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Judicious elevation of ambient carbon dioxide during hypobaric hypoxia to improve oxygenation in airline passengers: a randomized feasibility study

Post, T. und De Gioannis, R. und Rooney, D. und Wittkowski, M. und Lau, P. und Lecheler, L. und Jordan, J. und Zange, J. und Rittweger, J. und Aeschbach, D. (2026) Judicious elevation of ambient carbon dioxide during hypobaric hypoxia to improve oxygenation in airline passengers: a randomized feasibility study. Journal of Applied Physiology, 141 (1), Seiten 261-269. American Physiological Society. doi: 10.1152/japplphysiol.01211.2025. ISSN 8750-7587.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://doi.org/10.1152/japplphysiol.01211.2025

Kurzfassung

Despite pressurization of airliner cabins, some passengers experience in-flight hypobaric hypoxia with blood oxygen saturation dropping below 90%, potentially causing discomfort and increasing the risk of medical events. Enrichment of the cabin air with carbon dioxide (CO₂) may augment passengers’ blood and tissue oxygenation by stimulating respiratory drive, thereby increasing health and safety during air travel. In a randomized double-blind crossover study, we exposed 17 healthy adults (8 women; age range: 18–40 yr) on separate days to two ambient CO₂ levels (0.1% vs. 1.0% indoor sea-level equivalents; 0.76 vs. 7.60 mmHg partial pressure) during 6 h of hypobaric hypoxia (∼565 mmHg total barometric pressure; corresponding to 2,438 m altitude) in an altitude chamber simulating long-haul flight conditions. We measured oxygen saturation of the blood (SpO₂), brain, and muscle (tissue saturation index derived from near-infrared spectroscopy), respiration, and cognitive function (sustained attention, working memory, and hand-eye coordination) hourly. In addition, we conducted capillary blood gas analyses at baseline, 15 min, and 6 h after hypoxia onset. During hypobaric hypoxia, ambient CO₂ enrichment on average increased PCO₂ from 36.3 to 38.3 mmHg, PO₂ from 60.9 to 68.3 mmHg, and minute ventilation from 9.7 to 10.4 L/min, whereas reducing the time fraction of SpO₂ < 90% from 18.8% to 2.5%. Tissue oxygenation increased in the brain from 62.8% to 63.9%, whereas no change was found in the muscle. High ambient CO₂ had no effect on cognitive performance. Taken together, enrichment of cabin air with CO₂ during hypobaric hypoxia may improve blood and brain oxygenation. NEW & NOTEWORTHY Elevating ambient CO₂ can improve blood and brain oxygenation in healthy individuals during moderate hypoxia as experienced in an airliner cabin. The findings offer a new approach potentially benefiting the health and safety of airline passengers and support investigating CO₂ enrichment in broader passenger populations, especially in those at risk of hypoxemia. Exploration of CO₂-based interventions to enhance passenger oxygenation may also prompt regulatory reassessment of cabin CO₂ limits and technological innovations in ventilation systems.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/226018/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Judicious elevation of ambient carbon dioxide during hypobaric hypoxia to improve oxygenation in airline passengers: a randomized feasibility study
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Post, T.titiaan.post (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
De Gioannis, R.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rooney, D.Daniel.Rooney (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2966-9483NICHT SPEZIFIZIERT
Wittkowski, M.martin.wittkowski (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lau, P.Patrick.Lau (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7290-5875NICHT SPEZIFIZIERT
Lecheler, L.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jordan, J.Jens.Jordan (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4518-0706NICHT SPEZIFIZIERT
Zange, J.Jochen.Zange (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1822-0952222904330
Rittweger, J.Joern.Rittweger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2223-8963NICHT SPEZIFIZIERT
Aeschbach, D.Daniel.Aeschbach (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6054-5753222904331
Datum:24 Juni 2026
Erschienen in:Journal of Applied Physiology
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:141
DOI:10.1152/japplphysiol.01211.2025
Seitenbereich:Seiten 261-269
Verlag:American Physiological Society
ISSN:8750-7587
Status:veröffentlicht
Stichwörter:aircraft cabin pressure; ambient CO₂; blood oxygen saturation; hypobaric hypoxia; respiratory rate
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Hinterlegt von: Sender, Alina
Hinterlegt am:06 Aug 2026 11:37
Letzte Änderung:06 Aug 2026 11:37

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