高原供氧研究进展

#综 述 # 高原 供 氧 研 究 进 展 新疆叶城 解放军 18医院全军高山病防治研究中心( 844900) 张西洲 摘要 氧气是人类赖以生存的物质, 高原低氧 影响人们的生命活动, 严重者可引发高原病甚至死 亡,随着海拔升高, 空气愈加稀薄, 这种影响愈趋明 显,为此, 人们以增加氧气供给的方法来缓解这种困 境。本文综述了近年来国内外学者在高原供氧方面 的实验研究,列举几种吸氧方法的比较;缺氧条件下 的吸氧反应;富氧室和液态氧在高原的应用; 高压氧 和压缩空气供氧; 化学制氧; 制氧机供氧; 以及海拔 5 000m以上的氧疗等。 关键词 高原 供氧 吸氧反应 富氧室 液 态氧 高压氧 压缩空气 制氧机 化学制氧 中图分类号 R135. 6 R594. 3 氧气是生物维持正常生命活动必不可少的物 质, 随着海拔升高, 大气氧分压逐渐降低, 海拔 5 000m 以上地区因为严重缺氧, 人类很难长期生 存,解决的重要途径是增加氧气的供应。 1 给氧方法的研究 1. 1 几种吸氧方法的比较 一般空气的含氧量为 20. 9%。正常人呼吸时的通气量约为 6L/ min。在 氧流量为 2L/ min的条件下, 从鼻导管进入的纯氧, 被吸入的空气所稀释,因此, 用鼻导管吸氧, 吸入气 体的含氧量一般不超过 30%。蒋国琦 [ 1]对临床上常 用的几种鼻导管吸氧方法进行了对比观察。氧流量 均为 2L/ min,选择会厌部作为气体取样部位 (必须 连续采集几个呼吸周期内的气体样品)。浅插吸氧 组(导管末端位于前鼻腔内,插入的长度约为 5cm ) 吸入气体的氧浓度平均值为 25. 92%, 深插吸氧组 (导管末端插至会厌部, 相当于鼻翼至耳垂的距离, 插入的长度约为 10cm) 为 27. 18% , 鼻塞组为 28. 26%。观察结果表明, 鼻塞法吸氧效果最好, 且对 鼻腔刺激小,操作简便,患者容易接受。 1. 2 缺氧条件下的吸氧反应 张汝果等[ 2] 研究认 为,在生理或病理低氧血症条件下, 突然吸入大量纯 氧可能会出现短暂的、发作性的缺氧加重或其他机 能恶化现象,如意识丧失或全身肌肉抽搐等, 这种现 象被称为/氧的反常效应0。张氏等曾在动物实验中 观察到, 突然吸入 100%的氧气来解除低氧, 会出现 颈动脉体化学感受器活动的抑制和呼吸暂停。张氏 等通过低压舱模拟高原的实验结果表明,在模拟海 拔 5 000m, 吸入纯氧后多数受试者突然感到头胀和 头痛, 缺氧时已有头痛者,吸氧后头痛加剧。头痛一 般持续几十秒钟, 重者可达十数分钟。个别受试者 出现呼吸暂停。视觉障碍发生在模拟海拔 6 000m 以上高度, 主要表现为吸氧后瞬间眼前一片漆黑,视 力模糊,看东西呈黄色或绿色, 物体形状改变等, 症 状持续数秒或十数秒恢复。张氏认为缺氧条件下的 吸氧反应取决于两个基本因素: ¹缺氧越严重,吸氧 反应症状的发生率越高; º缺氧程度相同, 解除缺氧 时吸入的氧分压越高, 症状越重。这种现象对飞行 员和特高海拔地区执行任务的人们会带来很多困难 和危险,在临床过程中也会给病人带来痛苦。因此, 在供氧或氧疗时,切忌突然吸入大量纯氧, 应缓慢地 提高肺泡氧分压,逐步纠正患者的低氧血症。 2 高原供氧措施研究 高原上的传统供氧装置为 钢制氧气瓶, 瓶内可耐高压达 15. 5MPa, 氧容量约 6 000L。除了常用的 40L 氧气钢瓶外, 还有( 2~ 4) L 等便携式小型氧气钢瓶。另外还有氧气枕(袋) , 氧 气枕的优点是轻便, 但枕内储存氧气量少, 一般只能 维持供氧 20min左右。钢制氧气瓶在平原充满氧气 后运往高原,尤其是海拔 5 000m以上交通不便的野 外,要达到充足的氧气供应存在一定的困难, 钢制氧 气瓶经久耐用, 可以重复使用是其优点,因此在基层 医疗单位, 仍作为主要的供氧装置被使用。在高原 #58# 高 原医学杂志 2 01 0年第2 0卷1期 上为了满足人们的需要, 提高作业效率,确保健康和 救治病人, 近年来就高原供氧问题国内外进行了一 系列研究。 