惰性气体的饱和

当吸入气中某惰性气体的分压高于机体组织内该气体的张力时，该惰性气体便不断地扩散入体内直至平衡。这一过程叫做惰性气体的“饱和”。这种平衡状态称为惰性气体的“完全饱和”。若惰性气体在体内未达到完全饱和程度，则称为“部分饱和”；达到完全饱和的一半，则称为“半饱和”。
(1)不同时间内惰性气体饱和度的增长率不同： 惰性气体主要通过呼吸、循环途径进入机体组织。经皮肤进入体内的量很少，通常略去不计。
惰性气体溶解入体内的过程中，其溶解量与单位时间之间并非线性关系，而是指数关系。机体暴露于高气压环境之初，流经肺泡的血液所饱和的惰性气体张力与组织中该气体张力之间的压差梯度大，由血液循环输送给组织的惰性气体最多。随着时间的推移，组织中溶解的惰性气体量不断增加，上述的压差梯度逐渐缩小，向组织中输送的惰性气体量也就相应减少。Haldane及其同事估计，在常压下，体重70kg的男性，全身饱和的氮量约1000ml，其中39ml在血液中。即血液中的溶氮量为全身溶氮总量的在其它组织中。假设机体各组织的成分一致，血液灌流相同，则在高气压环境下血液循环第一周时，与肺泡中惰性气体相平衡所获得的氮量为全身饱和氮量的1/26，当血液把这部分氮平均散布到全身各处时，全身（包括血液本身）饱和1/26，未饱和部分(“缺额”)则占血液循环第二周，又与肺泡中氮平衡，饱和的氮量则是遗留的饱和缺额为类推，其后各次循环所完成的氮饱和度都分别为前次遗留的饱和缺额的1/26。用数学公式表示：血液循环某周次数(n)所完成的饱和度液循环周次序数愈大，该周所完成的饱和度愈小；后一周比前一周按指数关系递减。这个规律，既适用于氮，也适用于其它惰性气体。
(2) 同一惰性气体在不同组织中达到饱和的速度不同：惰性气体在不同组织中的饱和速度，主要与三个因素有关：
❶组织成分。不同组织所含的成分不同，惰性气体在其中的溶解度也不同，溶解度大者饱和就慢。
❷血液灌流状况。组织的血液灌流量大，则单位时间内由血液输送入组织的惰性气体量多，饱和就快。
❸不同惰性气体本身的扩散速度。扩散快的气体饱和快。例如脂肪组织的氮溶解度比血液大4倍，其血液流量又差，所以氮在脂肪组织中的饱和速度很缓慢；而那些氮溶解度小、血液灌流又丰富的组织，如血液本身、肌肉、腺体、脑的灰质等，氮在其中饱和的速度就快得多。
(3) 不同惰性气体在组织中的饱和速度不同： 在脂肪中，与脂水溶比的关系较密切，脂水溶比小的气体饱和快，按快慢次序可排列为氦、氖、氢、氮、氩；氦和氖、氮和氩之间的饱和速度相差无几。在含水多的组织中，则与气体本身的扩散速度关系较密切。而扩散速度与气体分子量的平方根成反比(见“气体的一般特性”)。所以在含水多的组织中，氢的饱和速度比氮约快2.7倍；氦比氮约快1.64倍；而氖、氮与氩三者之间无明显差异。
(4) 半饱和时间及半饱和时间单位： 通常，饱和度的计时，以“填满”饱和缺额的一半(50%，即0.5)所需时间为“半饱和时间”；用半饱和时间作计时的单位，称为“半饱和时间单位”。
机体初入高气压环境，对升高的惰性气体分压来说，体内惰性气体的饱和度为零，即饱和缺额为100%。因此，在第1个半饱和时间单位所完成的惰性气体的饱和度为50%，饱和缺额为50%=(50%)¹。在第2个半饱和时间单位又饱和了第1个半饱和时间单位结束时遗留缺额的50%，即(50%)¹×50%=(50%)²＝25%。累计饱和度达75%[即 (1-0.5²)×100%=75%]; 这时饱和缺额为25%[即(50%)¹×50%=(50%)²＝25%]。第3个半饱和时间单位，又饱和了第2个半饱和时间单位后缺额的50%，即(50%)²×50%=(50%)³＝12.5%。累计饱和度达87.5%[即(1-0.5³)×100%=87.5%]；这时饱和缺额为12.5%[即(50%)²×50%=(50%)³＝12.5%]。由此可见，随着在高气压下停留的半饱和时间单位序次数(n)的增加，饱和度的增长幅度呈指数关系递减。饱和度的缺额相应缩小；而饱和度的累计百分数(s)则不断增大。用公式表示为：

以此公式计算，惰性气体在体内达到100%的饱和，将需要无数个半饱和时间单位。实际应用中，一般把惰性气体饱和98.43%当作“完全饱和”。这样，达到“完全饱和”需6个半饱和时间单位。
(5) 理论组织： 由于惰性气体在不同组织中的饱和速度有快慢之别，故半饱和时间也相应地有长短之分。按半饱和时间长短而分的组织，称为“理论组织”。Haldane把全身组织按氮的半饱和时间的长短分为五类理论组织：
Ⅰ类： 半饱和时间为5分钟，又称5分钟组织；可能包括血液、淋巴等。
Ⅱ类： 半饱和时间为10分钟，又称10分钟组织；可能包括腺体、中枢神经系统的灰质等。
Ⅲ类： 半饱和时间为20分钟，又称20分钟组织；可能包括肌肉。
Ⅳ类：半饱和时间为40分钟，又称40分钟组织；可能包括脂肪及神经系统的白质。
Ⅴ类： 半饱和时间为75分钟，又称75分钟组织；可能包括肌腱、韧带等。
尽管各类理论组织的半饱和时间长短不一，但在相同的半饱和时间单位数内所达到的饱和度则相等，例如经6个半饱和时间单位达到“完全饱和”(98.43%)。因此，根据各类理论组织的半饱和时间可计算出各自达到“完全饱和”所需的时间。其公式为：

式中，t_s为某理论组织“完全饱和”所需时间，ξ为该组织的半饱和时间。按此公式计算，五类理论组织“完全饱和”所需的时间依次是30、60、120、240和450分钟。
若知道机体在高气压下暴露的时间(T)，则根据各类理论组织的半饱和时间(ξ)，可计算出各自相应的半饱和时间单位数(n)。其公式为： n=。 若已知各类理论组织的半饱和时间单位数，按公式： s=(1-0.5n)×100%，也可求出各相应的饱和度。
Haldane应用五类理论组织所制订的潜水减压表，仅适用于60米以浅、暴露时间较短的潜水后的减压；对大深度、长时间的潜水还不能保证安全。于是潜水生理学者们提出了半饱和时间更长的理论组织，以此来制订减压表。饱和潜水减压所采用的半饱和时间显著延长，而且采用最慢的理论组织。对氦有取120、150、180、240、300或360分钟的； 对氮则有取480、500、640、720、1200分钟，甚至1280分钟的。这些半饱和时间的理论组织究竟指人体内何种具体组织，目前尚未确定。虽然各国用于饱和潜水减压的半饱和时间尚未一致，但只要机体在高气压下暴露24小时，无论氮或氦均可视作完全饱和。有关这些理论组织的半饱和时间单位及饱和度，同样可按上述公式计算。