基因、二氧化碳和适应
二氧化碳抑制磷酸化的 MAPK 和 caspase 3 这些结果表明 CO 2 可作为气体递质，通过抑制 MAPK 和 caspase 3 的活性来调节细胞功能。
PaCO 2代表二氧化碳产生和消除之间的平衡。CO 2是一种脂溶性小分子气体，具有很强的扩散能力，可以穿过血脑屏障。
高碳酸血症可以抑制caspase-3的激活，促进神经元的存活。Caspase-3 在细胞凋亡中起着不可替代的作用，它是细胞凋亡发生发展的关键步骤，也是所有细胞凋亡信号传导的共同途径。人们已经知道，细胞死亡至少有两种方式，即细胞坏死和细胞凋亡。细胞凋亡是由基因控制的细胞自主有序的死亡。细胞凋亡在成体生物神经系统的许多病理生理过程中发挥作用，具有重要的生物学意义。与细胞坏死不同，细胞凋亡不是一个被动的过程，而是一个主动的过程。在细胞凋亡过程中，caspase 级联反应的激活是一个关键现象。Caspase-3是细胞凋亡过程中的重要蛋白酶，是细胞凋亡蛋白酶级联反应的唯一途径。正常人脑中几乎没有激活的caspase-3，caspase-3在急性损伤后短时间内被激活并维持一段时间。
高碳酸血症会降低脑损伤后谷氨酸的表达。脑缺血缺氧时兴奋性氨基酸明显增加，谷氨酸是脑内主要的兴奋性氨基酸。脑损伤后谷氨酸的大量积累会加重脑损伤。谷氨酸通过 NMDA 受体在脑损伤引起的神经元损伤中起关键作用。当NMDA受体被激活时，大量钙离子流入。此外，增加的钙流入可以进一步促进谷氨酸盐的释放。 Ca 2+流入的增加被认为是神经元损伤的主要原因。Ca 2+超载是脑损伤的主要因素。
血管紧张素转化酶抑制提高经皮二氧化碳治疗的有效性 ADMA 水平的短期和长期降低表明 CO 2不仅是一种血管扩张剂，而且对 NO 途径也有有益作用。ACE抑制似乎增强了CO 2处理的效果。
自 1932 年以来，二氧化碳 (CO 2 ) 的经皮给药，进一步称为“CO 2疗法”，已被用于治疗目的 ( 1 )。CO 2可自由通过膜并具有众所周知的血管舒张作用。
2.4. 增加 CO 2产量
在激活线粒体呼吸的同时，CO 2的形成也成比例增加，CO 2除了是维持细胞内 pH 稳态的主要因素之一，还调节了几个完整的细胞内过程 [ 20 , 40 , 41 , 42，43，44 ]。二氧化碳发挥直接的神经保护作用，因为在缺氧缺血期间轻度高碳酸血症提供持久的运动功能，以及对未成熟大脑 [ 45 ] 或创伤性脑损伤和中风的神经保护（见综述 [ [46]](https://www.ncbi.nlm.nih.gov/labs/pmc/articles/PMC8392724/#B46-brainsci-11-01050)]) 可能是通过在缺氧期间增加脑血流量。神经细胞中的碳酸氢盐转运蛋白也被证明对缺血有保护作用 [ 47 , 48 , 49 ]。
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动脉血比静脉血含有更多的氧气和更少的二氧化碳。血红蛋白是血液运输氧气的手段。
血碱作为二氧化碳的载体。
在 19 世纪，柏林的 Zuntz 认识到二氧化碳与氧气不同，不是由血红蛋白携带的，但血红蛋白仍然是运输这种气体而非血液的重要因素。他表明，血液中的二氧化碳与碱结合，主要是碳酸氢钠。因此，他第一次证明了现在普遍但不明智地称为“碱性重度”的东西。最好将等离子体的碳酸氢盐称为“使用中的碱”；真正的储备碱与血红蛋白结合，释放出来与碳酸结合，或中和强酸。由于二氧化碳在肺部释放，因此释放的碱量与血红蛋白重新结合。
二氧化碳的这种运输方式是血液和呼吸最不寻常的特征之一。它的证据基于 Pfluger 和其他人在 19 世纪下半叶德国生理学的伟大时代所证明的两个事实。这些事实之一是，如果血浆与它的血球分离，即使在真空存在的情况下，它也将与很少的二氧化碳一起分离。另一个事实是，血浆中的所有二氧化碳，无论是简单溶液中的还是与碱结合成碳酸氢盐的，如果血液中存在红球，都很容易脱落。因此，红血球的血红蛋白通过提供碱或与碱重新结合，支配着血浆运输二氧化碳的能力；
