創(chuàng)建大型復(fù)合低壓艙擴(kuò)大醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)種類

許永華，張 瓊，曹金軍，張東輝，趙紅艷，是文輝，許 琴，李建瑛，李佳佳，董 翔

(蘭州軍區(qū)烏魯木齊總醫(yī)院，烏魯木齊 830000)

創(chuàng)建大型復(fù)合低壓艙擴(kuò)大醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)種類

許永華，張 瓊，曹金軍，張東輝，趙紅艷，是文輝，許 琴，李建瑛，李佳佳，董 翔

(蘭州軍區(qū)烏魯木齊總醫(yī)院，烏魯木齊 830000)

本文主要闡述了一種大型復(fù)合低壓艙的研制及其在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。該復(fù)合低壓艙可模擬高原低氣壓，高溫、低溫、干熱、紫外線照射等環(huán)境因素，其可模擬單一氣候條件，也可以通過(guò)調(diào)控模擬出各種現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)合氣候環(huán)境。本艙為西北部隊(duì)衛(wèi)勤保障研究提供了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，滿足極端氣候條件下戰(zhàn)創(chuàng)傷救治及藥物等相關(guān)研究及急進(jìn)高原人員習(xí)服性訓(xùn)練等。本研究的成果擴(kuò)大了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，完善了實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)平臺(tái)的種類。

低壓艙;西北氣候;實(shí)驗(yàn)平臺(tái);動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

西北地區(qū)地處內(nèi)陸有著特殊的地理結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出高海拔、低氣壓、紫外線輻射強(qiáng)度大的特點(diǎn)，環(huán)境惡劣，氣候千變?nèi)f化。其中新疆地區(qū)點(diǎn)多、面廣、線長(zhǎng)，邊防高原一年中有半年封山期，人員進(jìn)出不便，給衛(wèi)勤保障和科研實(shí)驗(yàn)工作帶來(lái)極大困難，本研究針對(duì)西北地區(qū)醫(yī)學(xué)科研平臺(tái)的現(xiàn)狀和需求研制了此款大型復(fù)合低壓艙。［1］本艙可以模擬西北高原高寒、沙漠戈壁特殊自然環(huán)境條件，用于基礎(chǔ)研究、醫(yī)學(xué)治療及高原生理學(xué)、高原運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和高原設(shè)備試驗(yàn)，且不受地理、季節(jié)等自然條件的限制，精密控制實(shí)驗(yàn)條件，縮短研究周期，降低研究成本，使研究的數(shù)據(jù)科學(xué)可靠。該復(fù)合低壓艙為提高寒區(qū)、高原環(huán)境下軍地人員作業(yè)能力的醫(yī)學(xué)保障研究，提供了一種實(shí)用型實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)。

1 創(chuàng)建大型復(fù)合低壓艙

1.1 設(shè)計(jì)要求

該大型復(fù)合低壓艙群是一種多功能模擬復(fù)合環(huán)境的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，由3個(gè)艙室組成，面積分別為艙Ⅰ(38.70 m2)、艙Ⅱ(54 m2)和過(guò)度艙(24.3 m2)。要求實(shí)現(xiàn)模擬高度為10000 m，溫度值范圍－50±50℃、紫外線強(qiáng)度 40～70W/m2、空氣相對(duì)濕度10RH%～自由狀態(tài)下的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，各艙有不同的使用功能，其中各艙室即可獨(dú)立使用，也可根據(jù)需要將三個(gè)獨(dú)立的艙連通成一個(gè)大艙工作［2］。