2. 1 富氧室 在高原增加 1%的氧浓度, 相当于使 海拔高度下降 300m, 在海拔 4 500m 将室内氧浓度 提高 5%, 人们的吸氧量相当于海拔 3 000m 的高 度[ 3]。富氧室已被证明可改善高原睡眠质量和认知 功能,而火灾的发生率低于平原 [ 3] , 这项技术有望用 来提高高原低氧环境下人们的作业效率和健康水 平。West fg[ 4] 报道,在海拔 5 050m 的天文观察站, 将室内氧浓度提高到 27%已连续应用 5年, 效果良 好。富氧公交车在高原对改善人们的生活和工作质 量起到了一个重要的作用。张西洲等 [ 5]利用现有房 屋在室内增氧, 研究现场最高在海拔 5 380m。一间 ( 40~ 50) m3 的密闭房间, 在海拔 3 700m, 将室内氧 浓度由常氧下的 21%提高到 24%~ 25%, 供( 6~ 7) 人富氧 12h仅消耗 40L 钢瓶氧气 1筒( 12M Pa) ; 海 拔 5 380m 将室内氧浓度提高到 27% ~ 28%, 同样 12h 富氧仅消耗钢瓶氧气 2 筒。研究表明, 海拔 3 700m 和5 380m 将室内氧浓度提高 3%和 6%, 经 过 12h 富氧, 对改善机体缺氧、提高作业效率可持续 到脱离富氧环境后 4h。在这 4h 内,心脏做功效率提 高了 15%, 记忆功能、脑- 体协调能力、视听反应的 敏捷度等均有明显改善。海拔 5 380m 常氧下夜间 睡眠, 5人中有 4人频繁发生睡眠呼吸暂停, 而富氧 下睡眠未出现此现象。该项成果就地取材, 节约氧 供,容易在高原地区推广应用。 2.2 液态氧 1L 液态氧净重 1. 14kg,气化后可产生 850L气态氧。为改进高原部队车载及单兵供氧技术 装备,达到供氧装备轻便、供氧时间长和供氧量足的 目的,张西洲等 [6] 采用 3种规格( 50L、15L、1. 5L)的低 温液体容器(液氧罐)进行了高原现场实验。储液罐 ( 50L)在海拔 1 400m 充满液氧重 89kg,车载运至海拔 3 700m(距离 365km, 环境温度10 e ~ 25 e ) , 24 小时 后称重为 85kg。在 12 e 室内存放, 平均每天损耗 4kg,储存液氧时间共计 14天。在高原(海拔 3 700m ~ 5 380m)借助特制金属软管可将储液罐中的液氧充 满单兵罐和车载罐。单兵罐 ( 1. 5L )充满液氧重 4. 9kg,在海拔 3 700m 12 e 室内静止存放 2. 7天,平均 每天损耗 0. 55kg。单兵罐充满液氧在 3 700m 和 5 400m可供单兵持续吸氧( 2L / min) ( 8~ 10) h。车载 罐充满液氧重 33. 5kg, 在海拔3 700m 12 e 室内可静 止存放 14天,平均每天损耗 1. 2kg。车载罐在海拔 ( 3 700~ 5 400) m途中 (沙石路面, 车速 30km/ h ~ 50km/ h,车内平均温度 10 e )以 8L/ min 的流量供 4 人同时吸氧(每人 2L/ min) , 可持续供氧( 25~ 27) h。 实验结果表明,低温液氧罐在高原现场按照操作规程 使用是安全有效的。 张家港市沙钢集团[ 7]研制的高原便携式液氧呼 吸器, 由液氧罐、背托架和吸氧面罩组成。将吸氧面 罩佩戴在面部, 打开液氧罐的供氧阀门, 即可供氧, 供氧时间 10h左右。使用者吸入的氧气要先经过供 氧处理器湿化升温处理。供氧处理器有自动补气装 置,可满足高强度劳动时通气量大的需求, 无憋气感 觉。即使在海拔 6 000m 高度作业也能满足供氧。 2. 3 高压氧 我国用高压氧治疗高原病已有 20多 年的历史, 近 10年内发展的尤为迅速和广泛。1986 年邹恂达等 [ 8] 用单人高压氧舱(纯氧)治疗 14例高 原脑水肿(昏迷型)患者取得了很好的效果。