核潜艇远航舱室气体调控模式对艇员动脉血气的影响

刘晓峰，王额尔敦，李泰峰，李露嘉，刘晓光，谢辉

·军事医学·

核潜艇远航舱室气体调控模式对艇员动脉血气的影响

刘晓峰，王额尔敦，李泰峰，李露嘉，刘晓光，谢辉

目的 研究核潜艇远航期间舱室不同气体调控模式对舰员动脉血气的影响。方法 同一艘核潜艇3次远航期间采用同一种空气再生装置，依据氧烛-氢氧化锂吸收剂的剂量和比例[X/Y，(X–2)/(Y+2)，(X–4)/(Y+4)]，将3次远航舰员按航次分为对照组(C组)、观察1组(A组)和观察2组(B组)。检测水面航行第3天(T1)、潜航第10天(T2)、第20天(T3)、第30天(T4)及返航前1天(T5)5个时点三组艇员动脉血气的变化。结果 血气分析结果显示，在T1和T2时点3组动脉血气指标比较差异无统计学意义(P>0.05)，T3、T4、T5时点C组PaO2和PaCO2均明显高于A组和B组(P<0.05)，但A、B两组间比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论 核潜艇空气再生装置中不同的氧烛-氢氧化锂剂量和比例对艇员PaO2和PaCO2具有一定影响。合理调整氧烛-氢氧化锂剂量和比例有助于维持艇员正常的生理状态。

核潜艇；军事医学；血气分析

核潜艇密闭舱室环境特殊、空气成分复杂，在长航期间对机体的酸碱平衡及血液气体分压可产生一定影响。目前核潜艇远航期间仍是通过传统的估算方法和舱室空气气体体积浓度监测结果对舱室气体含量进行调控[1]，且既往的研究均是在远航开始前和结束后或模拟潜艇环境下对人或动物的血气指标进行检测[2-3]，其结果的即时性、精确性均存在明显不足。本研究通过全程多时点批量采样、即时测定，实地检测了不同氧烛-氢氧化锂剂量和比例时密闭舱室内艇员的血液样本，分析舱室O2和CO2体积浓度与艇员动脉血气指标的相关性，为核潜艇执行长时间远航任务时更好地维持艇员的正常生理状态提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 研究对象及分组 同一艘某型核潜艇执行3次远航任务，分为对照组(C组)、观察1组(A组)和观察2组(B组)，每组42名艇员，均为男性，三组年龄、体重具有可比性(P>0.05)，出航前体格检查均无异常。三组航程、航行时间、潜航时间基本相同。

氧烛-氢氧化锂空气再生装置由某研究所研制生产，包括两个功能独立的设备，即氧烛和氢氧化锂吸收装置。氧烛能产生人员呼吸必需的氧气，氢氧化锂吸收装置能清除人员排出的二氧化碳，通过调整氧烛和氢氧化锂的使用剂量和比例可将舱室内空气对艇员动脉血气的影响降到最低。三组均于潜航开始时启用空气再生装置，C组各舱室每昼夜氧烛和氢氧化锂使用传统剂量和比例为X/Y，A组调整为(X–2)/(Y+2)，B组调整为(X–4)/(Y+4)。氧烛和氢氧化锂每12h更换1次。

1.2 主要仪器试剂 i-STAT全自动便携式血气分析仪，EG 7+血气分析测试匣，电子模拟器。每毫升含肝素2～4U的生理盐水(用于抗凝)。复方利多卡因乳膏(用于表面麻醉)。

1.3 标本采集及检测 采集三组艇员水上航行第3 天(T1)、潜航第10天(T2)、第20天(T3)、第30天(T4)及返航前1d(T5)5个时点的动脉血，按照i-STAT便携式血气分析仪操作说明检测PaO2和PaCO2水平。同时记录舱室的部分理化因素。动脉血标本采样均在舱室压力减至一个大气压后进行，每次检测前用电子模拟器对血气分析仪进行校准。

