摘要 人类活动正在增加大气中的二氧化碳（CO2）含量。越来越多的实验证据表明，终生暴露于这些不断增加的大气CO2水平可能会对生物体的正常生理产生负面影响。然而，直接在人类身上评估这一点非常困难。我们分析了1999年至2020年间美国国家健康和营养检查调查（NHANES）测得的血清重碳酸根（HCO3−）、钙（Ca）和磷（P）水平，作为大气CO2暴露的间接代理。此期间，该人群的平均重碳酸根水平显示出递增趋势，与大气CO2浓度上升相吻合。钙和磷在同一时期则持续下降。如果这些趋势持续下去，血液中重碳酸根的值可能在半个世纪后达到被接受的健康范围的极限，而钙和磷在本世纪末将达到其健康范围的极限。研究表明，在这段时间之后，升高的大气二氧化碳导致体内CO2积聚，可能会引发一系列不良健康影响。这些发现突显了迫切需要大幅减少人类活动引致的CO2排放，以保障公共健康。类似内容正在被其他人查看 引言 在有氧生物中，包括人类，CO2是细胞呼吸的副产品，需要通过呼气将其作为废物排出体外（Raven et al., 2007）。CO2穿过细胞质膜进入血液，几乎所有的CO2（90-95%）都扩散入红血球，在那里通过碳酸酐酶（CA）迅速水化为氢离子（H+）和重碳酸根（HCO3−）（Arlot-Bonnemains et al., 1985 ; Lan et al., 2025）。血液中的HCO3−是CO2在全身运输的最重要方式（Sherwood, 2013），当这些血液到达肺部，反应会逆转。肺部的HCO3−与由脱氧血红蛋白氧合所产生的H+结合，产生水和CO2，后者以废物的形式呼出（Lan et al., 2025）。因此，碳酸酐酶允许大量否则反应缓慢的血浆HCO3−用于CO2排泄（Arlot-Bonnemains et al., 1985）。血浆HCO3−与血液中CO2水平之间存在定量关系，当CO2水平增加时，HCO3−也会增加，反之亦然。这在多种临床情况中显而易见（Martinu et al., 2003 ; Ueda et al., 2009）。重要的是，异常的CO2滞留或CO2排除受损，这在疾病中（Mendez et al., 2019 ; Palmer & Clegg, 2023）、通气受损或过度吸入CO2（Robertson, 2006）中，可能会导致血液pH值降低。身体然后尝试通过各种机制来缓冲这种“酸中毒”，包括增加通气（如果可能）、增加酸的肾脏排泄和保留滤过的HCO3−（Sherwood, 2013）、钙、磷酸盐和其他物质的保留（Gray et al., 1973），以及神经系统的刺激以抵消pH变化对心脏收缩力和血管舒张的直接影响（Burton, 1978 ; Eckenhoff & Longnecker, 1995）。钙和磷酸盐（PO₄³⁻）在维持血液酸碱平衡中起着重要的支持作用，与HCO3−缓冲系统协同工作。磷酸盐可以接受或释放氢离子以帮助稳定pH，当血液变得酸性时，钙和磷酸盐可以从骨骼中释放出来以帮助中和多余的酸（Salcedo-Betancourt & Moe, 2024）。这引出了一个问题：大气中CO2的增加是否对人类健康构成威胁。目前有许多研究回顾了600-5000 ppm CO2范围内的健康影响（Azuma et al., 2018 ; Bierwirth, 2025 ; Carr et al., 2025 ; Jacobson et al., 2019），尽管仍然缺乏研究调查长期暴露于相关水平CO2的影响。因此，美国国家健康和营养检查调查（NHANES）研究提供了一个独特的机会，评估可能由于空气成分变化而导致的人类血液生化的潜在世代趋势，该研究记录了1999年到2020年间约7000人的血液化学参数，如HCO3−、钙（Ca）和磷（P）。人类进化过程中的大气二氧化碳 现代人类的祖先被认为是在500万到800万年前进化而来的，最早的智人化石出现在约15万年前（Wood, 1996）。虽然不精确，但似乎在横跨人类进化的大多数，甚至所有的时期中，大气中的CO2水平保持在相对稳定的300部分百万（ppm）左右。这些数据来源于包括被冰层封存的空气的遗存特征研究（Barnola et al., 1987）、化石浮游生物的成分分析等研究的结合。