一氧化碳為什麼
「無法察覺」才是最可怕的地方？
沒有顏色。沒有氣味。沒有味道。也不會冒煙。所以若沒有警報器，人類的感官完全無法偵測到它的存在。而且這種氣體會先奪走「該逃跑」的判斷力。不是你察覺不到，而是被剝奪了察覺的能力。
寒冷的夜晚。房間裡開著煤油暖爐,正在看電視。外頭風很大,窗戶緊閉。排氣扇也沒開。幾個小時過去了。
不知怎地開始頭痛。有點倦怠。「是不是太累了」「該不會感冒了吧」心裡這麼想。事實上,這些症狀和感冒非常相似。沒有人會覺得不對勁。
就這樣,開始昏昏欲睡。嗜睡也是症狀之一,但判斷這件事的能力,也已經下降了。
這段期間,房間裡始終充滿著一氧化碳。眼睛和鼻子,什麼都感覺不到。
無色、無味、無臭。都市瓦斯和液化石油氣都刻意加了臭味,但一氧化碳沒有。人類沒有偵測手段,只能依賴警報器。
最先出現的是頭痛、倦怠、嗜睡。也就是說「不對勁,快逃」這個念頭,最先變得遲鈍。在倒下之前,就已經無法判斷了。
這兩點疊加在一起,使一氧化碳中毒會以「察覺時已經動不了」的形式發生。讓我們依序來看。
原因1：奪走人體「運送氧氣的角色」
我們之所以能呼吸,是因為血液中的紅血球會把氧氣送往全身。負責運送的,是紅血球中名為血紅素的蛋白質。
血紅素上有供氧氣附著的位置。在肺部載上氧氣,在需要的地方輕輕放開。這種「鬆散結合、容易放手」的特性,對運送者而言至關重要。
然而一氧化碳,卻會以遠比氧氣更強的力道,附著在同一個位置。這個強度,根據常被引用的數值,約為氧氣的200倍以上。
結果就是,空氣中只要有一點點一氧化碳,位置就會接連被占據。而且一旦附著上去,就很難脫離。肺部照常運作,呼吸也不覺得困難,氧氣卻無法送達身體,陷入這樣的狀態。
我們之所以感覺「喘不過氣」,主要是因為血液中的二氧化碳增加所致。一氧化碳中毒時,二氧化碳仍會照常排出。
也就是說,身體明明缺氧,卻不會響起「痛苦」的警報。不會出現像潛水時那種「想換氣」的強烈感覺。所以人就這樣睡著了。
原因2：無論待在房間哪個位置,吸入的量都一樣
之前文章提到的氯氣,因為比空氣重,會堆積在地板附近。一氧化碳正好相反,它的重量幾乎與空氣相同。
也就是說,它不會偏向上方或下方,而是均勻地混入整個房間。「站著就沒事」「逃到高處」之類的躲避方式都不管用。它也會從門縫流進隔壁房間。
完全沒有任何線索。
一氧化碳會在哪裡產生
一氧化碳,是在東西燃燒時氧氣不足就會產生。這稱為不完全燃燒。反過來說,只要在密閉房間裡用火,無論用什麼燃料都可能發生。
- 密閉房間裡的煤油或瓦斯暖爐。尤其是睡眠時無法逃離
- 帳篷或車中過夜時使用木炭、卡式瓦斯爐、瓦斯噴槍。狹小空間最危險。「開了一點縫就沒事」這種想法不成立
- 排氣管被雪埋住的汽車。廢氣會倒灌回車內。遇到困在雪中時,請先挖開排氣管周圍
- 在室內、車庫、屋簷下使用發電機。停電時發生的事故一再重演。發電機務必在戶外空曠處使用
- 熱水器、瓦斯熱水器的不完全燃燒。排氣口被堵住或進氣不足時會發生
- 不開排氣扇的炭火烹調、小火爐
為數不多可察覺的線索：火焰的顏色。瓦斯火焰不是藍色,而是呈現橘色或紅色搖曳時、冒出煤灰時、玻璃或牆壁變黑時,請懷疑是不完全燃燒。
該怎麼做
- 若感覺頭痛、噁心、倦怠,先到戶外去正是「該不會是感冒吧」這種想法出現的時候。若同一房間的人同時感覺不舒服、寵物也沒精神,請高度懷疑。在查明原因之前,先呼吸外面的空氣。
- 打開窗戶和門換氣,並熄火不過自己先逃離才是優先。若有人倒在房間裡,請不要直接衝進去。屏住呼吸打開窗戶,立刻到外面去。有些救援者接連倒下的事故就是這樣發生的。
