近年來，氫氣（H₂）在醫學與生物學領域的應用受到廣泛關注，特別是在抗氧化與抗炎症方面的潛在效益。然而，當氫氣被作為吸入氣體混合進入呼吸環境時，其對氧氣濃度（FiO₂）及血氧飽和度（SpO₂）的影響尚未被充分探討。本文分析當氫氣濃度達到 4% 時，吸入氣體中氧氣的變化，並探討是否需要補充氧氣以維持正常血氧水平。
關鍵詞： 血氧飽和度、肺泡氣體方程式、低氧補償
引言
氫氣因其選擇性抗氧化作用，被視為一種有潛力的治療氣體，特別是在神經退行性疾病、心血管疾病與炎症相關疾病的研究中展現出良好的應用前景。市售氫氣機的氫氣吸入療法通常以 1~4% 甚至更高 的濃度供應，但由於氫氣本身不含氧，若未適當調整氧氣比例，可能會影響肺泡氧分壓（PAO₂）並導致血氧濃度下降。
氫氣吸入對氧氣濃度的影響
在海平面環境下，空氣中氧氣占比為 21%（FiO₂ = 21%）。當氫氣被混入吸入氣體時，總氣體體積不變，因此氧氣的體積百分比會隨之下降。例如，在 潮氣量（Tidal Volume, Tv）500mL 的條件下，當加入 4%（20mL）氫氣 時，氧氣比例將從 21% 降至 20.16%。
雖然這樣的變化對於健康人影響有限，但對於患有慢性阻塞性肺病（COPD）、心血管疾病或其他低氧耐受性較低的患者而言，即便是 FiO₂ 下降 1-2%，也可能影響血氧飽和度，導致輕度低氧症狀，如頭暈、呼吸急促等。
氧氣濃度與 SpO₂ 的關係：
大氣氧氣濃度 21%（正常海平面）：SpO₂ 維持在 95-100%。
氧氣濃度 17%（約 1,500m 高度）：SpO₂ 開始輕微下降，多數健康人的 SpO₂ 仍可維持 90% 以上。
氧氣濃度 15%（約 2,500m 高度）：SpO₂ 通常降至 85-90%，可能開始出現輕微缺氧症狀，如頭暈、疲倦、嗜睡、呼吸急促。
氧氣濃度 12%（約 4,000m 高度）：SpO₂ 可能降至 75-85%，缺氧症狀加重，可能出現認知功能下降。
氧氣濃度 10%（約 6,000m 高度）：SpO₂ 可能低於 70%，此時多數人會出現嚴重缺氧症狀，如頭痛、噁心、意識混亂。
氧氣濃度低於 8%（約 8,000m 以上）：SpO₂ 可降至 50-60% 以下，進入「致命區」，長時間停留可能導致昏迷或死亡。
根據研究和臨床觀察，當環境氧氣濃度降至 17% 以下，SpO₂ 就開始出現明顯的下降趨勢。對於敏感族群（如有慢性肺部疾病或心血管疾病者），甚至在氧氣濃度 18-19% 就可能開始出現 SpO₂ 下降的情況。
補充氧氣的必要性分析
當氫氣濃度增加時，為確保氧氣供應不受影響，額外補充純氧可能是一種合理的策略。根據肺泡氣體方程式（Alveolar Gas Equation, AGE）：
PAO₂ = 肺泡氧分壓
FiO₂ = 吸入氧氣濃度
P_{atm} = 大氣壓力（760 mmHg）
P_{H2O} = 水蒸氣分壓（47 mmHg）
PaCO₂ = 動脈二氧化碳分壓（40 mmHg）
R = 呼吸商（0.8）
計算顯示，當 吸入氫氣占 4%，且不補充額外氧氣時，PAO₂ 會下降，可能影響血氧飽和度（SpO₂）。為了彌補這一變化，建議補充與氫氣比例相應的純氧。例如，當 氫氣占 4%（20mL）時，至少應補充 5-6mL 純氧，以確保 FiO₂ 維持在 21% 以上。
氫氣機的應用與建議
根據以上分析，在進行氫氣吸入療法時，建議考慮以下策略：
對於健康人群（FiO₂ ≥ 20%）
氫氣濃度 2-4% 的範圍內，通常不影響血氧飽和度，可不額外補充氧氣。
對於低氧耐受性較低者（FiO₂ < 20%）
當氫氣濃度超過 4%，應適量補充純氧，以確保 FiO₂ 不低於 21%。
若患者已有低氧症狀（如 COPD、心血管疾病），建議監測 SpO₂ 並調整氧氣供應。
對於高氫濃度應用（如 10% 以上）
此時氧氣的比率將大幅下降，應提供高濃度氧氣以維持正常動脈氧分壓（PaO₂）。
高濃度氫氣是否需要補充氧氣-結論
當氫氣混合濃度達到 4% 及以上時，氧氣的體積百分比會隨之下降，可能影響血氧飽和度（SpO₂）。雖然健康人短時間內 FiO₂ 下降 1-2% 影響有限，但對於低氧耐受性較低者或需要長時間氫氣吸入的人群，補充適量的純氧有助於維持安全的血氧水平。因此，在氫氣吸入治療中，應根據個體狀況與氫氣濃度適當調整氧氣補充量，以確保呼吸安全。
使用目前 PEMWE水電技術的氫氣機可以分離出純氫及純氧，用戶可以根據需求決定是否將氧氣併入，因氫氣機產出的氫氣同時含有 50% 的氧氣，這意味著在 吸入20mL 氫氣時，可同時吸入額外的 10mL 純氧 進入吸氣流。這樣的組合會使 FiO₂ 增加，超過 21%，可確保吸入在安全 FiO₂ 的範圍內。
