气体压缩与膨胀

体内气体容积的改变也能引起一些医学问题。随着压力增加，气体被压缩在更小的空间，容积减少。相反，压力减少，气体膨胀，容积增大。例如，压力增加一倍（从海面下潜10米）时，气体容积减少一半，而压力减少一半（从水下10米上升到水面）时，气体容积增加一倍。因此，一个潜水员在水下10米处时，肺内充满气体，当他上升时，如果不能顺利呼出这种压缩气体，其容积会增加一倍，可能导致肺过度膨胀，甚至造成死亡。任何“屏气”潜水到某一深度，即使是游泳池的深度，在上升时都必须自由呼出压缩气体。 在较高压力下，气体被压缩，因此，深水下呼吸吸入的气体分子比水表面处吸入的更多。例如，在水下20米处（3个绝对大气压），每呼吸一次所吸入的气体分子为水表面处的3倍。因此，贮气箱内气体的消耗也快3倍。潜水员下潜得越深，消耗的气体越快。 由于在水下一定深度压缩空气密度比在水表面空气密度更大，要使气体通过水下呼吸装置和潜水员呼吸道，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，能引起一时性黑矇。 二氧化碳水平异常增高（二氧化碳中毒）可引起一时性黑矇或意识障碍，有些人在用力呼吸时，不能充分增加换气量，导致二氧化碳聚积。二氧化碳水平增高，增加了氧中毒引起痉挛的可能性和严重的氮麻醉。在潜水后经常头痛或以自己气体使用率低感到得意的潜水员，都可能有二氧化碳积聚的倾向。 潜水时可能有能见度差、遇到逆流漩涡需要消耗更大体力以及寒冷等。在水中可能很快出现冻僵（见第281节）、灵活性和判断力下降。在较敏感的人中，冷水可能引起严重的心率紊乱。空气污染引起一氧化碳中毒可导致潜水者疾病，甚至死亡。一氧化碳中毒的症状有恶心、头痛、乏力、灵活性下降和精神异常。某些药物治疗、酒精中毒和药物滥用对潜水者可能产生意想不到的后果。 [b]分压效应[/b] 空气主要是由氮、氧及其他含量很少的气体组成的混合气体。每种气体根据它在空气中的浓度和大气压力都有一定的分压。例如，在海平面上，空气中氧的浓度约为21%，因此，氧的分压为0.21个大气压。随着深度的增加，氧的浓度保持不变，但它的分压随着大气压的增加而增加。在2个绝对大气压时，氧的分压为海平面时的两倍。 大多数气体对身体的效应取决于它的分压大小。如氧分压过高，可能产生有害效应(氧中毒)。在氧分压大于0.5个大气压(如在1个绝对大气压下，氧浓度大于50%的空气中呼吸)呼吸一天或更长时间，就会引起肺部损害，在较高的氧分压下呼吸也会引起脑中毒。如果氧分压达到2个大气压，特别是在潜水作业时，可能引起潜水员类似癫痫发作的惊厥。 在较高的氮分压下呼吸可产生氮麻醉，类似酒精中毒的症状。大多数呼吸压缩空气的潜水员在水下33米或不到33米处时，这种效应开始明显，而在水下100米(约10个绝对大气压)时，则失去工作能力。由于氦不具有这种效应，在深潜水时，用来代替氮气稀释氧，使氧浓度保持在无毒的水平。 用屏气潜水而不用呼吸器的潜水员，通常是在下潜前作深呼吸，呼出大量的二氧化碳，血中只增加少量的氧。由于二氧化碳水平较低，他们能屏气在水下潜较长时间。然而这种方式也有可能使潜水者的二氧化碳分压未达到足以刺激引起返回水面呼吸的冲动前，氧气已经耗尽，失去知觉。 下潜越深，耗氧越多，长期屏气的危险性就越大。潜水员从深水中上升时，保持在血中的氧分压大幅度减小，使潜水员可能在充分吸气之前就已丧失知觉。这可能是屏气潜水和叉鱼比赛的人莫名其妙淹死的直接原因。