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编号:10240652
航天减压病易感性检测的研究
http://www.100md.com 《航天医学与医学工程》 1999年第3期
     作者:张静雪 彭远开 张宝兰 王承珉 付宏伟

    单位:(北京航天医学工程研究所,北京 100094)

    关键词:减压病易感性;预吸氧;回心血流气泡

    般航天医学与医学工程/990301摘要: 目的 为航天减压病易感性的检测提供有关参数。方法 43人进行低压舱实验。 结果 安静状态下,高空减压病的发生与年龄、预吸氧时间及某些生理指标关系密切;在同样吸氧、减压条件下,年龄较大者(30~36岁) 比年轻者(19~20岁)体脂高、血胆固醇高;实验前、后尿去甲肾上腺素增量大的减压病的发生率显著增高。在同样减压条件下,年龄相同、预吸氧时间长的, 减压病的发生率明显减少或不发生。 结论 初步拟定航天减压病易感性检测的低压舱上升高度为10000m,停留时间为30min,预吸氧时间为60min。

    中图分类号:852.22 文献标识码:A 文章编号:1002-0837(1999)03-0157-04
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    Study on Testing Method of Susceptibility

    to Decompression Sickness in Aerospace.

    ZHANG Jing-xue,Institute of Space Medico-Engineering,Beijing 100094,China

    PENG Yuan-kai,ZHANG Bao-lan,WANG Cheng-min,FU Hong-wei.Space Medicine & Medical Engineering,1999,12(3):157~160

    Abstract:Objective To provid related parameters for astronauts. Method A study of susceptibility to decompression sickness was carried out in 43 subjects in a hypobaric chamber. Result Incidence of altitude decompression sickness under rest condition was closely related to age,time of oxygen prebreathing,gas bubble formation rates in the venous blood flow returned to heart and some other physiological indexes.Incidence of decompression sickness was significantly higher in subjets aged 30~36 years than in those aged 19~20 years under the same experimental conditions.In the older subjects body-fat,blood cholesterole and noradrenaline in urine during experiment were significantly higher than those in the younger subjects. It also showed that among persons of the same ages,when prebreathing time was longer, the incidence of decompression sickness was significantly lower under the same experimental conditions. Conclusion It is desirable that the susceptibility to decompression in astronaut be tested with 1 h oxygen prebreathing before exposure to the altitude of 10000 m for 30 min.
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    Key words:susceptibility to decompression sickness;oxygen prebreathing;gas bubbles in venous blood returned to heart

    航空航天中, 高空减压病会严重影响飞行员和航天员的工作能力与生命安全, 因此,对其研究的报道也较多[1,2]。航天中座舱采用常压常氧, 而航天服则因为工程制作的难度和活动性能的限制采用低压力制度。航天员在飞行中可能遇到压力应急, 如座舱发生泄漏、供氧系统发生故障等,就有可能发生减压病(DCS)。同样,航天员的出舱活动需从座舱过渡到航天服内,如果不吸氧排氮, 也可能发生减压病。由于减压病易感性存在着很大的个体差异,因此,选拔航天员时进行减压病易感性的检测,是预防航天中发生减压病的措施之一。俄、美的航天员均经过严格的低压易感性选拔, 淘汰了减压病易感者,出舱活动前均采取预吸氧措施, 因此, 航天中未曾发生减压病。本研究目的是:观察安静状态下, 减压病的发生与预吸氧时间及回心血流气泡发生的关系, 与年龄、体脂、血、尿等生理生化指标的关系, 为航天员选拔及制订减压病易感性的检测方法提供有关参数。
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    方 法

    被试者为43名中青年,其中29名19~20岁,14名30~36岁, 参考俄罗斯座舱压力101.3kPa和航天服压力制度39kPa 和26.5kPa的规定, 根据不同的年龄、预吸氧时间、上升高度、停留时间分为8组,总共进行了43人次低压舱实验(见表1)。被试者在低压舱内取安静坐位,预吸氧后,以20m/s速度上升至7000m或10000m高度上停留一段时间后, 以10~5m/s下降至地面。测试指标: (1)主诉、体征:实验过程录音和记录。(2)回心血流气泡监测: 采用本所研制的91减压气泡信号实时监测仪。(3)心电:安全监测指标。(4)年龄、身高和体重。(5)体脂:采用美国310型戴米克人体成份分析仪测量。(6)血胆固醇;(7)尿去甲肾上腺素。

