吸入混合气体的加热和加湿：
1.吸入气体的含水量约为10g/kg(50%湿度，22°C)
2.由于上气道结构对吸入的空气混合物的影响，在呼吸过程中会发生温度和湿度的变化。
3.吸入气体通过鼻咽和咽部曲折的气道产生湍流。
4.湍流增加了空气和粘膜之间的蒸发热交换，以至于在后鼻腔，相对湿度已经达到85%。
5.在咽部以下，温度约为33°C，相对湿度接近%。
6.在隆突下约5厘米，吸入空气达到等温饱和度体温点。
7.肺泡气水分含量约为47g/kg(%湿度，37°C)
呼气热湿循环：
1.呼出的气体通过较冷的上气道粘膜，并将部分热量返回给它。
2.鼻孔的呼出空气通常是32°C，接近%的湿度。
3.一些水也通过冷凝过程被回收。
4.这一过程高度依赖于环境空气的温度；环境空气越冷，回收的水分就越多。
5.在炎热的环境中，湿度不能回收，净水分损失增加。
回收水分的量可被以下因素减少：
1.环境压力增加
2.吸入气体湿度降低
3.绕过上气道结构(例如ETT或气管切开术)
在以下情况下，呼出气体的总含水量可能会增加：
1.呼吸急促(水分损失与分钟通气量成正比)
2.心动过速(水分流失与心输出量成正比)
医院环境空气的温湿度：
年，Smith和Rae发表了关于“医院病房患者的热舒适性”的文章，提示让患者最喜欢的环境为21.5-22°C温度和30%-70%相对湿度。新南威尔士州健康委员会工程服务指南()医院温度和湿度的推荐范围：
我们可以看到，医院设计的最低温度为16°C，相对湿度为35%(在最冷的手术室)，这相当于绝对湿度只有5g/m。范围内的最高值出现在烧伤病房，空气的绝对含水量为32g/m(95%湿度，32°C)。假设大多数ICU区域环境在温度和湿度范围的中点，可以计算出患者通常吸入的空气的绝对含量为10g/m(22°C，湿度50%)。顺便说一句，所有这些数字都是用优秀的Planetcalc湿度计算器生成的，可以输入各种数字。例如，在°C、相对湿度为%时，蒸汽的绝对湿度为2.6kg/m。
吸气气体的加热和增湿：
雷纳德·德里(RaynaldDéry)()在实验动物（狗）身上制造了支气管肺泡瘘并测量了逸出气体的湿度后说：“有趣的是，在干燥的环境下过度换气对肺泡腔的气候条件没有影响”。在不同温度下用各种混合气体通气的试验狗，仍然能够很好地加热和加湿这些吸入气体混合物，使肺泡气体湿度和温度（体温）保持恒定。在通向肺泡的过程中，气体被气道结构加热到与身体其他部位的温度相同的程度(即气体与核心体温等温)，同时相对湿度增加到%。吸入的气体混合物在呼吸道中达到这种肺泡温度和湿度的点通常被称为等温饱和边界。
综上所述，在很大范围内，肺泡气体混合物的温度和相对湿度分别上升到37°C和%，相当于总含水量约47g/m3，通常会出现在隆突之后的某处(在隆突的远侧5厘米处或者发生在第二级-第四级支气管中)。加热和加湿在某种程度上是分开的两个过程；粘膜在释放水蒸气时，向蒸发过程提供热量所以会冷却，但是该热量只是蒸发时的潜在热能，并不会改变空气的温度。当呼出的空气流过冷却的粘膜时，它会再次通过冷凝释放出热量来。
呼气时热量和水分的回收利用：
当耗费完所有的能量以加热和湿润被吸入的气体混合物之后，上呼吸道会尝试回收一些水和热。这种除湿的效率比加湿时的效率低。科尔()在一个未被描述的“受试者”的鼻子上插入了一个热敏电阻，并描述了逃逸呼吸的温度。在各种环境条件下，呼出的空气温度相对稳定，大约在32摄氏度左右。该现象的发生是因为空气进入气道时会冷却粘膜表面；而在呼出的过程中，空气比周围的粘膜更热，将部分热量回馈到气道的壁上。
假设刚开始时气体湿度在37摄氏度下为47g/m3，呼出气体在%相对湿度下结束，其水分含量将为34g/m3，剩余的13g/m3将以某种露水的形式沉淀到呼吸道粘膜上。这样就回收了一些热量和水分。其余的则从生物体中流失，这看起来很浪费，但实际上这对整个身体热量损失的贡献微乎其微。戴维斯的“麻醉基础物理和测量”(第页)计算出，在小潮气量为7L/min的情况下，总热量损失为J/min，约为2W-而基础热量损失为80W。
对于经常暴露在反常环境中的物种来说，热和水的再回收可能更重要。例如，Schmidt-Nielsen等人()报告中提到，一些动物，如袋鼠(生活在缺水环境中)，可以回收呼出的水分的70%-80%。在这些动物中，回收的热量占总新陈代谢产热量的16.1%。
环境温度的影响：
呼吸道可以非常有效的加热和湿化吸入气体，即使在非常低的环境温度下也是如此。Moritz等人()用真空套杜瓦管给狗通气，能在零下摄氏度提供超低温氧气混合物。研究发现这些狗的末端气管温度不会低于18摄氏度。“在所有这组动物中，从肺部排出的空气基本都在正常范围内，最多相差1-2℃”，在呼吸了超冷冻气体长达分钟后，这些狗仍然“活泼，似乎没有受到试验的影响”。
