潜水生理学

过江龙

潜水生理学 - I

以下简单提及潜水生理学，重点会提及与休闲潜水员相关的课题。其中包括潜水时呼吸系统的生理变化、潜水时心血管系统的生理变化、内分泌系统的生理变化几个主要项目。

1) 潜水时呼吸系统的生理变化

对一般休闲潜水员，潜水呼吸系统生理变化相信是最感兴趣，当我们潜入海洋中，人类并不像鱼类一样可以靠鱼从水中吸取氧气，维持正常有氧代谢，而需要人为设计的额外工具，提供可以携带的呼吸应用空气。由于海水及大气层均有压力，这些压力随着潜水深度而增加，这些 “可携式空气” 于是要设计到能够同是平衡相应增加的压力，好让我们可以保持正常呼吸，自然就采用了“压缩空气”。

气体定律 (波尔气体定论 Boyle’s Law) 中提及过压力越大气体会受压而变得容量少，我们的肺部是气体交换地方并且储存着呼吸的空气，如果我们维持在“徒手潜水” (Breath Hold diving)的情况下，没有外来的压缩空气补充，肺部容量会一直下降直至到一个固定深度可以出现肺泡塌陷 (Air sac collapse)，肺部气体交换停顿，导致脑部缺氧昏迷。这个因素也是决定我们徒手潜水的深度极限。

相反休闲潜水员背部背着压缩空气气樽 (Air Tank)、加上压力调节器 (Pressure Regular)、浮量控制衣等等组成所谓 Scuba (self Containing Underwater Breathing Apparatus)令我们可以在潜水活动中不断得到压缩空气，补充肺部呼吸应用，不会到致肺泡塌陷。

所为压缩空气，其内气体的密度高，流动的时候容易产生喘流，加大流动阻力，我们呼吸的时候会感觉阻力增大，相对困难了一点。在物理学上，减低喘流的方法包括可以将呼吸喉管直径稍为增大，设计压力调节器的生产商，现在仍然努力朝向这方面发展。另外使用密度较低的压缩气体，包括 Heliox 混合气同样也可以减低喘流出现。

潜水生理学 – II

(1) 潜水时呼吸系统的生理变化

另外人类的肺部呼吸，有赖于我们的完整呼吸肌肉结构，呼吸压力大的压缩空气呼吸肌肉作功必然增大、吸气以及呼气的时候呼吸肌肉弹正需要增强，即所谓加强顺应性 (Lung Compliance)。强顺应性的肺部，在潜水运动中出现肺部压力伤的机会相对下降。肺部因为感染、发炎、长期吸烟、肺尘埃沉着等等因素造成疤痕会减低肺部的顺应性；没有这些因素而健康的肺部，重复以及长期潜水活动后肺部顺应性会渐渐增强。
气体定律 (道尔顿气体分压定律Dalton’s Law) 解释到使用压缩空气，当潜水深度增大到两倍 (约相等于10米水深) 或者三陪 (约相等于20米水深)大气压力，压缩空气内的氧气成分、氮气成分 (分压) 同样会增加两倍或三倍。氧气分压增大了，会有机会引发氧中毒 (Oxygen Toxicity)。

幸好引发神经系统氧中毒，表现为抽搐现象的氧气分压，需要接近 1.6ata (约相等于75米水深)，而休闲潜水员绝不会使用压缩空气潜进这个深度。虽然肺部的氧中毒，只需要气分压接近 0.5ata (约相等于25米水深)就会发生，表现为呼吸困难，但是这些症状需要长期呼吸压缩空气才会出现。由于可以携带的压缩空气气樽储存容量有限，同样休闲潜水员极少会有机会，长时间停留在这过深度内引发肺部的氧中毒。

有参与高氧潜水 (Nitrox Diving) 的潜水的运动员，就会明白到为何他们所应用的高氧潜水，氧气百分比要不超过三十二至三十六之间。

潜水生理学 – III

(2) 潜水时心血管系统的生理变化

从实验及观察中发现，当人类进行徒手潜水活动的时候，当面颊部份开始浸在水中，心跳会开始减慢下来。进入水中进行平常的潜水活动，这个心跳减慢现，将会更加明显。原因可能包括，身体尤其是下肢静脉血液因为压力增大，大部分回流到胸腔中而引起的。但是即使没有在潜水环境之下，好象在潜水减压病治疗过程中，在再压舱 (Recompression Chamber) 内病患者同样会出现心跳减慢，相信与氮气分压过高刺激迷走神经有关。

潜水活动身体浸在水中，由于有水压的关系加上我们门穿著的保护胶衣，会令到大部分躯干及下肢的静脉血向中央部分回流，偏低的水温会刺激血管收缩。以上这些因素会引发利尿作用 (Diuresis)、令到血液浓缩等反应。过分血液浓缩或者出现脱水，现时已经知道会加速减压病的出现。

如果长期进行高氧潜水运动，氧气分压过高刺激之下会有机会抑制血液红细胞生成 (Depress Eryothropoiesis)。

潜水生理学 – IV

(3) 潜水时内分泌系统的生理变化

相对呼吸及心血管系统内分泌系统在潜水运动中生理变化相对的比较少，或者研究得很少了解不太多。长期参与潜水活动的潜水员，肾上腺皮质的素分泌相对活跃，代谢率会比较偏高 (Higher metabolic rate)。但是这些发现相信亦或多或少与陌生环境下紧张有一定关系。

现在潜水警报网络 DAN 会努力资助参与这些生理学上的研究，务求提供更多较安全舒适的潜水条件。


潜水生理学 – IV

(3) 潜水时内分泌系统的生理变化

相对呼吸及心血管系统内分泌系统在潜水运动中生理变化相对的比较少，或者研究得很少了解不太多。长期参与潜水活动的潜水员，肾上腺皮质的素分泌相对活跃，代谢率会比较偏高 (Higher metabolic rate)。但是这些发现相信亦或多或少与陌生环境下紧张有一定关系。

现在潜水警报网络 DAN 会努力资助参与这些生理学上的研究，务求提供更多较安全舒适的潜水条件。

潜水生理学 - V

(4) 氧中毒现象 - II

氧气分压的高低不同，对身体内部各部分组织的生理功能的影响也不同。当吸入氧气分压介乎60～1OOkPa时，其毒性突出地表现在我们的视觉器官上; 当吸入氧气分压进一步上升到100～2OOkPaO2时，主要表现为呼吸系统症状 ; 如果吸入氧气分压到达30OkPaO2以上时，主要会出现中枢神经系统症状为主。
以上三类情况分别称为: 眼部、肺部、脑部氧中毒。这种分别，纯属临床角度考虑，并不是说某种氧中毒只发生在某器官对其他器官不受影响，事实上在较高氧气分压和呼吸时间较长后，几乎全身各类组织都可遭受相应的损害。

有几点我们值得留意的，在脑部氧中毒中，存在不少个体差异。可与各人的机体的情况不同发生不同变化。比喻同一机体在不同时间内所遇到的具体情况亦可以不尽一致，例如今天发生气中毒现象，明天在同等氧气分压及时间内可以按安然无事。

现在我们已经知道，有许多因素(紧张、耐受性、适应性、体能运动等等) 都可影响氧中毒的发生、发展和表现程度，因而在氧中毒的表现上存在着相当大的个体间差异和个体本身的差异。

大白鲨

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