第七章
气体饱和与脱饱和

气体饱和就是气体物理溶解于体液的过程，即符合亨利定律，随着气压增高，气体的物理溶解量增加。机体进入高气压环境，溶解于机体内的气体将随时间延长而不断增加，直至组织中气体的张力与环境中的气体压力相平衡为止。当组织中气体张力与环境中气体的张力相等时，气体进出机体的量处于平衡。这一状态称为气体的完全饱和。组织中气体达外界气体压力的一半称为半饱和。气体脱饱和则与气体饱和相反，即随气压降低，液体中的气体由溶解状态变成气体离开液体的过程。即机体进入低气压环境中时，体内的气体将逐渐离开机体，时间越长，气体脱离得越彻底。单纯以物理状态溶解于体内，一般情况下不被组织吸收利用，不引起明显的生理或病理反应的气体，如氮气、氖气、氢气、氩气、氙气等称为惰性气体。惰性气体饱和的量与彻底脱饱和的量相等。

一、氮的饱和及脱饱和过程

空气中除含21%的氧气外，还有多种惰性气体，如氮气、氖气、氢气、氩气、氙气等，通常不为人体利用，但在呼吸时可起到“冲淡”氧气的作用，对人体代谢具有重要意义。惰性气体溶入和存在于人体内，以及惰性气体在体内脱离溶解状态时，都可能对机体产生不利的影响。在高压氧治疗过程中，惰性气体在体内的溶入和释出与减压病的发生有直接的密切关系。惰性气体的主要成分是N ₂ ，以下以N ₂ 为例阐述惰性气体在体内的饱和与脱饱和过程。

N ₂ 是一种惰性气体，它仅物理性溶解于血液及组织中。由于不能被组织利用，因此人体本身没有调节N ₂ 含量的系统，仅靠外界压力的高低进行调节。

人体暴露于高压空气时，溶于体内的N ₂ 相应增加，直到体内氮张力与外界氮分压平衡才停止，这一过程称为氮饱和。外界气压降低，体内氮张力高于外界氮分压，这种状态称为过饱和。过饱和状态下，N ₂ 从溶解状态释放出来，直到与外界平衡为止，这一过程称为脱饱和。

在高压氧治疗时，高压氧舱内压力逐渐增加，肺泡内氮分压也随之升高。实验研究发现，肺泡和肺泡与毛细血管间氮分压的平衡发生得非常快，平衡所需时间可以忽略不计。故而，动脉血中物理溶解的N ₂ 很快达到饱和。当饱和了N ₂ 的血液流经组织时，血液的氮分压高于组织，便向组织弥散，一直至双方平衡为止。然而，血液和组织之间的物理溶解N ₂ 交换速度远慢于肺泡和肺泡与毛细血管间N ₂ 的平衡速度，图1-7-0-1模拟了在4ATA下环境压力（P _amb ）、血液氮分压（P _a N ₂ ）和组织氮分压（P _tiss ）的变化趋势。动脉血与组织间的N ₂ 平衡速度受到几个因素的影响。如灌注丰富的组织会迅速吸收N ₂ ，而灌注不良的组织吸收缓慢。类似地，N ₂ 的溶解度低于血液的组织会很快与血液达到氮饱和，而N ₂ 的溶解度高于血液的组织达到N ₂ 饱和则需要更长时间。

失去了部分N ₂ 的血流经肺部时，又被饱和，流经组织时又送去部分的N ₂ ，循环往复，直到肺泡内氮分压、血液氮分压及组织氮分压达到平衡为止，这也就是完成了N ₂ 完全饱和的过程。

在高压氧医学中，通常把达到50%饱和（半饱和）所需的时间作为单位，将每一个半饱和时间称为1个“约定时间单位”。要达到100%的饱和，需要无数个约定时间单位。但若以98.43%作为完全饱和，则只需要6个约定时间单位。因此完全饱和时间=组织半饱和时间×6。因为机体内各组织氮的溶解度和血液供应情况不同，所以N ₂ 达到半饱和所需的时间也不同。N ₂ 的溶解度小、供血又丰富的组织N ₂ 饱和的速度就快。

半饱和时间越短，饱和过程就越快，而饱和快的组织，其脱饱和也快。

知道某组织的半饱和时间及机体在高压下停留的时间，就可根据如下公式求出某组织的饱和度：

S =（1-0.5 ^N ）×100%

S =需要求出某组织的饱和度，N =约定时间单位的个数= 。

〔计算举例〕人在高压氧舱内不吸氧停留了20min，已知肌肉组织中N ₂ 的半饱和时间为20min，求肌肉组织中氮的饱和度为多少？

〔解〕S =（1-0.5 ^20/20 ）×100% = 50%

即此时肌肉组织中N ₂ 的饱和度为50%，刚好处于半饱和状态。

如高压氧舱内压力快速下降时，肺泡和血液氮分压也随之迅速下降。此时组织中的氮分压高于血液，组织由于血液中氮交换的速度较慢，而外界压力变化快，组织将趋于过饱和状态。组织的过饱和状态，建立了气体从组织到血液再到肺泡的N ₂ 扩散梯度，有利于N ₂ 脱饱和，最后由呼吸道排出。图1-7-0-2模拟了在4ATA下N ₂ 饱和及脱饱和过程，其中P _ss 为过饱和压力，由组织压力与环境压力之间的垂直距离表示。需注意的是组织的脱饱和速度慢于饱和速度，故而在制定高压力的高压氧治疗方案时要特别注意减压速度。

