Влияние уровня углекислого газа на мозг: как воздух в помещениях ухудшает мышление

Углекислый газ — естественная составляющая воздуха, которым мы дышим. Он безвреден, но только при минимальных концентрациях. В помещениях с плохой вентиляцией его уровень может в несколько раз превышать норму и оказывать негативное воздействие на мозг.

В этой статье расскажем о влиянии углекислого газа на мозг, приведём данные научных исследований. Расскажем также, какие меры помогают снизить концентрацию CO₂ дома, чтобы сохранять здоровье и высокую продуктивность.

Содержание

Что такое углекислый газ и его концентрация

Углекислый газ (CO₂) — это естественная часть земной атмосферы, бесцветный газ без запаха и вкуса. Его средняя концентрация составляет менее 0,05% от общего объёма атмосферы.

Для оценки концентрации CO₂ используют единицу измерения ppm — parts per million, или количество частей на миллион. 1% составляет 10 000 ppm.

Считается, что средняя концентрация углекислого газа в воздухе составляет не менее 400 ppm, или 0,04%. Причём этот показатель нестабильный, он возрастает с каждым годом и зависит от местности, где производятся замеры. Например, в городах, мегаполисах, средний уровень CO₂ выше, чем в сельской местности или в лесу.

По данным Лаборатории глобального мониторинга NOAA, среднемесячный глобальный уровень CO₂ в июне 2025 составил 425,83 ppm, а за год до этого, в июне 2024 года, — 423,22 ppm.

Устойчивый рост уровня углекислого газа связан с началом промышленной революции в середине XVIII века, когда человечество начало массово начало сжигать ископаемое топливо: уголь, нефть, газ, — а также вырубать леса, интенсивно развивать сельское хозяйство. На протяжении тысячелетий до начала промышленной революции уровень CO₂ оставался относительно стабильным и составлял около 280 ppm. Это значение считается показательным для доиндустриального периода.

Избыток углекислого газа усиливает парниковый эффект, вызывая глобальное потепление. Это негативно сказывается на климате: тают ледники, повышается уровень океана, возрастает число природных бедствий, рост температуры нарушает экосистемы, приводит к гибели живых организмов.

CO₂ и качество воздуха в помещении

Помимо влияния на климат, CO₂ играет важную роль в повседневной жизни каждого человека, особенно при нахождении в помещении.

Уровень CO₂ используется как индикатор свежести воздуха: чем ниже концентрация углекислого газа, тем свежее воздух, и наоборот. При этом свежесть — один из основных параметров микроклимата, который регулируется на законодательном уровне. Так, согласно ГОСТу, качество воздуха признаётся высоким при концентрации CO₂ не более 800 ppm в квартирах и не более 1000 ppm в общественных помещениях.

На улице концентрация CO₂ всегда ниже, чем в помещении. Уличный воздух остаётся относительно свежим благодаря естественной циркуляции: ветру, конвекции, растениям, которые поглощают CO₂ в процессе фотосинтеза. Однако внутри зданий эти механизмы не работают так эффективно. В результате CO₂ накапливается, в основном из-за дыхания людей, и воздух становится «тяжёлым», «спёртым» — возникает ощущение духоты, усталости, разбитости.

Подробнее о комплексном влиянии CO₂ на здоровье рассказываем в статье «Углекислый газ и его воздействие на организм человека».

Влияние углекислого газа на мозг: какие процессы протекают

Повышенный уровень углекислого газа в воздухе затрудняет дыхание и негативно влияет на работу мозга.

Мозг — самый энергозатратный орган. Любое нарушение в поступлении кислорода или изменение химического состава крови мгновенно сказывается на его работе. Причиной таких нарушений может стать дисбаланс в составе воздуха, в частности, повышенная концентрация углекислого газа. Это оказывает прямое воздействие на мозг, а значит, на весь организм, в том числе на процессы мышления.

