林佳谷

中華自然醫學教育學會

理事長

一、前言

一氧化碳（carbon monoxide, CO）中毒窒息事件層出不窮，有意外，有自殺，與兇殺（包括大屠殺）。由於它的物性（無色、無臭、無味、易與空氣混合），化性（與血色素的結合力較氧強210~240倍），使它在非常的微量下就能癱瘓血液循環中氧的傳輸功能。在擬人化下，這種特性人格，在人群中會是一個可怕的個性。平日與常人無顯著差異，如CO也循O₂的氣體交換（gas exchange）途徑與機制，此危險人物也參加常人的活動，不過當「致命吸引力的執著」觀念發作時，就帶來了類似美國維州理工大學（Virginia Tech, 4/16/07）的校園槍殺慘案，連同兇手共33人死亡；感情糾紛，認為女友移情別戀，而兇手執著是起殺機之重要原因之一。同月中，桃園縣也有「愛不到，縱火燒死女友」的慘劇(自由時報，4/28/07)。CO personality的危害有時要比CO中毒更可怕。

美國每年有40,000件CO中毒送急診事件；台灣每年冬天是CO中毒的高峰期，甚至引起前行政院謝院長擬補助家戶裝設CO警報器的研議。隨著燒炭的自殺方式普及，CO的污名也跟著頻頻出現，甚至有因噎廢食提出「煤炭販賣管制」的學者建言。單是2002~05三年間北縣就有逾百人一氧化碳奪命的紀錄。

二、歷史回顧

自從人類懂得用火，特別是在穴居時代，因為洞穴的通風排煙不良，應該會遭遇一氧化碳中毒的問題。在希臘羅馬時代就知道用燒炭的廢氣來處決犯人。隨著十八世紀煤氣（water gas & coal gas）取暖、照明的使用後，煤氣意外中毒事件頻傳，更被惡用在二次世界大戰集中營集體屠殺暴行。英國皇家學院的戴維（Humphry Davy, 1778~1829）在1798年破解了死屍神秘微笑之謎，不是笑氣（N₂O），而更可能是他所測得的一氧化碳與沼氣。煤氣中有一氧化碳40%、二氧化碳（CO₂）、氫氣（H₂）與甲烷（CH₄）等，其中一氧化碳提供了可燃性，也是中毒禍首。歷史上，法國社會主義作家左拉（Émile Zola, 1840~1902），在贏得爲Dreyfus軍官冤獄平反的勝利後，卻大意地死於家中煤氣一氧化碳中毒。法國偉大生理學家伯納（Claude Bernard, 1813~1876）在1865年一氧化碳的研究中證實「紅血球攜氧從肺到全身」。後來更在蘇格蘭呼吸生理學者哈登（John Scott Haldane, 1860~1936）（見附圖一）父子的研究，得知CO與紅血球（red corpuscles）中之血紅素（Hemoglobin, Hb）之結合強度，是氧的210~240倍，並得公式：

說明： M：結合係數，208~235 at 37℃

Pco與Po₂： CO與O₂之分壓

CO Hb：carboxy hemoglobin 一氧化碳血紅素濃度

Hb O₂：oxy hemoglobin 氧合血紅素濃度

所以只要在大氣中有CO 0.1%（1,000 ppm），就將造成與氧（註：O₂濃度21%）分庭抗禮的局面─Hb O₂與CO Hb濃度各半。CO的特性確是「以小搏大」。

今日雖有居住條件的提昇，電器使用的普及，但在與CO有關之瓦斯中毒事件卻層出不窮。考其因，少開窗，門窗封閉性高是原因。至於瓦斯中毒其實並非全都是屬於CO這類的化學窒息性氣體。以下擬從窒息性氣體與CO的毒物學中毒機轉作簡略的回顧。

三、窒息性氣體（Asphysiants）

窒息性氣體，乃具干擾組織的氧化，可分單純性與化學性兩類：

單純性窒息物（Simple asphysiants）：該氣體本身不具生理刺激化合性，只是在相對的量下，稀釋或排擠了氧在正常下21%的濃度與其所具備的功能，如二氧化碳（carbon dioxide, CO₂）、乙烷（ethane, C₂H₆）、氦（helium, He）、氫（hydrogen, H₂）、甲烷（methane, CH₄）與氮（nitrogen, N₂）。

