCO3]的变化有统计学差异,P0.05;②循环：两组之间充气后10min(手术开始后15min)与充气前(手术开始前)HR的变化有统计学差异,P0.05,充气后30min(手术开始后35min)及充气后60min(手术开始后65min)与充气前(手术开始前)HR、SBP、DBP的变化均无统计学差异,P>0.05;③呼吸：两组之间充气(手术)后各时间点与充气(手术)前PetCO2、VCO2的变化有统计学差异,P

,P>0.05;(4)VCO2与S的关系：内镜组在充气后30min及60min的VCO2增加量(△VCO2)与S呈直线相关,相关系数r分别为0.776和0.834,P值均

结论：经胸乳径路内镜颈部手术CO2皮下气腔对人体生理的影响主要表现为血中CO2分压和[HCO3-]升高,pH值下降,但尚在正常范围,血流动力学和肺功能改变不明显；CO2吸收随皮瓣面积增大而增加。总体来说CO2作为该手术气腔介质的安全性和可靠性较高。术中应注意：(1)密切监测,根据PetCO2或PaCO2调整通气量；(2)控制气腔压力,在良好的配合下5mmHg能维持足够的操作空间；(3)缩小皮瓣分离范围,寻找正确分离平面,可减少CO2的吸收。

3.会议论文 彭远开.费锦学.张宝兰.刘钢.张华.徐国林 模拟失重对吸4％二氧化碳人体生理反应的影响 2006

目的：探讨模拟失重对人体吸4％二氧化碳生理反应的影响。方法：6名受试者分别在模拟失重前、后吸4％的二氧化碳30min，记录心电图(ECG)、心率(HR)、每分钟通气量(VE)、呼吸频率(RF)、潮气量(VT)、血压及主诉症状等。结果：卧床前、后吸4％二氧化碳出现VE、VT、HR、血压显著增加，并出现不同程度呼吸困难等症状；与模拟失重前吸4％二氧化碳相比，模拟失重后吸4％二氧化碳有主诉症状的受试者增多，症状加重，VE、RF的变化率增加。结论：卧床模拟失重对人体吸4％二氧化碳的生理反应有一定的影响。

4.学位论文 陈焕新 空调列车室内空气品质与气流组织的研究 2002

该文系统地总结分析了国内外关于空调列车室内空气流动与传热的研究现状,作者在考虑了人体散热和太阳辐射对空调列车室内流场和温度场影响的基础上,创新性地提出了用带浮升力效应的标准k-ε双方程湍流模型对空调列车硬坐车厢内空气三维湍流流动与传热问题进行数值模拟.将人体散热和太阳辐射作为能量方程的附加源项,提出用Monte Carlo法对太阳辐射能在车室内各内表面的分配比例进行计算,采用交错网格控制容积法将计算区域进行离散,利用幂函数差分格式,SIMPLE算法求解离散控制方程,并对计算结果进行了可视化处理,研究了空调硬座列车室内空气流动速度和温度分布规律,以及人体散热和太阳辐射对车室内流场和温度场的影响,同时还研究了不同的网格数、不同的送风速度和送风方式下车室内流场和温度场分布情况,并通过实验测量数据与模拟结果的对照,发现两者吻合较好,验证了带浮升力效应的标准k-ε双方程湍流模型模拟空调列车室内空气流动与传热的可靠性和有效性.

5.期刊论文 仇安琪.白净.Qiu Anqi.Bai Jing 人体呼吸系统数学模型 -北京生物医学工程2000,19(1)

建立人体呼吸系统的模型,其包含有五个房室和通气率、血流量的控制系统.通过建立模型,能够了解氧气和二氧化碳在人体中的运输、交换、贮存的过程,并能仿真在低氧状态和高碳酸状态下,氧气和二氧化碳在人体各处的动态变化过程和静态数值,为研究体内外气体交换提供依据.