    结 果

    DCS与气泡的发生、预吸氧时间的关系 表1的第 1、5、6组(19~20岁)预吸氧15或30 min, 无论是7000m或10000m,未检出气泡,也无DCS的表现。无预吸氧的第2、3、4组(19~20岁), 其他条件相同, 在 7000m以上高度气泡检出率分别为2/3、2/5、2/5, 并有一例出现轻度DCS症状。第 7组(30~36岁)预吸氧15min, 在10000m高度上气泡检出率为 4/7, 有DCS症状为3/7;第8组年龄与第7组相同,预吸氧60min,未检出气泡, 也无DCS的症状。气泡发生率比DCS高; 多数被试者气泡在DCS之前发生;DCS在高度上停留10~19min内开始出现。
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    表1 人体低压舱实验条件和DCS、气泡发生的结果

    Table 1 Occurrence of DCS and bubble formation in each group under the experimental conditions in a hypobaric chamber 组别

    (groups)

    年龄(age)

    n

    预吸氧时间(min)

    (time of

    oxygen prebreathing)

    上升高度(m)
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    (altitude)

    停留时间(min)

    (time)

    气泡人次

    (bubble person)

    DCS人次

    (DCS person)

    1

    19~20

    6

    15

    7000
, 百拇医药
    360

    0

    0

    2

    19~20

    3

    0

    7000

    60

    2

    1

    3

    19~20

    5
, 百拇医药
    0

    7000

    120

    2

    0

    4

    19~20

    5

    0

    7000

    60

    2

    0

    5
, 百拇医药
    19~20

    5

    30

    10000

    30

    0

    0

    6

    19~20

    5

    15

    10000

    30

, 百拇医药     0

    0

    7

    30~36

    7

    15

    10000

    30

    4

    3

    8

    30~35

    7

    60
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    10000

    15

    0

    0

    注:预吸氧是上升前吸纯氧,上升过程一直吸纯氧;第4组是上升至5000m开始吸氧

    Note:oxygen prebreathing is done before altitude raising and during the raising continue to breath pure oxygen;oxygen prebreathing in group 4 started at 5000m

    DCS发生与年龄、体脂含量、血胆固醇、尿去甲肾上腺素(NE)指标的关系由表2可见,同样减压条件下,年龄较大的第7组DCS发生率(为3/7),比年龄较轻的第6组(为0)显著增加(P<0.01)。年龄较大组的体脂含量、血胆固醇和实验后尿去甲肾上腺素(NE)增量均比年龄较轻组显著增大(P<0.01), 它们可能与减压病发生率显著加大有关。
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    3.低压舱高度上停留时出现的DCS症状(表1) 第7组,3名被试者在10000m高度上出现DCS症状。第1名被试者停留第19min开始相继出现在手腕内一过性刺痛,同时,右手臂背侧冷胀感持续2min,头顶部皮肤蚁走感2min,左、右小腿外侧冷感5min,下降过程中全部消失。第2名被试者停留第15min,双膝关节轻度胀痛,持续5min。第3名被试者停留过程中,双手无力,下降中消失,第二天感觉呼吸时,咽喉有憋气感(气哽现象)。

    表2 低压舱10000m实验DCS发生率与年龄、体脂含量、胆固醇、NE检测的结果

    Table 2 Age,body fat,blood cholesterole,urine NE and incidence of DCS in gyoup 6 and 7 at 10000 m in hypobaric chamber 组别

    (groups)
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    n

    年龄

    (age)

    体脂含量(%)

    (body fat)

    胆固醇(mg/dl)

    (blood cholesterole)

    NE增量(μg/h)

    (increment of NE)

    轻度DCS发生率

    (incidence of DCS)

, 百拇医药     6

    5

    19~20

    12.8±2.2

    132.7±4.7

    0.527±0.43

    0

    7

    7

    30~36

    24.9±4.8**

    172.9±30.2**
, 百拇医药
    4.475±0.43**

    3/7

    注:**P<0.01, 与第6组比较;增量是指实验后、前的差值

    Note:**P<0.01,as compared with group 6;the increment is the difference between pre-experiment and post-experiment

