溫區部隊急進高寒地區對官兵心肺功能的影響及防護措施＊

陳云飛，韓 瑋，袁 靜，魏 巍，許 林，劉同亭

我國寒區分布廣泛，其中高緯度高寒地區主要以東北地區為主，溫區部隊快速急進到該寒區作戰面臨巨大考驗，如低溫環境、食物缺乏、急性極寒環境（如雪崩、落水等）暴露等諸多情況，會導致長期在溫區駐扎的部隊官兵機體核心溫度過低，對組織器官尤其是心肺功能造成嚴重損傷。

1 低體溫癥的分級

在寒冷環境刺激下，機體會出現代償性冷應激反應，包括骨骼肌收縮寒戰，各臟器代謝增快產熱增加，垂體腎上腺皮質系統激活，末梢血管收縮及波動產熱。長時間處于低溫環境超過機體生理代償調控能力時，除皮膚的表面溫度下降外，還會導致核心體溫下降，發生低體溫癥［1］。其中，輕度體溫過低癥的核心體溫在32.0℃～35.0℃，體溫調節中樞基本正常，意識尚清醒，出現寒戰、心率增快、呼吸急促、血壓升高、皮膚顏色蒼白、心排血量增加。中度體溫過低癥核心體溫在28.0℃～31.9℃，意識淡漠，反應遲鈍，思維混亂，發聲含糊不清，記憶力明顯下降，肌肉關節僵硬，生理反射減弱，心臟收縮功能抑制，心排血量下降，出現心房顫動等心律失常。重度體溫過低癥核心體溫低于28.0℃，處于昏迷或半昏迷狀態，脈搏消失，呼吸極度微弱，血壓下降，產生幻覺，各種反射消失，瞳孔散大，出現肺水腫，心排血量明顯降低，易發生心室顫動等心律失常，嚴重者可心搏驟停或死亡［2］。

2 低溫環境對部隊官兵心功能的影響

溫度變化可直接影響心電傳導系統，在低體溫條件下竇房結功能受到直接抑制，心臟起搏細胞去極化被降低，潛伏期延長，心肌細胞對心電信號傳導明顯變慢，最終發展為不正常的復極化，減慢心電信號傳導，抑制心肌收縮，心率、心排血量也隨體溫 下 降 而 降 低［3］。Rahman等［4］發 現 輕 度 低 體 溫 癥時，機體釋放大量兒茶酚胺，興奮交感神經，收縮外周血管，升高血壓，增快心率，增加心排血量；中度低體溫癥時，機體出現代償不足，患者的心肌收縮力、心排血量、心率均出現下降，血壓也明顯降低；在重度低體溫時，患者往往出現心律失常癥狀，如心律不齊、Q-T間期延長、P-R間期延長、Ⅱ度及Ⅲ度房室傳導阻滯、心房顫動、心室顫動等，嚴重者則出現心臟停搏。

SAEKI等［5］發現低溫刺激導致交感神經系統興奮，激活腎素血管緊張素系統，增加去甲腎上腺素、血管緊張素Ⅱ的產生，使受試者血壓升高。Weuster等［6］分析5078例低體溫創傷患者病例，發現當體溫＜32℃時，會發生明顯心臟傳導異常；體溫＜30℃時，約50%患者發生心房顫動；體溫＜28℃時，患者會出現嚴重異常心臟節律，如心室顫動、室性心動過緩、室上性心動過速、左右房室傳導阻滯、心搏驟停；最常見的則是心房顫動。在急性寒冷刺激下，機體出現應激反應，血壓突然升高會增加具有高血壓基礎疾病患者發生如心肌梗死、腦梗死、腦出血及主動脈夾層等心血管事件的風險［7］。另有研究表明［8］，寒冷刺激誘導交感神經興奮，加重動脈粥樣硬化炎癥反應，致使內皮細胞功能障礙、適應性產熱增加使ATP生成不足，可引發急性冠狀動脈綜合征。此外，在慢性寒冷暴露情況下，心臟會發生生理病理改變。有研究［9］發現，經過慢性寒冷暴露小鼠心臟體積明顯增大，心肌肥厚較對照組明顯，寒冷暴露可明顯加重心肌細胞損傷。心肌肥厚雖然可以代償性地減輕心臟壁壓力，維持正常的心臟功能和心排血量，但若持續時間過長，則易導致心肌細胞損傷甚至纖維化，引發心臟收縮和舒張功能障礙，甚至發生心力衰竭。