与此同时，另一个最重要的问题正在引起调查人员的注意：不仅是我们如何呼吸的问题，以及为什么，在需要的意义上，还有为什么，在原因和刺激的意义上。生活中最常见的观察结果之一是，体力消耗增加，导致氧气消耗和二氧化碳的产生，伴随着呼吸的空气量增加。需求是显而易见的。但是，刺激的本质是什么，共同诱导肺部通气以适应身体呼吸需要的控制机制是什么？这个问题争论了很久。50 多年来，几乎所有意见分歧的拥护者都在一个或另一个阶段贡献了一些真理。但是每个贡献者都错误地声称对任何一个因素都拥有独家控制权；因为呼吸是多种因素共同作用的结果。
呼吸的神经和化学调节
因此揭示的因素有两大类：神经质和化学物质。 将一桶冷水泼在一个人身上，他会深呼吸一次或多次。刺激传入神经，引起疼痛，然后他大喊大叫。挠他的鼻子或喉咙，他就会打喷嚏或咳嗽。这些都是由到达呼吸中枢的神经冲动激发的呼吸反射。但比呼吸中的任何其他神经元素更重要的是迷走神经，其可能纤维有一些在肺部有末端，并将冲动从它们传送到延髓的呼吸中枢。通过这些途径，正如 Hering 和 Breuer 所展示的，肺部的每次呼气收缩都会刺激中枢向膈肌和其他呼吸肌发出反射，从而诱导吸气；反之，每次吸气都会反射性地引发呼气。由于这种机制，呼吸具有节奏性；或者，正如工程师所说，呼吸是一种往复机制。
与这种解释相反，基于神经因素，逐渐积累的证据表明呼吸受到化学控制。发现流入和流经呼吸中枢的血液对呼吸活动产生主要影响。每当血液进入静脉时，中枢就会受到刺激以产生呼吸量的抵消性增加。相反，如果血液在肺部过度换气，中枢的活动就会停止一段时间并导致呼吸暂停。在这种状态下，对象既不会呼吸，也不会感到有任何呼吸的欲望。
随着呼吸化学控制这一概念的发展，其倡导者分为两组。有人认为，影响呼吸中枢并控制其活动的主要是血液的氧合程度。另一个提供的证据表明，血液中的二氧化碳含量是决定因素。在这件事上，争论的双方也都贡献了有价值的实验事实，每一方都是部分正确的。事实上，呼吸从根本上受到个人适应的氧气压力的影响：这种压力取决于他家高于海平面的高度。但是适应海拔非常缓慢，需要数天或数周。只有在突然极度缺氧，濒临窒息的情况下，
另一方面，大自然规定，在健康的人或动物中，除了剧烈运动外，氧气供应总是充足的，因此，在正常情况下，氧气对呼吸的影响相对较小。正是身体休息和运动产生的二氧化碳量的变化提供了刺激，诱导呼吸调整以适应身体不同的能量需求。福斯特在他上面提到的书中认为，当时可用的证据表明，氧气是比二氧化碳更重要的控制因素。但即使早在 1885 年，瑞士生理学家 Miescher 在一篇堪称生理学杰作之一的论文中，总结了当时可用的所有证据并得出结论，主要是二氧化碳量的变化导致呼吸的立即调整。在受天才洞察力启发的经典短语中，他写道：“在身体的氧气供应上，二氧化碳展开其保护性的翅膀。”他还没来得及完成他的工作就去世了，他的死可以说结束了呼吸史和二氧化碳在体内的作用的第二篇章。
人类的思想天生就倾向于对自然采取道德观。在现代科学时代之前，它只可以追溯到一两代人，如果它确实可以说甚至在流行思想中已经开始的话，几乎每个问题都被视为善与恶，正义与罪恶之间的选择，上帝和恶魔。这种迷信的倾向，仍然扭曲了健康和疾病的概念；事实上，它主要来自于身体受苦的经历。拉瓦锡在定义氧气的生命维持特性和二氧化碳的窒息能力时无意中促成了这一概念。因此，在他死后的一个多世纪里，甚至现在在呼吸和相关功能领域，氧气是善的代表，二氧化碳仍然被视为恶灵。
体内二氧化碳与氧气的关系
事实上，二氧化碳是比氧气更基本的生物成分。在石炭纪之前，地球上的生命可能已经存在了数百万年，其大气中的二氧化碳含量比现在大得多。甚至可能曾经有一段时间空气中没有可用的游离氧气。即使是现在，像蛔虫这样的动物也会在氢气氛中生活和活跃，完全没有氧气。在脊椎动物中，肌肉收缩的过程基本上是无氧的。
青蛙的肌肉在纯氮气氛中，在适当的刺激下会有效地反复收缩。在收缩时，肌肉产生乳酸，部分是通过再转化为糖。换句话说，氧气不是肌肉锻炼的主要因素之一。体内储备的氧气很少。用力前不会发生剧烈的呼吸；首先进行运动，然后吸收清除系统以准备下一次运动所需的氧气。AV Hill 将这种清除废物和恢复能量所需的氧气称为运动的“缺氧”。
