麻酔・集中治療とテクノロジー 2023

特別寄稿：

–65–

二酸化炭素中毒について (続)佐藤 暢∗ ，飯野守男†
はじめに

著者らは，2022 年度の本誌 1) 上で，二酸化炭

前回の論文へ記載の追加・修正を希望する分
まず，前回の論文 1) では肺胞におけるガス交換(外呼吸) を中心に述べたので，体内における CO2のように述べ，その毒性について説いた．すなわ の活性と内呼吸との関係等について以下のような
ち「CO2 は，空気を吸って酸素を消費しながら生 記載を追加したい．
「生体での CO2 の活性を表す例として，いわきているヒトのエネルギー代謝から生じる排ガス(exhaust，いわゆる排気ガス) であるから，生体は ゆる CO2 ナルコーシス (narcosis) に陥ることが素 (CO2 ) 特有の生体に対する作用について以下

常時 CO2 を体外に呼吸で充分に排出しなければある．これは COPD（慢性閉塞性肺疾患）等でのならない．呼気には平均 4.5%の CO2 が含まれて高度の窒息による肺胞低換気によって高二酸化炭

ので，それよりも高分圧の CO2 を含むガ

素血症と低酸素血症が続いた結果，重度の呼吸性ス (空気) を吸うと，呼気中に CO2 を排出できなアシドーシスで意識障害を来した状態であるが，いばかりでなく，肺胞気から絶えず血液，組織液

同時に呼吸も疲弊した重篤な CO2 中毒の病態をいる

2)の方に CO2 が拡散して一方的に体内に蓄積する． 表す．一方で，化学的に典型的な不活性（inert）
したがって，生理的な範囲では必須の有益なガス ガスであるキセノン (Xe) は臨床上理想的な麻酔
3)である CO2 も体内に過剰に蓄積してくると有害 （anesthesia）作用を呈し ，生体に活性であるこに変わり次第に毒性が強くなる．これが二酸化炭 とを示すが，麻酔という医療行為は全く別もので素中毒症であり，そのまま放置すれば中毒死に至あるから CO2 ナルコーシスと混同してはならな

る．特に，液化炭酸ガス 1 ボンベやドライアイス

い．安全を旨とする麻酔は，CO2 中毒や呼吸性アからのように外因性の格段に高い CO2 濃度のガ

シドーシスとは本来無縁であるからである．

スを吸入すると，肺胞気から拡散して血液中の濃特に，生体内での CO2 (炭酸ガス 1 ) に特有の活度が急速に上昇するので約 1 分間で意識を失う程性を要約すると，赤血球の炭酸脱水素酵素 (car-の強い毒性を示す．この場合には，呼吸が直接関

bonic anhydrase) の触媒作用により与しないばかりか，CO2 が肺を通過する方向が常時体外から体内へと逆方向になるので，中毒性ア- H CO - H+ + HCO−
CO2 + H2 O 
23
3

シドーシスと呼び，窒息で内因性の CO2 を再呼の可逆反応が右方へ促進されることにより CO2

吸する割合が増すことによる呼吸性アシドーシス

は O2 の約 20 倍の速さで肺胞気から拡散して血と区別することを提案する．及び，関連省令の 液に溶け込む．その一部 (約 1/5) は血色素とカル修正が必要である問題」等の内容であったが， バミノ結合するが，これにも可逆性があることな
その後追加・修正したい件が生じたので補筆すどにより，赤血球は O2 のみならず CO2 の貯蔵・る．

運搬機能を果たす役割も非常に大きい．CO2 は∗ 鳥取大学名誉教授† 鳥取大学医学部社会医学講座法医学分野
1 ここでは，労働安全衛生法施行令，容器保安規則等に合わせて，気体状の二酸化炭素を炭酸ガスと記すところがある．
また，H2 O を氷，水，水蒸気と言うように，CO2 をドライアイス，液化炭酸ガス，炭酸ガスと相の区別を示すためでもある．ただし，一般には二酸化炭素，CO2 と物質名で記載する．
掲載許可日 2023 年 11 月 20 日

