Каква е връзката между въглеродния диоксид и работата на мозъка ни?

Настоящата публикация разглежда взаимоотношението между увеличаването на количествата въглероден диоксид в атмосферата и правилното функциониране на мозъка ни. Когнитивните ни способности се влияят отрицателно от по-високите стойности на въглероден диоксид и това се потвърждава от редица изследвания.

Човешките дейности допринасят за повишаването на концентрациите на въглероден диоксид в атмосферата. Това увеличение достига безпрецедентни стойности в историята на човечеството. Изгарянето на изкопаеми горива води до повишаване на концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата. Тази дейност има редица последици за нас, като допринася за засилване на измененията в климата, а също и вреди на здравето ни, като замърсява атмосферния въздух. 

Антропогенният принос в измененията на климата може да бъде свързан с множество проявления, а последствията от тях са обезпокояващи. Например, така наречените горещи вълни водят до увеличаване на смъртността в районите, където се проявяват. Загубата на местообитания в крайбрежните територии също не бива да бъде пренебрегвана. Разтопяването на ледените маси допринася също за повишаването на нивото на Световния океан. Особено опасно е въздействието на въглеродния диоксид върху соленоводните екосистеми. При навлизането си на повърхността на океана, преминава през химични реакции, водещи до понижаване на нивото на pH или до увеличаване на киселинността на водата. Високата киселинност пречи на организми с по-тясна екологична пластичност като коралите, които не са в състояние да изграждат своите скелети.

shutterstock_531623092.jpg

Фигура 1. Изгаряне на изкопаеми горива. Източник: vladimir salman / Shutterstock

Съществува и едно неглижирано до този момент последствие от въздействието на повишените концентрации на въглероден диоксид за хората в частност. Става въпрос за правилното ни развитие и функциониране по отношение на познавателната ни способност, известна още като когнитивност. Това не е първата подобна публикация, като тук може да бъдат посочени още няколко публикации на различни учени по света. Те са концентрирани върху това как увеличените количества въглероден диоксид влияят на развиващия се мозък и експерименталните им методологии са насочени към училищната среда. Въздействието не се ограничава само до класните стаи, но и в други помещения, където обикновено вентилацията е слаба, каквито са множество от съвременните офиси. Изследванията в училищна обстановка ясно свидетелстват за намаляване на концентрацията, значително ограничаване на вниманието, както и на способността на учениците да запаметяват информация. 

Високите концентрации на въглероден диоксид водят до ограничаване на възможностите за трансфер на газове в нашия организъм и увеличени количества на този газ в алвеолите на белите дробове. Въглеродният диоксид в последствие се пренася чрез кръвта, която достига до мозъка ни. Двустранната връзка: високо съдържание на въглероден диоксид, достигащ до мозъка и ниски стойности на кислорода, е критична за правилното му функциониране. При подобни ситуации се наблюдава понижена възбудимост на мозъка. Освен това се отчита повишаване на степента на сънливост у нас, както и увеличени нива на раздразнителност, които заедно водят до нанасяне на вреди върху когнитивната ни функция. В изследване, касаещо гризачи, като плъховете, се потвърждават горепосочените следствия. Дори лекото увеличаване на концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата може да доведе до ацидоза (увеличаване на киселинността) при хората, а последствия от нея са безпокойство, обърканост и сънливост.

В отговор на това, което критиците биха заявили, че въглеродният диоксид в затворените помещения идва от газообмена, който се осъществява при дишането ни, трябва да се посочи, че това е само един от източниците му. Стаите не са изолирано пространство и външният въздух също влиза в тях – дали през процепи, вентилационни отвори или по друг начин. Когато вътрешните помещения не са пренаселени, тогава нивата на въглероден диоксид са близки до външните условия. Съществуват изследвания, насочени към така наречените градски куполи с въглероден диоксид. Понятието произлиза от близостта до източниците на емисии, сред които на предно място се нарежда изгарянето на изкопаеми горива. В проучване, проведено в Балтимор за период от половин десетилетие, се доказва увеличение на концентрациите на въглероден диоксид с 66 ppm (части на милион). Това е изолиран пример, но той е достатъчно показателен. 

Как постоянно нарастващият мащаб на концентрациите на въглероден диоксид в световен мащаб ще повлияе на когнитивните ни функции? Предстои да разберем. Въпросът е, че отделни научни проучвания, независимо едно от друго, показват сходни притеснителни резултати. Несигурното бъдеще на обществото по отношение на достъпа до енергия вероятно ще продължи да дава своето отражение върху увеличението на нивата на този газ, като следствие от постоянното изгаряне на изкопаеми горива. Сигурно е, че ние ще продължим да сме все така зависими от източниците на енергия, а докато те продължават да бъдат бъдат базирани на освобождаване на въглерод в атмосферата, ще се наблюдават редица следствия от този процес.

