减压理论 | 等压气体逆向扩散

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等压气体逆向扩散

ICD 是英文 Isobaric Counter Diffusion 的首字母缩写。Isobaric 是等压的意思，Counter 是逆向的意思，Diffusion 是扩散的意思，所以 ICD 连起来就是等压气体逆向扩散的意思。在生理学上，ICD 是指在恒定环境压强下，不同气体同时进出组织细胞的气体扩散现象以及该现象产生的生理影响。有时，惰性气体逆向扩散一词也会被用来指代 ICD 这一概念，但惰性气体逆向扩散还适用于周围环境压强发生改变的情况。ICD 一词经常会在麻醉学和混合气潜水相关领域中出现。

背景介绍

Graves, Idicula, Lambertsen, 和 Quinn 于1973年首次描述了等压气体逆向扩散现象。他们当时正在研究一位呼吸气体（氮氧或氖氧混合气）异于所处环境气体（氦气）的被试者。

Christian James Lambertsen，美国环境医学和潜水医学专家。在20世纪40年代初，负责为美国海军研究供娃人水下作战使用的循环呼吸器。图片来自维基百科

医学有关

在医学上，ICD是指由不同气体向不同方向扩散而导致其包围的人体或仪器内空腔压力增加的现象。例如，患者在手术室中呼吸一氧化二氮（麻醉剂），我们必须对其气管内套管上的袖带充气管进行监测，因为一氧化二氮在血中溶解度比氮气大35倍，极易进入体内气腔。在腹腔镜手术中，一氧化二氮是被严禁使用的，这是为了避免气体扩散到腹部或盆腔，导致患处压力增大。而在鼓膜成形术中，由于一氧化二氮会扩散到中耳内，因此一些皮瓣组织不会发生下垂。

气管插管示意图，图片来自维基百科：

A: 气管内导管

B: 袖带充气管

C: 气管

D:食道

潜水有关

在潜水领域中，ICD 是指恒定环境压强下，一种惰性气体进入组织细胞的同时，另一种惰性气体正在从组织细胞中溢出的现象。严格来说，ICD 并不是潜水减压的一部分，但它的确有可能在潜水减压过程中出现（如切换呼吸气体时），并在环境压强没有发生改变的条件下导致气泡的形成或增长。如果进入组织细胞的气体扩散速率大于溢出气体的扩散速率，那么在环境压强没有改变的条件下，组织细胞内混合气体的浓度也会达到足以产生气泡的过饱和程度，并引发减压病。Lambertsen 将 ICD 归为如下两种类型：

浅表性等压气体逆向扩散

当潜水员呼吸的惰性气体比所处环境中的惰性气体更慢地出入人体组织细胞时，就会发生浅表性等压气体逆向扩散，也称稳态等压气体逆向扩散。

例如，在氦氧混合气的环境中呼吸空气时，环境中的氦气会十分迅速地渗入皮肤组织细胞，而呼吸气体中的氮气经过毛细血管渗入皮肤组织细胞，再由皮肤组织细胞溢出的速度则慢得多。此时某些人体浅表层组织细胞内的混合气体就会达到一定过饱和状态并形成气泡，从而导致减压病。然而，这些浅表层的皮肤损伤（类似于荨麻疹）在潜水员呼吸气体中含有氦气，周围环境气体为空气时则不会发生。

减压病症状：由浅表性等压气体逆向扩散导致的皮肤损伤。被试者在模拟水下1200英尺（约360米）且充满氦氧混合气的加压舱中呼吸氖氧混合气。之后出现皮下气泡且伴有极度瘙痒。图片由Lambertsen拍摄

深层组织细胞等压气体逆向扩散

当潜水员依次呼吸不同惰性气体，且 进入组织细胞的气体扩散速率大于溢出 组织细胞的气体 扩散速率 时，就会发生深层组织细胞等压气体逆向扩散，也称瞬时等压气体逆向扩散。

1977年，Harvey 在有关文献中描述了一例由深层组织细胞等压气体逆向扩散导致的减压病，当时的潜水员把呼吸气体从氮氧混合气切换至氦氧混合气（氦气在组织细胞间的扩散速率比氮气快2.65倍），他们很快便感觉皮肤瘙痒，随后开始关节疼痛。 在 Hydra V 项目（于1985年进行的首个氢氧混合气饱和潜水试验）期间，饱和潜水员将呼吸气体由氢氧混合气切换至氦氧混合气后也出现了减压病的症状。

不同 呼吸气体中含有的惰性气体在组织细胞中的溶解度差异还会引发另一种 ICD 副作用：在减压上限（decompression ceiling）附近的深度将含有低溶解度惰性气体（通常为氦气）的呼吸气体切换至含有高溶解度（通常为氮气）惰性气体的呼吸气体时，就有机会引发内耳减压病。 近期，Doolette 和 Mitchell 把 ICD 归结为内耳减压病的根本原因，并建议“切换呼吸气体或减压气的动作应安排在较深或较浅水域，以避免组织细胞在减压过程中达到最大过饱和度”。

Doolette 和 Mitchell 的内耳减压模型表明，将呼吸气体从氦氧混合气切换至氮氧混合气后，组织细胞内混合气体张力的瞬时增加可能是由不同组织细胞间的气体传输差异引起的。如果从耳蜗中内外淋巴组织细胞扩散至血管组织细胞的氦气量超过了氮气的反向扩散量（氦气在组织细胞间的扩散速率比氮气快2.65倍），而此时由血液流动输送至血管组织细胞的氮气量又超过了血液流动带走的氦气量（氮气在组织细胞中的溶解度是氦气的4倍），这将有可能导致血管组织细胞内混合气体张力的暂时增加，这将导致气泡的形成或增长。当然，该模型并不适用于所组织细胞类型。

预防 ICD

Lambertsen 也提出了一些可以在潜水过程中避免 ICD的小建议。如果潜水员的组织细胞被富含氮气的呼吸气体包围或达到氮饱和状态（即呼吸氮氧混合气），他们就应该避免切换至富含氦气的呼吸气体。Lambertson还指出，如果是从富含氦气的呼吸气体切换至富含氮气的呼吸气体是可接受的，但切换呼吸气体时出现以氦替氮的情况就必须对潜水员进行再加压。

Doolette 和 Mitchell 最近对内耳减压病的研究表明， 普通的减压模型（例如Bühlmann）可能不适用于