任何生物都必須呼吸，只是呼吸的方式和結(jié)構(gòu)不同而已。人體氣體交換是非常復(fù)雜的方式，外界空氣中氧不能直接進(jìn)入細(xì)胞，是通過(guò)肺交換進(jìn)入血液，由血液運(yùn)送至全身的組織和細(xì)胞，再把它們的代謝產(chǎn)物之一——二氧化碳運(yùn)輸至肺部排出。氧氣進(jìn)入人體和二氧化碳排出體外都是按照氣體擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行的。
 

人體血液循環(huán)模式如圖5-3所示。圖中體循環(huán)的路線(xiàn)是：左心室一主動(dòng)脈一各級(jí)動(dòng)脈一身體各部分的毛細(xì)血管網(wǎng)→各級(jí)靜脈→上、下腔靜脈→右心房。動(dòng)脈將富含養(yǎng)料和氧氣的血液送到身體各器官的毛細(xì)血管網(wǎng)，與組織細(xì)胞進(jìn)行物質(zhì)交換，將運(yùn)來(lái)的養(yǎng)料和氧氣供細(xì)胞利用，同時(shí)把細(xì)胞產(chǎn)生的二氧化碳等廢物運(yùn)走，血液由含氧豐富的動(dòng)脈血變成含氧少的靜脈血。
 

圖5-3 人體血液循環(huán)模式
 

理解吸入后氫氣在體內(nèi)的運(yùn)行路線(xiàn)，需要回憶一些循環(huán)生理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，血液循環(huán)有大循環(huán)和小循環(huán)兩個(gè)子系統(tǒng)。大循環(huán)也稱(chēng)為體循環(huán)，是左心系統(tǒng)，來(lái)自肺靜脈的含氧動(dòng)脈血進(jìn)入左心房過(guò)渡，經(jīng)過(guò)左心室泵入主動(dòng)脈，經(jīng)過(guò)小動(dòng)脈分流到全身器官，在全身器官進(jìn)行氣體交換，氧氣擴(kuò)散進(jìn)入組織細(xì)胞內(nèi)，組織細(xì)胞內(nèi)二氧化碳擴(kuò)散到血液中，然后經(jīng)過(guò)毛細(xì)血管匯集成小靜脈，最后匯入上下腔靜脈回流到右心房。小循環(huán)也稱(chēng)為肺循環(huán)，是右心系統(tǒng)，來(lái)自全身的含豐富二氧化碳的靜脈血進(jìn)入右心房過(guò)渡，經(jīng)過(guò)右心室泵入肺動(dòng)脈，擴(kuò)散到肺組織進(jìn)行氣體交換，通過(guò)二氧化碳釋放和氧氣攝取，血液變成動(dòng)脈血，血液經(jīng)過(guò)毛細(xì)血管匯集到肺小靜脈，最后匯入肺靜脈回流到左心房。
 

當(dāng)人體吸入氫氣或其他氣體時(shí)，氣體進(jìn)入體內(nèi)的過(guò)程完全類(lèi)似于氧氣進(jìn)入體內(nèi)的過(guò)程。不同的是氧氣在血液中運(yùn)輸可依靠血紅蛋白的協(xié)助，溶解度可增加許多倍，而氫氣沒(méi)有血紅蛋白這樣的運(yùn)輸分子協(xié)助，所以進(jìn)入體內(nèi)的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如氧氣。
 

人體吸入氫氣時(shí)，外界氫氣濃度高，體內(nèi)氫氣濃度低，氫氣吸入后血液和組織內(nèi)氫氣濃度會(huì)逐漸增加，需要一定時(shí)間才能達(dá)到平衡濃度。根據(jù)潛水醫(yī)學(xué)理論計(jì)算，大約30分鐘后人體血液中氫氣濃度可以達(dá)到最高飽和濃度(見(jiàn)圖5-4)，大腦則需要60分鐘才能達(dá)到這樣的濃度。30分鐘后血液氫氣濃度已經(jīng)達(dá)到峰值，即使繼續(xù)吸入氫氣，其濃度也不會(huì)繼續(xù)增加，但是血液內(nèi)氫氣會(huì)不斷向其他組織擴(kuò)散，同時(shí)氫氣不斷通過(guò)肺組織進(jìn)行氣體交換溶解，這種飽和是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程。持續(xù)吸入氫氣到一定時(shí)間(6~24小時(shí))，全身各個(gè)組織都能達(dá)到穩(wěn)定的飽和濃度。

圖5-4 氫氣吸入后，血液內(nèi)氫氣濃度隨時(shí)間的增長(zhǎng)規(guī)律
 

停止吸入氫氣后，體內(nèi)氫氣濃度呈指數(shù)遞減，速度下降，變化規(guī)律類(lèi)似吸入的逆過(guò)程。血液內(nèi)氫氣通過(guò)肺釋放到體外，由于組織器官溶解的氫氣按濃度梯度進(jìn)入血液，血液內(nèi)溶解的氫氣完全消失需要經(jīng)過(guò)比飽和過(guò)程更長(zhǎng)的時(shí)間。
 

小動(dòng)物體積越小呼吸循環(huán)效率越高，氣體吸收或釋放的速度都明顯快于人體，與人體的循環(huán)效率相差很大。研究表明，大鼠吸入2%氫氣，動(dòng)脈血和心肌氫氣濃度2分鐘后開(kāi)始上升，約5分鐘達(dá)到峰值。小野教授等研究人體吸入氫氣后動(dòng)脈血和靜脈血液中氫氣濃度的變化，發(fā)現(xiàn)人吸入3%~4%氫氣時(shí)動(dòng)脈血和靜脈血?dú)錃鉂舛妊杆偕撸?0分鐘可達(dá)到峰值，吸入氫氣的濃度越高，血液中氫氣濃度也越高。吸入4%濃度氫氣時(shí)，動(dòng)脈血中氫氣濃度可達(dá)24微摩爾/升，停止氫氣吸入后氫氣濃度迅速下降，經(jīng)過(guò)約6分鐘和18分鐘后，動(dòng)脈血和靜脈血的氫氣濃度可分別降至最高濃度的10%，與我們分析30分鐘血液濃度達(dá)到飽和的結(jié)論基本符合。