Известни са различни прогнози за увеличаването на концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата, представени в няколко сценария, които са известни като (RCP2.6, RCP4.5, RCP6 и RCP8.5). Във всяка от тези прогнози се борави с евентуално увеличение на количествата въглероден диоксид до края на настоящото столетие, като стойностите се увеличават във възходящ ред, достигайки 960 ppm в последния сценарий. Разбира се, това са само прогнози и няма сериозен учен, който да посочи коя точно ще се реализира, но въпреки това, тези очаквания са факт.

Прогнозите за бъдещото въздействие на измененията в химичния състав на въздуха върху нашия мозък са сложно начинание. Също толкова амбициозно е да се определя взаимоотношението на наличния въглероден диоксид в помещенията и какъв процент от него е с външен произход. Ясно е, обаче, че изгарянето на изкопаеми горива допринася за увеличението на тези стойности. Математическите изчисления доказват, че концентрацията на въглероден диоксид вътре в училища, университети и офис сгради винаги е поне толкова висока, колкото и в атмосферата. Обяснението за това се корени в постоянния газообмен, който съществува между вътрешната и външната среда. Ако всеки ученик допринася с 0.004 л/сек при външна концентрация от 477 ppm (поради увеличението с 66 ppm от цитираното по-горе издание), тогава в учебните помещения концентрацията би се равнявала на 877 ppm. Тези стойности са очаквани при едно нормално проветряване на помещенията, в които се извършват обучителните дейности. Често се случва обаче да няма добра вентилираност вътре, което се очаква да доведе до още по-високи концентрации на въглероден диоксид.

При наличието на бъдещи прогнози за увеличаване на стойностите на този газ в атмосферата в редица публикации на IPCC, авторите на публикация, изследваща именно въздействието му върху когнитивните способности на хората в САЩ, получават обезпокоителни резултатите, които са показани на фигура 2.

В отделните подточки се разглежда взаимоотношението между концентрациите при отделните RCP-сценарии (със син и червен цвят) и съотношението с функционирането на мозъка. Освен това имаме данни за вътрешната концентрация, както и отношение между основни и комплексни взаимодействия на мисленето. При увеличаване на концентрациите, съгласно сценарии RCP8.5, се забелязва намаление с 25% на способността за правилно вземане на решения от хората при задачи с основен характер и до 50% намаление на способностите при по-комплексни проблеми през 2100 година, в сравнение с днес. Това е преодолим проблем, ако наблюдаваме RCP4.5 – сценария, който е обсъждан като постижим на конференцията за климата в Париж. 

В сравнение с данните за концентрациите на въглероден диоксид от времето на Индустриалната революция се наблюдава намаление на когнитивните ни способности с 8% или дори 13%, ако градският купол с въглероден диоксид е изцяло следствие от антропогенната дейност. Все пак – в интерес на научната истина, трябва да бъде отбелязано, че нашият коефициент на интелигентност не е по-нисък в сравнение със споменатия период, а напротив, но това се дължи на други фактори, като образование, начин на хранене и технологии.

Известен факт е, че строителният сектор в САЩ допринася много за увеличването на емисиите от въглероден диоксид в страната. За 2015 година стойностите на въглероден диоксид от изгаряне на изкопаеми горива, свързано с потребностите на сградите, допринасят за 8.6% от общото количество парникови емисии, а на строителния сектор на отоплението, вентилацията и охлаждането се падат 38% от емисиите.        

В заключение може да бъде посочено, че изгарянето на изкопаеми горива ще продължава да отделя в атмосферата значителни количества въглероден диоксид, а това няма как да не окаже въздействие върху нашите когнитивни функции. Въглеродният диоксид доказано представлява парников газ, чието въздействие върху нас очевидно не се ограничава само до това последствие. Сградите, в които живеем, обучаваме се и работим, не са изолирани пространства и в тях постоянно постъпва въздух отвън по един или друг начин. Добавен към увеличените стойности от издишания от нас въглероден диоксид, той оказва крайно негативно въздействие върху нашите познавателни способности. Множеството изследвания по темата, свързани с прогнозиране на количествата въглероден диоксид в атмосферата, подкрепени от изгарянето на изкопаеми горива, са причина за нашето безпокойство по тази тема. Налага се да направим необходимото и да вземем правилните решения, свързани с ограничаването на въглеродните емисии, за да не сме изправени пред угрозата да се справяме с последствията.

Автор: Борислав Григоров / Климатека