湯旭帆，凌 磊

( 浙江省人民醫(yī)院 臨床生物醫(yī)學(xué)工程部，浙江杭州310014)

高壓氧醫(yī)學(xué)基本概念

湯旭帆，凌 磊

( 浙江省人民醫(yī)院 臨床生物醫(yī)學(xué)工程部，浙江杭州310014)

本文介紹了高壓氧醫(yī)學(xué)在大氣環(huán)境下在人體內(nèi)作用的基本原理，對(duì)氧分壓、氧張力、絕對(duì)壓、壓力與氣體體積的關(guān)系及大氣中各種氣體成分對(duì)人的影響做了闡述，對(duì)臨床醫(yī)護(hù)人員制定不同病人的治療方案有指導(dǎo)意義。

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓; 附加壓; 絕對(duì)壓; 高氣壓; 高壓氧和高壓氧療法; 氧分壓; 氧張力

1 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓

地球被一層很厚的大氣包圍著，由于氣體分子不停頓地向地面上的物體碰撞。從而產(chǎn)生大氣對(duì)物體表面的壓力，這種壓力稱為大氣壓強(qiáng)。我們把在地球緯度45°的海平面上，在溫度0℃時(shí)，測(cè)出每平方厘米面積所承受的大氣壓力等于760mmHg稱為1個(gè)大氣壓，也就是我們常說(shuō)的常壓即一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。一個(gè)大氣壓強(qiáng)相當(dāng)于每平方厘米面積承受1.0336kg的壓力，通常以1kg/cm2為一個(gè)大氣壓。目前壓強(qiáng)單位用帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕(Pa)，因1mmHg≈133.3Pa≈0.13kPa(千帕)，所以1個(gè)大氣壓強(qiáng)=760×133.3=1.013×105Pa≈0.1MPa(兆帕)。

2 附加壓、絕對(duì)壓

附加壓是指常壓以外增加的壓力，即是高壓氧艙內(nèi)所加的壓力。附加壓力的大小是用壓力來(lái)顯示，故附加壓又稱表壓。表壓反應(yīng)的數(shù)值是高壓氧艙內(nèi)與艙外環(huán)境之間的壓差。

絕對(duì)壓是指單位面積上所承受的壓力稱為絕對(duì)壓，絕對(duì)壓通常用英文縮寫(xiě)ATA表示。臨床應(yīng)用高壓氧治療時(shí)，治療壓力一般以絕對(duì)壓表示：

絕對(duì)壓(ATA)=常壓(1個(gè)大氣壓)+附加壓(表壓)

1ATA=1個(gè)大氣壓=760mmHg=1kg/cm=0.1MPa(兆帕)

2ATA=1個(gè)大氣壓十1附加壓=1520mmHg=2kg/cm2=0.2Mpa=水下10m處壓力

2.5ATA=1個(gè)大氣壓十1.5附加壓=1900mmHg=2.5kg/cm2=0.25MP=水下15m處壓力

3ATA=1個(gè)大氣壓十2附加壓=2280mmHg=3kg/cm2=0.3Mpa=水下20m處壓力

3 高氣壓、高壓氧和高壓氧療法

凡是高于常壓(1個(gè)大氣壓強(qiáng))的壓力稱之為高氣壓。

高壓氧將機(jī)體置于高壓氧艙內(nèi)，在高于1個(gè)大氣壓的條件下吸純氧稱為高壓氧。

高壓氧療法用高壓氧治療疾病的方法叫高壓氧療法。

4 氧分壓、氧張力

氧分壓。大氣是由氮(N2)、氧(O2)、二氧化碳(CO2)、水蒸氣等組成的混合氣體，大氣壓就是這些氣體所產(chǎn)生的壓強(qiáng)的總和。而組成總壓強(qiáng)各氣體的壓強(qiáng)稱為該氣體的分壓，故氧氣在空氣中的壓強(qiáng)稱為氧分壓。氧是空氣的主要成分之一，約占空氣的2%、因此在常壓下空氣中的氧分壓為：760mmHg×21%=159.6mmHg。

氧張力。氣體與液體相接觸時(shí)，氣體分子向液體內(nèi)彌散即發(fā)生溶解，溶解液體中氣體分子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的力，稱為氣體溶解在液體中的分壓。為了便于和液體外氣體的分壓相區(qū)別，通常稱為“張力”。因此我們把溶解在液體中的氧分壓稱為氧張力。