–66–

二酸化炭素中毒について (続)O2 と互いに有利に作用し合いながら体内の血液 ppm/5M の方は，ihl-mam(mammal:哺乳動物) と循環中に一連の化学反応を経て肺胞に戻ってくる 読めて，hmn (human:人類) ではないので，前回と (Haldane 効果で左方に促進されて) 炭酸ガス 1の論文 1) の 100 ページ左欄の中程のパラグラフの形で肺胞内へ排出されるので，CO2 は無変化から「, 9%で 5 分間」を削除したい．何故ならば，で不活性 (inert) のガスのように見えても，生体ヒト (人類) も哺乳動物ではあるが，ヒトの代わ

内では非常に活性である様相がよくわかる．そしりに他の哺乳動物を使用した場合の価ではないかて，このような血液循環によるガス交換がバランと考えるからである．

スよく繰り返されているうちは生理的であるが，最後に「また，別の消防庁からの通知 5) では，窒息により内因性の CO2 が充分に排出されずに中毒量の評価値である最低中毒濃度は，2%とされCO2 の再呼吸率が上がって CO2 の体内蓄積が過 ている．消火に用いる濃度 (概ね 35%) では，ほ剰になると，呼吸性アシドーシスが増悪する．
」を とんど即時に意識喪失に至る．高濃度 (55%以上)
前回論文 1) の 104 ぺージの右欄下から 7 行目の の二酸化炭素が存在すると，酸素欠乏とあいまっ「例えば，」以下を削除して，105 ページ冒頭につ て，短時間で生命が危険になる．が追加されていながるように追加したい．
次に，前回の論文 1) で，1 日 8 時間労働での二酸化炭素の許容濃度を 5,000ppm (9,000mg/m3 )とした源は米国政府関係の ACGIH (Americanる．
」を前回の論文 1) で 100 ページ左欄の下から

2 行目の末尾に加えたい．
国際的に深刻な問題について (新しい分)

Conference of Governmental Industry HygienWikipedia (英語版) に「CO2 is an asphyxiantists) と NIOSH (National Institute for Occupa- gas and not classiﬁed as toxic or harmful in actional Safety & Health) の勧告に準じたと書いた cordance with Globally Harmonized System ofが，「さらに，米国労働省の OSHA(Occupational Classiﬁcation and Labelling of Chemicals stanSafety & Health Administration) も同様の勧告 dards of United Nations Economic Commissionをしている．
」を前回論文 1) の 102 ページ右欄上部パラグラフの末尾に加えたい．

for Europe by using the OECD Guidelines for
Testing of Chemicals」との記載がある．これはUN(国連) の OECD(Organization for Economic
管轄時代における RTECS (Registry of Toxic Ef- Cooperation and Development：経済協力開発機
fects of Chemical Substances) 中のヒトに対する 構) の化学品テストのガイドラインによる GHS 分
Carbon dioxide の毒性を示す記載を原著について 類では「CO2 は不活性 (inert) の窒息性ガスであ確認した．2001 年 12 月から RETCS は民間企業 り，毒性・有害性はない」との意味かと思うが，次は修正する件であるが，米国政府の NIOSH

CO2 が窒息性であるのではなくて，窒息状態でのを得るには年間購読料を払って予約している必要 空気を CO2 が置換し，その中の酸素を希釈してがあるのでその内容を確認することはできなかっ 酸素欠乏にするのであり，しかも窒息は有害であた．そこで，前回の論文 1) に記載したのは内藤の論 るので，前記の論理は成り立たない．さらには，
文 4) を参考にしたものであった．しかし，今回色々 CO2 そのものを吸入した際の急激な活性，すなわに移管されており，現在のデータベースからの情報と試みた結果，1978 年と 1979 年の両 RTECS(電子

ち致死的な急性毒性を無視しているので，矛盾・版) において，各 326 ページと 389 ページにおいて錯乱した記述であり，これは国際的に深刻な問題「FF640000 CARBON DIOXIDE TXDS:

ではないかと深く憂慮する．

前記に基づく資料 6)7) では，二酸化炭素は GHS
ihl-hmn LCLo:100000 ppm/1M」とあるのを確認した (LCLo：最低致死濃度)．しかし，90000 分類の毒性物質・危険物質のリストには記載され

麻酔・集中治療とテクノロジー 2023

–67–ていないことを確認した．また，本邦の毒物及びの健康に対する有害性では「急性毒性 (吸入：ガス)劇物取締法によるリストにも二酸化炭素の記載は――区分外」となっている．特定標的臓器・全身毒無い．一方で，厚労省からの参考資料［毒物劇物

