N₂的性質(zhì)非常穩(wěn)定且非常容易獲取，在科研院所的教學(xué)科研活動以及企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營過程中，N₂被廣泛應(yīng)用于吹掃、惰化、密封等領(lǐng)域，是最為常見、用量也最大的氣體種類之一。針對氮?dú)庀嚓P(guān)的事故非常多，因N₂窒息導(dǎo)致的傷亡也是所有氣體中最多的。盡管也有非常多的文章或教育培訓(xùn)對N₂窒息事故進(jìn)行介紹，但人們對N₂的窒息傷害的重視與防范管理依舊變化不大。

導(dǎo)致上述現(xiàn)象的重要原因之一，就是一線師生甚至很多安全檢查或管理人員，對氮?dú)庵舷Φ牧私獠⒉簧钊?，大多?shù)的教育培訓(xùn)或文章交流基本停留于對氮?dú)庵舷⑹鹿实耐▓?bào)介紹，對眾所周知的“窒息性氣體”屬性以及“安裝氧含量監(jiān)測報(bào)警裝置”等基本信息進(jìn)行重復(fù)再強(qiáng)調(diào)，但很少有人真正知曉N₂的窒息危害特點(diǎn)，導(dǎo)致大眾對N₂窒息風(fēng)險(xiǎn)的警惕與防范依然重視不夠。

作為大氣環(huán)境中的最主要?dú)怏w，N₂含量達(dá)到78.1%，是空氣中含量最多的氣體。相應(yīng)的，人們進(jìn)行呼吸時(shí)，其實(shí)接觸最多的還是N₂，也使得人體對N₂非常熟悉且具有良好的親和性。而且N₂無色無味，這就使得人們無法僅憑感官判斷空氣中N₂濃度是否超標(biāo)。但由于N₂濃度的異常升高，將導(dǎo)致空氣中的O₂濃度的相應(yīng)降低，從而導(dǎo)致“缺氧窒息”。當(dāng)吸入濃度不太高的N₂時(shí)，由于缺氧造成的影響，最初會感到胸悶、氣短、疲軟無力，繼而會出現(xiàn)煩躁不安、極度興奮、亂跑、叫喊、神情恍惚、步態(tài)不穩(wěn)的癥狀，稱之為“氮酩酊”，會進(jìn)入昏睡或昏迷狀態(tài)。但如果吸入純氮或高濃度的N₂（大于90%），則非常容易出現(xiàn)“閃電死亡”。作者將結(jié)合國內(nèi)外的一些典型案例，對N₂的窒息危害特點(diǎn)進(jìn)行解讀，以期通過提供更多更深入的信息，警醒實(shí)驗(yàn)室及安全管理人員關(guān)注并防范N₂的窒息風(fēng)險(xiǎn)。

在副主任醫(yī)師邊敏等撰寫的文章中介紹了一些氮?dú)庵舷⒌氖鹿拾咐?sup style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box; overflow-wrap: break-word !important; font-size: 12px;">[2]，其中一則案例非常值得關(guān)注。即一名工人在乙烯球罐頂部，僅僅是通過罐頂人孔俯身查看時(shí)吸入了一口高濃度氮?dú)饩蛪嬋肭蚬耷覔尵葻o效死亡。在該文中特別強(qiáng)調(diào)：“氮?dú)狻疅o毒’并不是‘無害’。過量的氮?dú)鈺儕Z人類賴以生存的氧氣，導(dǎo)致窒息，甚至在幾秒內(nèi)就可以導(dǎo)致人員死亡。哪怕僅僅是將頭探入富含氮?dú)獾娜丝桌铮加锌赡軐?dǎo)致窒息。如在案例3中，—名工人在俯身向人孔內(nèi)進(jìn)行查看時(shí)，吸入高濃度氮?dú)?strong style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box; overflow-wrap: break-word !important;">瞬間昏迷墜入罐中”。

在上述案例中應(yīng)可注意到，區(qū)別于實(shí)驗(yàn)室相對密閉的空間，乙烯球罐頂部是開放場所，空氣流通不受任何阻礙，而工人僅僅是在罐頂人孔處吸入一口高濃度氮?dú)饩突杳詨嬋牍迌?nèi)，雖經(jīng)搶救依然死亡，呈現(xiàn)出“傷害來的快”的特點(diǎn)！因此，區(qū)別于人們主觀印象中的“窒息”掙扎逃生過程，對于呼吸到高濃度氮?dú)庵蟮娜藛T瞬間就會昏迷甚至死亡，因此將導(dǎo)致氮?dú)庵舷⑷藛T來不及反應(yīng)，沒有時(shí)間或機(jī)會進(jìn)行逃生。

