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高压氧治疗原理
 

        高压氧对人体主要产生两方面的作用,一方面为高压的机械作用;另一方面为增加组织氧分压。

        一、高压氧的机械作用——缩小体内气泡

        依Boyle定律,当环境压力增加时,体内含气空腔脏器内的气体或组织体液内离析出来的气泡(如减压病)的体积缩小。关于气泡的体积缩小以圆球形气泡为例,当气压逐渐增加时,气泡直径会逐渐缩小,体积也相应缩小(表1),但直径缩小的比例小于体积缩小的比例。气泡内气压升高,其气体成分将按Henry定律溶入体液,使气泡进一步缩小,直至消失。在高压氧下,血氧分压增高,气泡外氧分压高于气泡内氧分压,氧气可将气泡内的主要气体成分氮气置换出来,然后气泡内的氧气供组织利用,加速气泡的消失。因此高压氧对气栓症及减压病有独特的疗效,一旦确诊,应立即进行高压氧治疗。

表1 压力与圆球形气泡体积和直径的关系

压力(kPa)

相对体积(%)

相对直径(%)

100

100

100

200

50.0

79.3

300

33.3

69.3

400

25.0

63.0

500

20.0

58.5

600

16.6

55.0

        依简化肺泡气方程,常压下呼吸空气时,肺泡气氧分压14.6 kPa(110 mmHg)。如果在常压下吸入纯氧,肺泡气氧分压为89.7 kPa(673 mmHg),与呼吸空气相比,增加5倍。若在200 kPa气压下吸入纯氧,则肺泡气氧分压为188.4 kPa(1413 mmHg),较常压呼吸空气时增加12倍。300 kPa气压下吸入纯氧,肺泡气氧分压达288.4 kPa(2163 mmHg),为常压呼吸空气的20倍。正常时动脉血氧分压为13.3 kPa(100 mmHg),而血红蛋白结合氧的量有一定限度,当血氧分压达到26 kPa时,血红蛋白氧饱和度便达到100%,不能再增加结合氧量。而根据Henry定律,血浆内物理性溶解氧量则与高压氧成正比。高压氧舱内压力升高,肺泡气氧分压随着增加,溶解于血浆内的氧量相应地增多。例如,在300 kPa氧压下,100 ml血浆中物理溶解氧气量为6.4 ml,此值占常压下呼吸空气时血红蛋白携氧量(18.2 ml)的30%左右,可补偿相当于总血量1/3的丧失。常压呼吸空气时,人体的动静脉氧含量差(即组织耗氧量)为5.6 ml左右,也就是说,在300 kPa氧压下,单纯物理溶解氧量,便可以满足组织细胞对氧的需要量,而不需要氧合血红蛋白的解离。

        由于大大地增加血氧含量,从而增加了组织氧储备量,并且组织对氧的利用更直接。氧分压增高可使氧在组织的有效弥散距离增大。

        1.增加组织氧储备量

        由于组织细胞本身的氧含量增加,即增加了组织的氧储备量,在循环供氧中断时,可延长存活时间。在常温常压下,每千克组织的储氧量约为13 m1,耗氧量为3~4 m1/min,因此阻断循环的安全时间为3~4 min。在300 kPa气压下,每千克组织的储氧量可提高至53 m1,安全时间可延长至8~12 min。若结合低温,由于体温每下降5℃时,氧在血液中的物理溶解度增加10%,脑细胞耗氧量降低35%,心肌耗氧量降低20%,故低温高压氧下,阻断循环的安全时间可延长得更多(表2)。

表2  不同条件下阻断循环的安全时间

 

压力(kPa)

 

阻断循环的安全时间(min)

空气

100

常温

3~3.5

O2

100

常温

4

O2

300

常温

8~12

O2加2%CO2

300

常温

17~26

空气

100

低温

6~8

O2

100

低温

20~25

O2

300

低温

27~30

O2加2%O2

300

低温

45~64

       在高压氧舱内进行各种手术时,在阻断循环后,心脑肾等重要器官的缺氧程度会减轻,手术时间可以延长,从而提高手术成功率。

        2.氧的有效弥散距离增大

        由于组织内的氧分压较低,约为2.6~6 kPa,氧便向组织弥散。组织中氧是以毛细血管为圆心向周围不断弥散的,氧弥散的驱动力是不同区域之间的氧分压差。氧气总是从氧分压较高的区域弥散到较低的区域,如果氧没有被组织利用,两区域的氧分压将很快达到平衡。在活体组织,沿着整个氧弥散的途径,氧将被不断的摄取。故距毛细血管越近,组织氧分压越高,距毛细血管越远,组织氧分压越低。从毛细血管起至到达需氧量刚够的组织细胞的距离,称为氧的“有效弥散距离”(或“有效弥散半径”)。高压氧下,血氧分压升高,在靠近毛细血管周围的组织细胞,氧含量增加,有效弥散距离也增加。按Brown计算,在300 kPa氧压下,有效弥散半径可从30μm增至73μm,最多可达到l mm。因此病变范围不大的脑梗死、心肌梗死,高压氧治疗较有效;若梗死范围较大,则高压氧疗效就较差。

        3.二氧化碳潴留

        一定的高压氧下,组织细胞摄取血液中的物理溶解氧量便能满足生物氧化需要,不必动用氧合血红蛋白中的氧,因此动脉与静脉中的血红蛋白均保持在氧合状态,不能与二氧化碳结合。组织细胞中的二氧化碳含量升高,血中二氧化碳含量也随着增高。进而使血中氢离子浓度增加,pH下降,体内形成二氧化碳潴留。然而健康机体对酸碱平衡具有相当强的代偿能力,因此在常规的高压氧治疗期间,一般不会发生酸碱平衡紊乱。

        总之,高压氧可用于治疗多种缺氧性疾病(如脑缺氧);也可以应用于变性血红蛋白症或血红蛋白失活的疾患(如一氧化碳及其它有害气体急性中毒)的治疗;也可以作为血流量急剧减少时的一种救治措施(如失血性休克抢救);还可以作为满足组织额外增加氧量需要时的特殊手段。

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