性 (単回ばく露) に「区分 3 (麻酔作用)」とあるが，の判定基準］(2017 年 2 月) によると「ガス吸入前記したように CO2 ナルコーシスを麻酔 (anes-

での毒物：LC50 が 500ppm(4hr) 以下のもの，劇

thesia) 作用と混同したものと思うが，区分 3 も注 2

物：LC50 が 500ppm(4hr) を越え 2,500ppm(4hr) に示す区分によっているとは思えない．GHS で使以下のものをいう」と記載されている．ちなみに， 用される絵文字には，“高圧ガス”と“健康有害性”
毒薬，劇薬についての規定では，気体の医薬品はの 2 つを提示している．8. ばく露防止及び保護措除外されている．

置では，管理濃度は未設定 (2009 年度) で，許容濃度

一方で，経済産業省の化管法 (化学物質排出把(ばく露限界値，生物学的ばく露指標) には，日本産

握管理促進法) の SDS 制度に関する説明による

業衛生学会の 5000ppm=9000mg/m3 (2009 年度)，と，2003 年に国連において化学品の分類・表示方

及び ACGIH の TWA (Time-Weighted Aver-

法の国際標準として GHS(Globally Harmonizedage) 5000ppm と STEL (Short Term Exposure

System: 世界調和システム) が採択され，化学品 Limit) の 30000ppm(2009 年度) を挙げている．
の有害性・毒性について世界共通の分類と表示 11. 有害性情報 急性毒性の吸入 (ガス) では「ラッ等の情報を，業者間の流通に際して安全確保のトの LC50 値 470000ppm/0.5h = 167857ppm/4h

手段として MSDS(Material Safety Data Sheet) ［PATTY( 5th, 2001)］に基づき，区分外とした」
を提示することを決めたが，本邦では 2012 年か とある．特定標的臓器・全身毒性 (単回ばく露) でら JIS Z 7253(GHS に基づく化学品の危険有害は，ヒトへの影響として「高濃度のばく露では呼性情報の伝達方法―ラベル，作業場内の表示及吸中枢を刺激し，また軽い麻酔作用が認められる(ACGIH(2001)) ことから区分 3(麻酔作用) とし
SDS(Safety Data Sheet: 安全データシート) に改 た」とあるのは，CO2 ナルコーシスを麻酔作用と混同した結果と考えるが，区分 3 も注 2 に示した称されている．

び安全データシート (SDS)) により，MSDS から

CO2 濃度 (ATE) に基づく区分である証拠はない．
法，毒物及び劇物取締法において，SDS 及びラベ さらに「なお，2 人の男性の症例報告があり，おルの提供に関する規定があり，薬機法の管轄であ そらく過剰の二酸化炭素ばく露により突然意識をる医薬品及び医薬部外品を除いて，産業用有害性 失い，ばく露後の繰り返し眼の検査で視野狭窄」
物質の業者間の流通に際して SDS を提供するこ 云々とある．また「二酸化炭素 11%で正常調節不同時に，厚生労働省の所管では，労働安全衛生とが決まった．二酸化炭素は，毒物及び劇物に指能，10 分で意識不明，25〜30%で呼吸消失・血圧定された化学物質ではないが，その他それに準じ低下・コーマ反射消失・感覚消失，数時間で死亡とるものとして，その SDS モデル版が厚労省の「職されている (産業医学 15 巻 3 号 (1974))」と記載

場のあんぜんサイト」に公表されているので，特されている．これは，日本産業衛生協会許容濃度に問題ある所について以下に要約する．

等に関する委員会が Kent のまとめた「CO2 の人

厚労省版の二酸化炭素の安全データシート (作成日 2010 年 3 月 31 日) には，2. 危険有害性の要約に「GHS 分類実施日 H22.3.16，政府向け GHS 分
類ガイダンス (H21.3 版) を使用」とある．そこで体影響」の表から抜粋したものと思われる 9) ．次の特定標的臓器・全身毒性 (反復ばく露) では「—データ不十分なため「分類できない」とした」と結んでいる．最後の「吸引性呼吸器有害性」では

