醫學中的白努力效應-venturi mask

之前影片有介紹到給氧系統，nasal canula, venturi mask, non-rebreathing mask, BIPAP等。這幾天划手機時看到，消防員會拿一種特殊水管，反向朝窗外噴水，結果可以把屋內的濃煙等氣體吸出去，完成滅火。解說稱為文丘里效應 (venturi effect)

https://www.youtube.com/shorts/xhZ-Kg9QjUg

聽到這個”venturi” effect，你是否跟我一樣想到了住院病人使用的第三階氧療設備 venturi mask (要念ven·tur·ee，台灣常聽到的VenTree 又是一種自創念法)，事實上，他們都利用到文丘里效應 (venturi effect)

所謂的venturi effect是高中物理中，白努利定律（Bernoulli's Law）的其中一部份。白努力定律講的是: 不可壓縮的穩定流體(液體)，或可壓縮<0.3馬赫數的氣體，其流動會遵循能量守恆 (動能+位能+內能=固定常數)

經典例子就是這根文丘里計 (由18世紀物理學家Geovanni Battista Venturi發現並命名)，管徑狹窄，流速加快，壓力較低，因此看到下方液體高度不同的現象，所以這又稱為venturi effect。利用這個現象，我們朝窗外噴灑高流速的液體，創造出低壓帶，濃煙便往低壓區吸出。

同理venturi mask使用100%純氧，經過狹窄通氣閥時，製造低壓帶，把外界空氣吸入，混出特定%數的氧氣，從24%(2L/min)~60%(15L/min)。

也許你會想問，為何不吸100%純氧就好?
太長時間暴露於純氧 (>24hr)，產生的reactive oxygen intermediates (ROIs就是一種自由基啦)如superoxide anion,  hydroxyl radical與hydrogen peroxide可能會造成肺組織、細胞膜受損→氧中毒：

1. 肋膜胸骨疼痛、咳嗽
2. 支氣管發炎、肺實質細胞受損發炎，細胞間隙增加，液體滲出，肺水腫、出血→高氧性氣管炎(hyperoxic bronchitis)
3. 吸收性肺塌陷(absorption atelectasis) : 只給氧氣又完全被吸收而無氮氣撐住肺泡，同時自由基破壞肺泡細胞模與介面活性劑的製造，所以肺泡塌陷→反而無法通氣，缺氧CO2 retention，酸血症死亡。 本就肺泡不易張開的COPD病人尤其vulnerable
4. 早產兒視網膜病變：近視轉變（myopic shift）、視力模糊
5. CNS症狀：抽筋、癲癇(GTCS)、意識喪失、昏迷...通常是高壓氧太久才會看到
6. 血管收縮：冠狀動脈收縮可能AMI

罪魁禍首: 自由基破壞碳氫長鏈，如細胞膜

所以既要治療低血氧，又要防止氧中毒。 一般不宜超過50% >24hr，就算是使用純氧的高壓氧治療(健保適應症用於一氧化碳中毒、壞死性軟組織感染、腦膿瘍、動脈循環不良、減壓症、氣壞疽病、燙傷、突發性耳聾、頑固性骨髓炎、延遲性放射線組織傷害、皮膚及瓣膜移植癒合不良等)，通常也是30-180min而已，過久都有可能造成氧中毒喔。

插管on呼吸器的病人也一樣，有時候真的需要FiO2開到100%才能維持PaO2>60 mmHg 或 SaO2≧90%，一但病人相對穩定後，會盡快降低FiO2<50%，減少氧中毒後遺症...

有趣的是，接受bleomycin、amiodarone或某些放射線可能會讓肺對氧氣自由基的敏感度上升，更容易造成氧中毒
詳細可以參考UPtodate: Adverse effects of supplemental oxygen這篇文章~

 

<Venturi mask的塑膠小杯子是幹嘛用的??>

敝院使用一般款式的Venturi mask，調整氧氣%數要更換不同顏色的通氣閥。不同的通氣閥有不同的空氣進氣量，可以去混和100%純氧，像是綠色的通氣閥空氣窗口較窄，混進來的空氣較少，得到60% O2、藍色閥窗口最寬，混最多空氣，變成24%O2。venturi 50%，通常是粉紅色或橘色的氣閥，不確定的話看看閥體上有數字會告訴你~

By the way，通氣閥的設計有兩派，有些外觀看得出差別(空氣窗口大小)，有些要透視進去看才看得出差別

如果手、衣物或棉被堵住空氣窗口，會阻礙空氣進入，提供的O2 %數增加，FiO2長期太高就會有氧中毒的風險。

所以那個透明杯子叫做aerosol entrainment collar，也有人稱作aerosol hood, plastic collar，也許可以翻譯成 "氣閥保護套“上方開口+側邊開口的設計防止空氣進氣被擋住，其實是有意義的，建議還是裝上去比較好喔