O2虽为生命活动所必需,但0.5个大气压以上的氧却对任何细胞都有毒性作用,可引起氧中毒(oxygen intoxication)。
氧中毒时细胞受损的机制一般认为与活性氧的毒性作用有关(参阅第十三章缺血与再灌注损伤)。
氧中毒的发生取决于氧分压而不是氧浓度。吸入气的氧分压(PiO2)与氧浓度(FiO2)的关系如公式:PiO2=(PB-6.27)×FiO2,式中PB为吸入气压力(kPa)。6.27(kPa,即47mmHg)为水蒸汽压。潜水员在深50m的海水下作业(PB约为608kPa 即4560mmHg)时,虽然吸入气的氧浓度正常(FiO2=0.21),氧分压(FiO2)却高达126.4kPa(948mmHg),从而可导致氧中毒;相反,宇航员在1/3大气压环境中工作,即使吸入纯氧(FiO2=1),PiO2也仅27.5kPa(206mmHg),不易出现氧中毒。当吸入气的氧分压过高时,因肺泡气及动脉血的氧分压随着增高,使血液与组织细胞之间的氧分压差增大,氧的弥散加速,组织细胞因获得过多氧而中毒。
人类氧中毒有两型:肺型与脑型。
肺型氧中毒 发生于吸入一个大气压左右的氧8小时以后,出现胸骨后疼痛、咳嗽、呼吸困难、肺活量减少、PaO2下降。肺部呈炎性病变,有炎性细胞浸润、充血、水肿、出血和肺不张。氧疗的病人如发生氧中毒,吸氧反而使PaO2下降,加重缺氧,造成难以调和的治疗矛盾,故氧疗时应控制吸氧的浓度和时间,严防氧中毒的发生。
脑型氧中毒 吸入2-3个大气压以上的氧,可在短时内引起脑型氧中毒(6个大气压的氧数分种;4个大气压氧数十分钟),病人主要出现视觉、听觉障碍、恶心、抽搐、晕厥等神经症状,严重者可昏迷、死亡。高压氧疗时,病人出现神经症状,应区分“脑型氧中毒”与由缺氧引起的“缺氧性脑病”。前者病人先抽搐以后才昏迷,抽搐时病人是清醒的;后者则先昏迷后抽搐。对氧中毒者应控制吸氧,但对缺氧病脑病者则应加强氧疗。
附 高原适应不全症(高山病)
Syndrome of Insufficient AltitudeAdaptation (Mountain Sickness)
人未经适应就迅速进入3000米以上高原,或由海拔较低的高原进入海拔更高的地区,加上寒冷气候的影响,或体力负荷过重,而使机体对低氧环境耐受性降低,以致个体适应能力不足,一部分可出现一系列症状和机能代谢变化,称为高原适应不全症。国外习惯用急性高山病和慢性高山病。
我军对高原适应不全症提出了下列分型:
上述分型简明,有利于诊断治疗。但对具体病人来说,常常是混合型,很少是单一的,但在一定阶段可能以某一型为主。
我国幅员辽阔,海拔3000米以上的高原、高山地区,约占全国总面积的六分之一。这些地区大多分布在边疆省区,具有重要的国防意义。高原地带气候多变,寒冷、风大、空气稀薄,对人体构成了一个特殊的自然环境。其中空气稀薄,大气压和氧分压降低,是高原环境对机体影响的主要因素。
在高原地区世居的少数民族,对高原环境已经适应,但一般人口稀少,对这些地区的经济建设需要内地支援。我军有守卫边疆的任务,内地人员进入高原地区日渐增多,因此如何保证进入高原的人员健康,我是军卫生工作的重要任务。
在海平地区,空气在每平方厘米上所形成的压力为101.3kPa(760毫米汞柱),在干燥空气中氧占20.40%,故氧分压为21.15kPa(159毫米汞柱)。空气中氧所占比例基本不受高原影响,当大气压力因海拔增高而降低时,则氧分压按比例降低。下面选择几个不同高度的大气压和氧分压的改变列表如下(表3-2)。
初抵3000米以上高原地区,由于大气压中氧分降低,肺泡气和动脉血氧分压也相应的降低,毛细血管血液与细胞线粒体间氧分压梯度差缩小,从而引起缺氧。如果逐渐登高,有一个锻炼适应过程,在低氧分压环境中,机体可发生一系列代偿适应性变化,如通气加强,肺泡膜的弥散能力提高;循环功能加强,输送氧的能力增加;红细胞和血红蛋白含量增加,红细胞中2,3-二磷酸甘油酸增多,氧离曲线右移,通过这些代偿作用,以便使组织可利用氧达到或接近正常水平。机体具有一定的适应能力,可以较长期居住高原地区。一般地说,长期居住可适应的最大高度为5000米。但有人适应能力较弱,在5000米以下一定高度就失去了适应能力,而出现高原适应不全症。
在高原地区除了大气压降低对机体的主要作用,还有气候的影响,如寒冷、大风、雨雪以及紫外线照射等。这些因素降低机体适应能力,往往是高原适应不全症的诱发和加重因素。因此在相同高度的不同地区,由于气候不同,因而引起高原反应的发病率也不一样。
表3-2 不同的海拔高度大气压和氧分压的改变
高度 | 大气压 kPa | 氧分压 kPa | |
英尺 | 米 | ||
101.31(760.0mmHg) | 21.15(159.0mmHg) | ||
10,000 | 3,048 | 69.51 (522.6mmHg) | 14.55(109.4mmHg) |
17,000 | 5,182 | 52.59(395.4mmHg) | 11.01(82.8mmHg) |
20,000 | 6,097 | 46.44(349.2mmHg) | 9.72(73.1mmHg) |
23,000 | 7,010 | 40.88(307.4mmHg) | 8.57(64.4mmHg) |
26,000 | 7,925 | 35.88(269.8mmHg) | 7.51(56.5mmHg) |
28,000 | 8,534 | 32.82(246.8mmHg) | 6.88(51.7mmHg) |
33,000 | 10,058 | 26.12(196.4mmHg) | 5.47(41.7mmHg) |