1.2 系統(tǒng)組成

一款合格的低壓艙首先要有一個(gè)密封性好、抗壓強(qiáng)度大、內(nèi)部裝飾舒適的艙室;二是一套抽氣效率高且抽量氣可調(diào)的真空系統(tǒng)［3］.三是受控的風(fēng)量可變的新風(fēng)補(bǔ)給系統(tǒng);四是參數(shù)監(jiān)測(cè)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等，氣體管道控制系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)艙的動(dòng)力支持系統(tǒng)，是低壓艙重要的組成部分，主要是實(shí)現(xiàn)和維持各艙在不同海拔下的真空度(低氣壓)，并保證艙室升降壓速度、補(bǔ)充新風(fēng)量，以確保艙內(nèi)空氣成分比例在各種海拔高度都與對(duì)應(yīng)的自然環(huán)境一致，特別是在參加實(shí)驗(yàn)人數(shù)較多的情況下，要同時(shí)增加抽氣量和新風(fēng)補(bǔ)充量。模擬以上實(shí)驗(yàn)環(huán)境，需要多個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立或聯(lián)合作用下來(lái)完成，如真空動(dòng)力系統(tǒng)、新風(fēng)補(bǔ)給系統(tǒng)、低溫(制冷)高溫(加熱)系統(tǒng)、空氣成分監(jiān)測(cè)、控制及附屬系統(tǒng)［3］等。

1.3 低壓低氧環(huán)境組成原理

圖1 工作原理流程圖Fig.1 Flowchart of working principle

1.3.1 低壓艙是通過(guò)調(diào)節(jié)抽氣量與進(jìn)氣量的比例來(lái)實(shí)施上升與下降的。上升時(shí)抽氣量大于進(jìn)氣量，停留時(shí)抽氣量等于進(jìn)氣量，下降時(shí)抽氣量小于進(jìn)氣量［4］。原則是在模擬不同低氣壓條件的同時(shí)，保證艙內(nèi)充分的通氣量。如圖1所示，低壓艙根據(jù)隨海拔升高，氣壓降低、空氣密度減小、空氣成分不變的物理原理，采用減壓裝置真空泵使密閉艙內(nèi)壓力降低、密度減小，從而模擬所需的高原缺氧環(huán)境，同時(shí)為保證實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)不同壓力(模擬高度)、不同人數(shù)時(shí)空氣成分不變的需要，艙內(nèi)必須不斷地注入新鮮空氣，以確保艙內(nèi)模擬環(huán)境空氣的品質(zhì)，從而構(gòu)成開(kāi)放的動(dòng)態(tài)低壓低氧環(huán)境［5］。

1.3.2 溫度環(huán)境模擬的過(guò)程控制是由溫度變送器測(cè)量的艙內(nèi)溫度值與溫度的設(shè)定值構(gòu)成單回路調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)所設(shè)溫度值。

1.3.3 紫外線環(huán)境模擬由輻射探測(cè)器測(cè)量艙內(nèi)紫外線輻射的強(qiáng)度值與設(shè)定值構(gòu)成單回路調(diào)節(jié)，采用PID控制方式控制輻射器的工作電壓，從而改變輻射強(qiáng)度。

1.3.4 控制系統(tǒng)由全自動(dòng)和半自動(dòng)控制，按照實(shí)驗(yàn)的類別分低壓環(huán)境、高低溫干燥環(huán)境、熱輻射環(huán)境、有害氣體環(huán)境，分別手動(dòng)調(diào)控相應(yīng)的子系統(tǒng)設(shè)備，模擬相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

1.3.5 氧艙急救 ICU，艙內(nèi)配備16芯絕緣屏蔽性生物電導(dǎo)聯(lián)裝置，設(shè)置氣控變壓式多功能呼吸機(jī)接口及多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀通訊電纜接口，以便氧艙在急救治療時(shí)，利用氣控變壓式多功能呼吸及多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀對(duì)患者進(jìn)行監(jiān)護(hù)及特殊治療，實(shí)現(xiàn)氧艙 ICU功能。

2 大型復(fù)合低壓艙在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

2.1 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)在醫(yī)學(xué)研究中的價(jià)值

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)是醫(yī)學(xué)科研實(shí)施的重要環(huán)節(jié)。由于人類疾病動(dòng)物模型及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)手術(shù)制備模型等技術(shù)不斷發(fā)展，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)在醫(yī)學(xué)科研工作中的作用日益顯現(xiàn)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)作為醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)性研究的主要方式，貫穿多學(xué)科的研究?jī)?nèi)容，是醫(yī)學(xué)課題研究到科技成果應(yīng)用中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)是判斷醫(yī)學(xué)科研創(chuàng)新的重要方式，醫(yī)學(xué)科研課題的價(jià)值主要體現(xiàn)在創(chuàng)新性上［6］。