Даже умеренное повышение CO₂ до 1000 ppm снижает когнитивные функции — функции, которые относятся к мышлению, познанию, восприятию. Рассмотрим подробнее, почему это происходит.

Гипоксия: кислородное голодание мозга

Гипоксия — это состояние, при котором мозг и другие органы получают недостаточное количество кислорода для нормальной работы. Мозг очень чувствителен к дефициту кислорода: он нуждается в нём для производства энергии и поддержания функций нервных клеток.

Кислород переносится в крови: он связывается в эритроцитах крови с белком гемоглобином и затем транспортируется к органам и тканям. Эффективность этого процесса зависит от концентрации кислорода в организме — от парциального давления кислорода (pO₂). Чем выше pO₂, тем больше кислорода гемоглобин может связать и доставить к тканям.

Если вдыхаемый воздух содержит повышенное количество CO₂, этот газ конкурирует с кислородом за связывание с гемоглобином. CO₂ снижает парциальное давление кислорода в крови и уменьшает насыщение гемоглобина кислородом: возникает эффект Вериго — Бора. В результате, даже если в воздухе есть кислород, в крови его недостаточно.

Это приводит к относительной гипоксии: кислород присутствует, но его количества недостаточно для нормального функционирования мозга и других органов.

Ацидоз: повышение кислотности крови

Повышенное содержание CO₂ во вдыхаемом воздухе нарушает кислотно-щелочной баланс в крови.

CO₂ растворяется в крови: вступает в химическую реакцию с водой, образуя угольную кислоту (H₂CO₃). Эта кислота быстро распадается на ионы водорода (H⁺) и бикарбонат (HCO₃⁻). Ионы водорода окисляют кровь, то есть снижают её pH. Такое состояние называется респираторным ацидозом. Чем выше уровень CO₂, тем выше кислотность крови и тем ярче проявления ацидоза.

К изменению кислотности очень чувствительны нейроны — специализированные клетки нервной системы. В результате в мозге нарушается передача нервных импульсов.

Это происходит потому, что ионные каналы — специальные белковые «ворота» на поверхности нейронов — начинают работать хуже. Эти каналы отвечают за процессы возбуждения и торможения, необходимые для передачи сигналов.

Активность каналов замедляется: они не обеспечивают нормальное движение ионов, что замедляет возбуждение нервных клеток и передачу сигналов от мозга к органам.

Расширение сосудов мозга

Углекислый газ воздействует на гладкую мускулатуру сосудов и способствует их расширению. Дело в том, что повышение кислотности крови стимулирует выработку оксида азота (NO). Оксид азота расслабляет мышечные клетки стенок сосудов, вызывая их расширение.

В результате этих процессов увеличивается мозговой кровоток. Сначала это кажется положительным эффектом, так как усиленный приток крови обеспечивает больше кислорода и питательных веществ клеткам. Однако при длительном воздействии высокий уровень CO₂ нарушает механизм ауторегуляции кровотока мозга.

Ауторегуляция — это сложная физиологическая система, которая поддерживает стабильное кровоснабжение независимо от внешних изменений. Когда ауторегуляция нарушается, сосуды остаются расширенными слишком долго, что приводит к застою крови и увеличению внутричерепного давления.

В результате развиваются неприятные ощущения: тяжесть и давление в голове, головные боли, усталость, снижение умственной работоспособности.

Последствия: влияние углекислого газа на мозг и мышление

Последствия описанных выше процессов взаимосвязаны и пересекаются. Это снижение активности мозговых клеток и ухудшение их работы, нарушение передачи нервных импульсов, замедление работы нейронов. Всё это приводит к различным расстройствам, ухудшает качество жизни человека:

Научные исследования: как CO₂ ухудшает мышление и снижает интеллект

Научные данные однозначны: чем выше уровень CO₂ в воздухе, тем хуже работает мозг. Проведено множество исследований, подтверждающих негативное влияние углекислого газа на мозг и мышление человека. Рассмотрим один из ярких примеров, а также обзоры исследований.