6.期刊论文 朱良付.黄如训.盛文利.张健.曾进胜 无创测定人体PCO2变化对平均动脉血压的影响 -医药论坛杂志

2007,28(5)

目的 无创测定PCO2变化对人体平均动脉血压的影响.方法 研究对象为16例健康志愿者,用经颅超声多普勒仪、无创血压监测仪持续记录人体正常呼吸、低碳酸血症和高碳酸血症时的大脑中动脉的血流流速和桡动脉血压,用潮气末二氧化碳监测仪持续监测呼出气体的二氧化碳分压.低碳酸血症由试验对象过度换气获得;高碳酸血症通过经面罩吸入混合气体(5%CO2、21%O2和74%N2)获得.结果 低碳酸血症阶段大脑中动脉的平均流速较正常呼吸时明显下降,高碳酸血症阶段大脑中动脉(MCA)的平均流速则较正常呼吸时明显增快,三个阶段的平均流速比较差异均有显著性意义(F=42.411,P=0.000).MAP在低碳酸血症阶段有轻度下降,在高碳酸血症阶段MAP则有轻度上升,两者比较差异有显著性意义(F=3.784,P=0.030),但两者与正常呼吸时的MAP比较差异均无显著性意义.结论 PCO2的波动可导致MAP变化,且MAP的变化的程度与PCO2的变化幅度相关.

7.学位论文 杨海威 环境控制模拟器的研制 2003

该文的内容就是研制能提供人体代谢模拟、密闭大气环境模拟及参数测试等全方面功能的环境控制模拟器.针对环境控制模拟器的研制,主要作了以下几方面工作:提出全局性、联系性、发展性的设计思想,对环境控制模拟器进行了总体设计,按规划具体实施了模拟器主体部件、人体二氧化碳代谢模拟系统及组分浓度监测系统的设计工作.在舱体与外管路接口的布置方式选择中,采用流场分析的方法,利用Fluent软件对不同接口布置方式的流场进行模拟仿真,从而确定出了能保证舱体大气均匀性的最佳布置方式.以性价比的优劣作为设备选择的尺度,从多方面因素考虑对外管路系统设计中需要确定的管道材料、管径、阀门、风机、流量计、接口法兰等诸多参数进行了确定.系统中风机的选择关系到整个系统能否正常运转,从系统性能特点、价格、运行费用等综合因素上考虑,选择了离心风机串联布置的方式.流量计的选择注重在满足系统技术性能要求的情况下,强调其经济性.对流量计中塑料转子的设计,使系统的压力损失大为下降.

8.期刊论文 明远会 对人体呼出气体中氮气、氧气、二氧化碳体积分数的测定 -化学教学2007,""(6)

在教九年义务教育课程标准实验教材上册第一单元时,学生了解人体吸入的空气和呼出气体有什么不同之后,很有一部分学生问了同一个问题:"人体呼出气体中N2,O2,CO2的体积分数又各为多少呢?"这是个很有趣,很值得探究的问题.本人认为用以下方法就可完成该探究内容.

9.学位论文 李海庭 密闭舱室条件下生命支持系统中微环境调控实验研究 2005

现代高技术战争中，人员直接暴露于外界空气中的机会越来越少，大多数时候都处于各种作战及运输装备的舱室内。装甲车辆及飞机舰艇的驾乘舱、车载机载舰载运兵工具等的舱室在作战或通过核化生沾染区时均处于相对密闭的状态，空气不流通，且与外部空气交换甚少，加之人员本身、发动机、火力系统、配置设备等均可释放大量有毒有害气体，因此舱室微环境内除了氧、氮和水蒸气等必要的成分之外，还存在着有害的化学污染物质。时间稍长即会造成舱室内空气质量逐步变差、氧浓度急剧下降、二氧化碳浓度急剧攀升的状况。

