為什麼閉氣連1分鐘都撐不住？
― 造成難受的並不是氧氣
閉氣的時候，胸口會越來越悶，最後再也忍不住。多數人以為「是氧氣不夠了」。但其實這時候，體內的氧氣還剩下八成以上。難受的真正原因，是排不出去、越積越多的二氧化碳。而這個誤解，在水中會攸關性命。
小時候，你是否曾和朋友比賽「誰能閉氣比較久」？
過了30秒左右，胸口開始騷動，喉嚨深處會不自主地動起來。不到1分鐘，大多數人就已經忍不住呼吸了。
但那個時候，氧氣真的用完了嗎？其實一點也沒有，還剩下很多。
身體在監視的，其實只有兩件事
肺部與血液中，儲存著安靜狀態下可以撐好幾分鐘的氧氣。光是閉氣1分鐘，幾乎不會減少多少。所以氧氣不足，這時候根本還沒發生。
就算身體在休息，也持續在製造二氧化碳。閉氣會堵住排出口,讓它在血液中越積越多。腦部會監視這個「堆積的程度」，並以難受的感覺通知你。
換句話說，難受並不是燃料耗盡的警告，而是垃圾滿溢的警告。接下來我們依序看這兩點。
氧氣，1分鐘幾乎不會減少
成人體內，加上肺中的空氣和溶在血液裡的部分，據估計儲存著超過1公升的氧氣。另一方面，靜靜坐著時，身體每分鐘大約消耗0.25公升的氧氣。
單純用除法計算，還有好幾分鐘的餘裕。實際上，即使閉氣1分鐘，儲存量仍剩下八成以上。儘管如此，我們卻連1分鐘都撐不住。
這個隨時間的變化整理在圖1中。請比較逐漸下降的線和逐漸上升的線。
二氧化碳，會讓血液稍微變酸
身體透過燃燒食物來取得能量。這個過程必然會產生二氧化碳。即使閉氣時，這個生產過程也不會停止。
累積的二氧化碳會溶入血液中的水分，變成碳酸。碳酸是弱酸，所以血液會稍微偏向酸性。位於腦底的監視細胞，能非常敏銳地察覺這種偏移。
接著就會發出「快點吐氣」的指令。胸口騷動的感覺、喉嚨不自主地動起來，正是這個指令本身。據信，平時決定呼吸節奏的，也不是氧氣的量，而是這個二氧化碳的濃度。
在頸部大血管分岔處，也有偵測氧氣不足的監視員。不過，只有在氧氣減少到相當程度後，它才會強力作用。爬上高山時呼吸會變快，就是這個監視員的作用。在日常生活中，二氧化碳的監視員反應快得多。
這個誤解，在水中會變得危險
接下來是最重要的部分。有人在閉氣之前，會故意反覆做深而快的呼吸。因為有種說法認為這樣能潛得更久。
確實，這樣做能撐得更久。但那並不是因為氧氣增加了。深而快的呼吸排出的是二氧化碳,氧氣的儲存量幾乎不會增加。
結果就是，只有通知難受的警報聲不再響起。如圖2所示，在二氧化碳抵達極限之前，氧氣反而先不夠了。於是人可能在完全沒感覺難受的狀態下，在水中失去意識。
那麼，該怎麼做才好呢？
- 不要在水中玩閉氣比久的遊戲在陸地上，就算昏過去也只是倒下而已。但在水中，情況完全不同
- 潛水前不要反覆做深而快的呼吸只會消除難受的訊號，氧氣並不會增加
- 不要和朋友比賽誰能潛得比較久靜靜下沉的人不會掙扎，周圍的人也很難察覺
請先大聲呼救並撥打119報案。切勿自己跳入水中。每年都有想救人的人一起發生危險的事故。若不是岸邊伸手可及的距離,請先丟出會浮的物品（保特瓶、冰桶、游泳圈等）。不要靠近水流湍急或水深的地方，並遵從救生員或消防人員的指示。
總結
閉氣時的難受，並不是氧氣耗盡的訊號。而是排不出去的二氧化碳讓血液稍微偏向酸性，腦部察覺到這一點所發出的警報。所以，人才可能先讓警報消失。警報消失，並不代表危險已經解除。
難受，不是氧氣耗盡的訊號。
而是二氧化碳這種「垃圾」滿溢的訊號。
關於體內氣體的話題，也建議一併閱讀鯨魚能潛水1小時，為什麼人只能慢慢浮上水面？與為什麼只是提升海拔，就會引發高山症？，可以看見呼吸這個機制的全貌。
- 坐在椅子上，正常吐氣後閉氣，計算到覺得難受為止的秒數。大概是30～60秒。
- 休息1分鐘左右。接著，試著一邊輕微活動手腳，一邊做同樣的事。秒數不會有太大變化。因為難受與否，取決於血液的狀態，而不是肌肉。
- 再休息一下。最後，深吸一口氣之後再閉氣。雖然肺裡的空氣變多了，但延長的時間頂多幾十秒。可以親身體會到，就算增加氧氣，也延長不了多少。
唯獨反覆做深而快的呼吸之後再閉氣的做法，請絕對不要嘗試。就算在陸地上，也可能昏倒跌倒。身體不適時，或有心臟、肺部宿疾者，請不要進行這項觀察本身。
想了解更多的人 ― 用語、公式與教科書的關聯從國中理科到大學專業科目，明確標示這是哪個程度的內容
- 國中國中理科所學的範圍
- 高中高中「化學基礎、生物基礎」所學的範圍
- 高中＋高中進階內容，或教科書專欄等級的內容
- 大學高中不教、大學專業科目（生理學、生物化學）的內容
- 研究連大學都尚未當作「定論」教授、研究者正在調查中的內容
國中用語：這個現象是有名字的