青藏铁 路建设期间,在海拔 4 500m 左右,以常规治疗为基 础, 加用高压氧舱治疗高原肺水肿和高原脑水肿数 百例均取得比较满意的效果[ 5]。 高压氧条件下, 随着肺泡氧分压迅速提高,血氧 分压和血氧饱和度均明显增高, 氧气在组织细胞内 的有效弥散距离增大,使组织氧储备增加, 缺氧迅速 得到纠正, 从而改善了心、脑等组织器官的能量供 应。高压氧可使急性高原病患者获得/垂直下送0的 治疗效果。 高压氧治疗也可用来预防急性高原病。王宏运 等 [ 9]在海拔 3 800m 对 20名士兵进行高压氧预治疗 3次(每天 1次) , 并设立对照组。当部队进入海拔 5 380m 初期,高压氧预治疗组急性高原反应诊断评 分显著低于对照组( P< 0. 01)。 2. 4 压缩空气增氧 2. 4. 1 高原轻便加压舱(袋) 王贺新等[ 10] 研制的 高原轻便加压舱(袋)用来救治高原病患者。他们在 模拟海拔 5 000m的低压舱内和海拔 5 190m 的高原 现场人体实验中, 对 20名受试者的 SaO 2 和心率进 行了观察, 结果表明,高原轻便加压舱(袋)可以在短 时间内模拟到低海拔高度, 迅速提高受试者的 SaO 2 , 降低心率, 使缺氧症状明显好转。但作者认 为,在没有氧供, 且交通不便的边远山区, 高原轻便 加压舱(袋)为治疗和救护急性高原病患者提供了一 种轻便而快捷的手段。Mar kov ic等 [ 11] 用轻便加压 #59#高原医学杂志2 0 10年第2 0卷1期 舱(袋)在高原现场成功救治 1例高原肺水肿患者。 患者,男, 37 岁, 在攀登珠峰北坡 7 060m 处患高原 肺水肿,现场采用轻便加压舱持续加压 2h,舱内压力 为 103mmHg ( 0. 136kg/ cm2 ) , 舱内未充氧气。加压 舱内的压缩空气使患者吸入气的氧浓度由海拔 6 050m下降到 4 400m,治疗获得了成功。当患者下 送到海拔 2 000m 处时已完全恢复。 2. 4. 2 单兵高原增氧仪 罗二平等 [ 5]研制的单兵 高原增氧仪, 以高原现场空气为气源, 通过加压, 使 吸入空气的密度增加, 再由直径约 2cm 的塑料软管 与小型面罩连接, 最终达到增加吸入气氧含量的目 的。该装置略大于香烟盒,重量不足 400g ,噪音小于 55dB。采用可反复充电的锂电池作动力,在低温环 境下可连续工作 10h。在海拔 3 800m 以上的高原 现场, 使用单兵高原增氧仪 30min 后, 受试者的 SaO 2 平均提高 12%; 在模拟海拔 5 000m 的低压舱 内使动脉氧分压增加 17. 3mmHg, SaO 2 增加 12. 7%。通过高原现场实验,单兵高原增氧仪还能提 高作业效率和促进高原习服水平。 2. 4. 3 便携式正压呼吸头盔 德国学者 Koch 等[ 12]应用便携式正压呼吸头盔(持续性正气道压力 为 10cmH 2O~ 15cmH 2O)在模拟海拔 4 300m 的常 压低氧环境,受试者的 SaO2 从( 80. 6 ? 3. 4) %增加 到( 90. 6 ? 3. 8) %( P< 0. 01, n= 14) ;在海拔 3 150m 的高原现场佩戴正压呼吸头盔 20min, 受试者的 SaO 2 由( 88. 1 ? 1. 9) %增加到( 93. 5 ? 3. 0) % ( P< 0. 01, n= 11)。Koch等认为, 用正压呼吸头盔治疗 高原病或在极端低氧环境下用来纠正机体缺氧, 还 需要进一步实验研究。 2. 5 呼气末正压呼吸装置 Schoene 等[ 13 ]在麦金 莱山海拔 4 400m, 应用呼气末正压呼吸面罩治疗 4 例高原肺水肿和对 13名健康人的踏车运动实验,他 们的结论是:呼气末正压呼吸装置, 对不能立即转送 下山的高原肺水肿患者是一种临时性的救治手段。 此法虽可提高静止状态下健康人的 SaO2 ,但是却增 加了胸腔内压, 减少了静脉血回流和心脏收缩期的 排血量,并增加了呼吸做功, 在实际应用中也不受登 山运动员的欢迎。