- 撥打119。即使症狀輕微也要就醫就算「到外面就覺得舒服了」也要就醫。據稱有時會在暫時恢復後,經過數天到數週才出現記憶障礙或運動障礙。送醫時,請告知燃燒了什麼、燃燒了多久。
既然人類的感官無法偵測,就只能依賴機器。一氧化碳警報器（CO警報器）只要幾千日圓就能買到。
- 日本規定住宅必須安裝火災警報器,但CO警報器並非強制規定。煙霧偵測器偵測不到一氧化碳,需要另外準備
- 安裝地點應選在有燃燒器具的房間與臥室。由於一氧化碳的重量幾乎與空氣相同,高度不必太在意（請依產品說明為準）
- 請確認電池與使用年限（多數為5～10年）。過期的警報器,等於沒有
- 露營、車中過夜,或停電時使用發電機時,可攜式的小型警報器也很有幫助
在廚房就能確認的事（不會做任何危險的事）
- 點燃瓦斯爐,觀察火焰顏色。正常情況下應該是澄澈的藍色
- 確認鍋底有沒有附著煤灰。若變黑,就是不完全燃燒的徵兆
- 也確認一下爐頭是否堵塞、進氣口是否有灰塵
藍色火焰代表燃料與氧氣充分混合、完全燃燒。橘色火焰則是氧氣不足的訊號,意味著容易產生一氧化碳的狀態。蠟燭或營火呈現橘色,也是同樣的原因（未燃盡的碳粒在發光）,這也說明在室內使用時需要換氣。
總結
一氧化碳之所以可怕,不只是因為毒性特別強。①感官無法偵測、②不會喘不過氣、③無論在房間哪個位置吸入量都相同、④最先奪走逃跑的判斷力,正是這種完全不會響起警報的結構,才是真正的危險所在。
人類的感官無法察覺它。
所以,請放一台警報器。
想了解更多 ― 用語、化學式、與教科書的連結從國中理科到研究中的話題,都明確標示屬於哪個層級
- 國中國中理科課程範圍
- 高中高中「化學基礎」「生物基礎」課程範圍
- 高中＋高中「化學」「生物」,或教科書中的延伸、專欄內容
- 大學高中不會學到,屬於大學專業科目（毒理學、生物化學）的內容
- 研究中即使在大學也不會當作「定論」教授,是研究人員目前正在調查中的話題
國中用語,以及為何會產生
- 完全燃燒：氧氣充足時。碳會變成二氧化碳（CO2）。C + O₂ → CO₂
- 不完全燃燒：氧氣不足時。碳只氧化到一半,產生一氧化碳（CO）。2C + O₂ → 2CO
- 一氧化碳（CO）：無色、無味、無臭的氣體。分子量28,與空氣的平均值（約29）幾乎相同,因此會均勻擴散於房間中。
- 血紅素：存在於紅血球中,負責運送氧氣的蛋白質。中心含有鐵,氧氣就附著在這裡。
- 一氧化碳血紅素（CO-Hb）：與一氧化碳結合的血紅素。它在血液中所占的比例（％）,被用來作為中毒嚴重程度的指標。
另外,都市瓦斯與液化石油氣,為了讓人能察覺洩漏而刻意加了臭味（加臭劑）。一氧化碳是燃燒當下才產生的氣體,無法事先加上氣味。這個差異,正好就是兩者危險性的差異所在。
高中用算式確認：為何僅僅0.02%就攸關性命
一氧化碳可怕之處在於,即使濃度非常低也會產生作用。到底可以低到什麼程度,可以用計算得出。
位置的爭奪 ＝ 數量比 ÷ 結合容易度比
| 數量比 | 空氣中,哪一方數量比較多 |
| 結合容易度比 | 一氧化碳約為氧氣的200～250倍 |
| 位置 | 血液中血紅素的結合位置 |
氧氣與一氧化碳,會爭奪血紅素上同一個位置。數量多的一方有利,但容易結合的一方也有利。正因為是兩者的拔河,所以會用除法。
這裡發揮作用的就是「250倍」這個數字。數量只有250分之1,也能打成平手,這個數字正代表這個意思。
| 空氣中的氧氣 | 約21% ＝ 210000 ppm |
| 一氧化碳 | 設為200 ppm（0.02%） |
| 數量比（氧氣多幾倍） | 210000 ÷ 200 ＝ 1050 倍 |
