核潛艇遠航艇員吸入二氧化碳濃度與動脈二氧化碳分壓的相關(guān)分析＊

劉 猛，劉曉峰，李泰峰，王額爾敦

核潛艇密閉艙室環(huán)境特殊、空氣成分十分復(fù)雜，在核潛艇長航期間對機體的酸堿平衡及血液氣體分壓產(chǎn)生一定的影響。目前，核潛艇遠航期間調(diào)控艙室氣體含量一直是依靠傳統(tǒng)的估算方法和艙室空氣氣體體積濃度監(jiān)測［1］，且以往的相關(guān)研究均是在遠航開始前和結(jié)束后或模擬潛艇環(huán)境下對人體或動物血氣指標(biāo)進行檢測，其結(jié)果的精確性、即時性有很大局限性。

在前期的研究中通過潛艇遠航全程多時點、即時測定艇員血氣，調(diào)整氧燭-氫氧化鋰的劑量和比例，使得艇員的血液氣體分壓更趨向于正常水平［2］。然而，部分艇員在航行后期血液氣體分壓仍然偏高，采用血氣測量方法調(diào)整氧燭-氫氧化鋰的劑量和比例一則操作繁瑣耗時，二則對于艇員會造成一定的創(chuàng)傷。該研究通過分析艇員吸入二氧化碳濃度（FICO2）和動脈血二氧化碳分壓（PaCO2）的相關(guān)性，尋找兩者的線性相關(guān)關(guān)系，為核潛艇執(zhí)行更長時間的遠航任務(wù)，維持艇員的正常生理狀態(tài)提供更加即時、精確的理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1研究對象某型核潛艇執(zhí)行遠航任務(wù)期間的41名艇員作為研究對象，均為男性，年齡18～43歲，出航前體格檢查均無異常。艇員自愿參試，并做好解釋工作，使之受試時處于安靜狀態(tài)。

1.2實驗設(shè)備i-STAT全自動便攜式血液分析儀一臺，序列號2-45945。試劑：EG 7+血氣分析測試匣，批號N11106A。電子模擬器一個，序列號S-41421?？鼓妹亢辽嗡?～4 U的生理鹽水沖洗液。表面麻醉用復(fù)方利多卡因乳膏，批號1011031。

1.3標(biāo)本數(shù)據(jù)采集在水上航行第3天（T1）、潛航第 10 天（T2）、第 20 天（T3）、第 30 天（T4）4 個時間點抽取艇員橈動脈血進行動脈血氣分析，得到艇員動脈血二氧化碳分壓。儀器操作按照i-STAT全自動便攜式血氣分析儀的系統(tǒng)手冊進行。動脈血氣標(biāo)本采樣均在艙室壓力減至一個大氣壓后進行，每次檢測前用電子模擬器對血氣分析儀進行校準(zhǔn)。同時記錄艇員所在艙室二氧化碳濃度儀數(shù)據(jù)，即艇員吸入二氧化碳濃度［3］。

1.4統(tǒng)計學(xué)處理數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)處理。計量資料以（）表示，多組間比較采用單因素分析，進一步兩兩比較采用LSD-t檢驗。FICO2%與PaCO2相關(guān)關(guān)系采用Spearman相關(guān)分析，兩者的定量依賴關(guān)系采用線性回歸分析，P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1艇員動脈血PaCO2變化如表1所示，核潛艇遠航中后期，艇員的PaCO2逐漸增加。在全部41個樣本中，有8個樣本PaCO2超出正常上限45 mmHg，整體異常率19.51%。

表1 核潛艇遠航期間不同時間點艇員PaCO2變化

2.2艇員FICO2與PaCO2的相關(guān)性如表2所示，根據(jù)Pearson相關(guān)分析，核潛艇遠航過程中艇員的FICO2與PaCO2存在顯著的正相關(guān)性 （r=0.706，P＜0001）。且艇員的PaCO2與FICO2存在一元線性關(guān)系，即 PaCO2=73.951xFICO2+16.122（表 3）。

表2 核潛艇遠航期間艇員FICO2與PaCO2的相關(guān)關(guān)系

表3 核潛艇遠航期間艇員FICO2與PaCO2的線性回歸分析

2.3艙室CO2濃度范圍根據(jù)上述線性關(guān)系，為保證艇員PaCO2保持在45 mmHg的正常水平以下，需通過調(diào)整氧燭-氫氧化鋰的劑量和比例將艙室二氧化碳濃度調(diào)整到0.39%以下。