化學性窒息物（chemical asphysiants）：透過化學作用，干擾氧的傳輸，如：

● CO：搶奪氧與血紅素的結合。

● HCN（氰酸）：對cytochrome oxidase（細胞色素氧化酵素）^註的抑制。

註：此酵素存在每一個細胞內，負責呼吸作用。氰酸根（CN^-）與酵素中之鐵（Fe³⁺）結合成穩定的錯離子，無法還原成Fe²⁺，使酵素失去活性，終使細胞的呼吸作用停止，硫代硫酸鈉(Na₂S₂O₃)是解藥。

● H₂S（硫化氫）：呼吸中樞與嗅神經的麻痺。

天然氣（主成分CH₄，毒性較CO小很多）、石油氣（指propane gas, CH₃CH₂CH₃）等與煤氣不同，並不含CO，在不燃燒時的管線漏氣，則不應以化學性窒息氣體CO來稱呼，倒應該是屬於單純性的窒息物問題，它排擠了O₂，使O₂濃度低於18%（不被允許的工作環境條件）或12%以下（死亡）。不過當有不完全燃燒時，就有CO產生的機會。

四、CO中毒的毒物學要點

血紅素是紅血球（erythrocyte）中的攜氧色素（oxygen-carrying pigment），負責氧在呼吸道與組織間的攜帶。哺乳類動物的Hb分子量約64,500，由四個肽鍵（peptides）所構成，此大分子中心的鐵（Fe）與原紫質（protoporphyrin Ⅸ）的四個毗咯氮（pyrrole nitrogens）相連接，當Fe原子處於二價的還原態時（Fe²⁺），才具攜氧功能，當Fe原子處於三價（Fe³⁺）的氧化狀態時，稱作變性血紅素（methemoglobin），這時已不再具有攜氧運行的功能。Heme化學構造詳見附圖二。

空氣主要由1/5的氧與4/5的氮所組成，但尚有少量的氬（Ar, argon 0.93%），二氧化碳（CO₂, 0.03% or 300 ppm）與水蒸氣。所以在海平面一大氣壓下（1 atm or 760 mmHg），氧的分壓是Po₂ = 152 mmHg（760 x 1/5 = 152），進入肺臟經心臟輸出時Po₂ = 110 mmHg，藉壓差(pressure gradient)處處補充提昇組織的氧壓（O₂ tension）後，到了Po₂ = 40 mmHg後因壓力差不足須重新回肺臟提高分壓^(註1)。至於一氧化碳在外界環境，雖然在火山爆發、森林大火、人為火災下有一時的高濃度，但在大環境的擴散與自然界微生物的吸收、氧化、分解下都能保持在0.001%（10 ppm）的濃度左右。不過在人為交通方面（排氣管可達3.5%；全美100 x 10⁶ ton/年, 1970^(註2))，工廠（如煉鋼廠的高爐blast furnace、焦炭爐coke oven與悶燒不通風處，可高達10% or 100,000 ppm）。有機溶劑二氯甲烷（methylene chloride, CH₂Cl₂）透過生物代謝會被代謝成CO與CO₂ 1:3的比例，其中的CO是在侷限空間（confined space，如不通風的地下工作室）使用二氯甲烷脫漆劑導致心肌梗塞（cardiac infarction）的原因。從這個例子提醒了我們CO中毒除了中樞神經(CNS)問題外，更有心肌以及一些行為認知(cognitive)上的輕微傷害。

註1：正常下(沒有CO干擾)，動脈血液之Po₂ = 110~40 mmHg，是它可以為組織補充氧濃度的氧分壓。為使組織獲得HbO₂ 5 ml/100 ml (O₂/血液)，Po₂將有60 mmHg的消耗；在0.1%CO的干擾下，體中約有COHb 50%的形成，這時想有5 ml/100 ml的血氧濃度補充時，需要有Po₂ 85 mmHg以上的氧分壓消耗，比貧血患者(50% Anemia)之相對需求，僅75 mmHg，更嚴重，詳見附圖三。（Ref. 3）

註2：燃燒100加侖汽油，會產生230磅的CO。EPA 1970 Clean Air Act法案推動中特別針對汽車排放廢氣中所含CO(佔空污量之70~80%)，認為藉觸媒轉換器(catalytic converter Pt-Pd 鉑鈀催化劑)，可以將CO氧化成當時認為「無害」的CO₂，為此不惜更換油品，改變汽油成份，以不含鉛(四乙基鉛 Pb(C₂H₅)₄)，提高芳香族碳氫化合物(aromatic hydrocarbons)百分比，取代傳統烴類(aliphatic hydrocarbons)為主的汽油。（Ref 5）