3 低溫環境對呼吸系統肺功能的影響

高緯度寒冷地區氣溫低、濕度大，呼吸道吸入干冷空氣后引起病理生理學改變，在輕度低溫環境中機體可出現呼吸急促、過度換氣等生理變化，當低溫環境導致核心體溫低于33℃時，會出現呼吸抑制，并出現呼吸道黏膜功能降低，支氣管纖毛運動減弱，氣道分泌物增加，以及咳嗽反射減弱。在嚴寒條件下，隨著外界環境溫度的急劇降低，呼吸系統疾病發病率、病死率明顯增加［10］。輕度低體溫癥患者初期可表現為堿中毒，因體溫下降時機體可以通過降低代謝減少耗氧量，含碳氣體產生減少，二氧化碳溶解度增加，二氧化碳分壓降低，同時低溫下膜通透性和溫度敏感型跨膜蛋白的離子交換功能改變，使pH值增加，出現堿中毒。而當體溫進一步降低時，機體出現心肺功能衰竭，則會引起代謝性酸中毒。而在低溫低氧復合條件下，血清中血管活性物質分泌失衡，血管通透性增加，肺組織中細胞出現凋亡，導致肺水腫發生。

Makinen等［11］研究發現，寒冷環境下鼻 和上呼吸道血管反射性地收縮，呼吸系統防御功能抑制，促使無癥狀或亞臨床病毒性感染發生轉變，成為有癥狀臨床感染。實驗研究顯示［12］，急性冷暴露后大鼠核心溫度下降，出現肺組織損傷、纖毛功能減弱，氣道自身保護性反應降低，增加了呼吸系統疾病的易感性。另外，低溫可導致肺泡巨噬細胞吞噬功能降低，顯著降低細菌清除能力，增加上呼吸道“自身菌”侵入下呼吸道的機會［13］。在寒冷刺激或低溫暴露時間愈長，肺組織中炎性細胞浸潤程度和促炎性因子水平愈顯著升高，肺泡內水腫愈加明顯，從而導致肺組織損傷，增加呼吸系統疾病發生概率。

過度吸入冷空氣后氣道表面液體出現高滲狀態，引起肥大細胞或嗜酸性細胞釋放組胺、前列腺素、白三烯等介質，使血管通透性增加，導致上皮細胞損傷。寒冷環境下肺臟所分泌的各種抑炎性因子、促炎性因子水平也發生改變，重度低體溫癥患者體內IL-β1大量釋放，導致全身炎癥反應發生。Shirai等研究結果顯示，冷暴露可對單核細胞產生強烈刺激，使IL-1、IL-6、TNF-α等炎性因子濃度明顯升高［14］。炎性介質與炎性細胞的相互作用，損傷內皮細胞的同時，也增加毛細血管的通透性，發生肺間質性水腫，破壞肺泡上皮屏障而損傷肺功能。

4 溫區部隊急進高寒地區的防護措施

4.1 加強冷習服提高寒冷耐受能力冷習服是指經過寒冷環境中的耐寒訓練，提高機體耐寒抗凍能力的訓練過程，一般在4～6周發生一系列適應性改變。其常用方式是體能與冷暴露訓練，冷暴露訓練則包括全身冷暴露和局部冷暴露，可分為連續性和間斷性兩種［15］。在寒冷環境中進行一定時間及一定強度訓練活動，進行一定時間冷暴露，可改善血液循環，增加血流量，增強對寒冷環境耐受能力。經過反復寒冷刺激，局部血管舒縮反應可以得到明顯改善，血流量增加，抵抗寒冷能力得到快速增強。冷適應形成后，可以維持較好的能量代謝功能。

4.2 調節飲食結構改善機體抗寒能力高脂膳食、增加多種維生素及微量元素的攝入，可有效提高機體抗寒能力。對進行冷暴露建模大鼠預飼高脂飼料，研究結果表明高脂攝入可顯著升高脂代謝酶的活性，使心肌線粒體心磷脂合成增強，細胞色素C氧化酶活性得到激活。在低溫條件下脂肪攝入量的適當增加，既有利于機體耐寒力的提高，也不會產生肝脂肪浸潤。在實驗中還發現，急性冷暴露后預飼高脂大鼠的直腸溫度顯著小于對照組下降幅度，適宜的高脂攝入有利于冷適應的建立和增強抗寒能力［16］。

