งานวิจัยต่างๆที่เกี่ยวข้องกับผลกระทบจากCO2 ต่อสมองและสุขภาพ

มาเรียนรู้จากงานวิจัยต่างๆกันว่า ทำไมคาร์บอนไดออกไซด์จึงกระทบต่อสุขภาพของเรา

ก่อนอื่นมาดูกันก่อนเลยว่าคาร์บอนไดออกไซด์ที่ระดับต่างๆส่งผลต่อสุขภาพของเราอย่างไร

ภาพที่ 1 ผลกระทบต่อสุขภาพจากความเข้มข้นในระดับต่างๆของก๊าซ CO₂ (วัดก๊าซCO₂ โดยใช้เครื่องวัดระดับก๊าซCO₂)

อันตรายที่ซ่อนอยู่ของคาร์บอนไดออกไซด์(CO₂)

CO₂ เป็นก๊าซที่พบได้ทั่วไปในอากาศและเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการหลายอย่าง แม้ว่าจะมีความสำคัญในการใช้งานหลายประการ แต่ CO₂ ในความเข้มข้นสูงเป็นอันตรายต่อสุขภาพได้ การควบคุมระดับ CO₂ ถือเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อเหตุผลด้านสุขภาพและความปลอดภัย

CO₂ เป็นก๊าซที่สำคัญต่อชีวิตบนโลก ช่วยให้โลกไม่สูญเสียความร้อนจากดวงอาทิตย์ เป็นสารอนินทรีย์ที่ไม่ติดไฟที่อุณหภูมิห้อง เป็นก๊าซไม่มีสีและไม่มีกลิ่น ไม่สามารถตรวจจับได้ด้วยประสาทสัมผัส แต่สามารถใช้เครื่องมือวัดค่าออกมาได้ ในความเข้มข้นต่ำไม่เป็นพิษ แต่เมื่อความเข้มข้นของ CO₂ เกินปริมาณหนึ่งจะมีผลกระทบต่อสุขภาพร่างกายของเรา ทำให้ขาดสมาธิ ง่วงซึม ประสิทธิภาพในการทำงานลดลงและเสี่ยงต่อโรคบางชนิด หาก CO₂ แทนที่ออกซิเจนในอากาศ ในระดับออกซิเจนลดลงมากพอ อาจทำให้ขาดอากาศหายใจเกิดขึ้นได้

ภาพที่ 2 ตื่นนอนมาแล้วไม่สดชื่น ส่วนหนึ่งเพราะบรรยากาศในห้องนอนเต็มไปด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

นอกจากนี้ CO₂ ที่มากเกินไปยังเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและเป็นสาเหตุหลักของปรากฏการณ์เรือนกระจกทำให้อุณหภูมิของโลกร้อนขึ้นอย่างมากอย่างที่เราเรียกกันว่าภาวะโลกเดือด ซึ่งยิ่งร้อนเท่าไหร่คนเราจะยิ่งอยากอยู่ในอาคารหรือห้องที่ปิดจากอากาศภายนอกและมีเครื่องปรับอากาศ แต่หารู้ไม่ว่าในอาคาร ห้องทำงาน ห้องนอน หรือห้องโดยสารที่มีการระบายอากาศไม่ดีจะมีระดับ CO2 สูงกว่าอากาศภายนอก ซึ่งเป็นอันตรายต่อสุขภาพมากขึ้น

ในปี 2013 นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเบิร์กลีย์ได้ทำการทดลอง โดยให้ผู้เข้าร่วมทำการทดสอบการตัดสินใจผ่านเกมคอมพิวเตอร์ที่จำลองการบริหารจัดการองค์กรที่มีปัญหาและวิกฤต การทดสอบนี้ประกอบด้วยสามส่วน ใช้เวลา 2.5 ชั่วโมงในแต่ละส่วน ภายใต้สภาพแวดล้อมที่เหมือนกัน ยกเว้นความเข้มข้นของCO₂ ซึ่งตั้งไว้ที่ระดับต่างๆ คือ 600 ppm 1000 ppm และ 2500 ppm

