創(chuàng)建大型復合低壓艙擴大醫(yī)學實驗平臺種類

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)建大型復合低壓艙擴大醫(yī)學實驗平臺種類

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合低壓艙的研制及其在醫(yī)學實驗中的應用。該復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，也可以通過調控模擬出各種現(xiàn)場的復合氣候環(huán)境。本艙為西北部隊衛(wèi)勤保障研究提供了實驗平臺，滿足極端氣候條件下戰(zhàn)創(chuàng)傷救治及藥物等相關研究及急進高原人員習服性訓練等。本研究的成果擴大了動物實驗平臺建設，完善了實驗醫(yī)學平臺的種類。

低壓艙;西北氣候;實驗平臺;動物實驗

西北地區(qū)地處內陸有著特殊的地理結構，呈現(xiàn)出高海拔、低氣壓、紫外線輻射強度大的特點，環(huán)境惡劣，氣候千變萬化。其中新疆地區(qū)點多、面廣、線長，邊防高原一年中有半年封山期，人員進出不便，給衛(wèi)勤保障和科研實驗工作帶來極大困難，本研究針對西北地區(qū)醫(yī)學科研平臺的現(xiàn)狀和需求研制了此款大型復合低壓艙。［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，用于基礎研究、醫(yī)學治療及高原生理學、高原運動訓練和高原設備試驗，且不受地理、季節(jié)等自然條件的限制，精密控制實驗條件，縮短研究周期，降低研究成本，使研究的數(shù)據科學可靠。該復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)學保障研究，提供了一種實用型實驗技術平臺。

1 創(chuàng)建大型復合低壓艙

1.1 設計要求

該大型復合低壓艙群是一種多功能模擬復合環(huán)境的實驗設備，由3個艙室組成，面積分別為艙Ⅰ(38.70 m2)、艙Ⅱ(54 m2)和過度艙(24.3 m2)。要求實現(xiàn)模擬高度為10000 m，溫度值范圍－50±50℃、紫外線強度 40～70W/m2、空氣相對濕度10RH%～自由狀態(tài)下的各項技術參數(shù)。根據實驗設計要求，各艙有不同的使用功能，其中各艙室即可獨立使用，也可根據需要將三個獨立的艙連通成一個大艙工作［2］。

1.2 系統(tǒng)組成

一款合格的低壓艙首先要有一個密封性好、抗壓強度大、內部裝飾舒適的艙室;二是一套抽氣效率高且抽量氣可調的真空系統(tǒng)［3］.三是受控的風量可變的新風補給系統(tǒng);四是參數(shù)監(jiān)測和計算機控制系統(tǒng)等，氣體管道控制系統(tǒng)作為實驗艙的動力支持系統(tǒng)，是低壓艙重要的組成部分，主要是實現(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、補充新風量，以確保艙內空氣成分比例在各種海拔高度都與對應的自然環(huán)境一致，特別是在參加實驗人數(shù)較多的情況下，要同時增加抽氣量和新風補充量。模擬以上實驗環(huán)境，需要多個系統(tǒng)獨立或聯(lián)合作用下來完成，如真空動力系統(tǒng)、新風補給系統(tǒng)、低溫(制冷)高溫(加熱)系統(tǒng)、空氣成分監(jiān)測、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 低壓艙是通過調節(jié)抽氣量與進氣量的比例來實施上升與下降的。上升時抽氣量大于進氣量，停留時抽氣量等于進氣量，下降時抽氣量小于進氣量［4］。原則是在模擬不同低氣壓條件的同時，保證艙內充分的通氣量。如圖1所示，低壓艙根據隨海拔升高，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壓力降低、密度減小，從而模擬所需的高原缺氧環(huán)境，同時為保證實驗艙內不同壓力(模擬高度)、不同人數(shù)時空氣成分不變的需要，艙內必須不斷地注入新鮮空氣，以確保艙內模擬環(huán)境空氣的品質，從而構成開放的動態(tài)低壓低氧環(huán)境［5］。

1.3.2 溫度環(huán)境模擬的過程控制是由溫度變送器測量的艙內溫度值與溫度的設定值構成單回路調節(jié)，以實現(xiàn)所設溫度值。

1.3.3 紫外線環(huán)境模擬由輻射探測器測量艙內紫外線輻射的強度值與設定值構成單回路調節(jié)，采用PID控制方式控制輻射器的工作電壓，從而改變輻射強度。

1.3.4 控制系統(tǒng)由全自動和半自動控制，按照實驗的類別分低壓環(huán)境、高低溫干燥環(huán)境、熱輻射環(huán)境、有害氣體環(huán)境，分別手動調控相應的子系統(tǒng)設備，模擬相應的實驗環(huán)境。

1.3.5 氧艙急救 ICU，艙內配備16芯絕緣屏蔽性生物電導聯(lián)裝置，設置氣控變壓式多功能呼吸機接口及多參數(shù)監(jiān)護儀通訊電纜接口，以便氧艙在急救治療時，利用氣控變壓式多功能呼吸及多參數(shù)監(jiān)護儀對患者進行監(jiān)護及特殊治療，實現(xiàn)氧艙 ICU功能。