氧氣溶解速度和量決定于氧氣和液體的性質(zhì)及氧分壓的高低；另外也受溫度影響，溫度愈高，溶解量愈少。

5 高壓氧艙

用于實(shí)施高壓氧療法的設(shè)備稱為高壓氧艙。高壓氧艙是按壓力容器規(guī)定和高壓氧治療需求標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造的，耐高壓的密閉的艙體，是一種特殊的醫(yī)療設(shè)備，通過(guò)向艙內(nèi)輸入壓縮氣體(空氣或氧氣)，在艙內(nèi)形成一個(gè)高氣壓環(huán)境，病人在內(nèi)實(shí)施吸氧治療。

現(xiàn)代的高壓氧艙設(shè)置有各種先進(jìn)的醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，如動(dòng)電、腦電監(jiān)護(hù)，保證臨床治療和科研的需要。同時(shí)艙內(nèi)裝飾力求美觀，舒適，采光好，病人出人安全，解除病人恐懼。

6 不同壓力下氣體分壓的計(jì)算及意義

混合氣體中某一組成氣體，其對(duì)機(jī)體的生理影響和作用，不是取決于它的百分比，而是該氣體的具體分壓值。在高壓氧艙內(nèi)壓縮空氣中，組成氣體的百分比沒(méi)有改變，但是各氣體分壓值都隨著總壓的提高而增加。為了解不同壓力下，某氣體分壓值，以估計(jì)該氣體對(duì)機(jī)體生理的影響，我們用道爾頓(Daltan)定律計(jì)算氣體分壓值。

道爾頓定律是當(dāng)溫度不變時(shí)，混合氣體總壓等于組成氣體分壓的和。我們知道空氣壓力=氮?dú)鈮毫κ鯕鈮毫κ瓹O2壓力十……等等之和。因此，當(dāng)知道氣體分壓所占的百分比，就可以算出某氣體的分壓值。以氧氣為例，計(jì)算不同程度的氧分壓，空氣氧濃度為20.93%，在1ATA氧分壓(Po2)=760mmHg×20.93%=159mmHg。在3ATA下，Po2=760mmHg ×3×20.93%=477.20mmHg就超過(guò)1ATA，純氧，對(duì)生理功能就會(huì)產(chǎn)生影響。又如1ATA下， 吸空氣中有1.5%CO2,Pco2(二氧化碳分壓)=760mmHg ×1.5%=11.4mmHg，這種PCO2人是完全耐受的，但在 6ATA下Pco2=760mmHg×6×1.5%=68.4mmHg，人就耐受不了，就會(huì)產(chǎn)生中毒。

7 氣體在液體中溶解的計(jì)算及影響因素

氣體與液體接觸，氣體分子可借分子運(yùn)動(dòng)而擴(kuò)散入液體內(nèi)，直至平衡，這就是氣體溶解于液體。在1ATA和一定溫度下，一種氣體能溶于1mL某種液體中的量，稱為該氣體在那種液體中的溶解系數(shù)。一般說(shuō)，溶解系數(shù)大即表示氣體在液體中的溶解量大。氣體在液體的溶解量受以下因素影響：(1)溫度影響。溫度越高，溶解度越小。(2)液體的性質(zhì)。在一定溫度下，同一氣體在不同液體中溶解系數(shù)不同。由此可推論，在溫度和壓強(qiáng)相同條件下，各氣體在機(jī)體內(nèi)溶解總量及機(jī)體不同組織中的溶解量是有差異的。如溶解在水中、脂類(lèi)、血液中是不同的。(3)與氣體分壓有關(guān)。氣體分壓愈高，溶解量愈大，若想知道氣體在液體中的溶解量，應(yīng)用亨利(Henny)定律計(jì)算。亨利定律即是在一定溫度下。氣體的溶解量與氣體的分壓成正比?；旌蠚怏w中各種氣體同時(shí)溶入一種液體時(shí)，各氣體的溶解量與各自的分壓成正比，而與混合氣體的總壓力無(wú)關(guān)。例如，空氣中氮分壓為79%×760=600mmHg，在37℃時(shí)，氮在水中的溶解系數(shù)是0.013，故在 1ATA空氣中，1mL水中氮的溶解量是0.013×600/700=0.01026mL，在 5ATA空氣中；1mL水中氮的溶解量則是0.01026×5=0.0512mL即為1ATA空氣的5倍。如果氮?dú)庠谳^高氣壓下已經(jīng)溶解于血液中，并達(dá)到平衡，然后進(jìn)行減壓，那么在較高氣壓中已經(jīng)溶解的氮分子將逸出，直至達(dá)到新的平衡，這兩種壓強(qiáng)差度越大，氣體分子逸出的速度愈快。但倘若減壓速度過(guò)快，超過(guò)安全范圍，氮?dú)鈴囊后w中大量逸出，來(lái)不及排出體外，在體內(nèi)組織中形成氣泡，會(huì)給機(jī)體帶來(lái)一定的損害，導(dǎo)致疾病發(fā)生。