2 急性毒性値又は急性毒性推定値 (ATE: Acute Toxicity Estimates) に基づく区分については，JIS Z 7252(GHSに基づく化学品の分類方法) で規定されている．ばく露経路が気体 (ppm) の区分 1: ATE 5100, 区分 2: 100<ATE5500,
区分 3: 500<ATE52,500, 区分 4: 2,500<ATE520,000 となっている．

二酸化炭素中毒について (続)–68–「GHS の定義におけるガスである」とだけ記してしたことなど，これら用語の使用に混乱が見られいる．GHS の定義では「CO2 is an asphyxiant

る．たとえ GHS 分類に限るとしても，CO2 は窒

gas and not classiﬁed as toxic or harmful」であ 息性ガスであるとしながら，窒息の有害・毒性をるが，実際には窒息で CO2 が充分に排出されず 否定する論旨は成り立たない．
に体内に溜まると呼吸性アシドーシスとなり，ヒ英和対訳 最新 OECD 毒性試験ガイドライン
ト (生体) に有害であるから矛盾している．最後の 初版 10) には，急性吸入試験の試験法 (Test No
16. その他の情報には，参考文献 を「各データ毎 403) の 7 ページに「急性吸入毒性 とは，吸入可に記載した」とあるので，上述したように他の情能な物質に 1 回，短時にわたり連続吸入すること報が加えられた箇所も見られるが，総じて GHSにより生じる好ましくない影響のすべてである．

(Globally Harmonized System) 分類では，二酸

LC50 (半数致死濃度) とは，特定の期間ばく露し化炭素は窒息性ガスでありながらも有害ではないた動物の 50%がばく露中，またはばく露後一定期とされており，急性毒性 (吸入:ガス) で区分外と間内に死亡すると期待される物質の濃度を統計学なっているのに始まり，矛盾の多い支離滅裂な文的に算出したものである．LC50 値は一定の空気面になっている．ちなみに，当の SDS の原文中容量あたりの被験物質の重量 (mg/L) または ppmに「PATTY(5th 2001)」の記載が 2 ケ所にあるで表示する」と 2 用語が定義され，19 ページにが，これは文献 8 の原本である Patty’s Industrial

は 試験動物の動物種の選択 では「好ましいのは
Hygiene and Toxicology という書名に由来すると ラットである」と記してある．さらに，29 ページ
思われ，著者名・編者名の中には Patty という姓 の 結果の選択 には「LC の測定によって吸入し50は無かったことを付け加えておく．
た物質の相対的な毒性の推定が可能であると考え別に，国立の産業技術総合研究所 (産総研： られる．実験動物による LC50 値と急性毒性試験
NMIJ) の二酸化炭素についての安全データシー の結果をヒトに外挿 (extrapolation) することはト (2020/01/31) も，内容は前記した厚労省から非常に限定された場合にのみ妥当である」と記さの SDS モデルとほぼ同様である．

れている．

辞書によると asphyxia の語源は no pulsation

これで，OECD が GHS 分類を採用したのはであるから仮死 (心肺停止) の意味であるが，通創薬等の目的で，げっ歯類を主に使い，各種の濃常は窒息 (suﬀocation, choking) をも含めること， 度で LC50 値を求めて試験物の毒性を統計学的に
asphyxiant(窒息性) のガスには，ホスゲン，塩素 比較する薬学的動物実験での話であり，GHS 分
等のように肺水腫から窒息を起す有毒ガスもある類や LC50 値をヒトの安全衛生上の目的に適用すが，炭酸ガス自体は窒息を起す (息を詰まらせる)るのは妥当でないと判明した．安全衛生上では 1のではなくて，気道閉塞や胸部圧迫，COPD 等に人でも致死的となる濃度は許されないのに，二酸より窒息状態のところで炭酸ガスが空気を置換し化炭素を無毒・不活性な窒息性ガスとした OECDて酸素を希釈し，酸素欠乏で有害となる場合も含

ガイドラインによる理不尽な適用が問題なのであめて，両方を窒息性と呼んで混同していること， る．SDS は，局方二酸化炭素 (医療用) を除いて，中毒には，通常は毒性のない物質でも，特別な場 産業用二酸化炭素用の安全に関するものであるが，合には酸素中毒，水中毒等というように，有害でそこでも高濃度の二酸化炭素を吸入する危険な事

