目标是最大化肺氧含量，特别是功能残气量(functional residual capacity, FRC)，从而延迟呼吸暂停期间的缺氧。
呼吸室内空气时，肺泡中的气体以氮为主，而预氧合（preoxygenation）旨在“洗去”肺泡中的氮。此时必须输送100%的氧气，使呼气末氧浓度(EtO2)接近90%。
肺泡中大约存在5%的CO2和5%的水蒸气，因此EtO2达到90%即可视为几乎完全脱氮。预氧合使EtO2达到90%才能真正推迟去饱和。如图所示 (图 1)。
▲ 图1 根据计算模型，开放气道暴露于各种环境 O2 分数时达到 50% SaO2 所需的时间（呼吸暂停持续时间）。请注意，与将环境氧分数从 0.21 增加到 0.9 相比，将呼吸暂停氧合期间的环境氧分数从 0.9 增加到 1.0 会使去饱和时间增加一倍以上。（Ambient oxygen fraction：环境氧分数）
但实际操作中的呼出氧分数很难达到90%，原因包括死腔(导致CO2浓度升高)或面罩泄漏(导致残留空气)。呼出气体分数很难准确测定，除非患者完全通过呼吸回路通气。
患者呼吸室内空气时，血氧含量超过肺氧含量。在预氧合期间呼吸100%的氧气时，FRC的氧气量迅速增加，且远远超过血氧 (表 1 和 图 2)。FRC是预氧合的重点，其储备的氧气会在没有氧气供应的呼吸暂停期间维持氧饱和度。
▲ 表1 健康患者呼吸室内空气与 100% 氧气时体内的氧气储量对比
会影响预氧合速度、最高EtO2(有效性)和呼吸暂停期间何时发生去饱和的因素包括 (表 2)：
最大FiO2
预氧合期间必须向肺输送100%的氧气。新鲜气体流量(≥10L/min)必须显著超过每分钟通气量和吸气峰流量，以消除再呼吸，实现有效预氧合。
新鲜氧气流量低于吸气峰流量时，吸入的氧气可能会混入室内空气、遭到稀释。氧气流量不足和吸入氧分数(FiO2)<1.0都会降低预氧合的速度和效果。
一项计算建模研究发现，在窒息氧合期间，与FiO2从0.21增加至0.9相比，FiO2从0.9增加至1.0可使出现去饱和的时间推迟一倍 (图 1)。
回路类型和新鲜气流量都会影响预氧合效果。
例如，在使用5L/min 100%氧气的志愿者模拟预氧合研究中，Mapleson A回路和循环系统更有可能使EtO2接近90%，而在10L/min的氧气流量下，3种回路的效果相似 (图 3)。
自充气袋的预氧合效果不及Mapleson回路或循环系统。
▲ 图3 该图显示了最初指定的五个 Mapleson 呼吸回路，以及 Jackson Rees 的修改方案 (Mapleson F)。这些回路在新鲜气体入口的位置以及 APL 阀和呼吸囊（如果有）方面有所不同。Mapleson E 不允许用手进行正压通气，因为它不包括呼吸囊。Mapleson F 中的呼吸囊末端是开放的，可以通过闭塞呼吸囊末端或在呼吸囊末端添加一个可调节阀来进行手动正压通气。
全身麻醉期间这些呼吸回路的使用已很大程度上被标准麻醉机呼吸回路的使用所取代。Mapleson 呼吸回路偶尔会在特定情况下使用（例如，用于患者转运、镇静期间）。
气道通畅性
氧合期间必须保持气道开放，以便氧气持续进入气管。呼吸暂停后，肺泡耗氧量约为250mL/min，二氧化碳排泄入肺泡的速度约为20mL/min。
肺泡中氧气的吸收率更高，会相对气道产生负压梯度，输送到气管的氧气会沿压力梯度扩散到肺泡。向开放的气道持续输氧是维持氧气扩散的前提。
FRC的作用
氮洗脱速率取决于时间常数(T)，其与FRC成正比，与肺泡通气(VA)成反比。预氧合时间不足可能会降低效果。时间常数较低可加速脱氮。
T ∝ FRC/VA
根据该公式，FRC越大，时间常数越高，完全预氧合需要的时间越长。增加肺泡通气可减少预氧合所需时间。
临床意义如下：增加FRC会减缓预氧合速度(时间常数更高)，但不论预氧合持续多久，增加FRC都可推迟去饱和，而这正是预氧合的主要目标。在FRC低于平均水平(例如肥胖、晚期足月妊娠、腹水、儿童、年龄较大)和仰卧位患者中，脱氮更快(时间常数较低)，但供给呼吸暂停期间的氧气储量较少且去饱和更快 (图 4)。
预氧合期间采取头高脚底位可能会增加FRC，继而推迟去饱和。
一篇meta分析通过6项随机试验(227例患者)比较了头高位与仰卧位的麻醉插管预氧合，发现头高位可延长安全呼吸暂停的时间(平均差异62秒，95%CI 43-81秒)。在该分析纳入的研究中，安全的呼吸暂停阈值没有统一定义，包括从呼吸暂停开始到去饱和至90%、92%、93%或95%不等。
预氧合期间的呼吸模式
大多数预氧合研究都发现，和3分钟潮气呼吸相比，1分钟8次最大程度呼吸也可迅速有效地推迟去饱和，两者均优于在30秒内深呼吸4次。
耗氧量
耗氧量较高的患者(例如，妊娠、儿童、脓毒症患者)在预氧合后的去饱和速度更快。
分流生理
即使能够有效地预氧合，此类患者的血氧也很难增加。FRC低于肺闭合容积的患者可能会出现分流生理。增加FRC(例如，头高位、正压通气)可在一定程度上克服这个问题。
危重患者可能存在分流生理，而且无法通过预氧合完全逆转。常见病例为肺炎、肺水肿和急性呼吸窘迫综合征。
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