1.4 统计学处理 采用SPSS 11.0软件进行统计分析，计量资料以±s表示，多组间比较采用单因素方差分析，进一步两两比较采用LSD-t检验。计数资料以率表示，组间比较采用χ2检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

在吸入舱室再生气体条件下，三组在T1、T2和T3各时点PaO2和PaCO2均在正常范围内，且三组之间比较差异无统计学意义(P>0.05)。在T4和T5时点，舱室压力为一个大气压时，C组高PaO2(大于100mmHg)和高PaCO2(大于45mmHg)的发生率分别为31.0%和11.9%，明显高于A组(分别为11.9%和4.8%)和B组(别为7.1%和2.4%)，差异有统计学意义(P<0.05)，而A组与B组比较差异无统计学意义(P>0.05)。

各组PaO2和PaCO2均随潜航时间延长而逐渐升高，在T1和T2时点，三组PaO2和PaCO2比较差异均无统计学意义(P>0.05)。在T3、T4和T5时点，C组PaO2和PaCO2均明显高于A组、B组(P<0.05)，但A、B两组间比较差异无统计学意义(P>0.05，表1)。

表1 三组艇员各时点动脉血气指标变化(mmHg，?±s，n=42)Tab. 1 Changes of arterial blood gas index at each time point in 3 groups of mariners (mmHg,±s, n=42)

表1 三组艇员各时点动脉血气指标变化(mmHg，?±s，n=42)Tab. 1 Changes of arterial blood gas index at each time point in 3 groups of mariners (mmHg,±s, n=42)

(1)P<0.05 compared with group C; (2)P<0.05, (3)P<0.01 compared with T1

3 讨 论

核潜艇潜航期间，舱室密闭，环境特殊，空气成分十分复杂，其中二氧化碳为主要污染气体。在舱室艇员多、清除效率低等情况下舱室CO2浓度明显上升，甚至高于0.8%。长期处于高CO2环境中会对人体PaCO2产生影响，严重时会破坏机体的酸碱平衡。因此，对核潜艇远航期间舱室的空气质量应予以足够重视[4]，可通过供氧和吸收二氧化碳的方式对舱室气体进行调控。氧烛-氢氧化锂空气再生装置是目前我某定型核动力潜艇密闭舱室氧供和二氧化碳清除的应急备用技术。引燃烛体后主要发生以下化学反应：2NaClO3→2NaCl+3O2。释放出的氧气经化学吸收剂层和物理过滤层净化后供给人员呼吸。氧烛重量为7.5kg/枚，产氧速度50L/ min，氧气纯度99.5%，产氧量2000L/枚。密闭舱室内氧供较吸收二氧化碳简单易行，但不能忽视过度产氧而导致的PaO2过高，如本研究中对照组PaO2潜航后期最高可达到115mmHg。氢氧化锂(LiOH)是一种新型的二氧化碳化学吸收剂，具有效能高、重量轻、吸收量大等特点[5]，每千克氢氧化锂大约可吸收0.80～0.92kg CO2。总反应方程式如下：2LiOH+CO2→Li2CO3+H2O。吸收CO2后的空气经滤尘垫滤去粉尘后，可重新供人呼吸。目前，氧烛和氢氧化锂空气再生装置中两个设备单独使用，便于调整氧烛和氢氧化锂吸收剂的使用剂量和比例。