| 除以結合容易度 | 1050 ÷ 250 ＝ 4.2 |
| 位置比（氧氣 對 一氧化碳） | 4.2 對 1 |
| 整體為 | 4.2 ＋ 1 ＝ 5.2 |
| 被一氧化碳奪走的位置比例 | 1 ÷ 5.2 ≒ 0.19（約19%） |
空氣中僅有0.02%的物質,就能奪走血液約兩成的運送能力。也就是一萬分之二的濃度。
※ 此為經過足夠時間、達到穩定狀態時的大致估算。實際情況會因吸入時間、呼吸深淺、個人差異而有很大差別,結合容易度的比值也有一定範圍。
運送能力減少兩成,想成「類似被抽走兩成血液」的狀態會比較容易理解。靜止不動或許還撐得住,但一動就會不夠用。
而這個事故最危險的特性,就疊加在這裡。
- 沒有顏色,沒有氣味,也沒有味道。能察覺的線索,只有身體不適
- 最初的症狀,是頭痛、倦怠、嗜睡。讓人想著「累了,稍微休息一下」
- 為了休息而躺下,因為不動,就這樣持續吸入
- 判斷力本身會先衰退。想到要逃跑的能力已經喪失
算式顯示的是「減少兩成」,但實際發生的是「在毫無察覺的情況下減少兩成」。之所以需要警報器,正是因為人類的感官完全無法偵測這個對手。
一氧化碳是在氧氣不足的情況下燃燒時產生的。需要多少氧氣,同樣可以計算出來。
| 燃燒都市瓦斯主成分時 | 每1份燃料需要2份氧氣 |
| 空氣中氧氣的比例 | 約 21% ＝ 0.21 |
| 所需空氣量 | 2 ÷ 0.21 ≒ 9.5 倍 |
需要約燃料10倍的空氣量。燃燒,就是消耗這麼多空氣的過程。
密閉房間、被雪堵住的排氣口、帳篷、車庫。一旦空氣交換不足,燃燒就不會中途停止,而是持續不完全燃燒下去。一氧化碳就在此時產生。
火焰若熄滅就會停止,但最危險的是「不熄滅、持續不完全燃燒」。房間溫暖、有光亮、看起來毫無異狀,②的計算卻在持續進行。
| 數十 ppm | 長時間下可能出現頭痛等症狀 |
| 約 200 ppm | 數小時內出現頭痛、噁心 |
| 數百～1,000 ppm | 短時間內可能出現意識障礙 |
| 數千 ppm 以上 | 短時間內可能危及生命 |
※ 影響是由濃度與時間的組合所決定,個人差異也很大。據稱孕婦、有心臟或肺部疾病者、嬰幼兒會在更低濃度下受到影響。
高中高中＋另一種較少人知道的危害
一氧化碳的危害不只是「奪走位置」。血紅素擁有4個結合位置,在放開氧氣時彼此會互相協同（因此氧氣解離曲線呈S形）。
當一氧化碳占據部分位置後,剩餘位置上附著的氧氣,在需要的地方會變得不容易放開。用生物學的說法,就是氧氣解離曲線向左移動。也就是說,不僅運送量減少,送達目的地後也難以釋放。這是雙重妨礙。
所以只測量「血液中的氧氣量」,有時會忽略危險。手指式血氧儀,在一氧化碳中毒時有時會顯示接近正常的數值,原因就與此有關。
大學連細胞層級也會受到妨礙
已知一氧化碳不只會結合血紅素,也會結合細胞粒線體呼吸鏈上的酵素（細胞色素c氧化酶）。也就是說,即使氧氣送達,連使用它的那一端也會受到妨礙。
此外,它也會結合肌肉中儲存氧氣的肌紅素。心肌受到影響的問題,被認為正是因為這個原因。
治療方面,會讓患者吸入高濃度氧氣,以此將一氧化碳驅逐出體外。更積極的做法則是高壓氧治療,在加壓環境下吸入純氧,據稱能大幅縮短驅逐所需的時間。
研究中尚未有定論的事
- 高壓氧治療是否真的能減少後遺症,尚無定論。雖然已進行多項隨機對照試驗,但結果並不一致。有顯示有效的試驗,也有顯示無差異的試驗,由於對象選擇與治療時機不同,無法單純比較。目前對於應在何時對哪些患者施行,討論仍在持續。