毒性 (toxic) が現れれば中毒症 (poisoning, intox-

故は少なくないので，非常に深刻な国際的・社会

ication, toxicosis) になること，CO2 ナルコーシ 的な問題ではないかと考える．
ヒトの生命の安全には，ラットの LC50 ではな
スは CO2 中毒による意識障害であるのに，CO2
中毒とは本来無縁な麻酔 (anesthesia) 作用と混同 くて，ヒトの LCLo (LC Lowest: 最低致死濃度)

麻酔・集中治療とテクノロジー 2023

を用いるべきであり，それには 6∼7%(訓練，習–69–

が，Occupational Chemical Database/CARBON

慣等で個人的に差) の CO2 濃度が適当であろう． DIOXIDE を示しており，その中で，Exposure
しかし，ヒトが吸入する労働安全衛生上の健康保

Limits(EL) に，OSHA; PEL(Permissible EL)
8-hr TWA: 5000ppm(9000mg/m3 )， NIOSH;
Adverse Eﬀect Level: 最低毒性値) であり，急性 REL (Recommended EL) Up to 10hr TWA:
全に望ましいのは，LOAEL (Lowest Observed

吸入毒性の予防には 1.5%CO2 11) ，習慣性中毒の防止には 0.5%CO2 を著者らは推奨したい．

5000ppm と REL-STEL: 30,000ppm と IDLH:
40,000ppm，ACGIH; TLV (Threshold Limit

Value) 8-hr TWA: 5000ppm と TLV-STEL:
30,000ppm 等の記載があるが，米国の SDS はこれ
データシート) を調べてみると，化学品の名称を らの公的な値を提示している．また，FSIS (Food
液化二酸化炭素 (液化炭酸ガス) としている例が Safety and Inspection Service:米国農務省食品安
少なくない．製品として供給しているのは，純度 全検査局) Environmental Safety and Health
企業が公表している二酸化炭素の SDS(安全99.5%以上の液化二酸化炭素であることを表し， Group では，CO を a simple asphyxiant とし
2
GHS 分類では「区分外」とされている．ところ ながらも，OSHA と ACGIH の公的な値を提示しが，11. 有害性情報の所には「空気中の二酸化炭素 ている．一方で，ドライアイス用の SDS は，固により人体に対して次のような影響を及ぼす」とし

形二酸化炭素，Carbon dioxide(solid) の名称で別て CO2 濃度別に，「0.04% 正常空気」に始まり，—に作成されている例が国内，米国で見られたが，「7〜9% —約 15 分で意識不明，10〜11% — 約 10

内容的には液化二酸化炭素用の SDS とそれぞれ分で意識不明，・・25〜30% —数時間で死に至る」 で重複している．
と階段的に記載した例も見られた．また，空気中の酸素濃度も別に 18%から 6%まで階段的に酸素欠乏症の症状を表にして示し，空気中の二酸化炭
素濃度とその影響を別の表にして併記した SDS

最近になって，消費者庁の (独) 国民生活セン
ター から「棺内のドライアイスによる二酸化炭
素中毒に注意 (https://www.kokusen.go.jp/pdf/

n-20230921 1.pdf)」が News Release され，葬儀もあった．また，NIOSH が提示している IDLHの際に遺体の保冷目的でひつぎ内に置かれていた(Immediately Dangerous to Life and Health, 緊 ドライアイスによる二酸化炭素中毒死事故の 3 例
急脱出限界許容濃度) 値：40,000ppm(4%) を挙げと，模擬テストの結果とひつぎの内に顔を入れなている例もあった．国内の企業では，並べて前述
いこと等の消費者へのアドバイスが紹介されていした厚労省の SDS モデル版にほぼ全面的に拘束るので，付け加えたい．

されているが，その他の情報として，0.5%の TLV(Threshold Limit Value)：長期安全・許容限界かまとめ

ら階段的に濃度を上げて 30%までの濃度の二酸化炭素を吸入した場合の急性毒性の症状の記載を加二酸化炭素は，生体内のエネルギー代謝によりえた程度のものが多い．別に，米国での事情を知発生する生理的な排気ガスであるから，呼吸で絶りたくて代表的な 4 社の SDS を入手したが，そのえず体外に排出しなければならず，充分に排出で内容はバラバラであった．GHS 分類に従い CO2

