高气压对呼吸的影响

高气压对呼吸的影响，包括高气压下人体呼吸频率、呼吸幅度和阻力、肺容量、肺通气、气体交换、呼吸功和屏气时间的变化。它们相互间又密切联系和互相影响。其中最重要的是肺泡通气不足及由此而引起的CO₂潴留和呼吸肌的疲劳，从而影响潜水员在水下工作的能力和安全。
呼吸频率减低 潜水员暴露在高气压下，通常呼吸频率减低，且与压力升高之间几乎呈线性关系，增加吸入气中的氧分压，频率减少更明显。在氦氧、氮氧饱和潜水模拟实验中，也观察到呼吸频率随深度的增加而逐渐减少。呼吸频率减低的原因，一般认为是血液中氧含量增高直接或通过外周化学感受器反射性地抑制呼吸中枢的结果。但也有人认为主要是由于高气压气体密度增大，尤其在劳动时因用力呼吸使呼吸道中气体的湍流增大，导致呼吸阻力增加的结果。
呼吸运动的幅度和阻力增大 在高气压下，呼吸加深和呼吸阻力增大，且呼气阻力比吸气阻力更增大。呼吸阻力增加的原因：主要是高气压下气体密度的相应增加。而密度增加的程度又决定于气体的分子量。分子量小的气体，呼吸阻力增加也较小。例如氦气的密度仅约为空气密度的1/7，因此呼吸氦氧（或氦氮氧）混合气比呼吸空气阻力小。在使用各种不同自携式潜水呼吸器时，除气体密度的增加外，呼吸器的咬嘴、阀箱、呼吸软管和CO₂吸收剂罐（或产氧剂罐）等部件也都能增加呼吸阻力。至于高气压下呼气阻力大于吸气阻力的原因，很可能是由于肺脏和胸、腹壁的弹性回缩力不能克服高密度气体的阻力，以致呼气由常压下的被动式转为主动式。肺容量的变化 主要表现为潮气量和肺活量增加。在模拟潜水至304米(1000ft)时，潮气量增加20%，而在457米(1500ft)时，增加50%左右。这主要是由于高气压下气体密度增加，潜水员呼吸运动幅度加大的结果。在高气压下，一般肺活量也增大。例如在3ATA下，受试者的肺活量平均增加7%。又例如在7ATA下，25名潜水员，除一名肺活量改变不明显外，其余平均增加300ml。肺活量的增加主要靠补吸气量的增加，补呼气量无明显变化。其原因是高气压下，胃肠道内气体被压缩，膈肌下降，胸腔的上下径扩大，肺容量因而增大。
肺通气功能的变化 (1) 每分钟肺通气量： 在高气压下，潮气量是增加的，因此，若呼吸频率减低较明显，则每分钟通气量降低；若呼吸频率减少不明显，则每分钟通气量增加。由于高压下呼吸阻力增大，故最大通气量降低，在4ATA下可降到接近常压下正常值的一半。然而，大于4ATA，下降的幅度就减少；在减压时可恢复到原先的水平。在高气压下，当工作负荷一定时，最大通气量的减少和呼吸的混合气体的成分有关。气体密度小者，减少就不显著。例如在7ATA下，呼吸97%氢和3%氧时的最大通气量比在同样压力下呼吸97%氦和3%氧时大32%；比呼吸97%氮和3%氧时大152%。如果改变呼吸气体的成份或（和）压力，使其达到的相对密度一样时，则最大通气量相同。在高气压下，反映呼吸阻力增大的其它各种活动量，如最大吸气和呼气流速、时间肺活量等也显示相应的有意义的减少。与此相关的通气贮量也明显减少。
(2) 肺泡通气量：在高气压下，由于气体密度增加可引起肺泡通气不足，并导致肺泡气CO₂分压和动脉血CO₂张力升高。肺泡气CO₂分压和肺泡通气量、CO2产生量之间的关系，可用下列公式表示：