PaO2和PaCO2是指动脉血液中物理溶解的氧和二氧化碳张力。氧气在动脉血液中溶解量与吸入氧分压呈正比，而吸入氧分压取决于密闭舱室空气中的氧浓度。在海平面呼吸空气时(O2占21%)，PaO2正常值为80～97mmHg，PaCO2正常值为35～45mmHg。现代重症医学将吸入空气时PaO2>100mmHg和PaCO2>45mmHg均视为异常情况[6]。机体长时间PaO2过高可发生氧中毒，其中肺对氧中毒最为敏感，可出现白细胞增多，释放氧自由基引起Ⅱ型肺泡细胞增生、变形，线粒体氧化酶活性减退，肺泡表面活性物质减少，肺间质水肿等病理改变。是否发生氧中毒性肺损害取决于动脉血中的氧分压，而不是吸入气体的氧浓度。因此，采用氧疗等措施时没有必要使PaO2超过60～90mmHg，因为在PaO2=60mmHg时大部分血红蛋白都能饱和。体内CO2蓄积或舱室气体CO2重复吸入均可使PaCO2升高，单位时间内呼出的CO2浓度亦升高。在吸入空气的条件下，PaCO2的升高必然伴有PaO2的下降，但在水下潜航条件下密闭舱室内使用氧烛-氢氧化锂传统剂量比例时，随潜航时间延长，PaCO2和PaO2均升高，返航前1d(T5)分别达到107.32±6.85mmHg和45.93±2.11mmHg，异常率分别为31.0%和11.9%，表明氧烛过量而氢氧化锂用量不足；因此将各舱室每昼夜氧烛和氢氧化锂使用剂量和比例由C组的X/Y分别调整为A组和B组的(X–2)/(Y+2)和(X–4)/(Y+4)。通过改进二者剂量比例(即减少每昼夜氧烛量，增加氢氧化锂用量)，A 组PaCO2和PaO2异常率分别下降为11.9%和4.8%，B组则分别下降为7.1%和2.4%。该结果表明在舱室空气物理化学因素无显著差异的情况下，依据PaO2和PaCO2等血气分析指标调整氧烛和氢氧化锂使用剂量和比例较传统方法更科学合理。

郭丰涛等[2-3]通过模拟潜艇复合暴露条件，采用动物模型研究模拟潜艇环境对机体血气和生化指标的影响，但该研究是在模拟条件下实施的，具有一定局限性。本研究采用便携式血气分析仪3次随核潜艇远航，全程监测PaO2、PaCO2，以此为依据改进氧烛和氢氧化锂吸收剂的传统估算用量及比例，维持机体正常PaO2和PaCO2。

目前，核潜艇远航期间仍是通过传统的估算方法和舱室空气气体体积浓度监测结果对舱室气体含量进行调控，这种工作模式不以艇员体内(血液)气体和电解质的即时水平作为依据，不足以对机体动脉血气水平做出精确的估计。以往相关研究均是在远航开始前或结束后对艇员进行采样，未能采用密闭舱室内的血液样本，其结果的精确性、即时性存在明显不足。为解决上述问题，本研究首次由军医随同一艇3次远航，全程多时点批量采样、即时测定，结果显示，随潜航时间延长，三组PaO2和PaCO2均升高，但观察组升高的幅度明显小于对照组。本研究表明，氧烛-氢氧化锂改进剂量比例(X-4)/(Y﹢4)较传统剂量比例更具科学性，可使艇员动脉PaO2和PaCO2更加趋近于正常范围，对维持艇员血液酸碱平衡以及中枢神经、循环、呼吸系统的正常生理状态，保障官兵健康和生命安全具有重要作用。

[1] Wang E ED, Liu XF, Qiang XC, et al. Application of i-STAT mobile blood gas analyzer in artery blood gas of marines during the nuclear submarine long distance voyage[J]. Chin Med Equip J, 2012, 33(11): 65-66.[王额尔敦, 刘晓峰, 强显成, 等. i-STAT便携式血气分析仪在长航核潜艇艇员血气分析中的应用[J]. 医疗卫生装备, 2012, 33(11): 65-66.]

[2] Guo FT, Liu ZQ, Tang ZW, et al. Effects of exposure with simulative chemical-physic factors on blood gas and biochemical indicator[J]. J Prev Med Chin PLA, 1998, 16(5): 322-325.[郭丰涛, 刘忠权, 唐志文, 等. 模拟潜艇化学-物理因素复合暴露对人体血气和生化指标的影响[J]. 解放军预防医学杂志, 1998, 16(5): 322-325.]