高山病学者 Oelz[ 14] 认为, 呼气末 正压呼吸装置阻碍了脑静脉血的回流, 会促使高原 脑水肿的发生。 2. 6 化学制氧 化学制氧方法很多,主要包括氯酸 盐/氧烛0制氧、超氧化物制氧和过碳酸钠制氧等。 在此基础上研制出的产氧器已在煤矿、军事、航空航 天以及日常的急救保健等方面得到广泛应用。 以氯酸盐(如氯酸钠)为主体, 经混合后压制或 浇注而成的一种供氧装置, 使用前简单启动便能燃 烧而放出纯氧( \99%) , 此种燃烧现象与蜡烛燃烧 相似故名/氧烛0。 氧烛是一种容易储存和使用方便的固体氧源。 它储氧量大,类似于液氧的密度, 大约是同体积压缩 氧的 3倍。氧烛比较稳定,不会发生泄漏现象,并且 具有产氧迅速、设备体积小、无需动力、受环境影响 因素少等优点, 氧气成分符合国家5医用氧6要求。 氧烛的有效储存时间( 5~ 10)年,可在高原边防一线 和重要军事设施中储存备用, 作为应急氧源。也可 作为医疗急救和边远山区工业焊接用氧。崔建华 等 [ 15]在喀喇昆仑山海拔 3 700m 和 5 200m 采用氧 烛建立富氧室, 对改善官兵睡眠质量起到了良好的 效果。 国产固体氧气发生器为隔绝式自救呼吸器, 由 氧源、全面罩和 CO 2 吸收装置组成。其核心部分是 固体氯酸盐为主要成分的氧烛, 启动后发生化学反 应而迅速产氧, 主要用于防范危险气体、核生化袭击 或缺氧场所逃离者提供呼吸的保护装置。佩带重量 ( 1~ 2) kg, 供氧时间\15min, 供氧速率\5L/ min, 氧气纯度\99. 5%, 储存期为 10年。独特的设计确 保视窗呈不结雾的透明状态, 视野开阔,适合人们在 应急情况下使用,也可用于高原跳伞时的氧气供应。 2. 7 制氧机 美国在阿富汗战争中就使用过 DOCS- 120制氧系统。北京科技大学研制的制氧、 氧气监控报警和二氧化碳处理系统可达到在海拔 5 000m以上地区建立富氧室的要求,且能保证安全 使用。该系统按不同规格, 每小时制出 90%以上纯 氧( 2. 5~ 5. 0) m3 ,能够在( 1~ 2) h内将 ( 100~ 200) m3 空间内空气的氧浓度提高 5%, 可供( 30~ 60)人 使用。每套设备的全部投资大约为 100 万元人民 币。 军事医学科学院卫生装备研究所研制的类似制 氧设备,已在高原边防一线哨卡和沿途兵站安装使 用,且在每位官兵的床头安装了吸氧终端。该供氧 装备对维护高原官兵的身心健康将会起到重要作 用。 2. 8 海拔 5 000m 以上地区的氧疗 高原环境对人 体影响最大的是低氧, 而氧气疗法(氧疗)可以改善 #60# 高 原医学杂志 2 01 0年第2 0卷1期 这种影响,是一种便捷、经济和安全的治疗方法。氧 疗不仅是急、慢性高原病的首要治疗措施, 而且对提 高高原官兵的生存质量和作业效率也有重要意义。 张西洲等 [ 16]于2008年对驻防海拔 5 200m 1年(后 5 个月,每天吸氧 1 小时, 氧流量 2L/ min)的 43名官 兵作了心电图检测, 并与 2005年在该哨卡驻防 1年 的(未吸氧) 40名官兵作对比。结果表明, 2008 年组 异常心电图和不完全右束支传导阻滞的发生率较 2005年组降低,差别有非常显著性意义( P< 0. 01) ; 右心室肥厚和心肌缺血的发生率虽有降低,但无统 计学意义( P> 0. 05)。 参 考 文 献 1 蒋国琦. 几种给氧法的比较. 中华护理杂志, 1981, ( 1) : 35 ~ 36. 2 张汝果, 王春泉,覃善文. 急性缺氧条件下的吸氧反应. 高 原医学杂志, 1986, ( 2) : 29~ 32. 3 West John. Oxygen enrichment of ro om a ir to improve well- being and productivit y at high altitude. Int J Occup Env iron Health, 1999, 5( 3) : 187~ 193. 