高壓氧的物理學基礎教學文案

1、高壓氧的物理學基礎 3.氣壓的法定計量單位：帕(Pascal,Pa)、千帕(KPa）、兆帕(MPa)，為千進位制。 1000Pa=1KPa=0.001MPa 1000KPa=1MPa 4.大氣壓強單位換算。 1mmHg133.3Pa0.13KPa 1個標準大氣壓強 =760133.3Pa=101300Pa =101.3KPa0.1MPa （二）高壓二）高壓 超過一個大氣壓的壓力謂之高壓。高壓由大氣壓加附加壓構成。 （三）附加壓（三）附加壓 常壓外新增加的壓強稱附加壓，附加壓顯示于氣壓表，故又稱表壓。常壓時表壓顯示為“0”。 （四）絕對壓（四）絕對壓(Atmosphere Absolute,AT

2、A) 單位面積上實際承受的壓強稱絕對壓。絕對壓可用不同壓力單位表示，HBO治療常以絕對壓作治療壓力單位。 絕對壓=常壓+附加壓（表壓） 在常壓基礎上增加1個附加壓，治療壓力為2ATA(0.2MPa) 。 在常壓基礎上增加1.3個大氣壓的附加壓，治療壓力為2.3ATA(0.23MPa) 。 （五）表壓與附加壓的關系（五）表壓與附加壓的關系 表壓就是附加壓，可以用Pa或AT表示。 1.表壓10000Pa（10KPa，0.01MPa）即相當0.1ATA。 0.01MPa(=10KPa=10000Pa)0.1ATA 2.表壓100000Pa(100KPa,0.1MPa)即相當1ATA。 0.1MPa(

3、=100KPa=100000Pa)1ATA 物質的分子在無任何外力作用的情況下，單靠本身的運動從密度大的空間向密度小的空間運動的現(xiàn)象叫擴散（diffusion），也稱彌散。 （一）氣體擴散形勢 氣體擴散有三種情況，即氣體與氣體間的擴散、氣體向液體中擴散、溶解氣體張力不等的兩部分液體間的氣體擴散。 （二）影響氣體擴散的因素 1. 氣體分壓 氣體分壓高處與低處的梯度越大， 氣體擴散速度越快。 2. 氣體擴散速率與分子質量的平方根成反比。 3. 氣體擴散速率與氣體溶解度成正比。 圖中實線為氣體彌散輪的“彌散半徑”。在高壓氧下，彌散輪范圍相應增大，并與彌散半徑的平方成正比。氧在組織中的彌散輪 （三）氣

4、體彌散輪概念 溶解于毛細血管內的氣體是以彌散輪的形式向周圍組織擴散的（見下圖）。 一般用壓強、體積、溫度三個物理量來描述氣體狀態(tài)。 （一）波義爾-馬略特（Boyle-Mariotte）定律 1. 描述：溫度不變時，一定質量氣體的體積與它的壓強成反比，即體積越大，壓強越小。 2.公式： = 或P1V1=P2V2 V-體積 P-壓強 3.應用：加壓時氣體被壓縮體積縮小，減壓時反之，此即為加減壓時引起氣壓傷的基礎。溫度、質量不變體積與壓強成反比。V1V2P2P1 （二）道爾頓（Dolton）定律 1. 描述：混合氣體的壓強等于各成分氣體分壓之和。 2.公式：P=P1+P2+P3Pn 空氣氧分壓=氧(

5、氣)分壓(21%)+氮氣分壓(79%)+稀有氣分壓(微量不計) 3.應用：高原氧分壓低，故大氣壓也低。 （三）享利（Henry）定律 1.描述：氣體在液體中的溶解量與氣體分壓成正比。 2. 溶解量計算分式： V=KPV0%V1 V-氣體在液體中的溶解量 K-氣體在液體中的溶解度 P-混合氣總壓力 V0%-成分氣體在混合氣中濃度 V1-液體體積 3.應用：高壓氧下血液溶解氧量增加。 （1）加壓治療減壓病時，即增加氮分壓，使氮氣重新溶入體液中。 （2）高壓氧下，血液溶解氧增加的基本原理。 高壓氧醫(yī)學中的所謂“惰性氣體”（中性氣體）是指單純以物理狀態(tài)溶解于機體組織內，不引起機體發(fā)生明顯的生理或病理反

