潛水員的剋星 - 二氧化碳 2

knock yourself out - the diver’s nemisis carbon dioxide
原著 :Dr. John Clarke

大部份的循環水肺潛水員是從開放系統(open circuit)開始他們的潛水生涯，也就是一般所謂的水肺(scuba)，有些人不知覺中養成某些壞習慣，我差點就變成這種潛水員。

當你用一般水肺開始潛水時，氣瓶中只有非常有限的空氣量，新手們都有點操之過急，他們吸氣太用力也吐太快，有經驗的潛水員能夠不急不徐的放鬆且享受潛水，因此他們的耗氣量可以比新手少很多。

因此在早期普遍的認知中，能否有效的節省氣源，被視為成熟與老練的指標，當你能確實放鬆、身體健康且游泳有效率，你的呼吸將會變得相當緩慢，有些人稱之為躍式呼吸(Skip Breathing) – 也就是在吸吐之間摒住呼吸。

有次我在以色列卡薩利亞的希律港潛水，我的潛伴是個海豹突擊隊員，一開始我配重不足，於是我撿了一塊有2000年之久的古代瓦礫帶著當作配重，儘管這樣會造成我的游泳姿態毫無效率，但結果竟然是我的耗氣量，比我那個海豹潛伴更省氣。

一開始我對於潛水必須提早結束有點惱火，但同時也暗自沾沾自喜 : 我比一個蛙人還省氣!!

身一個生理學家，我知道我很可能已經無意識的運用躍式呼吸的技巧 - 而這卻會使我動脈中的CO2含量升高，達到有潛在危險的劑量。還好一切順利結束，我實在沒辦法不暗自得意，因為我不是喊停的那個人!

循環水肺潛水員一定要清楚的了解到，他們不應該運用會升高CO2的呼吸方式，形成生理威脅，由於CO2在你的動脈中，它能讓你昏迷! – 即使你呼吸的氣體中沒有任何CO2。

通常當你工作負荷增加時，生理的機制會自行在血液系統中產生更多的CO2，刺激產生更多的呼吸，並迫使CO2離開血液進入肺部，再由呼吸道排出；其中的運作機制有點兒像空調恆溫器 - 屋內越熱，就有更多的熱被排出屋外，換句話說，動脈和肺泡的CO2含量是由自動變換的通氣率(也就是呼吸)所控制，事實上你可以用身體產生CO2的速率，除以通氣率來預測肺泡中的CO2值，此稱為肺泡通氣量方程式(Alveolar Ventilation Equation)；在臨床實務上來說，稱為CO2分壓方程式(PCO2 Equation)。

通常CO2和通氣率(呼吸頻率)是被嚴格控制的，肺泡和動脈中的CO2是40豪米汞柱(mmHg)，豪米汞柱也就是所謂的分壓(partial pressure)，動脈中40mmHg是安全的。

 [一個標準大氣壓力是760 mmHg，假若忽略水蒸氣與其它氣體的分壓，分壓為40mmHg的CO2大約等同於呼吸中吐出5%的CO2。] 

當潛水員處於重度負荷，而且又是使用像循環水肺如此阻抗的呼吸裝置，隨著呼吸頻率的增加，呼吸系統的不適感也增加，對大多數人而言，呼吸系統的不適感攀升太高，他們會停止動作並喘口氣，但有些潛水員憎惡這種呼吸上的不適感，而且不在意動脈中升高的CO2值，我們稱這些人是CO2罐頭(CO2 retainers)。

舉個例子來說，當我在海軍醫學研究所工作的時侯，曾進行一個關於呼吸負荷的個案研究，我有個實驗組員是健壯的海軍潛水員，實驗是在一座內部壓力等同於300海水英呎(約100公尺)深度壓力的高壓艙(dry hyperbaric chamber)中進行，內部的裝置有點類似下圖中的樣子，但受測潛水員並非我所提及的那一位。

潛水員在單車式測功儀上運動模擬工作負荷，供給氦氣，其呼吸阻抗控制在300英呎深度壓力下，他很快地就學會以二段式的呼吸(double breathing)方法 : 呼吸一次，停止一次，再呼吸一次，企圖混淆實驗設備的控制迴路，從而消除很高的呼吸阻抗。

就在他玩起這個呼吸模式的把戲當下，我的工程人員正從質量頻譜儀(mass spectrometer)上監控他的CO2濃度；吐出氣體中的CO2濃度開始攀升，我警告他停止那個滑頭的呼吸把戲，否則我就要喊停了!

這個聰明又搗蛋的潛水員無視我的警告將近有一分鐘左右，然後又回復到飄忽不定的呼吸模式上，他開始嘲笑著說他是如何捉弄這個實驗，就算高CO2讀數他也不在乎。

那是個錯誤!!

當你在說話時，你其實並沒有在呼吸，由於他的呼吸早已經在臨界邊緣，這時他的末端潮氣量(end-tidal)CO2值 - 一個肺泡中CO2含量的預估值，在短短數秒內從60到70，然後飆升到90mmHg，足足有二次偏離正常範圍，當我的工程人員告訴我CO2值飆到90時，我大叫”停機!!”

他根本沒來得及聽到我說什麼!!

他已經昏迷從單車上跌下來，重重摔在高壓艙裡的金屬甲板上。

這個潛水員想要捉弄這次的實驗，其實他搞到他自己，儘管他後來恢復平順的呼吸，但他可是被CO2的毒性給狠狠的踹了一腳!

請注意，這個潛水員的呼吸氣體中實質上並沒有CO2，由於高工作負荷使他身體產生的CO2，只因為沒有足夠的呼吸，而無法從身體排出。

下個專文中我們來看看，當吸入的CO2劑量開始上升時，會發生什麼狀況?例如循環水肺過濾罐的失效情況，在此系列第一個專文中我己經有舉過一個循環吸入CO2的案例了，更多的內容另文再述。