- 碳酸：二氧化碳溶於水後形成的弱酸。血液中也發生著同樣的反應。
- 化學受器：偵測血液成分變化的監視細胞。位於腦底和頸部血管分岔處。
- 過度換氣：呼吸超過所需，排出過多二氧化碳的狀態。有時會出現手腳發麻的現象。
- 昏厥：腦部氧氣不足，短暫失去意識。在水中發生時，較難獲救。
國中高中用公式確認：閉氣1分鐘後，氧氣還剩多少
「難受＝氧氣耗盡」這個先入為主的想法是否正確，可以用簡單的減法來驗證。使用符號的意義如下。單位只有公升（體積）和分鐘（時間）。
| V | 體內儲存的氧氣體積。單位為公升 |
| R | 身體每分鐘消耗的氧氣體積。單位為公升/分鐘 |
| T | 閉氣的時間。單位為分鐘 |
| 肺與血液中儲存的氧氣 V | 約為1.5公升 |
| 靜止狀態下每分鐘消耗的氧氣 R | 約為0.25公升/分鐘 |
| 能閉氣的時間 T | 通常約1分鐘 |
| 1分鐘內消耗的氧氣 | 0.25 × 1 ＝ 0.25 |
| 1分鐘後剩下的氧氣 | 1.5 － 0.25 ＝ 1.25 |
| 剩餘比例 | 1.25 ÷ 1.5 ≒ 0.83 |
| 用完儲存量所需的時間 | 1.5 ÷ 0.25 ＝ 6 |
過了1分鐘後，氧氣仍剩下八成以上。單純用除法計算，還有6分鐘的餘裕。儘管如此卻在1分鐘就放棄了，可見難受的原因並非氧氣。此外，這是安靜坐著時的估計值。若在活動身體，消耗量會增加好幾倍。
高中高中＋為什麼二氧化碳的反應「比較快」
高中氧氣會牢牢地與紅血球中的血紅素結合並運送。所以血液能攜帶大量氧氣。另一方面，二氧化碳大部分溶於水形成碳酸，再進一步分解成氫離子與碳酸氫根離子來運送。
高中＋這時產生的氫離子，會直接左右血液的酸鹼強度。血液的酸鹼強度平常維持在極窄的範圍內。即使只有極微小的變化，對身體來說也是重大的異常訊號。至於氧氣，即使儲存量減少到將近一半，得益於血紅素的特性，輸送到組織的量也不太會下降。這也是為什麼不容易察覺氧氣減少的原因之一。
大學決定呼吸的，是腦底的監視員
腦底部分，有能感知周圍體液酸鹼強度的中樞化學受器。二氧化碳容易溶於脂肪，能迅速穿過保護腦部的屏障。穿過之後轉變為碳酸，使周圍偏向酸性。受器偵測到這一點,便發出加強呼吸的指令。位於頸部血管分岔處的周邊化學受器會對氧氣不足有反應，但要等到氧氣減少到相當程度後，它才會強力作用。這種雙重機制,平時是朝著安全的方向運作。而深而快的呼吸，可說是只讓站在後面的那位監視員睡著了。
研究目前仍不清楚的事
- 「呼吸困難」這種感覺本身 一般認為，呼吸困難並非單純由受器訊號決定，而是牽涉腦部多個區域的複雜感覺。即使血液狀態相同，為什麼每個人的感受不同，目前仍未充分釐清。
- 從事潛水者的身體變化 以自由潛水為職業或競技的人，能比一般人閉氣更久。訓練究竟是改變了監視員本身的靈敏度，還是改變了忍耐力，目前仍在研究中。
- 反覆缺氧的影響 反覆經歷短暫缺氧，長期而言會對腦部和心臟造成什麼影響，目前尚無明確結論。從安全的角度來看，一般認為最好避免刻意反覆進行。
也就是說，本文的內容也只是「目前所知範圍內的說明」。不過，關於在水中玩閉氣遊戲很危險這一點，已經有許多已知的事故案例。
與教科書的關聯（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文何處 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・呼吸與血液循環 | 氧氣與二氧化碳交換的內容 |
| 高中 | 生物基礎・體內環境的維持／化學基礎・酸與鹼 | 二氧化碳變成碳酸、血液偏向酸性的內容 |
| 高中＋ | 生物・血紅素與氧氣的結合 | 氧氣減少也不易察覺的原因 |
| 大學 | 生理學・呼吸調節／酸鹼平衡 | 中樞與周邊化學受器的分工 |
| 研究 | 呼吸生理學・感覺神經科學 | 呼吸困難這種感覺的形成機制 |
| ― | 與生活的關聯 | 避免在水邊玩閉氣遊戲、救援時不可跳入水中 |
- 日本紅十字會（日本赤十字社）「安全法・水難事故的預防」
- 總務省消防廳（總務省消防庁）（急救・水難事故相關宣導資料）
- 蓋頓與霍爾《醫學生理學教科書》呼吸調節章節（化學受器與二氧化碳對呼吸的調節）
- 本間研一 監修《標準生理學》（標準生理学）呼吸調節・酸鹼平衡章節
- 日本蘇生協議會（日本蘇生協議会）《急救復甦法指引》（水難事故傷者的應對與通報流程）
※本文為大眾科普解說。文中數值僅為幫助理解機制的參考估算值。關於水邊事故的預防與救援方法，請遵從消防、地方政府、救生員等的指示。若身體狀況有疑慮，請勿進行本文的觀察活動。