PDF《高气压减压中生理性气泡的形成》

1 4 ] . 近年, 通过原子力显微镜观察到浸在水中的 光滑平整的疏水表面上可自发生成

5 ~

3 0n m的气 泡[

1 5 ] .机体疏水表面, 如在大血管和脂肪内部, 可 能不一定需要裂隙就能形成微核[

1 6 ] .在证明此假 说的实验中, 具有亲水或疏水光滑面的硅胶在经过 脱气处理的水中被加压到

9 0m停留

1 5h后减压, 发现气泡只在疏水表面生成.这些纳米气泡可以稳 定数小时, 而不是如想象中的因巨大的拉普拉斯张 力将它们瞬间溶解[

1 7 ] , 但这种超稳定性至今尚未在 理论上得到解释.机体脂肪组织比例高是 D C S的 一个易感因素, 其原因通常认为是脂肪溶解了更多 的惰性气体, 这也可以补充解释为脂肪组织的疏水 性使得它成为由纳米气泡到大量微核、 再生成气泡 的优先部位.

3 气核的稳定性 有 3个力作用于单个气泡: 内含气体向外的推 力、 环境压力向内的推力和气泡拉普拉斯表面张力. 表面张力和半径成反比, 所以在环境大气压下小于 特定半径的气泡就有溶解的倾向.直径数微米的微 核在环境大气压下需要保持稳定, 必须要有额外的 稳定机制, 否则将立刻溶解.机械稳定性是气泡稳 定的必要非充分条件.保持微泡的稳定, 也需要它 在所处的环境中达到热力学稳定或化学平衡. 有研究者证明, 压力的周期性变化可以影响气 核, 这否定了有机不通透膜稳定气核的观点.此外, 涉及多种气体时可能出现的逆向扩散现象, 也与不 通透膜的想法相悖[

1 8 ] .为解释不通透膜的问题, Y o u n t 等[

8 ] 提出了具有可变气体通透性的表面活性 膜的稳定机制.他们认为气泡表面一开始必须可通 透, 气体能扩散至气泡内;

在超过快速施加的静态压 阈值后, 膜逐渐变得不通透.这些在实践中被发现 的特性与表面活性剂膜相似, 因此将此模型称为表 面活性剂稳定理论. G o l d m a n [

1 9 ] 在2010年提出一种替代方案避免 了在体内还未确定的表面活性物质的问题.在假设 气泡是一种软的均质材料的情况下, 关于气泡球型 稳定的 Y o u n g L a p l a c e 公式在数学上广义包含了气 泡周围表面张力和弹力的影响[

1 8 ] .在球形气泡足 够大( >

1μ m ) 以致可忽略表面张力和气泡与环境之 间相 互干扰的微观行为的情况下, 所得的广义YoungLaplace公式是准确的, 把组织看成是一个过 饱和状态下柔软的可变形材料[

2 0 ] .对于具有不可 忽略的切变模量的某个材料而言, 这证明稳定小气 泡的自由能量井是存在的.于是又提出了 具有表 面张力并能抵抗加压和剪切力的均质弹性材料 组 织的新模型, 在解决微核稳定性问题的同时也可以 支持微核假说.因此, 他们认为组织弹性作为微核 稳定性的一个潜在解释, 能同时解释机械和热力学 稳定性.推导显示, 当气泡小于或大于一定半径时, 其是机械稳定的, 而中间大小的气泡则都将不稳定, 因为表面张力和剪切阻力在气泡上起反作用力.这 些阈值取决于被关注的弹性材料的切变模量的相对 值, 但它们对应的半径大致在小于

0 8μ m或超过

6 μ m .此有趣特性能够解释为什么非常小的气泡( 气核) 需要溶解的惰性气体来促发它们生长至超过第 二机械稳定区域所需的半径.另一个将此机械稳定 和化学稳定结合考虑的研究发现, 具有不可忽略切 变模量的弹性材料确实可以产生供气泡生长的稳定 微核[