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【摘要】 目的： 定量分析不同吸氧排氮方案时家兔的吸氧排氮效率，为制定我国航天员出舱活动吸氧排氮方案提供理论依据. 方法： 24只家兔随机分为对照组、吸氧排氮30, 60和120 min组4组. 麻醉后行机械通气，分别吸氧排氮0, 30, 60和120 min，收集呼出气,定量分析不同吸氧排氮时间的氮排出量，并用超声多普勒检测低压舱上升至11 000米停留30 min的气泡产生情况. 结果： 在吸氧排氮的前5 min，呼出气氮体积分数和氮排出量降低幅度最大，之后随着吸氧排氮时间的延长逐渐缓慢降低；累积气泡数随着吸氧排氮时间的延长而减少，吸氧排氮60和120 min组家兔累积气泡数较对照组显着减少，累积气泡数与吸氧排氮时间呈负相关. 结论： 吸氧排氮过程的特点为先快后慢，吸氧排氮60和120 min可显着减少高空减压时气泡的产生.
【关键词】 吸氧排氮；氮排出量；减压；气泡形成；兔
0引言
当前航天减压病已经成为威胁航天员生命安全的潜在危险因子［1］，除提高飞行器座舱和航天服的压力外，低压暴露前预先在地面吸氧以增加排氮量是目前有效的预防措施［2］，并为各航天大国所采用. 但世界各国采用的吸氧排氮方法各异，吸氧排氮时间也不完全统一［3］.
我们通过定量分析不同吸氧排氮方案时家兔呼出气中氮体积分数及氮排出量变化，并观察低气压暴露时减压气泡的发生情况，旨在进一步阐明吸氧排氮规律，验证不同吸氧排氮方案预防减压病的效果，为制定我国航天员的出舱活动吸氧排氮方案提供理论依据.
1材料和方法
材料健康家兔24只，雌雄不拘，体质量 kg，随机分为4组，每组6只：对照组、吸氧排氮30 min组、吸氧排氮60 min组和吸氧排氮120 min组.
方法实验装置见Fig 1. 将家兔用30 g・L-1戊巴比妥钠静脉麻醉，仰卧固定，行气管插管术，气管插管与动物呼吸机相连. 调节动物呼吸机，使其潮气量为30 mL，呼吸频率为30・min-1，吸入气氧浓度为100%. 动物呼吸机与舱外的氧气瓶相连的吸入气端有一缓冲袋，以保证在减压时家兔呼吸的氧气压力与舱压相等，用气体采集袋收集呼出气后利用DMP04氧氮分析仪分析氮体积分数. 利用超声气泡检测器检测心前区气泡音，其探头置于家兔心前区，用夏普盒式录音机记录气泡音和回放判听. 将家兔、动物呼吸机、气体缓冲袋及多普勒超声检测器一并放入动物低压舱内. 完成预定吸氧排氮时间后关上舱盖，以300 m・s-1的速度迅速上升至11 000 m停留30 min，在高空停留阶段，不断向缓冲袋内送入氧气以保证动物氧气供应. 在上升前、上升及高空停留整个过程中，全程实时用耳机监听气泡并录音.
统计学处理：实验数据以x±s表示. 采用“SPSS for windows”对4组间气泡产生量进行非参数秩和检验，累积气泡数与吸氧排氮时间的关系采用直线相关与回归分析.
图1实验装置示意图 (略)
2结果
吸氧排氮后呼出气氮体积分数的改变4组家兔的呼出气氮体积分数在吸氧排氮前最高. 动物吸氧排氮后前5 min，呼出气氮体积分数迅速下降，降低了约93％；而后随着吸氧排氮时间的延长，呼出气氮体积分数总体呈降低的趋势，但降低的幅度逐渐减小.
表1吸氧排氮不同时间呼出气氮体积分数的变化 (略)
吸氧排氮时呼出气氮排出量的变化4组家兔的氮排出量在吸氧排氮前最大. 动物开始吸氧排氮后，氮排出量在吸氧排氮后前5 min迅速下降，降低了约93％；而后随着吸氧排氮时间的延长，氮排出量总体呈降低的趋势，但降低的幅度逐渐减小.
表2吸氧排氮不同时间氮排出量的变化 (略0
低气压暴露时气泡产生情况各组动物在高空停留期间均有气泡产生. 对照组6只家兔全部有气泡产生，而吸氧排氮组则有少部分动物无气泡产生，且检出的气泡等级随着吸氧排氮时间的延长而逐渐降低. 随着吸氧排氮时间的延长，动物在高空停留30 min期间累积气泡数逐渐减少. 吸氧排氮60和120 min组，累积气泡数较对照组显着减少. 累积气泡数与吸氧排氮时间呈负相关.
