高压氧医学基本概念

汤旭帆，凌 磊

( 浙江省人民医院 临床生物医学工程部，浙江杭州310014)

高压氧医学基本概念

汤旭帆，凌 磊

( 浙江省人民医院 临床生物医学工程部，浙江杭州310014)

本文介绍了高压氧医学在大气环境下在人体内作用的基本原理，对氧分压、氧张力、绝对压、压力与气体体积的关系及大气中各种气体成分对人的影响做了阐述，对临床医护人员制定不同病人的治疗方案有指导意义。

标准大气压; 附加压; 绝对压; 高气压; 高压氧和高压氧疗法; 氧分压; 氧张力

1 标准大气压

地球被一层很厚的大气包围着，由于气体分子不停顿地向地面上的物体碰撞。从而产生大气对物体表面的压力，这种压力称为大气压强。我们把在地球纬度45°的海平面上，在温度0℃时，测出每平方厘米面积所承受的大气压力等于760mmHg称为1个大气压，也就是我们常说的常压即一个标准大气压。一个大气压强相当于每平方厘米面积承受1.0336kg的压力，通常以1kg/cm2为一个大气压。目前压强单位用帕斯卡，简称帕(Pa)，因1mmHg≈133.3Pa≈0.13kPa(千帕)，所以1个大气压强=760×133.3=1.013×105Pa≈0.1MPa(兆帕)。

2 附加压、绝对压

附加压是指常压以外增加的压力，即是高压氧舱内所加的压力。附加压力的大小是用压力来显示，故附加压又称表压。表压反应的数值是高压氧舱内与舱外环境之间的压差。

绝对压是指单位面积上所承受的压力称为绝对压，绝对压通常用英文缩写ATA表示。临床应用高压氧治疗时，治疗压力一般以绝对压表示：

绝对压(ATA)=常压(1个大气压)+附加压(表压)

1ATA=1个大气压=760mmHg=1kg/cm=0.1MPa(兆帕)

2ATA=1个大气压十1附加压=1520mmHg=2kg/cm2=0.2Mpa=水下10m处压力

2.5ATA=1个大气压十1.5附加压=1900mmHg=2.5kg/cm2=0.25MP=水下15m处压力

3ATA=1个大气压十2附加压=2280mmHg=3kg/cm2=0.3Mpa=水下20m处压力

3 高气压、高压氧和高压氧疗法

凡是高于常压(1个大气压强)的压力称之为高气压。

高压氧将机体置于高压氧舱内，在高于1个大气压的条件下吸纯氧称为高压氧。

高压氧疗法用高压氧治疗疾病的方法叫高压氧疗法。

4 氧分压、氧张力

氧分压。大气是由氮(N2)、氧(O2)、二氧化碳(CO2)、水蒸气等组成的混合气体，大气压就是这些气体所产生的压强的总和。而组成总压强各气体的压强称为该气体的分压，故氧气在空气中的压强称为氧分压。氧是空气的主要成分之一，约占空气的2%、因此在常压下空气中的氧分压为：760mmHg×21%=159.6mmHg。

氧张力。气体与液体相接触时，气体分子向液体内弥散即发生溶解，溶解液体中气体分子运动产生的力，称为气体溶解在液体中的分压。为了便于和液体外气体的分压相区别，通常称为“张力”。因此我们把溶解在液体中的氧分压称为氧张力。

氧气溶解速度和量决定于氧气和液体的性质及氧分压的高低；另外也受温度影响，温度愈高，溶解量愈少。

5 高压氧舱

用于实施高压氧疗法的设备称为高压氧舱。高压氧舱是按压力容器规定和高压氧治疗需求标准设计制造的，耐高压的密闭的舱体，是一种特殊的医疗设备，通过向舱内输入压缩气体(空气或氧气)，在舱内形成一个高气压环境，病人在内实施吸氧治疗。

现代的高压氧舱设置有各种先进的医疗监护系统，如动电、脑电监护，保证临床治疗和科研的需要。同时舱内装饰力求美观，舒适，采光好，病人出人安全，解除病人恐惧。

6 不同压力下气体分压的计算及意义

混合气体中某一组成气体，其对机体的生理影响和作用，不是取决于它的百分比，而是该气体的具体分压值。在高压氧舱内压缩空气中，组成气体的百分比没有改变，但是各气体分压值都随着总压的提高而增加。为了解不同压力下，某气体分压值，以估计该气体对机体生理的影响，我们用道尔顿(Daltan)定律计算气体分压值。