きないと体内に溜まって頭痛や意識障害等で有害を simple asphyxiant として，酸素と置換して急となる．この中毒作用は吸気中の酸素濃度が正常

速に suﬀocation を起すとした SDS もあるが，要でも起こる 12) が，空気中の二酸化炭素濃度が 50%

所毎に「Warning：濃度約 1%以上の CO2 ガス

辺りから低酸素の面でも有害となり，相乗作用には危険であるから，アラーム付モニターを推奨す

よって劇症化し，そのまま放置すれば中毒死に至る」との記載を加えた SDS もある． 別に OSHA

る．二酸化炭素自体を誤って吸入した時には，窒二酸化炭素中毒について (続)–70–

息 (息が詰まって) でなくても，また低酸素でな時の酸素濃度は 18.9〜16.8%であるからヒトの生

くても，失心等の症状が直ちに起こるので，二酸命が直ちに危険になる程の低酸素ではない．どち化炭素を不活性で無毒な窒息性ガスとした GHSらが最も早く優勢に意識を失わせて動けなくする

分類を SDS に適用した OECD ガイドラインの論

かを見れば，元来が生体の排ガスである二酸化炭

3素の有害性 (毒性) であり，低酸素ではないので，という用語は，不活性で単純に置換・希釈する窒GHS 分類を安全衛生上に適用した OECD ガイ
ドラインの過誤ではないかと推察する．

旨は理不尽である．特に simple asphyxiant gas

息性ガスとの意味かと推察するが，CO2 には窒息させる性質はなく，窒息状態で CO2 が空気を文 献

置換して低酸素を助長すると生命に危険なので，実態にそぐわない名称ではないか．ラットを使っ

1. 佐藤 暢，飯野守男：二酸化炭素中毒について 麻酔・集中治療とテクノロジー 2022, p96-103, 日
本麻酔・集中治療テクノロジー学会 京都 2022.
性を比較して創薬等に役立てる薬学的動物実験の<https:/jsta.net/pic/co2cyuudoku.pdf>
結果，CO2 は有害・危険物質と分類されていない 2. Fulton, JF 編：Textbook of Physiology.16th ed.
W.B. Saunders Co. Philadelphia, p801, 1950.
GHS を，OECD のガイドラインは，CO2 自体の3. 水原敬洋，後藤隆久：キセノン麻酔について―利
強い急性中毒性を無視して，安全衛生上では 1 人
点，欠点，将来の展望 日臨麻会誌 33(5):736-741,
も死亡させたくない値を求めるヒトの LCLo (最2013.
低致死濃度) と混同した誤りではないかと考える． 4. 内藤浩史：中毒百科 (改訂第 2 版)43. 二酸化炭素 南
江堂 東京 p181-186, 2001.
さらに，労働安全衛生上の健康保全に望ましい 5. 消防庁予防課長，危険物規制課長：全域放出方式ののは LOAEL (Lowest Observed Adverse Eﬀect
二酸化炭素消火設備の安全対策ガイドラインについて (通知) 消防予第 133 号 消防危第 85 号,1997.
Level: 最小毒性値) であり，急性吸入毒性の予防
6. 労働安全衛生法 MSDS 対象物質全データ (改訂版)には 1.5%CO2 ，習慣性中毒の防止には 0.5%CO2
化学工業日報社 東京 2003.
7. 田邑昌三総編集：危険物の辞典 朝倉書店 東京 2004.
を著者らは推奨する．
8. 内藤裕史，横手希子監訳：化学物質毒性ハンドブッ
ク 第 VI 巻 丸善株式会社 東京 2000.
本邦の労働安全衛生法施行令の「別表第 6 酸
9. 日本産業衛生協会許容濃度等に関する委員会編：許素欠乏危険場所」の中に「ヘリウム，アルゴン，
容濃度等の勧告 産業医学 5(3):226(66), 1973.
窒素，フロン，炭酸ガスその他不活性の気体」と 10. 経済協力開発機構編：最新 OECD 毒性試験ガイド
ライン 英和対訳 初版 化学工業日報社 東京 2010.
あるのは 1)11) ，国連の OECD が GHS 分類を採11. 佐藤暢，飯野守男：厚労省も陥ったか，ヒューマン
用したよりも先行した模様であるが，本質的にはエラーと二酸化炭素中毒にまつわる謎 (続) 麻酔・集中治療とテクノロジー 2017, ｐ 118-125, 日本麻同じ誤りではないか．アルゴンや窒素のように化酔・集中治療テクノロジー学会 京都 2018. <https:
学的には不活性 (inert) のガスでも，閉鎖性空間
jsta.net/pic/magic-2.pdf>に溜まり，その中の空気を 5 割程度まで置換する 12. Ikeda N, Takahashi H, Umetsu K, Suzuki T：The
course of respiration and circulation in death byと酸素濃度が 10%位まで下がるので酸素欠乏によcarbon dioxide poisoning. Forensic Sci Int, 41:
り有害となる．この作用は，生体に活性・毒性を
93-99, 2018.

