人工富氧环境对急进高原缺氧防护作用的实验研究

摘要

随着科技的发展和军队远距投送能力的增强，人们由平原进入高原的速度明显加快，尤其是飞行员、考察或旅游等乘飞机进入高原的人群，不仅会在几个小时内突然暴露于高原低压缺氧环境，机体出现急性高原缺氧，而且需要马上展开工作或次日又要投入飞行，如何保障他们的工作能力和战斗力成为人们关注的热点。权威且成熟的高原阶梯习服和预缺氧训练等措施，由于耗时较长，不适用这种情况。高原供氧则可以通过提高吸入气氧浓度，增加氧分压，改善人体高原缺氧状况，并且具有高效、速效的特点，是急进高原人员较理想的缺氧防护措施。目前采用的高原供氧方式以鼻饲供氧为主，该方法具有节氧、节能的特点，但吸入气氧浓度波动大，而且对鼻黏膜有强烈刺激，舒适性差，影响夜间睡眠。高原富氧室则是通过弥散供氧方式增加室内空气氧浓度来提供人工富氧环境，由于不需佩戴任何吸氧装置，尤其适用于飞行员等，不仅要保证其供氧效果，更要保证其夜间休息和睡眠质量，维持机体体能与功效，确保次日飞行驾驶安全的人群。
　　采用弥散供氧方式的供氧防护效果是肯定的，但由于缺乏针对不同高度和人群的适宜供氧水平、供氧时间等相关研究，至今没有权威的供氧标准和规范，而且目前国内科研多以高压或液氧储气瓶作为富氧室的氧源，这远远不能满足富氧室长时间使用的要求，急需研制出适合高原富氧室使用，可持续、大量弥散供给富氧气体的供氧系统。为此，本文根据西藏自治区高原弥散供氧系统研究和空军高原供氧建设项目的要求和委托，开展了不同供氧水平和供氧方式富氧环境对大鼠急性高原肺水肿防护效果的实验研究。并研究提出了在海拔3500m高原，急进第一天飞行员供氧防护供氧浓度为25％±0.5％〔吸入气氧分压(75±2)mmHg，生理等效高度(2200±150)m〕的标准，并以分子筛变压吸附制氧技术为基础，研制了高原分体式弥散供氧系统，建立了高原富氧室，然后通过人体高原现场实验，对符合该标准富氧室的供氧防护效果进行了评估。研究结果为高原富氧室的推广提供了应用研究基础，为西藏自治区高原弥散供氧系统的技术鉴定和空军高原供氧建设提供了医学实验依据。
　　方法：
　　1.动物实验50只雄性Wistar大鼠随机分为地面对照组（C）、缺氧组（H）及富氧组1(OⅠ)、富氧组2(OⅡ)、富氧组3(OⅢ)，每组l0只。除C组外，各实验组均以10m/s的速度上升至气压高度6000m，上升同时H组输入空气，OⅠ组和OⅡ组分别输入氧浓度35％和30％的富氧气体，OⅢ组则每4h空气与35％富氧气体交替输入，流量均为7L/min。24h后实验舱下降至地面，处死大鼠，取左肺测含水率，右肺前叶进行病理切片观察，右肺中后叶分别检测肺组织匀浆中的内皮素-1浓度和一氧化氮合酶活力。
　　2.高原现场人体实验研制高原分体式弥散供氧系统，并利用该系统在海拔3500m高原建立氧浓度25.49％±0.26％富氧室（生理等效高度约2100m）。将18名世居平原人员分为平原组（P）、缺氧组（H）和富氧组（O）各6人。P组不进入高原，O组和H组人员乘飞机到达高原后，首先在未供氧情况下记录2组受试人员的心率和SaO2。晚22时至次日9时2组人员分别进入富氧室和普通房间休息，通过睡眠监护仪对受试人员休息期间的SaO2、脉搏波和手动信号进行监测。高原实验同时对P组各项数据在平原进行监测。监测结束后填写睡眠质量调查问卷。
　　结果：
　　1.动物实验大鼠肺含水率C组最低（0.80％±0.006％,P＜0.01），H组最高（0.83％±0.010％,P＜0.01），3个供氧组居中，其中OⅢ组以0.81％±0.007％显著低于OⅠ组和OⅡ组（P＜0.05）。一氧化氮合酶活力C组最高〔（1.49±0.24）U/mgpro,P＜0.01〕，H组最低〔（0.78±0.28）U/mgpro,P＜0.01〕，与H组比较，OⅠ组和OⅢ组NOS活力较强〔（1.06±0.17）mgpro，（1.09±0.20）mgpro,P＜0.01〕，OⅡ组差异无显著性。内皮素-1浓度各组间差异无统计学意义。病理结果表明各实验组出现了不同程度肺水肿表现，由重至轻依次为H组、OⅡ组、OⅠ组、OⅢ组。
　　2.高原现场人体实验O组供氧后SaO2为92.3％±1.0％，显著高于供氧前的82.9％±4.2％和H组的79.3％±5.9％（P＜0.01），但低于P组的97.3％±0.8％（P＜0.05）。睡眠期间呼吸紊乱低通气指数由低至高依次为P组、O组和H组（P＜0.05）。心率在O组供氧前后及H组间无显著差异，但均高于P组（P＜0.01）。心率变异性分析结果O组和H组的LFn和LF/HF分别为（89.3±2.9）ms2、9.4±2.8和（90.2±1.8）ms2、9.9±1.9，组间无明显差异，但均显著高于P组的（85.8±2.9）ms2和6.4±1.4（P＜0.05），同时HFn明显降低。睡眠调查结果显示睡眠质量主观感觉P组最好，O组次之，H组最差。
　　结论：
　　在6000m停留24h后大鼠出现了高原肺水肿。氧浓度接近35％富氧环境（生理等效高度约2500m）能够有效预防该肺水肿，而氧浓度30％左右的富氧环境（生理等效高度约3500m）防护效果一般。另外，4h间断供给含氧35％气体同样可以有效预防大鼠在6000m出现的高原肺水肿。如果经过进一步研究能够证实该结论，可以据此制定急进高原人员每天进入富氧室的必要时间，既预防高原病又不影响户外活动。
　　利用我们研制的高原分体式弥散供氧系统在海拔3500m地区成功建立了生理等效高度约2100m的富氧室。该富氧环境能够有效缓解急进高原人员第一天的缺氧反应，提高睡眠质量。同时我们也观察到供氧后O组心率和交感神经兴奋性还处于较高水平，说明人体仍然在进行活跃的代偿反应，仍然在高原习服的进程中。据此，我们认为，一定氧浓度人工富氧环境的应用与高原习服并不矛盾，甚至可以按照个人进入高原的时间长短和习服情况适当调整富氧室氧浓度，既有效对抗缺氧又促进高原习服。

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缩略语表

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前言

文献回顾

1. 高原低氧分压对人体利用氧气的影响

2.高原低压缺氧对急进高原人员的主要影响

3.急进高原缺氧防护研究现状

4. 急进高原缺氧防护方法存在的问题及发展方向

正文

实验一 不同供氧水平和方式的富氧环境对大鼠急性 HAPE 的防护作用

1. 材料

2. 方法

4. 讨论

实验二 人工富氧环境对急进高原缺氧防护效果的实验评估

1. 对象和材料

2.方法

3.结果

4. 讨论

小结

参考文献

附录

个人简历和研究成果

致谢