นักวิจัยพบว่าการหายใจอากาศที่มีความเข้มข้นของ CO₂ ที่ 1000 ppm ทำให้ความสามารถทางปัญญาลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ที่ความเข้มข้นของ CO₂ ที่ 2500 ppm ความคิดเชิงกลยุทธ์และความริเริ่มของผู้เข้าร่วมลดลงถึงระดับที่ไม่สามารถใช้งานได้

จึงสรุปได้ว่า ความเข้มข้นของ CO₂ สูงขึ้น จะส่งผลให้ความสามารถในการแก้ปัญหาซับซ้อน ความคิดเชิงกลยุทธ์ ความริเริ่มและการตอบสนองต่อสถานการณ์จะลดลงอย่างรวดเร็ว

ภาพที่ 3 ผลกระทบของความเข้มข้นของ CO₂ ต่อความสามารถในการตัดสินใจของผู้คน (ที่มา Fisk et al., 2013)

เนื่องจากการเผาไหม้ถ่านหิน น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ และกิจกรรมต่างๆของมนุษย์ ทำให้เราปล่อย CO₂ เข้าสู่บรรยากาศเพิ่มมากขึ้น ซึ่งความเข้มข้นในปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 426 ppm หากเราไม่ลดหรือปรับเปลี่ยนกิจกรรมของเรา คาดว่าความเข้มข้นของ CO₂ ในบรรยากาศจะขึ้นไปถึง 1000 ppm ภายในสิ้นศตวรรษนี้ และอาจเพิ่มขึ้นเป็น 2500 ppm หรือมากกว่านั้นในภายหลัง

ภาพที่ 4 ค่าก๊าซ CO₂ ในบรรยากาศ (ที่มา https://www.co2.earth/) ปัจจุบันอยู่ที่ 426 ppm(แนวโน้มจะเห็นว่าบรรยากาศโลก หรือภายนอกห้องของเรามีค่าที่สูงขึ้นเรื่อยๆ

ภาพที่ 5 แบบจำลองการปล่อย CO₂ ในบรรยากาศ (ที่มา Zickfeld et al., 2013) หากเราไม่ช่วยกันลดกิจกรรมการปล่อยก๊าซ CO₂ คาดว่าความเข้มข้นในบรรยากาศจะเพิ่มสูงขึ้นไปเป็น 2500 ppm หรือมากกว่านั้นในภายหลัง

ความเข้มข้นของ CO₂ ที่สูงขึ้นจะนำไปสู่การเกิดภาวะกรดในเลือดและผลกระทบต่อสุขภาพต่างๆ ซึ่งรวมถึงการลดลงของสติปัญญา การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่า IQ ของคนเราจะลดลงเมื่อความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศเพิ่มขึ้นดังแสดงในรูปด้านล่าง

ภาพที่ 6 การเปรียบเทียบการแจกแจงปกติของ IQ เมื่อความเข้มข้นของ CO₂ เพิ่มขึ้นจาก1000 ppm เป็น 2000 ppm พบว่า IQ ลดลง 5 คะแนน (ที่มา: https://psr.org/resources)

กรณีศึกษา การผลิต CO2 ในช่วงกลางคืน

ภาพที่ 7 การนอนหลับในห้องนอน

Anna Mainka จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยี Silesian ได้ทำการทดลองเกี่ยวกับระดับ CO₂ ในเด็กและวัยรุ่น ผลการทดลองพบว่าความเข้มข้นเฉลี่ยในห้องที่ปิดประตูอยู่ที่ 1,402 ppm และ 1,336 ppm สำหรับวัยรุ่นและเด็กเล็กตามลำดับ ระดับ CO₂ ที่สูงทำให้การนอนหลับไม่ดี วัยรุ่นและเด็กเล็กจึงรู้สึกง่วงและเวียนหัว การไหลของอากาศสดชื่นจะช่วยให้นอนหลับได้ดีขึ้น