同样是来自20世纪初的数据。Cole在年发表了有关土耳其桑拿浴环境(40°C)中呼出空气的温度的文章，指出它与核心体温大致相同(即身体在通过呼吸道的过程中冷却吸入的气体)。因此，进入肺部的热空气会使呼吸道粘膜变暖，从而阻止正常的呼吸道凝冷凝过程的发生。
因此，在炎热的条件下，水分的回收会受到影响。尽管下面的图表是借用Schmidt-Nielsen等人讨论仙人掌鹪鹩用的，但它仍然可以用来说明随着环境热量的增加，从呼吸气体中回收的水量的变化。简而言之，气温在15度到30度之间时减半。即：天气越热，你失去的水分就越多。
运动与疾病时热湿交换的变化：
吸入气体的湿化机制对呼吸功能的任何变化都具有极强的适应性。Déry在试验中通过从水箱里出来的冷干气体对狗过度通气30L/分钟以上；结果发现肺泡的湿度和温度没有变化。相反，等温边界线(通常距离隆突约5厘米)只是向更深的肺部移动了一段距离。
从理论上讲，传导气道的湿化功能从支气管一直延续到呼吸性细支气管。随着通气量的增加或吸入气体温度的降低，等温边界会越来越深入肺部。根据第8版Nunn‘s所述，在分钟通气量超过50L/min的情况下，等温边界已经从第一级支气管移入直径为1mm的气道。这一事实在整个文献中被广泛应用(例如。它也出现在韦伯斯特和加利的麻醉科学上)，但很难确定它是从哪里来的，谁是以50L/分钟的速度呼吸的以及是如何在这些微小的小支气管内测量湿度的。
根据WalkerWells()的说法，在正常情况下，成年人每天在呼出的空气中会损失毫升的水和千卡的热量。在不正常的情况下(例如，低湿度、呼吸频率加快和心动过速)水分流失会增加。Zieliński等人在年的一篇文章中深入探讨了这些因素对呼出空气湿度和呼吸水分损失的影响。
在35°C和75%湿度下，每小时呼吸水分损失约为7ml；但温度降低到-10°C时，湿度下降到25%，水分损失增加到20ml/小时。此外，心率(即心输出量)通过增加气体交换面的水分输送而极大地影响失水率，心率为bmp的心动过速患者实际上水分损失可能高达60-70ml/小时。这对于长时间锻炼的人有明显的影响。六个小时的马拉松，你可能仅仅通过呼吸就损失了半升水。
促进湿化的气道结构特征：
为了实现这一目的，需要特定的气道结构，这些结构的主要目标是增加空气湍流。湍流使吸入的空气更多地与呼吸道粘膜接触，并使空气混合，从而促进热交换。这种“湍流对流”是必不可少的，因为空气的导热性很差，这意味着不能依赖传导或辐射。
增加湍流的结构体现在哺乳动物的鼻甲特点上：
上图由Hillenius()修改而成。从横截面可以推断出，象海豹绝对是气道气体湿化的佼佼者，事实上，它们保持着最大的鼻黏膜面积(超过平方厘米)的记录，并能够回收80%以上的呼出水分，呼出的气体在到达鼻孔时达到非常接近环境的温度。
气管插管和氧疗对湿化的影响：
在ICU，无论是气管内插管还是气管切开术都会绕过上气道,绕过了正常的加湿机制。有以下不良影响：
1.增加了呼吸中热量的损失。
2.增加了水分流失。
3.如果没有采取特别措施对吸入的气体混合物进行加热和加湿，则会影响加湿效果。
除了这些因素外，使用呼吸气体混合物的影响也很大，医院气体供应系统的混合气体甚至比室内空气更加干燥。实际上刚刚经历相变的液体O2完全没有水分存在：它的湿度为零。因此，在室温下，它非常干燥。
在呼吸回路中流动的气体量是巨大的-休息时可能是每分钟5L，进行锻炼时或存在呼吸困难时甚至更多-高达15L/分钟。因此，每小时大约有L气体从肺中呼出或每天L气体。当气体到达隆突时，呼吸系统可以将气体湿化到80%-90%，如果一个人用鼻子呼吸，就有可能回收其中的一些水。用气管插管绕过鼻腔呼吸则会最大限度地增加水分的流失。在37°C时，空气中的水分含量约为44mg/L，即0.ml。因此，可以计算由于某种原因暴露在某种非人道的“除湿”回路中的插管病人的水分损失，在这种回路中，吸入完全干燥的气体，呼出完全湿度饱和的气体。每分钟总失水量为0.22ml，每小时约13.2ml，每天约.8ml。
实际上不需要吸入完全干燥的气体就会出现脱水并发症。当湿度低于40%时，会出现纤毛麻痹和粘液流速减慢。我们从残酷的狗实验中知道了这一点(许多狗的气管都是在扫描电镜下切片和检查的)，也是从丰富的人类经验中获得。在年的经典论文中，拉森抱怨说，除非使用加湿电路，否则他的脊髓灰质炎患者会出现“管状结痂”情况。事实上，干燥的气体会极大地损害支气管内粘液的清除。在50%的湿度下，大多数人的粘液流动基本上停止。局部脱水会损害支气管免疫力，增加了对感染的易感性。
整理by唐坤昆医附一院
参考：
Smith,R.M.,andA.Rae."Thermal