2.2 人類疾病動(dòng)物模型在醫(yī)學(xué)科研中的作用

2.1 在諸多科研項(xiàng)目中約2/5是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，其中90%以上是制作各類動(dòng)物疾病模型。人類疾病動(dòng)物模型是指為生物醫(yī)學(xué)研究而建立的具有人類疾病模擬表現(xiàn)的動(dòng)物疾病模型［7］，是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究中不可少的重要研究方法和手段，也是實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)、比較醫(yī)學(xué)研究的核心內(nèi)容，它能幫助我們更深刻地認(rèn)識(shí)人類疾病的本質(zhì)、發(fā)生發(fā)展規(guī)律，并找到預(yù)防、診斷、治療疾病的準(zhǔn)確途徑。

2.2 軍隊(duì)醫(yī)院醫(yī)學(xué)科研主要突出軍事醫(yī)學(xué)、突發(fā)事件醫(yī)學(xué)救援、臨床特殊及重大疾病等方面研究，不斷提高軍隊(duì)衛(wèi)勤保障能力、平戰(zhàn)時(shí)期醫(yī)學(xué)保障和新型診療技術(shù)水平，其中包括:①軍事醫(yī)學(xué)研究主要圍繞戰(zhàn)創(chuàng)傷的損傷形成機(jī)制機(jī)理和臨床救治理論及技術(shù)研究等方面而開(kāi)展，以解決臨床問(wèn)題為主要目的、可替代選擇實(shí)驗(yàn)動(dòng)物去取得有價(jià)值的科研數(shù)據(jù);②現(xiàn)代突發(fā)事件及意外事故發(fā)生比率不斷增加，為提高醫(yī)院ICU急救及院內(nèi)急診處置水平，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)是不可缺少的研究方式;③由于人類疾病動(dòng)物模型及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)手術(shù)制備模型技術(shù)的不斷發(fā)展，選擇動(dòng)物模型設(shè)計(jì)及相關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行臨床特殊及重大疾病的生理、病理等發(fā)病機(jī)制和診療防治的新方法等研究。

3 大型復(fù)合低壓艙的應(yīng)用范圍

3.1 滿足特殊環(huán)境實(shí)驗(yàn)動(dòng)物需要，適應(yīng)于西北地區(qū)高原、高寒、干熱、沙漠地區(qū)特殊環(huán)境下作戰(zhàn)、反恐維穩(wěn)、訓(xùn)練衛(wèi)勤保障的需要，解決此環(huán)境下戰(zhàn)、創(chuàng)傷救治、疾病預(yù)防的難點(diǎn)問(wèn)題，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在艙內(nèi)模擬各類創(chuàng)傷及高原疾病模型進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，例如:高原疾病(急性高山病、高原肺水腫、高原腦水腫的發(fā)生發(fā)展機(jī)制及救治研究;對(duì)寒冷和沙漠、干熱地區(qū)凍創(chuàng)、傷、火器傷清創(chuàng)與感染、高原男性生殖健康的調(diào)查及高原部隊(duì)官兵睡眠質(zhì)量，相關(guān)藥物等研究。通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)避免了在人身上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的所造成的危害，并可以精密控制實(shí)驗(yàn)條件，縮短研究周期，降低研究成本，使研究的數(shù)據(jù)科學(xué)可靠。

3.2 滿足實(shí)用需要

平原人進(jìn)入高原后，機(jī)體發(fā)生一系列代償適應(yīng)性變化，這個(gè)過(guò)程在高原醫(yī)學(xué)中稱為習(xí)服(acclimatization)［8］。隨著我國(guó)對(duì)外開(kāi)放逐步深化的開(kāi)展、高山旅游、科學(xué)考察、探險(xiǎn)和登山活動(dòng)日趨活躍自青藏鐵路開(kāi)通以來(lái)更多人從平原急速進(jìn)入高原，一些人還進(jìn)入特高海拔區(qū)(5000 m以上)，其中急性高原病、高山事故、高山凍傷、低溫血癥，高原出血綜合癥和高山猝死等時(shí)有發(fā)生，該艙可為急進(jìn)高原高寒、戈壁沙漠地區(qū)的人員進(jìn)行習(xí)服性訓(xùn)練提供訓(xùn)練基地。通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，探討平原人進(jìn)入高原地區(qū)的“高原反應(yīng)”及從高原返回平原“低原反應(yīng)”的預(yù)防和救治措施提供可靠的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及技術(shù)依托。