ในประเทศที่พัฒนาเช่นในอเมริกาเหนือและยุโรป มีมาตรฐานและคำแนะนำต่างๆ เกี่ยวกับคุณภาพอากาศและความเข้มข้นของ CO₂ ในอาคาร ข้อบังคับทางกฎหมายยังระบุขีดจำกัดความเข้มข้นของ CO₂ ที่อาจมีผลกระทบต่อสุขภาพของเรา เช่น ความเข้มข้นของ CO₂ เกิน 1,000 ppm ในอากาศที่หายใจเข้าไม่เพียงทำให้ง่วงและขาดสมาธิ แต่ยังทำให้อัตราการหายใจเพิ่มขึ้น หายใจลำบาก หรือใจสั่นอีกด้วย

ในทางทฤษฎี ในห้องปิดขนาด 20 ลูกบาศก์เมตรที่ไม่มีการระบายอากาศ คนคนเดียวสามารถเปลี่ยนระดับความเข้มข้นของ CO₂ จาก 350 ppm เป็นประมาณ 6,000 ppm ในช่วงการนอน 8 ชั่วโมง ซึ่งระดับความเข้มข้นของ CO₂ ยิ่งเพิ่มมากขึ้นอย่างรวดเร็วในพื้นที่ที่มีผู้คนจำนวนมาก

ระดับ CO₂ ภายในห้องปิด

ระดับ CO₂ ภายห้องปิด เช่นในโรงเรียน สำนักงาน ห้องประชุม ห้องนอน ห้องเรียน ห้องโดยสารรถยนต์ หรือภายในเครื่องบินโดยสาร แม้มีเครื่องปรับอากาศหรือเครื่องฟอกอากาศ แต่นั่นไม่ได้ช่วยลดก๊าซCO₂ เว้นเสียแต่ว่าจะมีการเปิดประตูหรือหน้าต่าง หรือการเจาะห้องเพื่อการระบายอากาศ หากไม่เช่นนั้นแล้ว ลมหายใจของเราจะทำให้อากาศภายในมีระดับก๊าซ CO₂ สะสมในปริมาณที่สูงและส่งผลกระทบต่อสุขภาพของเรา ความสามารถในการคิดของเราได้

ภาพที่ 8 บรรยากาศในห้องโดยสารรถยนต์ที่มีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มากจะกระทบต่อร่างกายและสมอง เช่นเกิดอาการหาว รู้สึกไม่สดชื่น ง่วงซึม ปวดหัว ความดันเลือดสูง และอื่นๆ

CO₂ ภายในอาคารยังมีผลต่อการนอนหลับ ห้องนอนที่ไม่ระบายอากาศมักมีความเข้มข้นของ CO₂ สูง ยิ่งมีคนนอนในห้องมาก ความเข้มข้น CO₂ จะยิ่งสูงขึ้น คุณภาพอากาศที่ไม่ดีอาจทำให้นอนหลับไม่สนิทและส่งผลต่อสุขภาพ โดยเฉพาะเด็ก เมื่อความเข้มข้น CO₂ สูงขึ้นอีก คนจะสูญเสียสมาธิ รู้สึกง่วงนอนและมีอาการปวดหัว นอกจากนี้ยังอาจมีอัตราการเต้นของหัวใจเพิ่มขึ้นและคลื่นไส้

ผลกระทบของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์(CO₂) ต่อสมอง

ภาพที่ 9 ผลกระทบต่อของก๊าซ CO₂ ต่อสมอง

เราใช้เวลาเกือบ 90% ในสภาพแวดล้อมภายในอาคาร เช่น บ้าน สำนักงาน โรงเรียน ห้างสรรพสินค้า โรงพยาบาล เป็นต้น เราทำงานในสำนักงาน ช็อปปิ้งในห้าง และส่งลูกไปโรงเรียนแม้จะมีการติดตั้งเครื่องปรับอากาศ แต่เราไม่เคยรู้ว่าคุณภาพอากาศภายในอาคารเหล่านี้แย่แค่ไหน เราและลูกหลานของเราได้หายใจเอา CO₂ เพิ่มขึ้นเข้ามาในร่างกาย