3 討論

該研究發(fā)現(xiàn)：（1）核潛艇遠航中后期艇員的PaCO2逐漸增加，異常發(fā)生率為19.12%，異常值均大于45 mmHg的正常高限；（2）在核潛艇密閉空間環(huán)境中，艇員FICO2與PaCO2存在顯著的正性一元線性關(guān)系；（3）為使?jié)撏нh航期間艇員PaCO2維持在正常生理范圍內(nèi)，需通過調(diào)節(jié)環(huán)境氣體成分將艙室二氧化碳濃度維持在0.39%以下。

核潛艇潛航期間，艙室密閉，其中二氧化碳為主要污染氣體，平均每位艇員每小時呼出二氧化碳為20～25 L，同時艙室物質(zhì)氧化燃燒也不斷產(chǎn)生二氧化碳［4］。理論上，艙室理想二氧化碳濃度為0.03%，與大氣環(huán)境濃度相同，但艙室艇員多、清除效率低等原因使艙室二氧化碳濃度明顯上升，甚至高于0.8%。長期在高二氧化碳的環(huán)境中會對人體PaCO2產(chǎn)生影響，嚴重時會破壞機體的酸堿平衡。所以，核潛艇遠航期間空氣質(zhì)量受到特別關(guān)注。目前有關(guān)部門普遍接受潛艇艇員長時間暴露0.5%～1.0%的二氧化碳濃度環(huán)境里不會受到有害影響［5］。

氧燭-氫氧化鋰空氣再生裝置是目前某定型核動力潛艇密閉艙室氧供和二氧化碳清除的應(yīng)急備用技術(shù)。氫氧化鋰是一種新型的二氧化碳化學(xué)吸收劑，具有效能高、重量輕、吸收量大等特點，每千克氫氧化鋰大約可吸收0.8～0.92 kg二氧化碳。吸收二氧化碳后的空氣經(jīng)過濾塵墊濾去粉塵后，可重新供人呼吸。氫氧化鋰不僅可以高效吸收二氧化碳，還能吸收一些有毒氣體如氯氣等。然而，吸收劑的均勻反應(yīng)問題實驗證明，氫氧化鋰所清除掉的二氧化碳大部分是初期吸收的，使用時間長了，吸收的二氧化碳逐漸減少［6］。

前期研究曾在核潛艇遠航期間即時測量艇員的血氣指標(biāo)，引入PaCO2這個指標(biāo)客觀精確地反映艇員的生理健康狀態(tài)，并指導(dǎo)潛艇氧燭-氫氧化鋰含量。該研究中，核潛艇所采用的即為調(diào)整后的氧燭-氫氧化鋰方案。與原方案比，能顯著降低艇員的PaCO2，但在航行過程中艇員的PaCO2隨時間逐漸升高，且整體發(fā)生率偏高仍有19.12%。這提示若在航行期間能及時調(diào)整氧燭-氫氧化鋰方案，就能更有效地將艇員PaCO2維持在正常生理水平。然而監(jiān)測艇員動脈血氣操作相對繁瑣，需要專業(yè)的醫(yī)務(wù)人員進行，且血氣采集本身對艇員會造成創(chuàng)傷，因此選擇艙室二氧化碳濃度這一便捷指標(biāo)。長期以來，對于潛艇密閉艙室二氧化碳濃度沒有明確的要求，普遍接受的范圍是1%以下。該研究發(fā)現(xiàn)，核潛艇遠航期間艙室二氧化碳濃度（認為等于FICO2）與艇員PaCO2存在顯著的正性一元線性關(guān)系。而且為保證艇員PaCO2維持在45 mmHg正常水平以下，需將艙室二氧化碳濃度調(diào)整到0.39%以下。該研究的結(jié)果為海軍潛艇密閉艙室二氧化碳濃度標(biāo)準(zhǔn)提供了新的理論依據(jù)，也為潛艇航行期間及時調(diào)整氧燭-氫氧化鋰的劑量和比例方案提供了簡單易行的指標(biāo)和依據(jù)。

綜上，核潛艇內(nèi)氧燭-氫氧化鋰改進劑量比例較傳統(tǒng)劑量比例更具科學(xué)性。為保證艇員PaCO2維持生理水平，需將艙室CO2濃度調(diào)整到0.39%以下。