Исследование Гарвардской школы общественного здравоохранения

Одно из самых значимых исследований в этой области выполнили учёные Гарвардской школы общественного здравоохранения. В эксперименте участвовали 24 человека: они провели 6 полных рабочих дней (с 9:00 до 17:00) в офисном помещении, в котором контролировался микроклимат. Каждый день участники эксперимента находились в разных условиях: менялась интенсивность вентиляции и, как следствие, уровень углекислого газа.

Ежедневно участники выполняли серию когнитивных тестов. Оценивался уровень активности, способность собирать информацию, принимать решения, умение планировать и другие параметры.

Главные результаты

Исследование учёных из университетов Торонто и Пенсильвании

В 2020 году критический обзор американских учёных обобщил результаты 37 экспериментов, в которых оценивалось влияние повышенного уровня углекислого газа на мозг. Эксперименты включали в себя проведение когнитивных тестов при разной концентрации CO₂.

Во время проведения описанных экспериментов уровень CO₂ регулировали двумя способами:

Результаты обзора показали, что при уровне CO₂, типичном для помещений, заметно ухудшается принятие сложных решений и другие когнитивные функции. Недостаточная вентиляция и накопление загрязнителей в помещении замедляет выполнение задач, снижает скорость обработки информации, хотя точность выполнения при этом может оставаться неизменной.

Исследование китайских учёных

Ещё один обзор экспериментов, связанных с влиянием углекислого газа на мозг, представили учёные из Китая в 2023 году.

В обзоре провели анализ данных о кратковременном воздействии CO₂ на мозг, для этого отобрали 15 исследований. На основе данных выделили 3 уровня концентрации CO₂: 1000–1500 ppm, 1500–3000 ppm и 3000–5000 ppm. Когнитивные задачи разделили на сложные и простые — в соответствии с типами тестов в экспериментах.

Основные выводы

Почему CO₂ накапливается в помещениях и как снизить его концентрацию

Главный источник углекислого газа в помещениях — люди, а также животные. При дыхании человек выделяет около 18–25 литров CO₂ в час, в зависимости от активности и массы тела. Концентрация CO₂ в небольшом объёме выдыхаемого воздуха в сотни раз превышает атмосферный уровень.

Современные здания часто имеют высокую герметичность. Пластиковые окна, утеплённые стены, материалы, которые не пропускают воздух, — всё это помогает экономить тепло, но одновременно ограничивают приток свежего воздуха. Без качественной вентиляции CO₂ не удаляется из помещения, а накапливается.

В комнате с несколькими людьми концентрация углекислого газа быстро растёт. Уже через 30–60 минут после проветривания комнаты уровень CO₂ может подняться с 420 ppm до 1000 ppm и выше.

Дополнительным источником CO₂ в зданиях служит газовое оборудование, например плиты, духовые шкафы.

При плохой вентиляции воздух в помещениях несвежий, загрязнённый, часто слишком влажный. Некоторые люди испытывают недомогание в таких условиях, но не понимают его причину. Подробнее об этом рассказываем в статье «Синдром больного здания: почему в помещении становится плохо?».

Как измерить уровень CO₂ в помещении

Большинство датчиков измеряют концентрацию CO₂ в диапазоне от 0 до 5000 ppm — этого вполне достаточно для жилых и офисных помещений. Результаты измерений выводятся на экран датчика. Есть модели, которые можно связать со смартфоном или компьютером, а также интегрировать в системы «умного дома».

Подробнее о приборах рассказываем в статье «Датчик углекислого газа: для чего нужен и как выбрать».

Как снизить концентрацию CO₂ в помещении

Снижать концентрацию CO₂ в помещении нужно с помощью проветривания. Делать это необходимо по определённым правилам:

При этом естественная вентиляция в квартире должна работать исправно. Вытяжные каналы должны быть в рабочем состоянии, тяга в каналах должна быть достаточной. В противном случае отработанный и загрязнённый воздух не будет удаляться в вытяжку, даже если проветривать регулярно.

