家庭診療/氣體壓縮與膨脹

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默克家庭診療手冊

事故與意外傷害
- 潛水病
  - 高壓對人體的影響
  - 氣體壓縮與膨脹
  - 空氣栓塞
  - 減壓病

體內(nèi)氣體容積的改變也能引起一些醫(yī)學(xué)問題。隨著壓力增加，氣體被壓縮在更小的空間，容積減少。相反，壓力減少，氣體膨脹，容積增大。例如，壓力增加一倍（從海面下潛10米）時，氣體容積減少一半，而壓力減少一半（從水下10米上升到水面）時，氣體容積增加一倍。因此，一個潛水員在水下10米處時，肺內(nèi)充滿氣體，當他上升時，如果不能順利呼出這種壓縮氣體，其容積會增加一倍，可能導(dǎo)致肺過度膨脹，甚至造成死亡。任何“屏氣”潛水到某一深度，即使是游泳池的深度，在上升時都必須自由呼出壓縮氣體。

在較高壓力下，氣體被壓縮，因此，深水下呼吸吸入的氣體分子比水表面處吸入的更多。例如，在水下20米處（3個絕對大氣壓），每呼吸一次所吸入的氣體分子為水表面處的3倍。因此，貯氣箱內(nèi)氣體的消耗也快3倍。潛水員下潛得越深，消耗的氣體越快。

由于在水下一定深度壓縮空氣密度比在水表面空氣密度更大，要使氣體通過水下呼吸裝置和潛水員呼吸道，需要用更大的力量。如果不能充分呼出二氧化碳，血中二氧化碳水平增高，能引起一時性黑矇。

二氧化碳水平異常增高（二氧化碳中毒）可引起一時性黑矇或意識障礙，有些人在用力呼吸時，不能充分增加換氣量，導(dǎo)致二氧化碳聚積。二氧化碳水平增高，增加了氧中毒引起痙攣的可能性和嚴重的氮麻醉。在潛水后經(jīng)常頭痛或以自己氣體使用率低感到得意的潛水員，都可能有二氧化碳積聚的傾向。

潛水時可能有能見度差、遇到逆流漩渦需要消耗更大體力以及寒冷等。在水中可能很快出現(xiàn)凍僵（見低溫損害）、靈活性和判斷力下降。在較敏感的人中，冷水可能引起嚴重的心率紊亂?？諝馕廴疽?a href="/w/%E4%B8%80%E6%B0%A7%E5%8C%96%E7%A2%B3%E4%B8%AD%E6%AF%92" title="一氧化碳中毒">一氧化碳中毒可導(dǎo)致潛水者疾病，甚至死亡。一氧化碳中毒的癥狀有惡心、頭痛、乏力、靈活性下降和精神異常。某些藥物治療、酒精中毒和藥物濫用對潛水者可能產(chǎn)生意想不到的后果。

分壓效應(yīng)

空氣主要是由氮、氧及其他含量很少的氣體組成的混合氣體。每種氣體根據(jù)它在空氣中的濃度和大氣壓力都有一定的分壓。例如，在海平面上，空氣中氧的濃度約為21%，因此，氧的分壓為0.21個大氣壓。隨著深度的增加，氧的濃度保持不變，但它的分壓隨著大氣壓的增加而增加。在2個絕對大氣壓時，氧的分壓為海平面時的兩倍。

大多數(shù)氣體對身體的效應(yīng)取決于它的分壓大小。如氧分壓過高，可能產(chǎn)生有害效應(yīng)(氧中毒)。在氧分壓大于0.5個大氣壓(如在1個絕對大氣壓下，氧濃度大于50%的空氣中呼吸)呼吸一天或更長時間，就會引起肺部損害，在較高的氧分壓下呼吸也會引起腦中毒。如果氧分壓達到2個大氣壓，特別是在潛水作業(yè)時，可能引起潛水員類似癲癇發(fā)作的驚厥。

在較高的氮分壓下呼吸可產(chǎn)生氮麻醉，類似酒精中毒的癥狀。大多數(shù)呼吸壓縮空氣的潛水員在水下33米或不到33米處時，這種效應(yīng)開始明顯，而在水下100米(約10個絕對大氣壓)時，則失去工作能力。由于氦不具有這種效應(yīng)，在深潛水時，用來代替氮氣稀釋氧，使氧濃度保持在無毒的水平。

用屏氣潛水而不用呼吸器的潛水員，通常是在下潛前作深呼吸，呼出大量的二氧化碳，血中只增加少量的氧。由于二氧化碳水平較低，他們能屏氣在水下潛較長時間。然而這種方式也有可能使?jié)撍叩?a href="/w/%E4%BA%8C%E6%B0%A7%E5%8C%96%E7%A2%B3%E5%88%86%E5%8E%8B" title="二氧化碳分壓">二氧化碳分壓未達到足以刺激引起返回水面呼吸的沖動前，氧氣已經(jīng)耗盡，失去知覺。

下潛越深，耗氧越多，長期屏氣的危險性就越大。潛水員從深水中上升時，保持在血中的氧分壓大幅度減小，使?jié)撍畣T可能在充分吸氣之前就已喪失知覺。這可能是屏氣潛水和叉魚比賽的人莫名其妙淹死的直接原因。