高压氧的物理学基础.ppt

6 高压氧的物理学基础,肖平田 （中南大学湘雅医院高压氧科）,一、气体的压强与计量,（一）大气压强 大气对物体表面产生的压力强度。 1.标准大气压强：在纬度45海平面上，温度为0时，测出每平方厘米面积承受的压力为760mmHg(0.1MPa)，称1个标准大气压强，又称“常压”。 2.地方大气压：不同纬度、温度，不同海拔高度下的大气压是不同的，地球上每个不同地理位置上的大气压强称为地方大气压。,3.气压的法定计量单位：帕(Pascal,Pa)、千帕(KPa）、兆帕(MPa)，为千进位制。 1000Pa=1KPa=0.001MPa 1000KPa=1MPa 4.大气压强单位换算。 1mmHg133.3Pa0.13KPa 1个标准大气压强 =760133.3Pa=101300Pa =101.3KPa0.1MPa,（二）高压 超过一个大气压的压力谓之高压。高压由大气压加附加压构成。 （三）附加压 大气压以外新增加的压强称附加压，附加压显示于气压表，故又称表压。气压表将常压设为零点，常压时表压显示为“0”。 （四）绝对压(Atmosphere Absolute,ATA) 单位面积上实际承受的压强称绝对压。绝对压可用不同压力单位表示，HBO治疗以绝对压作治疗压力单位。,绝对压=常压+附加压（表压） 在常压基础上增加1个附加压，治疗压力为2ATA(0.2MPa) 。 在常压基础上增加1.3个大气压的附加压，治疗压力为2.3ATA(0.23MPa) 。,（五）表压与附加压的关系 表压就是附加压，可以用Pa、MPa或KPa表示。 1.表压10000Pa即相当于10KPa、0.01MPa。 2.表压的压力单位(Pa、KPa、Mpa)与绝对压(ATA)的数值关系为:0.1MPa(=100KPa =100000Pa)1ATA,二、气体的扩散,物质的分子在无任何外力作用的情况下， 单靠本身的运动从密度大的空间向密度小的 空间运动的现象叫扩散（diffusion），也 称弥散。 （一）气体扩散形式 气体扩散有三种情 况，即气体与气体间的扩散、气体向液体中 扩散、溶解气体张力不等的两部分液体间的 气体扩散。,（二）影响气体扩散的因素 1. 气体分压 气体分压高处与低处 的梯度越大， 气体扩散速度越快。 2. 气体扩散速率与分子质量的平方根 成反比。 3. 气体扩散速率与气体溶解度成正比。,图中实线为气体弥散轮的“弥散半径”。在高压氧下，弥散轮范围相应增大，并与弥散半径的平方成正比。,氧在组织中的弥散轮,（三）气体弥散轮概念 溶解于毛细血管内的气体是以弥散轮的形式向周围组织扩散的（见下图）。,一般用压强、体积、温度三个物理 量来描述气体状态。,三、气体定律,（一）波义尔-马略特（Boyle-Mariotte）定律 1. 描述：温度不变时，一定质量气体的体积与它的压强成反比，即体积越大，压强越小。 2.公式： = 或P1V1=P2V2 V-体积 P-压强 3.应用：加压时气体被压缩体积缩小，减压时反之，此即为加减压时引起气压伤的基础。 温度、质量不变体积与压强成反比。,（二）道尔顿（Dolton）定律 1. 描述：混合气体的压强等于各成分气体分压之和。 2.公式：P=P1+P2+P3Pn 空气氧分压=氧(气)分压(21%)+氮气分压(79%)+稀有气分压(微量不计) 3.应用：高原氧分压低，故大气压也低。 （三）享利（Henry）定律 1.描述：气体在液体中的溶解量与气体分压成正比。,2. 溶解量计算分式： V=KPV0%V1 V-气体在液体中的溶解量 K-气体在液体中的溶解度 P-混合气总压力 V0%-成分气体在混合气中浓度 V1-液体体积,3.应用：高压氧下血液溶解氧量增加。 （1）加压治疗减压病时，即增加氮分压，使氮气重新溶入体液中。 （2）高压氧下，血液溶解氧增加的基本原理。,高压氧医学中的所谓“惰性气体”（中性气体）是指单纯以物理状态溶解于机体组织内，不引起机体发生明显的生理或病理反应的某些气体。空气中的氮，以及氢、氦、氖、氩、氙等气体都是惰性气体，氮是最常遇到的惰性气体。,四、惰性气体在人体内的饱和、脱 饱和及过饱和,（一）氮气在体内的饱和及其规律 1. 饱和的定义 氮气在体内的饱和，是指氮气进入体内的过程。机体进入高气压环境，溶解于机体内的氮将随时间延长而不断增加，直到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，氮气进出机体量处于平衡。这一状态称为氮的完全饱和。若组织中氮张力达外界氮分压50%时称为半饱和。,2. 饱和的规律 (1) 高气压下停留时间与饱和度的关系:高气压下停留时间增加，血液循环周次增多。而每一血液循环周次，都使组织中氮气溶解量增多些，机体组织中氮气的饱和度将不断升高，直至完全饱和。 (2) 高气压下停留时，血液每循环周次所完成的组织饱和度，后一次比前一次按系数关系逐次递减。即各次血液循环所完成的组织饱和度升高的幅度是不相等的，后一次总是比前一次小。