6、應的某些氣體?？諝庵械牡?，以及氫、氦、氖、氬、氙等氣體都是惰性氣體，氮是最常遇到的惰性氣體。（一）氮氣在體內的飽和及其規(guī)律（一）氮氣在體內的飽和及其規(guī)律 1. 飽和的定義 氮氣在體內的飽和，是指氮氣進入體內的過程。機體進入高氣壓環(huán)境，溶解于機體內的氮將隨時間延長而不斷增加，直到組織氮張力與高壓環(huán)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(huán)境的氮分壓相等時，氮氣進出機體量處于平衡。這一狀態(tài)稱為氮的完全飽和。若組織中氮張力達外界氮分壓50%時稱為半飽和。 2. 飽和的規(guī)律 (1) 高氣壓下停留時間與飽和度的關系:高氣壓下停留時間增加，血液循環(huán)周次增多。而每一血液循環(huán)周次

7、，都使組織中氮氣溶解量增多些，機體組織中氮氣的飽和度將不斷升高，直至完全飽和。 (2) 高氣壓下停留時，血液每循環(huán)周次所完成的組織飽和度，后一次比前一次按系數(shù)關系逐次遞減。即各次血液循環(huán)所完成的組織飽和度升高的幅度是不相等的，后一次總是比前一次小。 （二）假定時間單位及五類理論組織（二）假定時間單位及五類理論組織 1. 假定時間單位 氮氣在機體組織內達到半飽和所需要的時間稱為“半飽和時間”。把一個半飽和時間作為計算時間的一個單位，稱為假定時間單位，假定時間單位是作為計算飽和度的時間單位。 機體暴露于高壓空氣，停留一個假定時間單位，飽和度達到50%，缺額為50%。第二個假定時間單位內則飽和了第一

8、個假定時間單位飽和缺額的50%（50%50%）即25%，累計飽和度是75%，這時的飽和缺額為25%。依次類推，用假定時間單位計算飽和度時，假定時間單位個數(shù)增加，累計飽和度將不斷升高。機體達到完全飽和（100%）是要經過很多個假定時間單位，即需要很長的時間。一般把氮飽和98.437%當作完全飽和。這樣，氮在體內要達到完全飽和，需要6個假定時間單位。 2.五類理論組織 何爾登根據(jù)機體各組織在高氣壓下氮達到半飽和度所需的時間不同，把整個機體組織歸納為五大類。這種分類在一定意義是假設性的。故稱“理論組織”，五大類理論組織是： 第一類理論組織(類組織)：半飽和時間為5分鐘，包括血液、淋巴等。 第二類理論

9、組織(類組織)：半飽和時間為10分鐘，包括神經系統(tǒng)的灰質、腺體等。 第三類理論組織(類組織)：半飽和時間為20分鐘，包括肌肉等。 第四類理論組織(類組織)：半飽和時間為40分鐘，包括脂肪組織和神經系統(tǒng)的白質等。 第五類理論組織(類組織)：半飽和時間為75分鐘，包括肌腱、韌帶等。 3. 有關計算問題 (1) 求五類理論組織完全飽和時間: 完全飽和所需時間=該組織半飽和時間6 (2) 求假定時間單位：若知道了高壓下停留時間，可根據(jù)各類理論組織半飽和時間，求出相應于各類理論組織的假定時間單位。 (3) 求五類理論組織氮飽和百分數(shù):根據(jù)已知的假定時間單位，就可算出五類理論組織的氮飽和百分數(shù)。另一方法按