ての LC50 (半数致死濃度) 値を求めて試験物の毒持つ二酸化炭素も同様である．しかも，二酸化炭
素が 80%で酸素が 20%の混合ガスを吸入した時

Key Wordsにほぼ同様な経過で致死的になる 12) ように，二二酸化炭素中毒，炭酸ガス，CO2 ，窒息，不活性

酸化炭素自体が独自の大変強い中毒作用を持つ． ガス，GHS 分類，SDS，急性吸入毒性，半数致死濃度 10〜20%の二酸化炭素を吸えば意識を失い， 濃度
そのまま放置すれば死亡する恐れがあるが，この3 本邦でも「単純窒息性ガス」を表す警告マークとしてガス業界で普及していた 11) ．

麻酔・集中治療とテクノロジー 2023

ABSTRACT

Carbon Dioxide Intoxication
Toru Sato, Morio Iino
Since carbon dioxide (CO2 ) is only one
exhaust gas produced by energy metabolism(catabolism), it must be exhaled through thelungs eﬃciently. An excessive accumulation of
CO2 in the body becomes toxic or harmful, unless CO2 is exhaled suﬃciently. Symptoms suchas headache, dizziness, confusion, unconsciousness, coma etc. become more serious when therate of rebreathed endogenous CO2 increases
by alveolar hypoventilation and simultaneously
lowers the oxygen concentration. But, inhaled
CO2 concentrations in air rarely exceed 5%.
However, one may suﬀer from so-called CO2
narcosis, by insistent choked ventilation due tochronic obstructive lung disease (COPD) etc.,
causing hypoxia, hypercapnia and respiratory
acidosis, resulting in unconsciousness and exhausted respiration.
From an industrial hygiene standpoint, theauthors are more concerned with accidents involving inhalation of exogenous pure CO2 , suchas leakage from liquiﬁed CO2 cylinders, CO2
pipelines of ﬁre extinguishing equipment inparking garages, or from sublimation of dry ice
in an enclosed space, because not only CO2 cannot be exhaled through the alveolar walls against
its high partial pressure gradient but also CO2
is constantly diﬀused through alveolar walls into
the body by the gradient. Such a phenomenon
occurs even at 6〜7% CO2 concentrations (individually depending on training, habit, etc.) andat higher concentrations when CO2 is diﬀused
inwardly through the lungs all the time. Thisshould be called speciﬁcally toxic acidosis , referring to respiratory acidosis when endogenous
CO2 can still be exhaled through the lungs tolower CO2 concentrations in air, even by the insuﬃcient respiration.
When air containing 10%CO2 is inhaled, O2
concentration in air becomes lower to (90% ×
21% = 18.9%) ; 19% by displacement. This
stage is not hypoxic yet, and symptoms likedizziness, unconsciousness, etc. shall be due to
CO2 poisoning. When one is left there alone
without help, he/she shall be unable to escape–71–