值得注意的是，N₂窒息死亡還是“無痛苦”的過程。澳大利亞醫(yī)生菲利普 · 尼奇克（Philip Nitschke）和荷蘭設(shè)計(jì)師亞歷山大·班尼克（Alexander Bannink）聯(lián)合，基于 3D 打印技術(shù)制造了頗具科幻感的 “Sarco”安樂死膠囊倉（圖1）^[3]。一些尋求安樂死的人員躺在充滿氮?dú)獾哪z囊倉中，沒有痛苦的離開人世。 

另據(jù)報(bào)道^[4]，2018年美國阿拉巴馬州眾議院就通過了一項(xiàng)法律，允許在死刑中使用N₂（前提是沒有條件執(zhí)行注射死刑）。共和黨人吉姆·希爾在辯論中表示：“氮?dú)鈺屗麄內(nèi)胨@種方法人性化、快速、無痛”。而在此之前，俄克拉荷馬州和密西西比州也已通過了類似法案。據(jù)美國化學(xué)安全與危害調(diào)查委員會（CSB）的說法，對人類來說，呼吸純N₂或其它類似的惰性氣體僅一兩次后，人就會失去知覺，感受不到任何痛苦了，是非常適合死刑的手段。經(jīng)過討論，美國最高法院以6:3通過了氮?dú)馑佬蹋绹鴷r(shí)間2024年1月25日星期四晚8點(diǎn)25分，58歲的Kenneth Smith在阿拉巴馬州的懲教所里離開了這個(gè)世界^[5]，成為全世界第一個(gè)被該方法處決的人（圖2）。

圖2   Kenneth Smith 成為第一個(gè)接受氮?dú)庵舷⑺佬痰娜?nbsp;^[5]

不過令人意外的是，Smith在接受N₂窒息死刑的過程中，“在輪床上劇烈地?fù)u晃和扭動”。Smith的精神顧問杰夫·胡德牧師（Rev. Jeff Hood）在新聞發(fā)布會上稱，在執(zhí)行前一天，Smith非常擔(dān)心執(zhí)行會出錯(cuò)，“他非常害怕這件事，恐懼的心情一直折磨著他”。加之2022年靜脈注射死刑的失敗過程讓Smith經(jīng)受了數(shù)小時(shí)的痛苦折磨并且留下了深刻陰影，因此在接受N₂窒息死刑的過程中竭力掙扎抗拒，此外在執(zhí)行過程中還很容易出現(xiàn)N₂面罩貼合密封不嚴(yán)等情況，從而導(dǎo)致Smith的N₂窒息死刑過程出現(xiàn)了區(qū)別于其他“安樂死”案例的情況。 

影視劇中大量的掐勒脖頸或溺水等“窒息”傷害場景，使得大眾非常容易對“窒息”產(chǎn)生自然而然地觀點(diǎn)，即“窒息”存在著難受痛苦，且竭力掙扎反抗試圖規(guī)避的過程。對上述主觀性的認(rèn)識誤區(qū)，其根本原因可歸因于對“氮?dú)庵舷⒃怼钡牟涣私?，進(jìn)而也導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室在重視與應(yīng)對N₂的安全防控方面存在不足。通過對“氮?dú)庵舷⒃怼钡慕馕?，將有助于理解N₂窒息“傷害來的快”、“過程無痛苦”的這兩個(gè)特點(diǎn)。

人類在呼吸時(shí)，吸入的氣體順著支氣管在肺葉里的各級分支，最終到達(dá)支氣管最細(xì)的分支末端，即肺泡。對于成人而言，這些由單層上皮細(xì)胞構(gòu)成的半球狀囊泡，總數(shù)可達(dá)3～4億個(gè)肺泡，總面積近100m²。肺泡外面包繞著豐富的毛細(xì)血管。通過毛細(xì)血管壁和肺泡壁之間的傳遞，實(shí)現(xiàn)氧氣（O₂）和二氧化碳（CO₂）的交換。而O₂和CO₂在毛細(xì)血管壁和肺泡壁之間的傳遞交換，與其分壓有著密切的關(guān)系。眾所周知，混合氣體中氣體的擴(kuò)散方向由其分壓決定，而氣體的分壓又與濃度密切相關(guān)，即濃度越高則分壓也越大。人體肺泡的肺泡壁為雙向膜，O₂穿過肺泡膜的方向取決于肺泡膜兩側(cè)的O₂濃度（也即分壓），在肺泡內(nèi)的O₂濃度大于一定值時(shí)，O₂才會穿過肺泡壁進(jìn)入血液，同時(shí)CO₂穿過肺泡壁進(jìn)入肺泡，完成O₂和CO₂的交換（圖3）。

