Nitrous oxide

亜酸化窒素（一酸化二窒素、一酸化二窒素とも呼ばれ、一般に笑気ガスまたは単に亜酸化窒素として知られる）は、化学式N₂Oの窒素酸化物である。室温では無色、不燃性の気体で、わずかに甘い香りと味を持つ。加熱すると、分子状酸素と同様に強力な酸化剤となる。医療分野では、特に外科手術や歯科治療において麻酔薬および鎮痛薬として使用され、世界保健機関の必須医薬品リストに収載されている。「笑気ガス」という愛称はハンフリー・デービーによって名付けられ、吸入時に生じる多幸感と短時間の高揚感に由来する。この作用により、解離性効果を持つ娯楽用薬物としても使用される。慢性的な乱用はビタミンB12を不活性化させ、神経障害を引き起こす可能性がある。医療以外では、ロケット推進剤やモーターレース用燃料の酸化剤、ホイップクリームの噴射剤としても利用される。環境面では汚染物質であり、2020年の大気中濃度は333ppbに達し、毎年約1ppbずつ増加している。これは成層圏オゾンの主要な破壊物質であり、CFCに匹敵する影響を持ち、第三の重要な温室効果ガスとして地球温暖化に大きく寄与している。人為起源排出量の約40%は農業に由来し、土壌微生物が窒素肥料を分解して亜酸化窒素を生成する。これらの排出削減は気候変動政策における重要な目標である。

この気体は1772年にイギリスの自然哲学者・化学者であるジョセフ・プリーストリーによって初めて合成され、彼はこれを「脱フロギストン化亜硝酸空気」または「可燃性亜硝酸空気」と呼んだ。彼は1775年の著書『異なる種類の空気に関する実験と観察』の中で、硝酸で湿らせた鉄粉を加熱することによる生成法を記述している。最初の主要な医療応用はトーマス・ベドーズとジェームズ・ワットによるもので、彼らは共著『人工空気の医療上の使用と製造に関する考察』（1794年）を執筆した。この研究は二つの点で重要であった。ワットは「人工空気」（亜酸化窒素を含む）を製造する機械とそれを吸入するための呼吸装置を発明し、ベドーズは結核やその他の肺疾患がこれらの気体の吸入によって治療できると提唱した。この機械は三つの部分から構成されていた。材料を燃焼させるための炉、不純物を気体から洗い流すための螺旋管を備えた水槽、そして気体を携帯可能な気密性の絹袋に移すことができるガスメーター付きのシリンダーである。呼吸装置はこれらの袋の一つをチューブでマウスピースに接続した。1794年までにこの装置は準備が整い、臨床試験への道が開かれた。臨床試験は1798年、ベドーズがブリストルのホットウェルズに空気治療研究所を設立した際に始まった。その地下室では、若きハンフリー・デービーの監督の下で大規模な機械が気体を製造し、デービーは患者のために新しい気体を実験するよう奨励された。デービーの最初の主要な研究は亜酸化窒素の研究であり、1800年に『化学的および哲学的研究』として発表された。その本の中で、彼はこの気体の鎮痛効果（465ページ）と外科手術への可能性（556ページ）に言及している。また、「笑気ガス」という名称も彼が考案した。デービーが意識のある人々の痛みを和らげるために亜酸化窒素の吸入が有効であることを発見したにもかかわらず、医師がそれを麻酔薬として試すまでにはさらに44年を要した。一方、1799年からイギリスの上流階級の間で「笑気ガスパーティー」での娯楽的使用が人気となった。この気体は通常、使用者を愚鈍で夢見心地で鎮静された状態にするが、多幸感と制御不能な笑いを経験する人もいる。アメリカで最初の商業的生産者の一人は詩人エドガー・アラン・ポーのいとこであるジョージ・ポーであり、彼はこの気体を初めて液化させた。亜酸化窒素が患者に対する麻酔薬として初めて使用されたのは1844年12月11日であり、歯科医ホレス・ウェルズがガードナー・クインシー・コルトンおよびジョン・マンキー・リッグスの協力を得て、抜歯中の痛みに対する無感覚性を実証した。その後数週間で、ウェルズはコネチカット州ハートフォードで12～15人の患者を治療し、わずか2例で失敗したのみであった。1844年12月にこれらの結果をボストン医学会に報告したにもかかわらず、この方法はすぐには採用されなかった。おそらく1845年1月のウェルズによる最初の公開実演が部分的に失敗し、同僚たちに疑念を残したためである。この方法が一般的に使用されるようになったのは1863年であり、コルトンがニューヘイブンとニューヨーク市の「コルトン歯科協会」の診療所で使用を開始した時である。その後3年間で、コルトンとその仲間は25,000人以上の患者に成功裏に投与した。現在、亜酸化窒素は歯科医療において抗不安薬および局所麻酔薬の補助剤として使用されている。病院での大手術には十分な強度がないことが判明しており、ジエチルエーテルが好まれる薬剤となった。