道尔顿定律是当温度不变时，混合气体总压等于组成气体分压的和。我们知道空气压力=氮气压力十氧气压力十CO2压力十……等等之和。因此，当知道气体分压所占的百分比，就可以算出某气体的分压值。以氧气为例，计算不同程度的氧分压，空气氧浓度为20.93%，在1ATA氧分压(Po2)=760mmHg×20.93%=159mmHg。在3ATA下，Po2=760mmHg ×3×20.93%=477.20mmHg就超过1ATA，纯氧，对生理功能就会产生影响。又如1ATA下， 吸空气中有1.5%CO2,Pco2(二氧化碳分压)=760mmHg ×1.5%=11.4mmHg，这种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，就会产生中毒。

7 气体在液体中溶解的计算及影响因素

气体与液体接触，气体分子可借分子运动而扩散入液体内，直至平衡，这就是气体溶解于液体。在1ATA和一定温度下，一种气体能溶于1mL某种液体中的量，称为该气体在那种液体中的溶解系数。一般说，溶解系数大即表示气体在液体中的溶解量大。气体在液体的溶解量受以下因素影响：(1)温度影响。温度越高，溶解度越小。(2)液体的性质。在一定温度下，同一气体在不同液体中溶解系数不同。由此可推论，在温度和压强相同条件下，各气体在机体内溶解总量及机体不同组织中的溶解量是有差异的。如溶解在水中、脂类、血液中是不同的。(3)与气体分压有关。气体分压愈高，溶解量愈大，若想知道气体在液体中的溶解量，应用亨利(Henny)定律计算。亨利定律即是在一定温度下。气体的溶解量与气体的分压成正比。混合气体中各种气体同时溶入一种液体时，各气体的溶解量与各自的分压成正比，而与混合气体的总压力无关。例如，空气中氮分压为79%×760=600mmHg，在37℃时，氮在水中的溶解系数是0.013，故在 1ATA空气中，1mL水中氮的溶解量是0.013×600/700=0.01026mL，在 5ATA空气中；1mL水中氮的溶解量则是0.01026×5=0.0512mL即为1ATA空气的5倍。如果氮气在较高气压下已经溶解于血液中，并达到平衡，然后进行减压，那么在较高气压中已经溶解的氮分子将逸出，直至达到新的平衡，这两种压强差度越大，气体分子逸出的速度愈快。但倘若减压速度过快，超过安全范围，氮气从液体中大量逸出，来不及排出体外，在体内组织中形成气泡，会给机体带来一定的损害，导致疾病发生。

8 压力与气体体积的关系

波义耳——马略特定律指出，温度不变时，气体的体积同它的压强成反比。当压强增大时，气体的分子间隙被压缩，气体的体积自然缩小。依据这个原理，当机体由某种原因导致血管或组织发生气体栓塞时，可用高压氧治疗。实践证明，压力升至0.2MPa时，气泡缩小至原来体积1/2；升至0.3Mpa时，气泡缩小至1/3，随着压方增大，气泡逐渐缩小，被气泡堵塞的血管逐渐恢复、血液流通、症状消失。

9 惰性气体的饱和、脱饱和及过饱和

在高压氧医学中，把单纯以物理状态溶解于机体组织内，通常状况下不引起机体发生明显生理或病理变化的某些气体称为惰性气体。空气中的氮、氢、氦、氖、氩、氪、氙等都是惰性气体。氮约占空气79%，是常见的惰性气体，以其为例谈一谈气体的饱和、脱饱和及过饱和。

氮气在体内的饱和是指氮进入体内的过程。机体进入高气压环境，溶解于机体内的氮将随时间的延长而不断增加，直至组织氮张力与高压环境的氮分压相平衡为止。这一过程叫作氮的饱和过程。当组织中氮张力与高气压环境的氮分压相等时，氮气进出机体的量处于平衡，这一状况称为氮的完全饱和。

氮气的脱饱和：机体从较高气压中停留一定时间后，达到一定程度的氮饱和，再回到较低气压环境时，由于组织里的氮张力比外界氮分压高，组织中的氮气便通过血液循环和呼吸弥散出体外，直至同外界氮分区平衡为止，这一过程叫作氮在体内的“脱饱和”。

氮气的过饱和：机体从较高气压环境中转移到较低气压环境中时，其组织内溶解的氮气量，超过较低气压条件下完全饱和时所能溶解的氮气含量。

氮气既不能被机体利用，机体也没有调节其含量的机制， 溶解于机体的氮气随吸入的氮分压升高而增加，又随氮分压降低而降低，认识氮气这一规律，用以指导工作实践，对预防减压病有着重要意义。

[1]毛方琯，高压氧舱技术与安全 [M] 上海，第二军医大学出版社，2005.5

[2] [美] Eric P. Kindwall, Harry T. Whelan [M] 西安，第四军医大学出版社，2004.10

2014-02-10

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