化工，讓我們的呼吸更順暢

　　近期，“沉默性缺氧”“白肺”這樣的詞語出現在大眾視野中。對于新冠病毒感染癥來說，不論年齡，血氧濃度都是判斷患者是否是重癥的關鍵指標。在判斷血氧濃度時，血氧儀是重要的器材，而在救治重癥患者的過程中，呼吸機、制氧機的作用也至關重要。本文旨在向讀者介紹血氧儀、呼吸機和制氧機等設備，以及化學工業是如何幫助人們生產和使用這些設備的。

　　氧氣：最熟悉的化學物質

　　氧氣可能是人類接觸最多的、最熟悉的化學物質，我們無時無刻不在接觸氧氣。

　　在工業上，尤其是化學工業，氧氣的用途非常廣泛。工業生產的氧氣中，大約有25%的氧氣用于化學工業。其中，乙烯與氧氣反應，產生環氧乙烷，稱為乙烯直接氧化法，是氧氣參與的經典反應。環氧乙烷是乙二醇的原料，而乙二醇則是聚酯和防凍劑等產品的重要原料。還有約55%氧氣用于鋼鐵工業，剩余20%則應用于醫療、焊接以及水處理。

　　呼吸和循環系統是人體吸收和運輸氧氣的關鍵系統。血氧含量成了人體細胞能否得到充足氧氣，從而保證人體正常運轉的關鍵指標。人體正常動脈血氧飽和度為96%~99%，如果低于90%則被認為是低氧血癥，低于80%可能會損害大腦、心臟等器官功能。

　　對于新冠病毒感染癥而言，血氧飽和度是判斷病人是否為重癥的關鍵指標。根據我國新冠診療方案試行第九版，在靜息狀態下，指血氧飽和度≤93%，即為重癥。

　　血氧儀：半導體化學品的大集合

　　最近一段時間，我們很多人都了解過或者使用過血氧儀。不論在醫院還是在家庭中，血氧儀都是了解患者血氧情況的關鍵儀器。

　　從原理上說，血氧儀是一種借由脈搏測量血氧的儀器。由于人體手指、腳趾、耳垂等部位較透明，且充滿微血管，血氧儀內的發光二極管(LED)和光感測器可通過這些組織發送和接收脈沖式信號，經過計算后可讀取血氧飽和度。此種非侵入式方式測量外周血氧飽和度或指血氧飽和度，其讀數和動脈血氧飽和度的讀數相比，誤差多半是2%。不過，兩者的相關性很高，因此這種血氧儀成為血氧飽和度測量的臨床應用首選。

　　從構造上說，血氧儀需要一個微處理器和存儲器、兩個控制LED的數模轉換器、對光感測器接收的信號進行濾波與放大的器件、將接收信號數字化以提供給微處理器的模數轉換器。LED與光感測器放置在與患者指尖或耳垂接觸的小型探針中，血氧儀一般還包括小型液晶顯示器。所以，別看血氧儀小，卻和電腦、手機一樣，也是半導體化學品的大集合。比如，血氧儀通常使用的LED基本材料是經典的半導體鎵化合物，如氮化鎵、氮化銦鎵、砷化鎵等。

　　有關專家指出，血氧飽和度降低時，許多患者并沒有嚴重的自感癥狀。由于老年病人對缺氧反應遲鈍，甚至完全感覺不到胸悶、呼吸困難等，這種現象可以稱為“沉默性缺氧”。如果缺氧在短時間內不能得到糾正，病情很容易進展到危重癥。此外，即使是健康的年輕人，感染新冠病毒后仍有一定概率的重癥化風險。近日，北京市衛生健康委員會、北京市醫療保障局就發布通知，組織對老年人等高風險人群發放血氧夾，明確簡明監測預警標準。使用血氧儀，可以在早期發現病情向重癥發展的傾向，從而盡早干預。

　　呼吸機、制氧機：材料和化工密切相關

　　如果不幸成為新冠重癥患者，血氧飽和度已經降低，此時就需要進行吸氧治療。氧氣療法的靈活性很強，制氧機不僅是醫院的標配，也可以往家里搬。

　　制氧機的原理和化工密切相關。在工業上，高純氧氣是通過空氣分離裝置獲取的，一般的方法是通過高壓低溫，將氧氣與空氣中的氮氣等其他成分分離。

　　最早的家用制氧機是化工企業美國聯合碳化物發明的。制氧機的主要工作原理分為兩大類，一類稱為變壓吸附，一類稱為膜氣體分離。其中，使用變壓吸附技術的制氧機廣泛用于醫療保健應用中的氧氣供應。制氧機利用分子篩吸附氣體，在高壓下將氮氣快速變壓吸附到沸石礦物上，以此提純氧氣。經典制氧機使用雙床分子篩，目前也有多床分子篩產品，氧氣產量更大，速度更快。

　　如果癥狀繼續加重，出現呼吸衰竭，呼吸機就必須登場了。與制氧機相比，呼吸機的歷史更加悠久。呼吸機在發展歷史上，見證了多種高分子材料在醫療領域應用的開始。比如說，聚甲基丙烯酸甲酯從20世紀60年代起，就成為了呼吸機面罩的首選材料，氣管插管的材料則是硅膠、聚氯乙烯等。此外，無創的家用呼吸機也可用于新冠輕癥患者的呼吸改善。