ตลอดเวลา ความรู้สึกเหนื่อย ง่วงนอน หรือขาดสมาธิหลังจากทำงานในพื้นที่ที่มีการระบายอากาศไม่ดีเป็นสัญญาณว่า CO₂ กำลังมีผลกระทบต่อการทำงานของสมองและประสิทธิภาพการทำงานในระยะสั้น ผลระยะยาวอาจเป็นอันตรายมาก

การศึกษาพบว่าระดับ CO₂ ภายในอาคารสูงกว่าภายนอกอาคารมาก ระดับ CO₂ ภายนอกอยู่ระหว่าง 350-450 ppm แต่ในพื้นที่ภายในอาคารสามารถสูงถึง 1500-2000 ppm หรือมากกว่านั้น ขึ้นอยู่กับจำนวนคนและการระบายอากาศในที่นั้น

ผลกระทบของ CO₂ ต่อการรับรู้และการตัดสินใจของมนุษย์ส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงาน มีหลักฐานว่า CO₂ ภายในอาคารมีผลกระทบเชิงลบต่อคะแนนทดสอบความสามารถในการเรียนรู้ในโรงเรียนและมหาวิทยาลัย และการทำงานของพนักงาน

เราอยู่ในห้องที่มีเครื่องปรับอากาศเพื่อให้รู้สึกสบายในเรื่องอุณหภูมิ แต่ไม่ได้คิดถึงเรื่องสุขภาพและการหายใจภายในอาคาร เรามีการสร้างอาคารที่มีประสิทธิภาพพลังงานมากขึ้น(อาคารส่วนใหญ่ที่มีเครื่องปรับอากาศ มักจะปิดการระบายอากาศจากภายนอกและหมุนเวียนอากาศเย็นเดิม เนื่องจากการระบายอากาศจากภายนอกใช้พลังงานมากกว่าการหมุนเวียนอากาศเดิม)ด้วยการออกแบบที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมเพื่อลดระดับ CO₂ ในบรรยากาศและบรรเทาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ แต่นั่นยิ่งทำให้เกิดสภาพแวดล้อมภายในอาคารที่ปิดสนิทยิ่งขึ้น ซึ่งเพิ่มระดับ CO₂ ที่เราหายใจและส่งผลกระทบในทางลบต่อสุขภาพโดยรวมของเรา

ภาพที่ 10 สำหรับการทดสอบแบบปิดสองครั้ง เกี่ยวกับการพึ่งพาการทำงานของการรับรู้ต่อความเข้มข้นของ CO₂ พบว่าคะแนนการรับรู้เฉลี่ยของผู้เข้าร่วมทั่วไปลดลง 21% เมื่อเพิ่มความเข้มข้นของ CO₂ ขึ้น 400 ppm

ผลกระทบต่อสุขภาพของเด็ก

ภาพที่ 11 ผลกระทบของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ต่อสุขภาพของเด็ก

การศึกษาที่มีชื่อเสียงโดยศาสตราจารย์ Joseph Allen จาก Harvard School of Public Health พบว่า ความสามารถในการรับรู้ลดลง 15% ที่ความเข้มข้น 950 ppm และลดลงอีก 50% ที่ 1400 ppm ยิ่งก๊าซ CO₂ เพิ่มสูงขึ้น ยิ่งมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการลดลงของประสิทธิภาพการตัดสินใจ ซึ่งอาจส่งผลต่อการผลิต การเรียนรู้ และความปลอดภัย

ที่มาของเนื้อหา

https://bubblynet.com/blog/post/co2-and-wellbeing-part-2

https://axiomet.eu/gb/en/page/1954/air-quality-monitoring-indoors/

https://www.iqhome.org/index.php?route=extension/d_blog_module/post&post_id=17

https://goodtitevs.best/product_details/35975349.html

https://www.advancedsciencenews.com/co2-on-the-brain-and-the-brain-on-co2/

https://gasmonitor-point.co.uk/news/-the-hidden-dangers-of-carbon-dioxide/

https://skepticalscience.com/how-sapiens-in-the-world-of-high-co2-concentration.html

https://www.pranaair.com/blog/harmful-effects-of-carbon-dioxide-co2-on-human-cognitive-function/