常压低氧环境中呼吸道水蒸气压对模拟高度影响的分析

王海涛，卢恒志，李 娜，宋振兴

常压低氧环境中呼吸道水蒸气压对模拟高度影响的分析

王海涛，卢恒志，李 娜，宋振兴

阐述了呼吸道水蒸气压对常压低氧方法所模拟的海拔高度的影响，分析了在同样环境的氧分压条件下，由于呼吸道水蒸气压的影响，常压低氧模拟的海拔和高原海拔之间的差异，发现二者的差异量和高原海拔值是正相关的。为了真实地模拟高原低氧环境，常压低氧环境氧分压要低于相应的高原环境值。

常压低氧；低压低氧；饱和水蒸气压；高原医学

0 引言

高原的低氧环境对人体生理有特定的影响，是高原医学的主要研究内容。高原低氧的本质是氧分压的降低，虽然氧气百分比和平原环境相同，但是高原大气压低于平原，所以，氧分压低于平原环境。人工低氧环境是高原医学、运动员高原锻炼等相关领域重要的基础设施，依据采取的技术途径的不同，有2类人工低氧环境，即常压低氧和低压低氧[1-2]。在同样的氧分压条件下，2种环境的生理效应是否相同？已有研究从分钟通气量、血氧饱和度、心率、呼气末二氧化碳（氧气）分压等多个变量来比较2种低氧类型的生理效应。Roach RC[3]的研究表明，在相同的条件下，相比于常压低氧，低压低氧导致的急性高原病更加严重，出现症状的时间也更早。Loeppky JA[4]表明，30～60 min 2种类型的低氧，分钟通气量没有差异，但血氧饱和度在常压低氧下高于低压低氧。Savourey G[5]把18个受试者以随机顺序处于40 min的低压低氧和常压低氧环境中，测量的生理数据表明，低压低氧导致更严重的低碳酸和碱中毒，更低的血氧饱和度，并分析这些生理效应差异可能是通气死腔增加的后果。也有其他可能的机制来解释这种差异，如气压降低导致的血管内气泡的形成、通气和血液灌流的不匹配、肺泡上皮细胞的渗透率等等，但是仍然没有最终的系统性结论。

鉴于常压低氧是普遍的人工低氧方式，因此探讨常压低氧模拟实际高原环境的低压低氧在生理效应方面的差异，在低氧设备研制、低氧生理效应研究、高原病的防治等方面具有重要的意义，本文从呼吸道水蒸气压的角度分析常压低氧和低压低氧的差异，并给出常压低氧的修正方法。

1 呼吸道水蒸气压的影响分析

高原低氧的实质是氧分压下降，氧分压是大气压和氧气容积百分比的乘积，而常压低氧，则是在平原大气压条件下，通过氧气容积百分比的下降达到氧分压降低的目的。对于常压低氧设备（以舱式设备为例），都是通过调节环境中氧气百分比来模拟高原海拔。

如果只是简单地把高原的氧分压转换为常压低氧舱内的氧气浓度百分比，尽管环境氧气分压相等，但由于呼吸道水蒸气分压的影响，使二者的实际海拔并不等效。因为常压低氧下毕竟是肺内的氧分压，而不是环境中的氧分压，会对身体机能产生直接的生理效应。以4 000 m为例，环境大气压和各个气体成分的分压见表1，仅仅考虑氧气分压相同的情况下常压低氧模拟4 000 m时的数据列在表1的最后一行，惰性气体的分压忽略不计。

表1 3种条件下的气体分压数据mmHg

因为环境空气进入呼吸道后被加湿至饱和，各个气体成分的分压，包括氧分压按比例减少。在低压和常压下，由于氧分压比例的不同，水蒸气对于氧分压的降低有着不同的影响。氧分压的减少量和进入肺泡时的分压值见表2，处于高原和海平面时的呼吸道内的饱和水蒸气分压都按照47 mmHg