8 壓力與氣體體積的關(guān)系

波義耳——馬略特定律指出，溫度不變時(shí)，氣體的體積同它的壓強(qiáng)成反比。當(dāng)壓強(qiáng)增大時(shí)，氣體的分子間隙被壓縮，氣體的體積自然縮小。依據(jù)這個(gè)原理，當(dāng)機(jī)體由某種原因?qū)е卵芑蚪M織發(fā)生氣體栓塞時(shí)，可用高壓氧治療。實(shí)踐證明，壓力升至0.2MPa時(shí)，氣泡縮小至原來(lái)體積1/2；升至0.3Mpa時(shí)，氣泡縮小至1/3，隨著壓方增大，氣泡逐漸縮小，被氣泡堵塞的血管逐漸恢復(fù)、血液流通、癥狀消失。

9 惰性氣體的飽和、脫飽和及過(guò)飽和

在高壓氧醫(yī)學(xué)中，把單純以物理狀態(tài)溶解于機(jī)體組織內(nèi)，通常狀況下不引起機(jī)體發(fā)生明顯生理或病理變化的某些氣體稱為惰性氣體?？諝庵械牡?、氦、氖、氬、氪、氙等都是惰性氣體。氮約占空氣79%，是常見(jiàn)的惰性氣體，以其為例談一談氣體的飽和、脫飽和及過(guò)飽和。

氮?dú)庠隗w內(nèi)的飽和是指氮進(jìn)入體內(nèi)的過(guò)程。機(jī)體進(jìn)入高氣壓環(huán)境，溶解于機(jī)體內(nèi)的氮將隨時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增加，直至組織氮張力與高壓環(huán)境的氮分壓相平衡為止。這一過(guò)程叫作氮的飽和過(guò)程。當(dāng)組織中氮張力與高氣壓環(huán)境的氮分壓相等時(shí)，氮?dú)膺M(jìn)出機(jī)體的量處于平衡，這一狀況稱為氮的完全飽和。

氮?dú)獾拿擄柡停簷C(jī)體從較高氣壓中停留一定時(shí)間后，達(dá)到一定程度的氮飽和，再回到較低氣壓環(huán)境時(shí)，由于組織里的氮張力比外界氮分壓高，組織中的氮?dú)獗阃ㄟ^(guò)血液循環(huán)和呼吸彌散出體外，直至同外界氮分區(qū)平衡為止，這一過(guò)程叫作氮在體內(nèi)的“脫飽和”。

氮?dú)獾倪^(guò)飽和：機(jī)體從較高氣壓環(huán)境中轉(zhuǎn)移到較低氣壓環(huán)境中時(shí)，其組織內(nèi)溶解的氮?dú)饬?，超過(guò)較低氣壓條件下完全飽和時(shí)所能溶解的氮?dú)夂俊?/p>

氮?dú)饧炔荒鼙粰C(jī)體利用，機(jī)體也沒(méi)有調(diào)節(jié)其含量的機(jī)制， 溶解于機(jī)體的氮?dú)怆S吸入的氮分壓升高而增加，又隨氮分壓降低而降低，認(rèn)識(shí)氮?dú)膺@一規(guī)律，用以指導(dǎo)工作實(shí)踐，對(duì)預(yù)防減壓病有著重要意義。

[1]毛方琯，高壓氧艙技術(shù)與安全 [M] 上海，第二軍醫(yī)大學(xué)出版社，2005.5

[2] [美] Eric P. Kindwall, Harry T. Whelan [M] 西安，第四軍醫(yī)大學(xué)出版社，2004.10

2014-02-10

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