正常情況下，在吸氣時(shí)空氣中的O₂透過肺泡壁和毛細(xì)血管壁進(jìn)入血液，紅細(xì)胞在肺內(nèi)獲得O₂并將之輸運(yùn)到全身各處組織、器官；同時(shí)，血液中的CO₂也透過這毛細(xì)血管壁和肺泡壁進(jìn)入肺泡，然后隨著呼氣過程排出體外（圖4A）。

圖3   血液循環(huán)與氣體交換

盡管每時(shí)每刻人類都在呼吸著O₂，但人體對O₂濃度的變化并不敏感，而對CO₂濃度的變化卻很敏感。吸入純N₂或高濃度N₂時(shí)，體內(nèi)的CO₂基本不受影響，仍舊可以正常地從肺部排出，即體內(nèi)的CO₂濃度仍處于正常狀態(tài)，所以并不會產(chǎn)生窒息的不適感。這就導(dǎo)致了N₂窒息“過程無痛苦”。

圖4   正常呼吸(A)與發(fā)生反滲透(B)情況下，

毛細(xì)血管與肺泡之間不同的的氣體交換狀態(tài)

此時(shí)，人體動脈內(nèi)的血液在5-7秒內(nèi)就會降到過低水平，緊接著將在10-12秒甚至更短時(shí)間內(nèi)使人體產(chǎn)生暈厥，可謂是“傷害來的快”。也正由于迅速暈厥，窒息人員還來不及感到難受痛苦，也來不及產(chǎn)生警覺逃生行為，因此氮?dú)獾闹舷L(fēng)險(xiǎn)反而更應(yīng)值得警惕。

圖5  控制呼吸的神經(jīng)中樞系統(tǒng)

由于血液中的O₂分壓迅速下降，特別是紅細(xì)胞會從腦組織等組織、器官中倒抽O₂，將導(dǎo)致腦細(xì)胞缺血缺氧并進(jìn)而失去功能。相應(yīng)地，延髓會停止工作，不再控制呼吸肌肉，導(dǎo)致肺部停止呼吸。

對于針刺刀砍導(dǎo)致的銳器或機(jī)械打擊，或煙熏火燎導(dǎo)致的灼傷等，人員在受傷害的過程中有痛苦不適的體驗(yàn)，出于本能就會掙扎躲避而進(jìn)行逃生。而氮?dú)獾闹舷s具有“無痛”的特點(diǎn)，甚至可作為“安樂死”，使得“氮?dú)狻币搏@得了“沉默的殺手”這一名號，導(dǎo)致氮?dú)庵舷⒕哂袠O強(qiáng)的隱蔽性、欺騙性，勢必使得面臨氮?dú)庵舷Φ娜藛T無法產(chǎn)生警覺意識并進(jìn)一步做出規(guī)避逃生行為，相應(yīng)提高了氮?dú)庵舷⒑蠊娘L(fēng)險(xiǎn)。

而在吸入純氮或高濃度N₂的瞬間，人員就意識喪失，處于無法自救的昏迷狀態(tài)。由于延髓停止工作以及相應(yīng)的呼吸停止，就算是把人轉(zhuǎn)移到有新鮮空氣的環(huán)境，窒息人員也不能自主恢復(fù)呼吸。因此，本文通過針對氮?dú)庵舷L(fēng)險(xiǎn)“傷害來的快”、“過程無痛苦”的特點(diǎn)，以及“氮?dú)庵舷⒃怼?/strong>的討論，希望能夠糾正人們習(xí)慣性的主觀認(rèn)識，切實(shí)加強(qiáng)對氧含量檢測報(bào)警裝置以及通排風(fēng)聯(lián)動等方面的安全措施，真正重視及規(guī)范對實(shí)驗(yàn)室氮?dú)獾陌踩褂门c管理。