    第2组,1名被试者在7000m高度上停留第10min,踝骨上皮肤痒,持续5min后消失。上述被试者经高压舱治疗后全部症状消失。

    讨 论

    用低压舱对减压病易感性进行检测是常用方法。Eapep等(1979)提出地面吸氧排氮1h,低压舱上升12000m高度停留15min,不发病者可认为易感性小。美国在选拔标准中未明确提出低压舱高空实验, 但是在训练程序中规定必须经过减压试验。俄罗斯载荷专家选拔标准中规定, 上升前吸氧60min, 在10000m停留15min,如果出现关节痛、肌肉痛、咳嗽、胸痛、皮肤搔痒等症状就属于 DCS易感者。
, 百拇医药
    文献报导, 从7625m(25000英尺)(R=2)以上, DCS发病率和R值呈线性关系[3];低压舱10000m上, 88%DCS屈肢症发生在停留20min以后,前10~20min是停留2.5 h发病的12%;20~40min是2.5h的50%[4]。俄罗斯实验资料表明, 安静状态下, 30~35岁健康男性, 从101.3kPa 减压到34.0kPa(R=2.2)停2h,DCS发生率为6%(n=384);减压到24.0 kPa(R=3.1)停留2h, DCS发生率为14%。根据上述资料,作者对俄罗斯载荷专家选拔标准中的数据进行估算, 如果以T1/2=148min(T1/2为组织慢成份排氮的半脱饱和时间),R约为2.14。停留2h,DCS的发生率为5.8%。因规定只停留15min,所以DCS的发生率为 0.058×0.12=0.0697≈1%[4],可以说明俄罗斯对DCS易感者的淘汰率不超过 1%。下面讨论几个低压舱DCS易感性检测的参数。

    上升高度 上升高度主要取决于座舱高度和救生装备的压力制度。本研究主要根据俄罗斯航天服采用26.5kPa和39kPa的双压制度确定了低压舱检测的上升高度。由于DCS大部分出现在9000m(30.85kPa)以上[5],39kPa(R=1.92)压力状态, 在安静条件下,发生DCS是很少见的。因此, 建议低压舱检测上升高度以10000m为适宜。
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    高度上停留的时间 DCS的发生率与高度上停留时间有关。美国低压舱减压试验表明, DCS的发病最高值, 是在高度上停留30min以内。俄罗斯的航天服, 在必要时, 才调节到26.5kPa状态下,只停留15min。因此, 低压舱检测时,10000m上停留15min。本实验中,预吸氧15min, 开始出现DCS的时间是停留10000m,10~20min; 预吸氧60min,10000m只停留15min, 未出现一例DCS。作者认为,如果预吸氧60min, 应采用在10000m上停留30min作为低压舱的检测时间是合适的。

    预吸氧的时间 DCS的发生率与预吸氧的时间密切有关。为预防DCS,确定地面吸氧排氮时间应以T1/2为依据。根据我们的研究,30岁以上T1/2=148min。从常压大气101.3kPa至26.5kPa的压力变化时, 如果预吸氧15min,其R为2.63。本实验结果,按上述资料估算,停留2h,DCS的发生率约为10%, 高度上停留30min, DCS 的发生率为0.1×0.5=0.05[4];如果预吸氧30min, R为2.46, 同理估算停留30min, DCS 的发生率为4%。因此, 本实验预吸氧15min或30min,两者淘汰率均较高。而预吸氧60min,计算R为2.13。估算停留2h,DCS的发生率为6%,因此停留30min, DCS 的发生率最多为0.06×0.5=0.03[4]。在应急时间较长的条件下,掌握淘汰率在3%是可接受的。为保证测试过程中的安全,又能检测出减压病易感者, 采用预吸氧60min是比较合适的。
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    检测指标的选择 为使评定较为全面, 除了必要的主诉、体症、回心血流气泡数和心电以外,我们建议选用与DCS的发生关系密切的体脂含量、气泡数、胆固醇、去甲肾上腺素等检测指标。结 论 本研究观察到人体低压舱实验中, 减压病的发生与回心血流气泡、预吸氧时间、年龄、体脂、血胆固醇、尿去甲肾上腺素等生理指标关系密切; 结合文献,初步拟定了人体低压舱DCS易感性检测的上升高度为10000m,高度上停留时间为30min,预吸氧时间为60min, 为航天员选拔建立DCS易感性检测方法提供了参数。

    参考文献

    [1] Macmillan AFJ. Decompression sickness. In Ernsting J,King P. Aviation medicine[M].London,Butterworths,1988:19~26

    [2] 李全真,周亚军,朱健等.高空减压病的检测与预防[J].中华航空医学杂志,1991,2(4):197~199
, 百拇医药
    [3] Nicogossian AE.Space physiology and medicine[J].NASA 1982,sp-447:106~120

    [4] 赵 民.高空减压病.航空生理学[M].陕西科学技术出版社,1989:23~39

    [5] Valdez CD.Ten-year survey of altitude chamber reactions using the FAA training chamber flight profiles[J].Aviat Space Environ Med,1977,48(8):718~721

    收稿日期:1998-06-24, http://www.100md.com