表3不同吸氧排氮时间气泡产生量的变化 (略)
图2累积气泡数与吸氧排氮时间的相关关系 (略)
3讨论
在低压暴露前，预先在地面呼吸一段时间氧气以排出体内的氮气，可以预防减压病的发生，此过程称为“吸氧排氮” . 有人用肺计量法对13人20次吸氧排氮测定，得出累积排氮量经验公式为：Q＝，t为时间，进一步证实了累积排氮量和时间呈指数关系［4］. Behnke等仔细地研究了吸氧排氮的过程，将体内氮气分成排出较快的水溶性部分和排出较慢的脂溶性部分. 本实验结果表明，吸氧排氮过程的特点为先快后慢，即在吸氧的前5 min，呼出气氮体积分数和氮排出量降低幅度最大，之后逐渐缓慢降低. 其原因可能主要是溶解在血液中及血管丰富的组织中的氮气较容易排出，吸氧排氮初期所排出较快的部分主要是这部分氮气；脂肪及其他血液供应较差或氮溶解量较多的组织，则需要较长的排氮时间，吸氧排氮过程中氮气排出较慢的部分主要是这部分氮气向血液中逐渐弥散的结果.
本实验中，在吸氧排氮较长时间后，由于呼出气氮体积分数和氮排出量已降至很低水平，两者降低的趋势已不很明显. 这部分氮气可能主要是脂肪及其他血液供应较差或氮溶解量较多的组织中氮气不断向血液中弥散所造成的，由于本实验在呼出气体的收集和测量过程中存在的误差，以及仪器测量精度的限制，已难以区分其差别.
当环境压力迅速降低时，机体组织由于气泡形成引发减压病［5］，尤其在肺内的小血管内，气泡会由于血压的降低而变大［6］. 目前，超声多普勒检测装置已经广泛地应用于减压病的研究领域［7］.
本实验发现，气泡产生量随着吸氧排氮时间的增加而减少，累积气泡数与吸氧排氮时间呈负相关关系. 分析其原因，可能是因为呼吸纯氧时，由于肺泡中的氮分压降低，溶解在静脉血中的氮气不断通过肺毛细血管弥散到肺泡中被呼出，从而使血液中的氮气分压逐渐降低，于是溶解在身体各种组织、体液中的氮气，又向血液中弥散，最后被弥散到肺泡中呼出体外［8］. Arieli 等［9］研究证实，吸氧排氮时组织中氮气分压降低及气核减少都可以使减压气泡减少. 本实验中，吸氧排氮60 min和120 min组家兔气泡产生量显着减少，表明这两种方案可有效地预防高空减压病的发生.
本研究进一步揭示了吸氧排氮时氮排出量的变化规律，再次证明了吸氧排氮对预防高空减压病的确定性作用，为进一步制定我国航天员出舱活动吸氧排氮方案提供了理论依据，对保障航天员的健康安全具有重要意义.
致谢： 本实验得到航天医学工程研究所彭远开、费锦学同志的大力协助.
【参考文献】
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［3］ Jia SG， Chen JS. Incidence and prevention of space decompression sickness ［J］. Hangtian Yixue yu Yixue Gongcheng (Space Med Med Eng)， 2000; 13: 378-381.
［4］ Zhao M. Altitude Decompress Sickness ［M］. Beijing: Junshi Yixue kexue Chubanshe (Military Medical Scientific Press), 1997: 136-145.
［5］ Neuman TS. Arterial gas embolism and decompression sickness ［J］. News Physiol Sci, 2002; 17: 77-81.
［6］ Van Liew HD, Burkard ME. Bubbles in circulating blood: Stabilization and simulations of cyclic changes of size and content ［J］. J Appl Physiol, 1995; 79(4): 1379-1385.
［7］ Kumar VK, Billica RD, Waligora JM. Utility of Dopplerdetectable microbubbles in the diagnosis and treatment of decompression sickness ［J］. Aviat Space Environ Med, 1997; 68(2): 151-158.
［8］ Ma RS. Hangkong Hangtian Shenglixue (Aerospace Physiology) ［M］. Xian: Shaanxi Science & Technology Press, 1999: 22-34.
［9］ Arieli Y, Arieli R, Marx A. Hyperbaric oxygen may reduce gas bubbles in decompressed prawns by eliminating gas nuclei ［J］. J Appl Physiol, 2002; 92(6): 2596-2599.