,（二）假定时间单位及五类理论组织 1. 假定时间单位 氮气在机体组织内达到半饱和所需要的时间称为“半饱和时间”。把一个半饱和时间作为计算时间的一个单位，称为假定时间单位，假定时间单位是作为计算饱和度的时间单位。,机体暴露于高压空气，停留一个假定时间单位，饱和度达到50%，缺额为50%。第二个假定时间单位内则饱和了第一个假定时间单位饱和缺额的50%（50%50%）即25%，累计饱和度是75%，这时的饱和缺额为25%。依次类推，用假定时间单位计算饱和度时，假定时间单位个数增加，累计饱和度将不断升高。机体达到完全饱和（100%）是要经过很多个假定时间单位，即需要很长的时间。一般把氮饱和98.437%当作完全饱和。这样，氮在体内要达到完全饱和，需要6个假定时间单位。,2.五类理论组织 何尔登根据机体各组织在高气压下氮达到半饱和度所需的时间不同，把整个机体组织归纳为五大类。这种分类在一定意义是假设性的。故称“理论组织”，五大类理论组织是：,第一类理论组织(类组织)：半饱和时间为5分钟，包括血液、淋巴等。 第二类理论组织(类组织)：半饱和时间为10分钟，包括神经系统的灰质、腺体等。 第三类理论组织(类组织)：半饱和时间为20分钟，包括肌肉等。 第四类理论组织(类组织)：半饱和时间为40分钟，包括脂肪组织和神经系统的白质等。 第五类理论组织(类组织)：半饱和时间为75分钟，包括肌腱、韧带等。,3. 有关计算问题 (1) 求五类理论组织完全饱和时间: 完全饱和所需时间=该组织半饱和时间 6 (2) 求假定时间单位：若知道了高压下停留时间，可根据各类理论组织半饱和时间，求出相应于各类理论组织的假定时间单位。,(3) 求五类理论组织氮饱和百分数:根据已知的假定时间单位，就可算出五类理论组织的氮饱和百分数。另一方法按公式计算： S=（10.5n）100% 式中S-氮饱和百分数 n-假定时间单位,(三）氮气在体内的脱饱和 1. 脱饱和的定义 机体在高气压下停留一段时间，达到一定程度的氮饱和后，再回到低气压环境时，由于组织里的氮张力比外界分压高，组织内的氮便通过血液循环和呼吸弥散出体外，直至同外界氮分压平衡为止，这一过程叫作氮的“脱饱和”。,2.脱饱和的规律 按何尔登学说： （1）随着在低气压下停留时间的延长，脱饱和将越彻底。 （2）脱饱和的速度与饱和的速度相等，饱和快的组织脱饱和也快，饱和慢的组织，脱饱和也慢。,（3）在各假定时间单位里，脱饱和的程度，依假定时间单位的先后次序，按指数关系逐次递减。 （4）完成50%的脱饱和需用1个假定时间单位，完成98.437%的脱饱和，需6个假定时间单位。但是真正完全脱饱和是需很长的时间。 （5）理解和计算脱饱和百分数的方法和求饱和百分数一样，可以利用“饱和曲线”或公式S=（10.5n）100%求得。,3.影响脱饱和的因素 所有能够加速或减慢呼吸和循环系统功能的因素，均能影响氮对机体组织的饱和、脱饱和过程。 （1）二氧化碳含量：二氧化碳能刺激呼吸，增加肺通气量，因而一般认为能加速氮在体内饱和，但二氧化碳不利于氮脱饱和。当吸入气中二氧化碳含量增加时，减压病的发生率要增加。,（2）肌肉活动：肌肉活动时对静脉与淋巴管的机械压迫作用，能加速循环，加速氮在体内饱和，但不利于氮脱饱和。故减压时一般不主张有肌肉活动，以免氮气在组织中形成气泡。 （3）温度：温度较高能使呼吸和循环加快，有利于氮气脱饱和。减压病发病率，寒冷季节比暖和季节要高。,（4）机体及精神的状况与氮气脱饱和有密切关系。潜水员水下劳动疲劳时，机体调节机能减退，上升出水时不利于脱饱和。精神过分紧张，恐惧或消极情绪，全身将受到高级神经活动的影响而发生代谢和调节机制的失常，都不利于脱饱和。,（5）吸氧：在一定压力下吸纯氧，使肺泡气氮分压迅速降低，可加速氮的脱饱和。 （6）其他因素：影响呼吸循环的理化因素及药物都能促进或降低脱饱和，如投用药物及使用一些物理疗法。,（四）氮气在体内的过饱和 1. 过饱和的定义 机体从较高气压转移到较低气压时，其组织里溶解的氮气量，超过较低气压条件下完全饱和时所能溶解的氮气含量。这种状态叫作氮气在体内的“过饱和”。,2. 安全过饱和 过多溶解在机体内的氮气将按减压后体内氮张力与外界氮分压的压差梯度，通过循环呼吸功能，以不同速度（单位时间内弥散量）向体外弥散。若减压速度适当，减压幅度不太大，过多溶解的氮张力超过外界总气压不太多，则氮气能从容地从组织弥散到血液再由血液弥散到肺进行脱饱和，就不致在体内形成气泡。这种脱饱和时不致形成气泡的过饱和状态叫作“安全过饱和”。,3.过饱和安全系数 何尔登等调查统计了许多潜水记录后发现，当潜水深度在12.5m以浅时，潜水员在水底停留时间无论多么久，减压出水的速度不管怎样快，一般都不发生减压病。而当水深超过12.5m，工作超过一定时间，上升速度太快，则往往引起减压病。这说明氮气在体内的安全过饱和是有一个限度的。,何尔登等经过动物实验及亲自体验证明，从两个绝对压减到常压是安全的。