核潛艇遠(yuǎn)航艇員吸入二氧化碳濃度與動(dòng)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(zhǎng)航期間對(duì)機(jī)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(yuǎn)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(cè)［1］，且以往的相關(guān)研究均是在遠(yuǎn)航開(kāi)始前和結(jié)束后或模擬潛艇環(huán)境下對(duì)人體或動(dòng)物血?dú)庵笜?biāo)進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)果的精確性、即時(shí)性有很大局限性。

在前期的研究中通過(guò)潛艇遠(yuǎn)航全程多時(shí)點(diǎn)、即時(shí)測(cè)定艇員血?dú)猓{(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?dú)鉁y(cè)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(shí)，二則對(duì)于艇員會(huì)造成一定的創(chuàng)傷。該研究通過(guò)分析艇員吸入二氧化碳濃度（FICO2）和動(dòng)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(zhǎng)時(shí)間的遠(yuǎn)航任務(wù)，維持艇員的正常生理狀態(tài)提供更加即時(shí)、精確的理論依據(jù)。

1 資料與方法

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

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備i-STAT全自動(dòng)便攜式血液分析儀一臺(tái)，序列號(hào)2-45945。試劑：EG 7+血?dú)夥治鰷y(cè)試匣，批號(hào)N11106A。電子模擬器一個(gè)，序列號(hào)S-41421。抗凝用每毫升含肝素2～4 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(hào)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(gè)時(shí)間點(diǎn)抽取艇員橈動(dòng)脈血進(jìn)行動(dòng)脈血?dú)夥治觯玫酵T動(dòng)脈血二氧化碳分壓。儀器操作按照i-STAT全自動(dòng)便攜式血?dú)夥治鰞x的系統(tǒng)手冊(cè)進(jìn)行。動(dòng)脈血?dú)鈽?biāo)本采樣均在艙室壓力減至一個(gè)大氣壓后進(jìn)行，每次檢測(cè)前用電子模擬器對(duì)血?dú)夥治鰞x進(jìn)行校準(zhǔn)。同時(shí)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(jì)學(xué)處理數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。計(jì)量資料以（）表示，多組間比較采用單因素分析，進(jìn)一步兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn)。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(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

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

表1 核潛艇遠(yuǎn)航期間不同時(shí)間點(diǎn)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(yuǎn)航過(guò)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(yuǎn)航期間艇員FICO2與PaCO2的相關(guān)關(guān)系

表3 核潛艇遠(yuǎn)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(guò)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(yuǎn)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(yuǎn)航期間艇員PaCO2維持在正常生理范圍內(nèi)，需通過(guò)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(shí)呼出二氧化碳為20～25 L，同時(shí)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(zhǎng)期在高二氧化碳的環(huán)境中會(huì)對(duì)人體PaCO2產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞機(jī)體的酸堿平衡。所以，核潛艇遠(yuǎn)航期間空氣質(zhì)量受到特別關(guān)注。目前有關(guān)部門(mén)普遍接受潛艇艇員長(zhǎng)時(shí)間暴露0.5%～1.0%的二氧化碳濃度環(huán)境里不會(huì)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(dòng)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(diǎn)，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(guò)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(wèn)題實(shí)驗(yàn)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(shí)間長(zhǎng)了，吸收的二氧化碳逐漸減少［6］。

前期研究曾在核潛艇遠(yuǎn)航期間即時(shí)測(cè)量艇員的血?dú)庵笜?biāo)，引入PaCO2這個(gè)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(guò)程中艇員的PaCO2隨時(shí)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(shí)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(cè)艇員動(dòng)脈血?dú)獠僮飨鄬?duì)繁瑣，需要專業(yè)的醫(yī)務(wù)人員進(jìn)行，且血?dú)獠杉旧韺?duì)艇員會(huì)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(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)于潛艇密閉艙室二氧化碳濃度沒(méi)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(yuǎn)航期間艙室二氧化碳濃度（認(rèn)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(shí)調(diào)整氧燭-氫氧化鋰的劑量和比例方案提供了簡(jiǎn)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(jìn)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。