另一方面，目前的知识表明二氧化碳是原生质的绝对必要成分。它是维持组织正常pH值的碱酸平衡的因素之一。低二氧化碳血症，即二氧化碳正常含量的减少，因此涉及生命基本条件之一的干扰。
另一个自然但非常具有阻碍性的误解是，氧气和二氧化碳到目前为止是拮抗的，以至于在血液中，一种的增加必然会导致另一种的相应减少。相反，尽管两者都倾向于升高压力从而促进另一方的扩散，但这两种气体通过不同的方式在血液中保持和运输；氧气由血球中的血红蛋白携带，而二氧化碳与血浆中的碱结合。血液样本中的两种气体可能都很高，也可能两种气体都很低。此外，在临床条件下，低氧和低二氧化碳——缺氧血症和无碳酸血症——通常同时发生。这些异常状态中的每一个都倾向于诱发和强化另一个。
通过吸入这种在空气中稀释的气体来治疗性增加二氧化碳，如果通常是改善血液和组织氧合的有效手段。在像一氧化碳窒息这样的急性缺氧情况下，身体会遭受过多的二氧化碳排除：二氧化碳的恢复本身是有帮助的。对于溺水者或无法呼吸的新生儿，缺氧不会导致二氧化碳过多。相反，在没有氧气的情况下，乳酸和其他组织的初级分解产物不能转化为二氧化碳；为此，转换氧气是必要的。因此，在上一节末尾引用的 Miescher 的说法，
作为血液酸碱平衡的一个因素
现代生理表明，除了由神经系统施加的控制和调节之外，体内还有许多化学物质影响功能和形式。 这些活跃的原则椋鸟给了“激素”的名字。 激素中是肾上腺素（通常称为肾上腺素），pituitrin，甲状腺素，胰岛素和许多内部分泌腺体的腺体和其他器官。
二氧化碳是整个身体的主要激素; 它是由每个组织产生的唯一一个，可能在每个器官上行动。 在对体功能的调节中，二氧化碳施加至少3种良好的定义影响：
（1）它是血液酸碱平衡中的主要因素之一。
（2）这是对呼吸的主要控制。
（3）它对心脏和周边循环产生了重要的滋补影响。
影响这种调整的自动反应是呼吸量的增加或减少。这个体积更多地取决于深度而不是呼吸速率；或者更确切地说，它是深度和速率的产物。它决定血液通过肺部时的通气程度。正常情况下，它是如此调整，以使肺泡空气中的二氧化碳保持在略高于大气5%的分压。肺泡空气中的二氧化碳气体量正好产生血液中溶液中的碳酸量，以平衡正常的碱量，从而诱导并维持正常的pH值。这是L.J.Henderson方程所表达的原理：
> pH = K x /
但是，如果由于肾脏或其他器官的功能出现障碍，使用的血碱量不正常，则血液的pH值也会异常，除了对碳的呼吸作用进行抵消控制。肺泡空气中的二氧化氮，从而超过血液中的碳酸溶液。每当血碱低于正常值时，呼吸就会增加并保持更强劲的肺通气。其增强的目的和作用是使肺泡二氧化碳与更多的新鲜空气混合并被稀释。因此，动脉血压的碳酸成比例地降低。
这就是急性肾炎酸中毒和糖尿病昏迷时呼吸增加，死亡临近时发展为空气饥饿的解释：呼吸增加是血碱减少的自然补偿。另一方面，如果二氧化碳量不足同时血碱正常或过量，呼吸就会减弱或完全停止。这些呼吸反应取决于二氧化碳与血碱化学平衡的相关影响；因为，如果二氧化碳和碱稍微失衡，呼吸中枢就会受到强烈刺激或抑制。
对二氧化碳的生理反应是否直接归因于该物质的特定作用，或者更确切地说是由于血液和其他以二氧化碳为重要因素的体液的 pH 值，仍在积极研究中。然而，值得注意的是，这些反应的存在使得现在流行的临床酸中毒和碱中毒化学概念的大部分无效。推断由于使用的碱的量高或低，血液的pH值必然受到相应影响而推断是不正确的化学或生理学。
高或低的血碱只需要相应的受影响。高或低的血碱只需要相应地减少或增加呼吸量来补偿以提供正常的 pH 值。因此，如果在肾炎、糖尿病或其他疾病中，pH 值确实异常，并且血液实际上变得比正常情况更酸或更碱性。肺泡二氧化碳的呼吸调节一定有一些障碍，目前尚不清楚。二氧化碳压力的正常调节足以在与生命延续相容的几乎所有条件下补偿高或低的血碱。
肾脏通常发挥的作用以及其他器官中异常状况和过程在确定血液中使用的碱量方面的影响，无论是在健康状况还是在糖尿病、临床酸中毒和碱中毒等疾病中，都超出了正常范围。本文的范围。事实上，这些问题所带来的问题还没有得到完整的分析。