抽菸是人類自尋暴露CO的行徑（燒香也是，在香爐邊也有高的CO濃度），在抽菸似神仙的氣氛下，周邊至少有400 ppm的CO，在身體所形成的COHb經常都在2~10%之間，更有高達18％者。

整體血紅素與CO接觸後就被強烈地結合，COHb%逐漸提高，而有不同的不適症狀出現。一般來說COHb 60%是致命的、40%會病倒或暈倒、25%會帶來心電圖S-T波段的低下、15~25%頭痛與嘔吐感、15%以下幾乎少有症狀。體內COHb%濃度與外界CO%的關係如下，並見附圖四：（Ref. 2 & 6）

COHb帶有櫻桃鮮紅（cherry-red），可藉分光儀測定之；在CO中毒死亡解剖中可以見到指甲、黏膜、皮膚等的櫻桃紅發疳（cherry-red cyanosis）。不久前曾有不肖商人在生魚肉上注射CO以增其肉色鮮紅。

對於一氧化碳中毒的處理，若給予適度的加壓氧氣（hyperbaric oxygen）可加速體中COHb的清除時間：

● 1 atm（不加壓、不加氧），5小時，50%COHb↓

● 1 atm（100% O₂、不加壓），80分，50%COHb↓

●  3 atm（100% O₂），25分，50%COHb↓

平時，人體自然血紅素代謝中，會有微量1% COHb的偵測值；又考量COHb 0~10%時沒有特異生理現象，是以在1990年代之ACGIH TLV有COHb 10%（即CO 50 ppm）的建議；若考慮過度勞動、高溫、高山與體弱，有下降為一半的建議即CO 25 ppm（COHb 5%）。我國勞委會採35 ppm。一般環境老弱婦孺的考量，環保署採9 ppm（八小時平均值）與35 ppm（小時平均值）的標準。

五、一氧化碳人格

藉著科學的認知，把所觀察的現象提昇到哲學的思維層次，這是我們所關心形而下、形而上，或圓規•歸元的意義。

一氧化碳，好似匪諜在人群中不易為人察覺；好似搭公車不讓座的惡小子，不讓他人有坐位的機會（換人坐坐）；好似眷戀官場不下台的當政主管，不讓他人也有服務的機會（所謂換人作作看）；它以小搏大，區區0.1%的濃度就可以與坐擁21%的O₂分庭抗禮霸佔一半血色素的江山。在所有的惡行惡狀中，當以死纏不放，就像植物界的「雀榕」攀藤一樣，一旦被纏上，就是地老天荒。從生命哲學的觀點，它就是不懂「君子之交淡如水，小人之交甜如蜜」、「好來好去」、「隨緣隨順」與「曾經擁有，不必執著」的道理。從加壓氧的CO治療過程，也有愛心加持，驅走邪魔的示範。

自然養生學中有一則：「多開一扇窗，少服一帖藥」的簡易法門；佛家之三慧明—聞、思、修，是去無明的方法；學問世界，多學一種外國語文就像多開一扇窗。平日就讓我們注意開窗通風，避免室內空氣污染，包括CO；也為冥頑‘CO’性格的頭腦開窗、點燈去無明，好好開釋他(或她)「提得起，放得下」、「得與捨」、「寬容」的道理，大家會活得更健康愉快。

六、參考文獻

1.  Proctor and Hughes’ Chemical Hazards of the Workshop, 3rd_. Ed., Van Nostrand Reinhold, NY, 1991

2.   Peter D Bryson. Comprehensive Review in Toxicology. 2nd. Ed., An Aspen Publication, 1989

3.Casarett and Doull’s Toxicology: The Basic Science of Poisons, 4th. Ed., Pergamon Press, 1991

4.National Safety Council. Fundamental of Industrial Hygiene, 3rd Ed., 1988

5.Merril Eisenbud. Environment, Technology and Health: Human Ecology in Historical Perspective, New York Univ. Press, NY, 1978

6.William N Rom. Environmental and Occupational Medicine, 2nd Ed., Little, Brown and Company, 1992

圖一 蘇格蘭呼吸生理學者哈登（John Scott Haldane, 1860~1936）

圖二 Heme（血基質、亞鐵血紅素）

圖三 氧與血紅素解離S曲線圖（oxyhemoglobin sigmoid dissociation curve）

Source：Casarett and Doull’s Toxicology

圖四 外界CO濃度（ppm）與血中CO Hb（％）隨時間續增變化圖

Source: William N Rom. Environmental and Occupational Medicine, 2nd Ed., 1992