开可乐与减压病

侯安山

消防救援队员从事水下搜救工作时，为争取时间，会因来不及做“梯度减压”而快速出水罹患减压病。那么，什么是减压病？其中包含了哪些物理学、化学、生物学知识呢？

减压病是指人体从高气压环境快速进入常压或低压环境，致使原本溶解在体内的气体超过过饱和界限，在血管及组织中析出形成气泡，引发栓塞的全身性疾病。

将身体想象成可乐等碳酸饮料更容易理解——没打开的可乐瓶里没有气泡，但在打开可乐后，瓶中会产生气泡。

析出的气泡沿杯壁上升

这里要介绍一个物理学、化学的基本定律——亨利定律。1803年，英国著名学者威廉·亨利研究气体在液体中的溶解度规律时发现，“在一定温度的密封容器内，气体的分压与该气体溶在溶液内的摩尔浓度成正比”，即在温度一定时，气体在溶液中的溶解度与其分压（假设从混合气体系统中排除某种气体以外的所有其他气体，而保持系统体积和温度不变，此时气体所具有的压强，称为混合气体中这一种气体的分压）成正比。

常温常压下，二氧化碳可溶于水，但溶解度不大。二氧化碳可与水发生化学反应，生成碳酸：

这个反应是可逆的，即正逆反应同时进行，达到动态平衡。

根据亨利定律，高压状态下，二氧化碳会更多地溶解在可乐中。因此，在生产可乐等碳酸饮料的过程中，工厂会利用高压装置将二氧化碳加入饮料中。瓶盖打开后，瓶内二氧化碳分压迅速降低，二氧化碳的溶解度随之降低。此时，瓶内的碳酸处于过饱和状态（某溶质的量超过同温度下该溶质的溶解度），会分解产生二氧化碳。

减压病与开可乐的过程类似。

增加的压力（水压）与大气压的总和，称为“总压”。水下搜救时，下潜深度越深，人体承受的总压越大。在水下10米的深度，一个充满气的篮球会被压瘪，人体则可以通过口、鼻等与外界（呼吸管）相通的器官，增加体腔内的气体量及内压，调整内压与外压的平衡而适应外界压力，不至于让增大的外压把身体压瘪。

根据前文所讲的亨利定律，水下高压会增加潜水人体腔内空气的压力及其在血液中的溶解量。这些增量溶解的空气，经血液循环被送至人体各组织器官，使人体各组织器官的内压逐渐上升，与已增压的体腔一起平衡外压，使各组织器官（特别是循环系统和呼吸系统）的生理机能仍能正常运行。

高压状态下增溶的大部分氧气和二氧化碳会被血红蛋白（红细胞中的色素蛋白，即血红蛋白，是人体进行氧气和二氧化碳代谢交换的主要载体）及血浆内的其他成分吸收，少量以物理状态游离于体液中；大部分氮气则集中溶入脂肪和神经组织中。

如果人快速浮出水面，导致体外、体内压力急剧降低，原本溶于血液、组织液和脂肪组织中的氧和二氧化碳可转移溶于体液内，或通过肺组织的气体交换功能析入肺泡腔并被呼出体外。但是，氮气（常温、常压下，氮气难溶于水）在体液内溶解迟缓，来不及扩散的氮气便会析出气泡，聚积于组织和血液中，阻塞血流，在血管和心室内形成气体栓塞，导致减压病。

其实，除了潜水之外，航天员如果直接暴露在太空中（太空是一个近似真空的环境，压强几乎为0），也會出现减压病。那你知道航天员是如何克服减压病的吗？欢迎读者朋友在2022年4月刊的《知识就是力量》杂志中寻找答案，并给我们留言。