4 Wste John. Room oxygen enrichment. H igh A ltitude Med- icine And Biolo gy , 2004, 5( 2) : 274~ 275. 5 张西洲, 王引虎, 著. 高原低氧与供氧. 乌鲁木齐: 新疆人 民卫生出版社, 2008, 213~ 217、233~ 244、217~ 226. 6 张西洲. 我国高原病防治研究概况. 人民军医, 2008, 51 ( 8) : 499~ 500. 7 王先鹤, 王纯.青藏高原野外施工供氧装备 ) 便携式液氧 呼吸器. 医疗卫生装备, 2005, 26( 3) : 57~ 58. 8 邹恂达, 蒋吉清,李杜鹃. 急性高山病昏迷型 120 例分析. 实用内科杂志, 1986, 6( 11) : 584~ 585. 9 王宏运, 金湘华,刘宁, 等.高压氧预治疗预防急性高原反 应的现场观察. 高原医学杂志, 2008, 18( 1) : 21~ 22. 10 王贺新, 吕永达,马智, 等. 高原轻便加压舱(袋)的研制. 解放军预防医学杂志, 1992, 10( 2) : 97~ 100. 11 Markov ic D, Kovacevic H . Recompression therapy o f mount ain sickness. A rh Hig Rada Toksiko l, 2002, 53 ( 1) : 3~ 6. 12 Koch R, Punter E, Gatter e H, et a l. Application o f GPAP improves oxygenation during no rmobar ec and hypobar ic hypoxia. W ien M ed Wochenschr , 2008, 158( 5- 6) : 156~ 159. 13 Schoene RB. Pulmonar y edema at high altitude. Clin Chest Med, 1985, 6( 3) : 491~ 507. 14 Oelz O . High altitude cerebral edema after positive air- w ay pressur e breathing at high alt itude. Lancet, 1983, 322( 8 359) : 1 148. 15 崔建华 ,马广全, 高亮, 等. 氧烛对高原夜间睡眠呼吸暂 停及 SaO2 的影响. 临床军医杂志, 2009, 37 ( 2) : 258 ~ 260. 16 张西洲 ,崔建华, 王怀国,等. 海拔 5 200m 驻防官兵每天 吸氧 1h 对异常心电图检出率的影响. 西北国防医学杂 志, 2008, 29( 6) : 425~ 427. 欢迎订阅 2010年5青海医药杂志6 5青海医药杂志6 (月刊)是青海省唯一的一份医药卫生综合性学术期刊,刊号: ISSN1007- 3795, CN63- 1018/ R。栏 目辟有论著、临床经验、实验研究、临床检验、技术交流、中医、中西医结合、个案报告、病案病理讨论、基层医疗实践、护理 及综述、述评等。2009 年由原来的 64 页增加至 80 页,提高了印刷质量, 每月 20 日出版, 每期定价 8. 00 元,全年 12 期, 共 96. 00 元。每年还装订少量合订本, 每本 100. 00 元,本刊邮发代号: 56- 6。 欢迎各地医院、医学情报站、图书馆、医学研究所、卫生防疫站等医药卫生科研单位集体或个人订阅, 可从当地邮局 征订或直接向本刊编辑部征订。 地址: 西宁市南川西路 69 号5青海医药杂志6编辑部 邮编: 810012 电话 : 0971- 6266201 E- mail: qhey zz@ public. xn. qh. cn #61#高原医学杂志2 0 10年第2 0卷1期