§4 高压氧的物理学基础 肖平田 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。     1mmHg≈133.3Pa≈0.13KPa     1个标准大气压强     =760×133.3Pa=101325Pa      =101.3KPa≈0.1MPa  （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  常压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。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治疗常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或AT表示。   1.表压10000Pa（10KPa，0.01MPa）即相当0.1ATA。   0.01MPa(=10KPa=10000Pa)≈0.1ATA   2.表压100000Pa(100KPa,0.1MPa)即相当1ATA。   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）气体扩散形势 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。          三、气体定律      一般用压强、体积、温度三个物理 量来描述气体状态。   （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+P3……Pn     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=K·P·V0%·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。 四、惰性气体在人体内的饱和、脱    饱和及过饱和    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。  （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(Ⅰ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(Ⅱ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(Ⅲ类组织)：半饱和时间为20分钟，包括肌肉等。   第四类理论组织(Ⅳ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(Ⅴ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

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