高壓氧醫學基本概念

湯旭帆，凌 磊

( 浙江省人民醫院 臨床生物醫學工程部，浙江杭州310014)

高壓氧醫學基本概念

湯旭帆，凌 磊

( 浙江省人民醫院 臨床生物醫學工程部，浙江杭州310014)

本文介紹了高壓氧醫學在大氣環境下在人體內作用的基本原理，對氧分壓、氧張力、絕對壓、壓力與氣體體積的關系及大氣中各種氣體成分對人的影響做了闡述，對臨床醫護人員制定不同病人的治療方案有指導意義。

標準大氣壓; 附加壓; 絕對壓; 高氣壓; 高壓氧和高壓氧療法; 氧分壓; 氧張力

1 標準大氣壓

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。從而產生大氣對物體表面的壓力，這種壓力稱為大氣壓強。我們把在地球緯度45°的海平面上，在溫度0℃時，測出每平方厘米面積所承受的大氣壓力等于760mmHg稱為1個大氣壓，也就是我們常說的常壓即一個標準大氣壓。一個大氣壓強相當于每平方厘米面積承受1.0336kg的壓力，通常以1kg/cm2為一個大氣壓。目前壓強單位用帕斯卡，簡稱帕(Pa)，因1mmHg≈133.3Pa≈0.13kPa(千帕)，所以1個大氣壓強=760×133.3=1.013×105Pa≈0.1MPa(兆帕)。

2 附加壓、絕對壓

附加壓是指常壓以外增加的壓力，即是高壓氧艙內所加的壓力。附加壓力的大小是用壓力來顯示，故附加壓又稱表壓。表壓反應的數值是高壓氧艙內與艙外環境之間的壓差。

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

絕對壓(ATA)=常壓(1個大氣壓)+附加壓(表壓)

1ATA=1個大氣壓=760mmHg=1kg/cm=0.1MPa(兆帕)

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

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

3ATA=1個大氣壓十2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個大氣壓強)的壓力稱之為高氣壓。

高壓氧將機體置于高壓氧艙內，在高于1個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生的壓強的總和。而組成總壓強各氣體的壓強稱為該氣體的分壓，故氧氣在空氣中的壓強稱為氧分壓。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，氣體分子向液體內彌散即發生溶解，溶解液體中氣體分子運動產生的力，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

用于實施高壓氧療法的設備稱為高壓氧艙。高壓氧艙是按壓力容器規定和高壓氧治療需求標準設計制造的，耐高壓的密閉的艙體，是一種特殊的醫療設備，通過向艙內輸入壓縮氣體(空氣或氧氣)，在艙內形成一個高氣壓環境，病人在內實施吸氧治療。

現代的高壓氧艙設置有各種先進的醫療監護系統，如動電、腦電監護，保證臨床治療和科研的需要。同時艙內裝飾力求美觀，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算及意義

混合氣體中某一組成氣體，其對機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。在高壓氧艙內壓縮空氣中，組成氣體的百分比沒有改變，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，以估計該氣體對機體生理的影響，我們用道爾頓(Daltan)定律計算氣體分壓值。

道爾頓定律是當溫度不變時，混合氣體總壓等于組成氣體分壓的和。我們知道空氣壓力=氮氣壓力十氧氣壓力十CO2壓力十……等等之和。因此，當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1ATA，純氧，對生理功能就會產生影響。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，就會產生中毒。

7 氣體在液體中溶解的計算及影響因素

氣體與液體接觸，氣體分子可借分子運動而擴散入液體內，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。一般說，溶解系數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。在一定溫度下，同一氣體在不同液體中溶解系數不同。由此可推論，在溫度和壓強相同條件下，各氣體在機體內溶解總量及機體不同組織中的溶解量是有差異的。如溶解在水中、脂類、血液中是不同的。(3)與氣體分壓有關。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，應用亨利(Henny)定律計算。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。混合氣體中各種氣體同時溶入一種液體時，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關。例如，空氣中氮分壓為79%×760=600mmHg，在37℃時，氮在水中的溶解系數是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。如果氮氣在較高氣壓下已經溶解于血液中，并達到平衡，然后進行減壓，那么在較高氣壓中已經溶解的氮分子將逸出，直至達到新的平衡，這兩種壓強差度越大，氣體分子逸出的速度愈快。但倘若減壓速度過快，超過安全范圍，氮氣從液體中大量逸出，來不及排出體外，在體內組織中形成氣泡，會給機體帶來一定的損害，導致疾病發生。

8 壓力與氣體體積的關系

波義耳——馬略特定律指出，溫度不變時，氣體的體積同它的壓強成反比。當壓強增大時，氣體的分子間隙被壓縮，氣體的體積自然縮小。依據這個原理，當機體由某種原因導致血管或組織發生氣體栓塞時，可用高壓氧治療。實踐證明，壓力升至0.2MPa時，氣泡縮小至原來體積1/2；升至0.3Mpa時，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、血液流通、癥狀消失。

9 惰性氣體的飽和、脫飽和及過飽和

在高壓氧醫學中，把單純以物理狀態溶解于機體組織內，通常狀況下不引起機體發生明顯生理或病理變化的某些氣體稱為惰性氣體。空氣中的氮、氫、氦、氖、氬、氪、氙等都是惰性氣體。氮約占空氣79%，是常見的惰性氣體，以其為例談一談氣體的飽和、脫飽和及過飽和。

氮氣在體內的飽和是指氮進入體內的過程。機體進入高氣壓環境，溶解于機體內的氮將隨時間的延長而不斷增加，直至組織氮張力與高壓環境的氮分壓相平衡為止。這一過程叫作氮的飽和過程。當組織中氮張力與高氣壓環境的氮分壓相等時，氮氣進出機體的量處于平衡，這一狀況稱為氮的完全飽和。

氮氣的脫飽和：機體從較高氣壓中停留一定時間后，達到一定程度的氮飽和，再回到較低氣壓環境時，由于組織里的氮張力比外界氮分壓高，組織中的氮氣便通過血液循環和呼吸彌散出體外，直至同外界氮分區平衡為止，這一過程叫作氮在體內的“脫飽和”。

氮氣的過飽和：機體從較高氣壓環境中轉移到較低氣壓環境中時，其組織內溶解的氮氣量，超過較低氣壓條件下完全飽和時所能溶解的氮氣含量。

氮氣既不能被機體利用，機體也沒有調節其含量的機制， 溶解于機體的氮氣隨吸入的氮分壓升高而增加，又隨氮分壓降低而降低，認識氮氣這一規律，用以指導工作實踐，對預防減壓病有著重要意義。

[1]毛方琯，高壓氧艙技術與安全 [M] 上海，第二軍醫大學出版社，2005.5

[2] [美] Eric P. Kindwall, Harry T. Whelan [M] 西安，第四軍醫大學出版社，2004.10

2014-02-10

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