- 延遲性神經損傷,無法預測會發生在誰身上。在看似暫時恢復之後,經過數天到數週,可能出現記憶障礙、意志消沉、帕金森氏症狀等。然而,目前並沒有確立的方法能事先區分出會發病與不會發病的人。血液中一氧化碳血紅素的數值,與後遺症的嚴重程度並不一定吻合,這點也廣為人知。
- 其實,體內也會自行產生一氧化碳。透過分解血基質的酵素（血基質加氧酶）的作用,體內會持續產生極微量的一氧化碳,研究發現它作為一種訊息傳遞物質,具有舒張血管、抑制發炎的作用。被視為毒物的氣體,在體內其實也發揮著作用。利用這點開發的藥物（能在特定部位釋放微量一氧化碳的化合物）研究也在進行中,但尚未實際應用。
- 長期暴露於低濃度下的影響,也尚未明朗。持續存在不完全燃燒的居住環境,或交通繁忙地區的慢性暴露,對心血管與神經系統造成多大程度的影響,研究仍在進行中。
看似「單純的毒物」,實際上仍有許多未解之謎。正因如此,比起期待治療,防止產生、及早察覺才是決定性的關鍵。
與教科書的連結（按層級）
| 層級 | 科目・單元 | 本文對應段落 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・燃燒與氧氣／氣體的性質／人體的呼吸 | 不完全燃燒、火焰顏色、紅血球的作用 |
| 高中 | 化學基礎・化學反應式／物質量 | 完全燃燒與不完全燃燒的算式、分子量28與空氣的比較 |
| 高中 | 生物基礎・血液與血紅素 | 氧氣的運送、結合容易度的比較 |
| 高中＋ | 生物・氧氣解離曲線／化學・化學平衡 | 曲線左移的話題、結合強度與平衡 |
| 大學 | 生物化學・毒理學・急診醫學 | 對粒線體呼吸鏈的作用、高壓氧治療 |
| 研究中 | 急診醫學・分子生物學（未解決） | 高壓氧治療的效果、延遲性神經損傷的預測、體內產生的一氧化碳 |
| ― | 防災・安全教育 | 到戶外→換氣→撥119、CO警報器、防止救援者二次受害 |
- 日本總務省消防廳（総務省消防庁）及各地消防本部對一氧化碳中毒的警示（包含暖氣器具、發電機、汽車困於雪中時的因應方式）。
- 公益財團法人 日本中毒情報中心（日本中毒情報センター）關於一氧化碳的中毒資訊。
- U.S. Centers for Disease Control and Prevention (CDC), Carbon Monoxide Poisoning（症狀、濃度參考值、警報器建議）。
- Weaver, L. K. et al., Hyperbaric oxygen for acute carbon monoxide poisoning, New England Journal of Medicine 347, 2002 等,關於高壓氧治療的多項臨床試驗（結果並不一致）。
- Motterlini, R. & Otterbein, L. E., The therapeutic potential of carbon monoxide, Nature Reviews Drug Discovery 9, 728–743, 2010（體內產生的一氧化碳及其生理作用）。
- 獨立行政法人 製品評價技術基盤機構（製品評価技術基盤機構／NITE）關於燃燒器具事故案例的警示。
※ 結合容易度的比值,以及濃度與症狀的對應關係,會因測量條件而有所差異。本文所示為一般常引用的參考數值。
※本文是為了預防事故而撰寫的一般性解說。若身體出現異狀,請勿自行判斷,應先離開現場,並撥打119或聯絡醫療機構,依照消防與醫療機構的指示行動。燃燒器具的檢查與安裝,務必依照使用說明書以及販售商、施工業者的指引辦理。文中數值僅為幫助理解原理的參考值。