from there, and may be found expired later.
Therefore, 4% CO2 for Immediately Dangerous
to Life and Health (IDLH) value is proposed by
National Institute of Occupational Safety and
Health (NIOSH), in USA.
Particularly, the unique activity of CO2 invivo is that it dissolves into blood about 20 times
faster than oxygen due to the rightward shift offollowing reversible reaction:- H CO - H+ + HCO−
CO2 + H2 O 233
catalyzed by carbonic anhydrase in erythrocytes. Erythrocytes play very important rolesin the storage and transport of CO2 as well as
O2 , helping each other. Thus, CO2 undergoes
such a series of chemical reactions during theblood circulation in the body, and when it returns to the alveoli (shifted to the left by the
Haldane eﬀect), it is discharged back to CO2
gas. While CO2 seems to be an unchanged inert
gas in the external respiration, CO2 works very
actively in the internal respiration indeed. More
CO2 accumulated in the body causes more severe acidosis (Henderson-Hasselbalch equation),and more severely the buﬀer function fails, leading to death ﬁnally by CO2 poisoning.
One of the biggest issue to be solved in Japanon misunderstanding CO2 is that a common
thought: CO2 is inert and non-toxic to humanbody like nitrogen is still somewhat believed.
Because of this misconception, the Appendix 6
entitled Oxygen Deﬁciency Hazardous Locations in the Occupational Health and Safety
Law enacted in 1980 by the former Ministryof Labour includes Item 10 ”Refrigeration andfreezing using dry ice —–” and Item 11 Helium, argon, nitrogen, chloroﬂuorocarbons, carbon dioxide and other inert gases —– . Thus,
both items still remain oﬃcially.
This issue should be corrected, because exogenous CO2 at quite higher concentrations becomes extremely toxic in a living body, and hypoxia due to O2 displacement by CO2 in air isapparently not an initial and dominant factor
in the disastrous accidents as previously mentioned. At Accumulated CO2 Hazardous Locations , CO2 -monitoring systems with alarms
set at CO2 concentration ≧ 1.5% shall be provided adequately for safety.

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In Wikipedia [CO2 is an asphyxiant gas andnot classiﬁed as toxic or harmful in accordancewith Globally Harmonized System of Classiﬁcation and Labelling of Chemicals standards ofUnited Nations Economics Commission for Europe by using the Organization for Economic
Co-operation and Development (OECD) Guidelines for Testing of Chemicals] is stated. Therefore, CO2 is not listed in the toxic or harmful substances according to the Globally Harmonized System of Classiﬁcation and Labellingof Chemicals: (GHS)-classiﬁcation. However, as
mentioned above, this statement is erroneous.
Also, asphyxiation itself is harmful to health.
The OECD Guidelines state, in Test No 403
for Acute Inhalation Toxicity , that as of [Experimental animals: —the preferred species is
the rat] and [Interpretation of the results: Determination of the median lethal concentration(LC50 ) provides an estimate of the relative toxicity of a substance by the inhalation route. Extrapolation of the results of LC50 and acute toxicity studies in animals to man is valid only to avery limited degree].
This means that the OECD has adopted the
GHS-classiﬁcation for the purpose of drug discovery etc. in pharmaceutical animal tests,
where LC50 value on the rat is used to compare the toxicity among drug substances statistically. Therefore, it is not appropriate to use the
GHS-classiﬁcation and LC50 value for humanhealth and safety. At least, LC Lowest (LCLo)
on human value shall be applied, because min-二酸化炭素中毒について (続)imal mortality on human is wanted. Moreover,
Lowest Observed Adverse Eﬀect Level (LOAEL)
on human is desirable for health and safety.
Thus, the authors recommend 1.5% CO2 levelfor prevention against acute inhalation toxicity
and 0.5% CO2 level for protection from habitual
inhalation toxicity.
However, dated 2010-03-31, Japanese Ministry of Health, Labour and Welfare (MHLW)
demonstrated a model of Safety Data Sheet(SDS) on carbon dioxide by using the GHS- classiﬁcation according to the OECD Guidelines;
CO2 as an inert asphyxiant gas without harm
became unclassiﬁed or out of area at
the acute inhalation toxicity item. This is nota correct statement indeed. Accordingly, most
SDSs on carbon dioxide in Japan appear quite
incoherent, mixed with information from otherresources.
* This ABSTRACT also includes our previously
published article entitled Carbon dioxide Intoxication’ 1) , to be one summary.
Keywords:
Carbin dioxide (CO2 ) poisoning, asphyxiation,
GHS-classiﬁcation, LC50 , acute inhalation toxicity
Toru Sato: Professor emeritus, Tottori University (Anesthesiology)
E-mail: satotoru@orange.plala.or.jp
Morio Iino: Professor, Forensic Medicine, Faculty of Medicine, Tottori University
E-mail: iino@tottori-u.ac.jp