3.3 專業(yè)人員技術(shù)培訓(xùn)

為醫(yī)學(xué)院校和科研單位培養(yǎng)邊防人才，提供教學(xué)實(shí)驗(yàn)基地。為提高軍隊(duì)醫(yī)院科研管理水平和促進(jìn)醫(yī)院內(nèi)涵建設(shè)的重要方面、具有很大的軍事、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的作用

世界上許多國(guó)家已利用低壓艙模擬高山作氣候治療、康復(fù)，收到了較好的效果［9］俄羅斯在低壓缺氧治療方案、治療適應(yīng)證、禁忌證等研究比較深入。

桂芹［10］支氣管哮喘患兒每人早8:00進(jìn)入低壓艙中，以 3 m/s的速度進(jìn)行減壓，達(dá)到相當(dāng)海拔2500 m高度，維持2 h，然后再逐漸升壓恢復(fù)到正常狀態(tài)，患兒即可出低壓艙。一個(gè)治療過(guò)程為10d，其臨床癥狀和肺功能改善。術(shù)前耐受性訓(xùn)練，低壓缺氧環(huán)境可以校正患者的情緒、體力和智力狀態(tài)，提高患者的非特異性抵抗力，用于開(kāi)胸等大型手術(shù)的術(shù)前耐受性訓(xùn)練。龍超良［11］等利用間斷低氧習(xí)服大鼠(3000，5000 m各 2周，4 h/d)和正常大鼠經(jīng)8000 m缺氧4 h后，觀察其整體心功能，急性重度缺氧可顯著抑制心功能，動(dòng)物經(jīng)低氧適應(yīng)后，心臟功能明顯改善，可減輕缺氧對(duì)心臟的損傷。

3.5 體育訓(xùn)練

低壓缺氧環(huán)境可以升高人體紅細(xì)胞數(shù)目，增加血紅蛋自含量:，增大紅細(xì)胞壓積，使載氧能力增加，反映出其對(duì)人體健康有利的一面，美國(guó)著名馬拉松選手薩拉薩爾仿高原訓(xùn)練，2次創(chuàng)造馬拉松世界最好成績(jī)，多次獲得重大國(guó)際馬拉松賽的冠軍。中國(guó)“鐵人”張健再度出征我國(guó)最大的內(nèi)陸咸水湖一青海湖前曾搬進(jìn)低壓氧艙適應(yīng)［4］。

4 結(jié)論

低氧是威脅進(jìn)入高原人員健康的最大“天敵”，人員勞作能力降低。高原氣溫隨海拔高度增加而降低，加之風(fēng)大，加劇寒冷作用，因此容易凍傷，急劇的溫度變化是高原氣候的一大特點(diǎn)，空氣干燥加寒冷對(duì)人員發(fā)生皮膚皸裂、鼻粘膜損傷嚴(yán)重，高原日照時(shí)間長(zhǎng)且紫外線強(qiáng)，人在高原所受的日光輻射隨海拔高度的增加而增加，高度紫外線照射對(duì)人皮膚和眼睛造成損害［15］。戈壁沙漠在我國(guó)主要分布在大西北［10］、面積共計(jì)304.3平方公里，占西部總面積的57.7、沙漠戈壁常見(jiàn)地域病包括常見(jiàn)的地方病、地方性甲狀腺腫、大骨節(jié)病、地方性氟中毒、寄生蟲(chóng)等，創(chuàng)-凍復(fù)合傷即在高寒區(qū)野外條件想，創(chuàng)傷后在發(fā)生凍傷，在我國(guó)沙漠戈壁高寒地域冬季常見(jiàn)發(fā)生。