При выполнении указанных условий проветривание через окна помогает снизить уровень CO₂. Однако следует учитывать, что сразу после закрытия окон концентрация углекислого газа снова начинает расти. Кроме того, такой способ имеет недостатки: неудобство, особенно ночью, небезопасность для детей и животных, а также проникновение уличного шума, пыли, неприятных запахов в помещение.

Кроме того, эффективное проветривание через окна во многом зависит от сезона. Например, летом приток воздуха очень низкий из-за небольшой разницы температур. А зимой образуются сквозняки, квартира выхолаживается.

Чтобы проветривание было комфортным, оптимально использовать бризеры. Это устройства компактной приточной вентиляции, которые обновляют воздух в помещении, снижают уровень CO₂, при этом фильтруют уличный воздух перед подачей в квартиру.

На рынке выделяются несколько моделей бризеров, которые лучше всего подходят для поддержания низкой концентрации углекислого газа. Одна из особенностей таких устройств — наличие датчика качества воздуха, который измеряет уровень углекислого газа в помещении и помогает автоматизировать работу устройства по этому показателю.

ATMEEX AIRNANNY A7 — производительный тихий бризер с глубокой очисткой воздуха. Подаёт до 146 м³/ч свежего воздуха. На комфортной дневной скорости, по нашим замерам, подаёт 103–123 м³/ч воздуха. Прибор подойдёт для установки в гостиной, где собираются 3–4 человека, или в небольшом офисе, кабинете с таким же количеством работников.

Датчик углекислого газа позволяет настроить авторежим бризера по уровню СО₂. Когда концентрация достигает 600 ppm, устройство автоматически увеличивает скорость притока и интенсивно проветривает до тех пор, пока уровень не снизится до 600 ppm.

Все комплектации с датчиком качества воздуха оснащены системой глубокой фильтрации воздуха: префильтром, HEPA-фильтром класса H11. В бризере Atmeex Airnanny A7 BabyCare установлен объёмный угольный фильтр, а Forever, Forever Black, Forever Grey укомплектованы фотокаталитическим фильтром.

Бризеры работают тихо: уровень шума на комфортных для ночи скоростях не превышает 24 дБ, что сравнимо с шёпотом. Благодаря этому устройства можно использовать не только в гостиных, офисах, но и в спальнях, а также детских комнатах.

Особенность ATMEEX AIRNANNY A7 — наличие встроенного ультразвукового увлажнителя. Функция увлажнения может быть полезна в холодное время года, когда воздух в квартирах слишком сухой из-за работы отопления. Сухость воздуха негативно сказывается на коже, слизистых, снижает их барьерную функцию, из-за чего ослабевает местный иммунитет.

Прибор подаёт до 140 м³/ч воздуха. Для использования днём комфортно выбирать 4-ю скорость с притоком до 115 м³/ч, по нашим замерам. Этого достаточно для 3–4 человек: устройство можно установить в гостиной или небольшом офисе.

Авторежим по уровню углекислого газа можно настроить самостоятельно: выбрать любое значение концентрации CO₂, к которому вы стремитесь, например 800 или 600 ppm. Бризер регулирует скорость автоматически таким образом, чтобы уровень всегда оставался ниже целевого значения.

Бризеры Tion 4S оснащены префильтром, HEPA-фильтром H11 или H13, в зависимости от комплектации, и объёмным угольным фильтром. Такая система задерживает до 99,9% твёрдых частиц, пыли, аллергенов, а также удаляет из воздуха вредные газы и неприятные запахи.

На комфортных для ночи скоростях шум от работы бризера не превышает 25 дБ — это сравнимо с шёпотом. Прибор можно установить в спальне или детской: он не потревожит сон и отдых.

О других моделях бризеров с авторежимом по уровню углекислого газа рассказываем в статье «Лучшие бризеры с датчиком CO₂».

Выводы

Комментарии