式中：P_ACO2，为肺泡气CO₂分压；_CO2为校正到标准状态(STPD)的CO₂产生量；A为校正到存在于肺中的实际状态(BTPS)的肺泡通气量；863是将STPD状态下的ml/min校正到BTPS状态L/min的换算系数。
如果工作负荷相同，_co2一定，潜水深度增加，A降低到原有值的一半， 则PA_CO2升高一倍。 若以P_ACO2的平均正常值为40mmHg计，A减少一半时， P_ACO2将升高一倍，即升至80mmHg。此时，机体将发生CO₂中毒，并且会加速和加强氧中毒和氮麻醉。
公式(1)为假设吸入气中不含CO₂，在实际潜水中，吸入气中通常含一定量的CO₂。其分压(P_ICO2)对P_ACO2的影响和所需要的_A，可用下列公式来计算。

例如一个从事中等劳动的潜水员，其V_co2＝1.5L/min，如果以平常的P_ICO2＝0计，则维持P_ACO2＝40mmHg，将需要_A＝32.4L/min。 如果P_ICO2＝20mmHg, 则维持P_ACO2＝40mmHg，需要的_A将为64.8L/min，即比平常增多一倍。 如果P_ICO2更升高， 则_A增加的倍数更多，才能维持P_ACO2＝40mmHg。 在水下作业而_A已经很大时，若P_ICO2提高很多，要维持正常的P_ACO2，必需巨大的通气量。实际上，这样巨大的通气量是达不到的，因此，P_ACO2将不可避免地升高，故在潜水中，P_ICO2必须尽可能地低，有人建议通风式重潜水装具内不应超过10mmHg。
肺泡气体交换 高气压对肺泡和动脉血之间的气体交换量和速率影响较小。常压下，肺泡气体交换的效率高低，决定于肺泡的每分钟通气量(_A)与肺泡周围毛细血管每分钟血流量(Q)之间的相互协调，即决定于_A/Q的比率。 全部肺泡的_A/Q总比率约为0.83。 但肺的不同的局部，由于受重力的影响，通气量和血流量是不尽相称的。不同的体位（例如卧位或直立位）和活动水平（运动或静息）也可影响局部的通气量和血流量。一个正常人在直立休息时，肺上部的_A/Q比率可能达到3.0，而肺下部仅是0 5 。_A/Q比率如果严重失调， 将减损肺的气体交换功能。在高气压下，气体密度增加，呼吸阻力增大，特别在水下作业时，肺泡通气量不足，可使肺泡通气的局部分布改变，由此可引起_A/Q比率的失调，以致干扰肺内气体的交换。另外，气体密度的增加可使气体分子扩散速度减慢和降低气道中径向扩散(Taylor扩散)的作用。总之，在高气压下，当气体密度很高时，由于肺内气体交换可能受到损害，会导致肺泡气与动脉血之间氧的压差增加和CO₂的潴留。
呼吸功增加 在高气压下，由于气体密度的增加和气流速率的加快，增加了气道的阻力，这样就增加了克服气道阻力所做的附加功。此外，潜水员潜入水中，还涉及到有关胸廓-肺脏系统弹性的静水压差问题。当潜水员增加肺容量时，为了克服胸廓-肺脏系统的弹性阻力，也必须作额外的功。因此，在潜水中，尤其在大深度进行重体力劳动时，呼吸功增加。而过度的呼吸功又可成为肺通气不足的原因之一。
屏气时间延长 人处在高气压下，屏气时间延长，例如，在6Atm下，受试者的屏气时间，可从常压下的平均91秒增至216秒。这是高气压下肺泡气氧分压增高及血液中氧含量增加的结果。
总之，高气压对呼吸机能的影响，主要是由于气体的密度增高。从目前已获资料来看，模拟条件下人呼吸氦氮氧混合气，在686m深处，从事中等强度劳动，呼吸功能尚无显著障碍，可长期停留。