生理气体是参与生理活动的气体，氧与二氧化碳属于此类。氧来自体外，二氧化碳是体内物质代谢的产物，二者参与重要的生命有关活动。人体内物质与能量来源的三大营养素(蛋白质、脂肪、糖)在组织细胞里都是在氧的作用下进行氧化分解的，最终产生二氧化碳，从中释放出能量；氧与二氧化碳通过神经和化学两种机理来对呼吸及循环进行调节，从而保证人体各项功能活动的顺利进行。人类经过长期进化，已完全适应于海平面上大气环境的含氧量，当组织细胞得不到代谢活动所必需的氧时，便会产生缺氧症，它广泛存在于人类的生活和工作之中，带来不同程度的缺氧危害。二氧化碳对人体的作用具有双重性：一方面，当其含量超过2kPa(15mmHg)时，对机体会产生毒性作用如头痛、恶心等，称为高二氧化碳症，即属于有害气体；另一方面是主要生理功能正常活动必不可少的要素，即属于生理气体，在体内含量须保持最佳水平，当其含量低于正常水平时，又会对生理功能(特别是脑功能)产生不良作用，严重时产生如同缺氧的不良反应，称为低二氧化碳症。

研究表明：适当增加局部空气中的氧浓度，控制二氧化碳浓度，改善空气组分比例，营造相对舒适的舱室空气环境，对于改善各种舱室内驾乘人员的生理状况，提高其作业能力具有重要意义。因此，本研究课题以密闭舱室为研究对象，重点探讨常压缺氧环境下由于呼吸和循环系统机能代谢方面代偿性反应及代偿障碍所引起的狗部分生理学指标变化，以及改善舱室微环境的方法和措施，为提供空气质量优良、兼具富氧与通风(降低二氧化碳浓度)的舱室微环境奠定应用基础。本研究的主要结果与结论如下：

1.本研究致力于海平面地区各种与作战及运输装备的舱室相类似的环境下，由于缺氧而导致的动物生理机能改变，从此目的出发建立的常温常压缺氧实验模型具有以下特点：模拟密闭舱室环境生物实验舱密封性、可视性较好；能承受一定空气压力；与实验中所用集氧器和便携式测氧仪配合使用操作简便、氧浓度容易控制且准确性与可重复性较好；动物放置其中可较方便地进行部分无创和有创生理指标检测。

2.在常温常压缺氧的模拟密闭舱室环境生物实验舱中，随着氧浓度从21％逐渐下降到14％，狗的血氧饱和度(Sp02)、脉率/心率(PR)、动脉血氧分压(P02)、潮气末二氧化碳(EtC02)呈持续降低趋势；血压、动脉血二氧化碳分压(PC02)、总二氧化碳(tC02)、气道呼吸率/呼吸频率(AwRR)呈持续增高趋势。值得注意的是，与相关文献中所述人在缺氧时PR加快的反应症状相反，狗的PR随氧浓度降低而减慢。而当氧浓度从低值恢复正常时，上述生理指标均有不同程度的改善。由此可见，在常压缺氧的密闭舱室环境下进行供氧可有效地提高空气品质，对于改善其中人与动物的生理状况与机能代谢活动具有重要意义。

3.为满足各种类似常温常压缺氧的密闭舱室内人员对相对舒适工作、生活环境条件的要求，探讨改善舱室微环境的方法和措施，在创造空气质量优良、兼具富氧与通风的舱室微环境方面奠定应用基础，设计研制了密闭舱室条件下的微环境调控系统，硬件主要以89C51单片机、氧及二氧化碳浓度传感变送器为核心，软件采用汇编语言来编程，功能包括氧和二氧化碳浓度的智能化自动实时监测与反馈控制调节。

10.会议论文 邵滨.王志广.李歧旭.张和祥 国产CO2吸收剂实际潜水使用时间的人体实验验证 2005

本文通过实验,验证国产(辽宁产)二氧化碳吸收剂的实际潜水使用时间与模拟实验结果的一致性,为国产吸收剂替代进口吸收剂的实际应用提供依据.

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