（1 mmHg=133.322 Pa）计算。

表2 水蒸气分压对进入呼吸道前后的氧气分压的影响mmHg

从表2数据可以看出，常压低氧和实际海拔4 000 m的氧气分压是相同的，但是在进入呼吸道后，由于呼吸道的湿润而饱和，造成氧气分压下降，且下降量不同，导致最终的氧气分压不同，实际海拔条件下氧气分压下降的更多，二者的差异为3.8 mmHg（9-5.2=3.8），这对应氧气体积分数为0.5%（3.8/760× 100%=0.5%），大致相当270 m的海拔梯度。即在不考虑呼吸道加湿效应时常压低氧4 000 m实际模拟的是海拔3 730 m。

从以上分析可以看出，水蒸气分压导致的海拔模拟偏差与实际的海拔高度是正相关，海拔高度越高，偏差越大，但不是线性关系。利用同样的计算步骤，模拟典型的海拔高度对常压下的氧气浓度的修正见表3，其他高度的修正可以利用插值的方法得到。

表3 常压低氧模拟不同海拔高度的氧气浓度修正值

2 讨论

常压低氧设备分为舱室类设备和面罩式设备，也有头盔式的设备。对于面罩式、头盔式设备而言，除了上述分析的水蒸气饱和压影响外，在呼吸过程中往往存在呼气末正压，而呼气末正压有预防急性高原病的作用[6]，这会导致更大的模拟偏差，在低氧环境模拟中是不希望的，呼气末正压对呼吸生理的效应不在本文的讨论范围内。所以，与头盔、面罩式设备相比，舱室类的常压低氧环境在偏差修正后具有更好的模拟精度，此外，舱室类设备不干扰受试人员的正常行为，人员进出方便、安全可靠，具有更广的应用范围。

3 结论

本文分析了常压低氧方法模拟高原低氧环境时呼吸道水蒸气分压对模拟精度的影响以及氧气浓度百分比的修正方法，经过修正后，常压低氧设备可以更精确地模拟实际的高原低氧环境。

[1]王忠明，许永华，黄泽阳，等.基于大型复合低压舱的模拟海拔高度系统研制[J].医疗卫生装备，2011，32（11）：12-13.

[2]韩文强，胡文东.低压舱技术的发展及其应用[J].医疗卫生装备，2009，30（9）：37-39.

[3]Roach R C，Loeppky J A，Icenogle M V.Acute mountain sickness: increased severity during simulated altitude compared with normobaric hypoxia[J].J Appl Physiol，1996，81（5）：1 908-1 910.

[4]Loeppky J A，Icenogle M V，Scotto P，et al.Ventilation during simulated altitude，normobaric hypoxia and normoxic hypobaria[J].Respir Physiol，1997，107（3）：231-239.

[5]Savourey G，Launay J C，Besnard Y，et al.Normo-and hypobaric hypoxia:are there any physiological differences[J].Eur J Appl Physiol，2003，89：122-126.

[6]Savourey G，Caterini R，Launay J C，et al.Positive end expiratory pressure as a method for preventing acute mountain sickness[J].Eur J Appl Physiol，1998，77：32-36.

（收稿：2013-01-07 修回：2013-05-28）

Analysis of Effect of Satured Vapor Pressure in Respiratory Tract on Simulated Altitude in Nnormobaric Hypoxia

WANG Hai-tao1,LU Heng-zhi1,LI Na2,SONG Zhen-xing1
(1．Institute of Medical Equipment,Academy of Military Medical Sciences,Tianjin 300161,China; 2.China-Japan Friendship Hospital,Beijing 100029,China)

The effect of satured vapor pressure in respiratory tract on simulated altitude in normobaric hypoxia is elaborated.The discrepancy between simulated altitude and real altitude,owing to the influence of satured vapor pressure, is analyzed for the same partial pressure of oxygen.The difference is positively related to the real altitude.To simulate the hypoxia in plateau truly,the partial pressure of oxygen in normobaric hypoxia should be lower than the corresponding one in plateau.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（1）：139-140]

normobaric hypoxia;hypobaric hypoxia;satured vapor pressure;altitude medicine

R318；R122．2＋2

A

1003-8868（2014）01-0139-02

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.01.139

王海涛（1975—），男，工程师，主要从事高原医学、呼吸生理、医疗设备研发方面的工作，E-mail：wht206@163.com。

300161天津，军事医学科学院卫生装备研究所（王海涛，卢恒志，宋振兴）；100029北京，中日友好医院（李 娜）