[3] Guo FT, Liu ZQ, Tang ZW, et al. Effects of multiple exposure with CO2, SO2, CO and xylene in simulative submarine on blood index of rabbit[J]. Chin J Naut Med Hyperbar Med, 1997, 4(1): 24-27.[郭丰涛, 刘忠权, 唐志文, 等. 模拟潜艇中CO2、SO2、CO和xylene复合暴露对家兔血液指标的影响[J]. 中华航海医学杂志, 1997, 4(1): 24-27.]

[4] Subcommittee of submarine air quality. Submarine air quality[M]. Washington DC: National Academy Press, 1988. 174-213.

[5] Wang E ED, Qiang XC, Xu J. Applied advancement of carbon dioxide removal technology in impermeable /semi-impermeable space[J]. Chin Med Equip J, 2012, 34(12): 97-99.[王额尔敦,强显成, 徐佳. 密闭/半密闭舱室二氧化碳清除技术应用进展[J]. 医疗卫生装备, 2012, 34(12): 97-99.]

[6] Zeng YM, Sun DJ. Intensive care therapy and recovery[M]. Shanghai: Shanghai Publishing Company of Scientific Technology and Documents, 1996. 160-162.[曾因明, 孙大金.重症监测治疗与复苏[M]. 上海: 上海科学技术文献出版社, 1996. 160-162.]

Effects of regulation mode of cabin gas on arterial blood gas of mariners during a prolonged voyage in a nuclear submarine

LIU Xiao-feng1, Wang E Er-dun1*, LI Tai-feng1, LI Lu-jia1, LIU Xiao-guang2, XIE Hui21Department of Anesthesiology, 401 Hospital of PLA, Qingdao, Shandong 266071, China
292330 Unit of PLA, Qingdao, Shandong 266071, China
*

, E-mail: erdun_wang@163.com
This work was supported by the Logistics Scientific Project of PLA (CJN13J006) and Logistics Scientific Project of Jinan Command (JN13W016)

ObjectiveTo study the effect of different regulation modes of the air in cabin on the arterial blood gas of mariners during a prolonged voyage in a nuclear submarine.MethodsDuring three long distance voyages of the same nuclear submarine, the same air-regeneration device was adopted. According to the different doses and percentages of the oxygen-lithium hydroxide absorbers, the mariners of three voyages were divided by sequence of voyages into control group (C), observation group 1 (A), and observation group 2 (B). The change in arterial blood PaO2and PaCO2of mariners in the three groups were detected on the third day of surface navigation (T1), 10th day (T2), 12nd day (T3), 13th day (T4) of submarine navigation, and the day before returning (T5).ResultThere was no difference between the three groups in T1and T2(P>0.05). There was a significant difference in PaO2and PaCO2between the two observation groups and the control group on T3, T4and T5(P<0.05).ConclusionsDifferent amount and percentage of the oxygenlithium hydroxide showed an influence on PaO2and PaCO2of the mariners. Optimal amount and percentage of the oxygen-lithium hydroxide is very important in keeping normal physiological status of mariners in a nuclear submarine.

nuclear submarine; military medicine; blood gas analysis

R847.1

A

0577-7402(2015)03-0242-03

10.11855/j.issn.0577-7402.2015.03.14

2014-08-10；

2015-01-29)

(责任编辑：胡全兵)

全军后勤科研计划面上项目(CJN13J006)；济南军区后勤科研计划项目(JN13W016)

刘晓峰，主治医师，硕士研究生。主要从事缺血再灌注损伤方面的研究

266071 山东青岛 解放军401医院麻醉科(刘晓峰、王额尔敦、李泰峰、李露嘉)；266071 山东青岛 解放军92330部队(刘晓光、谢辉)

王额尔敦，E-mail：erdun_wang@163.com