二、影响体内氮饱和及脱饱和的因素

体内N ₂ 饱和及脱饱和过程加速与血管扩张、血液循环加快及肺通气量加大有关。

1.二氧化碳

CO ₂ 可以刺激呼吸，增加肺通气量，并能扩张血管，增加组织的血流量，因此吸入含2%CO ₂ 的混合气体，会加速N ₂ 的饱和及脱饱和过程。

2.血管扩张药

血管扩张药可增加组织的血流量，因而加速N ₂ 的饱和及脱饱和过程。

3.肌肉活动

肌肉活动时，血液循环加快，组织中的代谢产物如CO ₂ 、乳酸等产生增多，促使血管扩张，因而也加速N ₂ 的饱和与脱饱和过程。

4.氧气

高压下吸入纯氧时，肺泡内氮分压很低，因而血液中氮分压也低，组织中的N ₂ 可迅速释放入血中，流经肺部排出，加快N ₂ 的脱饱和过程。因此，医务人员在高压氧舱内施行手术或长时间抢救患者时，应该采用吸氧减压法，促使机体内的N ₂ 迅速排出体外，以预防减压病的发生。

三、氮气的过饱和及过饱和安全系数

当机体从高压环境中迅速转变到低压环境时，溶解于体内血液及组织中的气体将以气泡的形式，自饱和状态转为脱饱和状态，有如打开汽水瓶盖时大量气泡逸出，所以减压必须缓慢进行。

实验资料及临床实践证实，当压力在0.225MPa以下时，不论停留时间多长，减压速度多快，体内都不会有气泡形成，尽管此时机体内N ₂ 含量超过了其溶解系数，但仍能保持溶解状态，即呈过饱和状态。这是由于体液的胶体特性除能溶解气体外，还能暂时把超过溶解度的气体束缚住。如果从0.225MPa以上迅速减压到常压，体内就会有气泡产生。以上事实说明，N ₂ 在体内的过饱和是有一定限度的。但若从0.225MPa迅速降至0.15MPa，体内不会有气泡产生。因此过饱和状态的维持，不取决于压力的高低，而取决于原先维持的压力与迅速降低的压力之比值，即高压与低压的比值应等于或小于2.25∶1。凡符合此比值的，减压是安全的，故2.25被称为安全过饱和系数。但为了更加安全起见，大多取2为安全过饱和系数。2是对于空气而言。N ₂ 约占空气的80%，因此氮气的允许系数应为1.6。

四、气体饱和与脱饱和规律

气体的饱和与脱饱和只是方向不同，其规律相同。如果以进代表气体饱和，以出代表气体脱饱和。可将气体饱和与脱饱和规律归纳如下：①先快后慢，长久彻底；②快进快出，慢进慢出。

1.先快后慢、长久彻底

环境气压升高，环境中气体进入人体，即气体的饱和过程；环境气压降低，体内溶解的气体变成气态从人体逸出的气体，即气体的脱饱和过程。饱和与脱饱和过程都是先快后慢。环境气压升高，升高到一定的压力后稳压，机体内气体的张力从环境气压升高时就逐渐升高，当体内气体张力达到环境中气体的一半时，称为半饱和，再经过一定的时间，体内气体的张力与环境中气体的压力相等时称为完全饱和。相反环境气压降低，低到一定的压力并稳压，气体从降压一开始即开始脱饱和。稳压时间越长气体饱和越充分，或脱饱和越彻底。

处于高气压环境中人体组织内气体达到半饱和所需要的时间称半饱和时间。在计算饱和时间与饱和度时，为了方便将一个半饱和时间作为假定时间单位。机体置于高气压环境下，停留一个假定时间单位的时间，组织气体饱和度达50%（尚未饱和的部分称饱和缺额），饱和缺额为50%，又经过一个假定时间单位时间的饱和度增加前次饱和缺额的一半（50%×50% = 25%），此时饱和度为50% + 25% = 75%，饱和缺额为25%，再经过一个假定时间单位时间，组织饱和度又增加上次饱和缺额25%的一半（25%×50% = 12.5%），达到75% + 12.5% = 87.5%，饱和缺额为12.5%，以此类推，见表1-7-0-1。

2.快进快出、慢进慢出

人体内气体饱和与脱饱和的速度受多种因素的影响。半饱和（或半脱饱和）时间具体有多长，取决于组织的性质、组织的血流量、气体的溶解度和弥散系数。即血流量大、血流速度快者气体饱和（或脱饱和）的速度则较快。溶解度小、弥散系数大的气体饱和与脱饱和的速度较快，松散、水性组织的气体饱和（或脱饱和）的速度较快，而脂性致密组织的气体饱和（或脱饱和）的速度较慢，气体饱和快的组织气体脱饱和也较快，相反气体饱和慢的组织气体脱饱和也较慢，因此将气体在不同组织中饱和与脱饱和的规律简称为快进快出、慢进慢出规律。

何尔登（Haldance）通过大量潜水经验和动物实验资料，根据各种组织的半饱和时间的区别，把全身组织分为五类。由于这种分类并非绝对，而带一定的假设性，所以称“理论组织”。表1-7-0-2展示了各类组织的半饱和及半脱饱和时间。

（彭争荣　黄芳玲） y86nKuVQTM9ZMgsQl5SFOv1yM3F0qfpA/g8Dr1lr7OVNFW3jYxJFum3A8hvJtAb/