高考申論題
111年
[醫學工程] 生物輸送原理
第 五 題
血液以 5000 mL/min 的流速（Qblood）通過一 37℃薄膜充氧器，進入時血液中的氧氣分壓（pO2）為 20 mmHg，離開時血液中的氧氣分壓為110 mmHg，給定在 37℃時血液的亨利常數（Henry’s constant；HOxygen）為0.74 mmHg/M，血紅蛋白飽和氧濃度（C’SAT）為 8800 M。請計算在該系統中的氧氣輸送流率（Qoxygen）？請以mol/sec 為單位作答。（20 分） [提示]：氧氣於血液中的量包含直接溶於血漿中的量及與血紅素（hemoglobin）結合的量。
pO2（mmHg） | 血紅蛋白飽和比例（Fractional Hemoglobin saturation）Y(pO2)
10 | 0.098
20 | 0.351
30 | 0.580
40 | 0.732
50 | 0.821
60 | 0.890
70 | 0.901
80 | 0.942
90 | 0.952
100 | 0.970
110 | 0.982
120 | 0.991
📝 此題為申論題
思路引導 VIP
面對血液氣體傳送問題，首先要建立生理模型：血液的總氧氣含量包含『血漿物理溶解（適用亨利定律）』與『血紅蛋白化學結合（查表獲取飽和度）』兩部分。接著使用巨觀的質量守恆方程（Mass balance），計算進出充氧器的總氧濃度差，最後乘上血液體積流率即可求解，計算時需高度警覺時間（min 與 sec）與體積（mL 與 L）的單位轉換。
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【解題關鍵】血液中的總氧氣濃度由「血漿中依據亨利定律物理溶解的氧」與「因血紅素分子構型改變產生協同效應（cooperative binding）的化學結合氧」構成；系統的氧氣輸送流率需透過進出充氧器兩端的質量守恆方程（Mass balance）進行計算。 【解答】 Step 1→ 定義血液總氧氣濃度數學模型
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