高脂膳食和維生素E可以提高寒冷條件下人紅細胞Na+-K+-ATP酶活性，從而減輕在冷適應初期脂質過氧化所導致的產物蓄積，對生物膜及亞細胞結構的完整性發揮保護作用［17］。應用核黃素對冷暴露大鼠模型進行相關激素水平變化的觀察，證明增加核黃素的供給可提高血清T4水平，對某些黃素酶的誘導增強，血液皮質醇濃度降低，大鼠對急性冷應激的刺激敏感度降低，機體冷適應得到促進［18］。應用沙棘油對實驗性冷損傷的保護進行了實驗研究，證明沙棘油顯著抑制受冷大鼠脂質過氧化作用，防范自由基作用，保護機體免遭冷損傷［19］。急性冷暴露可導致體內鋅的重新分布，而體內高鋅水平可以提高H+轉運ATP酶穩定性，轉運活力隨之升高，線粒體膜穩定性增強，冷暴露所造成的膜損傷受到抑制［20］。鐵元素的缺乏可引起貧血，從而導致血液攜氧能力下降，還可引起與鐵密切相關的呼吸酶活性減弱，增加鐵供應可進一步增強肝線粒體H+轉運ATP酶的活性，從而使機體的抗寒能力增強［21］。在小鼠冷應激試驗中觀察到酪氨酸、色氨酸、膽堿，對小鼠的抗冷應激能力有積極影響，酪氨酸可針對性減少冷應激引起的特定腦區NA耗竭起到抗寒作用；色氨酸作為5-HT的前提物質，可影響其在腦內的濃度，進而影響下丘腦促激素的分泌，促進T3、T4釋放，糖皮質激素充分發揮作用，機體產熱和代謝增強；膽堿甲基轉換后則以乙酰膽堿的形式作為化學遞質，在神經傳導中發揮作用，并使機體對應激因子的抵抗力得到顯著提高［22］。

4.3 應用中藥及中藥復方增強抗寒能力研究顯示，補益中藥人參、西洋參、黨參、黃芪、紅景天以及活血化瘀類中藥丹參、當歸、川芎、三七等，具有顯著抗寒、抗疲勞作用［23］。實驗證明［24］，人參多糖可提高Na+-K+-ATP酶活性，調整細胞代謝，還可升高體內兒茶酚胺含量，加快冷適應的建立；服用人參多糖可使全血黏度下降，改善血液循環功能，間接地提高和加速機體冷適應的建立。人參根皂甙可抑制小鼠體溫下降，防止大鼠體溫降低，維持體溫恒定。紅景天可縮短暴露于寒冷環境的正常人體免疫功能恢復時間，由正常水平所需時間的24 d提前到10 d，可使血管反應增強，血管舒張時間延長，血液循環加快，顯示紅景天作為促進寒冷適應的有效藥物，是寒冷環境下理想的選擇，并且能加速正常人體冷適應的建立。另有研究表明紅景天還能顯著增加冷適應過程中機體代謝率，機體所產生的過氧化產物被紅景天的SOD及時清除，從而降低MDA含量，減少氧化應激對機體的損傷，機體抗寒能力得到顯著提高。與紅景天類似的是刺五加的抗寒作用，可以增加冷適應過程中紅細胞膜SOD活性，增加cAMP、cGMP含量，降低紅細胞膜MDA含量，還可減少冷暴露中大鼠心肌、骨骼肌、肝臟組織的氧耗量，使機體的冷適應能力顯著提高。而刺五加對血液循環系統功能的改善，則與人參多糖的作用相似。由人參、淫羊藿等組成的復方中藥制劑，從抗氧化應激角度進行動物實驗研究，在預先藥物干預的基礎上，實驗動物抗氧化效果明顯，可顯著增強體內總抗氧化能力，升高CAT、SOD水平，說明中藥復方制劑通過改善機體抗氧化系統預防機體寒冷誘導的損傷［25］。

綜上所述，低溫環境下寒冷應激對部隊官兵心肺功能的影響可誘發較嚴重的心血管及呼吸疾病，其中冷刺激導致生理病理變化、氧化應激等，在機體損傷過程中具有重要作用。在寒冷暴露的防護措施中，基礎與臨床研究還有很大空間，目前應積極探討方便快捷中西藥制劑的研發與應用，為溫區部隊急進高寒地區提供更加優質衛勤保障。