利用復(fù)合低壓艙，模擬高原或戈壁沙漠環(huán)境，制作動(dòng)物低壓缺氧、凍傷、紫外線灼傷等實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯坎煌蛩貙?duì)機(jī)體的影響。本大型復(fù)合低壓艙經(jīng)過(guò)嚴(yán)密設(shè)計(jì)、按裝和調(diào)試，所模擬海拔高度系統(tǒng)、溫度、紫外線技術(shù)參數(shù)等工作穩(wěn)定、性能可靠、模擬精度高，作為西部地區(qū)軍地開(kāi)展醫(yī)學(xué)科技攻關(guān)提供了新型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和技術(shù)依托，具有廣泛的應(yīng)用前景。

［1］許永華，雷權(quán) ，陳振洲，等.新時(shí)期軍隊(duì)醫(yī)院實(shí)驗(yàn)設(shè)施建設(shè)的探索與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科學(xué)，2011，28(4):37－38.

［2］許永華，張東輝，王忠明，等.大型低壓低氧干熱高紫外線復(fù)合低壓艙的研制［J］.醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2011，32(11):33－35.

［3］王忠明，許永華，黃澤陽(yáng)，等.基于大型復(fù)合低壓艙的模擬環(huán)境系統(tǒng)研制［J］.醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2011，32(12):13－14.

［4］韓文強(qiáng)，胡文東，等.低壓艙技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用［J］.醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2009，30(9):37－39.

［5］王忠明，許永華，黃澤陽(yáng)，等.基于大型復(fù)合低壓艙的模擬海拔高度系統(tǒng)研制［J］.醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2011，32(11):12－13.

［6］李大鵬，劉文清，王永清，等.實(shí)驗(yàn)動(dòng)物工作在軍隊(duì)醫(yī)院科研中的價(jià)值及實(shí)現(xiàn)要素［J］.實(shí)用醫(yī)藥雜志，2008，25(9):1142－1143.

［7］施新猷，顧為望.人類疾病動(dòng)物模型［M］.人民衛(wèi)生出版社，2008:1－4.

［8］高鈺琪，羅德成，牛文忠，等.高原習(xí)服的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法研究［J］.第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，23(12):1453－1454.

［9］吳天一.高原環(huán)境對(duì)人體有益影響的研究［J］.醫(yī)學(xué)研究雜志，2001，36(12):1－4.

［10］桂芹，孔祥英，黎永學(xué)，等.低壓缺氧治療哮喘臨床療效觀察［J］.重慶醫(yī)學(xué)，2000，29(1):25－27.

［11］龍超良，周智，尹昭云等.急性缺氧對(duì)人鼠心功能的影響［J］.航大醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程，1999，12(4):267－269.

Creating Large Composite Low Pressure Tank for Perfecting Medical Experimental Platform Type

XU Yong-hua，ZHANG Qiong，CAO Jin-jun，ZHANG Dong-hui，ZHAO Hong-yan，WANG Zhong-ming，YANG Zi-geng，SHI Wen-hui，XU Qin，LI Jian-yin，LI Jia-jia，DONG Xiang
(Urumqi General Hospital of Lanzhou Military Area Command，Urumqi 830000，China)

This paper mainly expounds a large complex low pressure tank in the development and the application in medical experiments.This composite low pressure tank can simulate the plateau low pressure，high temperature，low temperature，dry heat，strong ultraviolet radiation environment and so on.This tank can simulate a single climate conditions，and also can simulate various site of the composite climate environment through regulation.This tank provides experimental platform for the medical supports to the northwest troops，the firearm wounds treatment，drug related research with the extreme weather conditions and the accelerated plateau personnel acclimatization training，etc.This research results improve the medical experimental platform type.

Composite low pressure tank;Northwest climate;Experimental platform;Animal experiment

Q95-331 R332

A

1671-7856(2012)07-0060-04

10.3969.j.issn.1671.7856.2012.007.015

2012-07-06

總后衛(wèi)生部“十一五”重大專項(xiàng)課題(08Z004)。

許永華(1956－)，女、主任、主任技師。E-mail:xyh821023@sina.com。

許永華。