10、公式計算： S=（10.5n）100% 式中S-氮飽和百分數(shù) n-假定時間單位 ( (三）氮氣在體內的脫飽和三）氮氣在體內的脫飽和 1. 脫飽和的定義 機體在高氣壓下停留一段時間，達到一定程度的氮飽和后，再回到低氣壓環(huán)境時，由于組織里的氮張力比外界分壓高，組織內的氮便通過血液循環(huán)和呼吸彌散出體外，直至同外界氮分壓平衡為止，這一過程叫作氮的“脫飽和”。 2.脫飽和的規(guī)律 按何爾登學說： （1）隨著在低氣壓下停留時間的延長，脫飽和將越徹底。 （2）脫飽和的速度與飽和的速度相等，飽和快的組織脫飽和也快，飽和慢的組織，脫飽和也慢。 （3）在各假定時間單位里，脫飽和的程度，依假定時間單位的先后次序，按指

11、數(shù)關系逐次遞減。 （4）完成50%的脫飽和需用1個假定時間單位，完成98.437%的脫飽和，需6個假定時間單位。但是真正完全脫飽和是需很長的時間。 （5）理解和計算脫飽和百分數(shù)的方法和求飽和百分數(shù)一樣，可以利用“飽和曲線”或公式S=（10.5n）100%求得。 3.影響脫飽和的因素 所有能夠加速或減慢呼吸和循環(huán)系統(tǒng)功能的因素，均能影響氮對機體組織的飽和、脫飽和過程。 （1）二氧化碳含量：二氧化碳能刺激呼吸，增加肺通氣量，因而一般認為能加速氮在體內飽和，但二氧化碳不利于氮脫飽和。當吸入氣中二氧化碳含量增加時，減壓病的發(fā)生率要增加。 （2）肌肉活動：肌肉活動時對靜脈與淋巴管的機械壓迫作用，能加速循

12、環(huán)，加速氮在體內飽和，但不利于氮脫飽和。故減壓時一般不主張有肌肉活動，以免氮氣在組織中形成氣泡。 （3）溫度：溫度較高能使呼吸和循環(huán)加快，有利于氮氣脫飽和。減壓病發(fā)病率，寒冷季節(jié)比暖和季節(jié)要高。 （4）機體及精神的狀況與氮氣脫飽和有密切關系。潛水員水下勞動疲勞時，機體調節(jié)機能減退，上升出水時不利于脫飽和。精神過分緊張，恐懼或消極情緒，全身將受到高級神經活動的影響而發(fā)生代謝和調節(jié)機制的失常，都不利于脫飽和。 （5）吸氧：在一定壓力下吸純氧，使肺泡氣氮分壓迅速降低，可加速氮的脫飽和。 （6）其他因素：影響呼吸循環(huán)的理化因素及藥物都能促進或降低脫飽和，如投用藥物及使用一些物理療法。（四）氮氣在體內的

13、過飽和 1. 過飽和的定義 機體從較高氣壓轉移到較低氣壓時，其組織里溶解的氮氣量，超過較低氣壓條件下完全飽和時所能溶解的氮氣含量。這種狀態(tài)叫作氮氣在體內的“過飽和”。 2. 安全過飽和 過多溶解在機體內的氮氣將按減壓后體內氮張力與外界氮分壓的壓差梯度，通過循環(huán)呼吸功能，以不同速度（單位時間內彌散量）向體外彌散。若減壓速度適當，減壓幅度不太大，過多溶解的氮張力超過外界總氣壓不太多，則氮氣能從容地從組織彌散到血液再由血液彌散到肺進行脫飽和，就不致在體內形成氣泡。這種脫飽和時不致形成氣泡的過飽和狀態(tài)叫作“安全過飽和”。 3.過飽和安全系數(shù) 何爾登等調查統(tǒng)計了許多潛水記錄后發(fā)現(xiàn)，當潛水深度在12.5m以淺時，潛水員在水底停留時間無論多么久，減壓出水的速度不管怎樣快，一般都不發(fā)生減壓病。而當水深超過12.5m，工作超過一定時間，上升速度太快，則往往引起減壓病。這說明氮氣在體內的安全過飽和是有一個限度的。 何爾登等經過動物實驗及親自體驗證明，從兩個絕對壓減到常壓是安全的。大量事實證明安全過飽和狀態(tài)維持不是決定于高壓與低壓之間的差值，而是決定于高壓與低壓之間的比值。實際潛水和實驗研究得知，高氣壓與低氣壓的比值，必須控制在2.25(2.25:1=2.