2 大型復合低壓艙在醫(yī)學實驗中的應用

2.1 動物實驗在醫(yī)學研究中的價值

動物實驗是醫(yī)學科研實施的重要環(huán)節(jié)。由于人類疾病動物模型及動物實驗手術制備模型等技術不斷發(fā)展，動物實驗在醫(yī)學科研工作中的作用日益顯現(xiàn)、動物實驗作為醫(yī)學基礎性研究的主要方式，貫穿多學科的研究內容，是醫(yī)學課題研究到科技成果應用中的重點環(huán)節(jié)。動物實驗是判斷醫(yī)學科研創(chuàng)新的重要方式，醫(yī)學科研課題的價值主要體現(xiàn)在創(chuàng)新性上［6］。

2.2 人類疾病動物模型在醫(yī)學科研中的作用

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

2.2 軍隊醫(yī)院醫(yī)學科研主要突出軍事醫(yī)學、突發(fā)事件醫(yī)學救援、臨床特殊及重大疾病等方面研究，不斷提高軍隊衛(wèi)勤保障能力、平戰(zhàn)時期醫(yī)學保障和新型診療技術水平，其中包括:①軍事醫(yī)學研究主要圍繞戰(zhàn)創(chuàng)傷的損傷形成機制機理和臨床救治理論及技術研究等方面而開展，以解決臨床問題為主要目的、可替代選擇實驗動物去取得有價值的科研數(shù)據;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急救及院內急診處置水平，動物實驗是不可缺少的研究方式;③由于人類疾病動物模型及動物實驗手術制備模型技術的不斷發(fā)展，選擇動物模型設計及相關動物實驗進行臨床特殊及重大疾病的生理、病理等發(fā)病機制和診療防治的新方法等研究。

3 大型復合低壓艙的應用范圍

3.1 滿足特殊環(huán)境實驗動物需要，適應于西北地區(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、疾病預防的難點問題，應用實驗動物在艙內模擬各類創(chuàng)傷及高原疾病模型進行相關實驗，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)展機制及救治研究;對寒冷和沙漠、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查及高原部隊官兵睡眠質量，相關藥物等研究。通過動物實驗避免了在人身上進行實驗的所造成的危害，并可以精密控制實驗條件，縮短研究周期，降低研究成本，使研究的數(shù)據科學可靠。

3.2 滿足實用需要

平原人進入高原后，機體發(fā)生一系列代償適應性變化，這個過程在高原醫(yī)學中稱為習服(acclimatization)［8］。隨著我國對外開放逐步深化的開展、高山旅游、科學考察、探險和登山活動日趨活躍自青藏鐵路開通以來更多人從平原急速進入高原，一些人還進入特高海拔區(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有發(fā)生，該艙可為急進高原高寒、戈壁沙漠地區(qū)的人員進行習服性訓練提供訓練基地。通過動物實驗，探討平原人進入高原地區(qū)的“高原反應”及從高原返回平原“低原反應”的預防和救治措施提供可靠的實驗平臺及技術依托。

3.3 專業(yè)人員技術培訓

為醫(yī)學院校和科研單位培養(yǎng)邊防人才，提供教學實驗基地。為提高軍隊醫(yī)院科研管理水平和促進醫(yī)院內涵建設的重要方面、具有很大的軍事、社會和經濟效益。

3.4 醫(yī)學領域的作用

世界上許多國家已利用低壓艙模擬高山作氣候治療、康復，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進入低壓艙中，以 3 m/s的速度進行減壓，達到相當海拔2500 m高度，維持2 h，然后再逐漸升壓恢復到正常狀態(tài)，患兒即可出低壓艙。一個治療過程為10d，其臨床癥狀和肺功能改善。術前耐受性訓練，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，用于開胸等大型手術的術前耐受性訓練。龍超良［11］等利用間斷低氧習服大鼠(3000，5000 m各 2周，4 h/d)和正常大鼠經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，動物經低氧適應后，心臟功能明顯改善，可減輕缺氧對心臟的損傷。

3.5 體育訓練

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

4 結論

低氧是威脅進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，空氣干燥加寒冷對人員發(fā)生皮膚皸裂、鼻粘膜損傷嚴重，高原日照時間長且紫外線強，人在高原所受的日光輻射隨海拔高度的增加而增加，高度紫外線照射對人皮膚和眼睛造成損害［15］。戈壁沙漠在我國主要分布在大西北［10］、面積共計304.3平方公里，占西部總面積的57.7、沙漠戈壁常見地域病包括常見的地方病、地方性甲狀腺腫、大骨節(jié)病、地方性氟中毒、寄生蟲等，創(chuàng)-凍復合傷即在高寒區(qū)野外條件想，創(chuàng)傷后在發(fā)生凍傷，在我國沙漠戈壁高寒地域冬季常見發(fā)生。

利用復合低壓艙，模擬高原或戈壁沙漠環(huán)境，制作動物低壓缺氧、凍傷、紫外線灼傷等實驗模型研究不同因素對機體的影響。本大型復合低壓艙經過嚴密設計、按裝和調試，所模擬海拔高度系統(tǒng)、溫度、紫外線技術參數(shù)等工作穩(wěn)定、性能可靠、模擬精度高，作為西部地區(qū)軍地開展醫(yī)學科技攻關提供了新型實驗平臺和技術依托，具有廣泛的應用前景。

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

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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”重大專項課題(08Z004)。

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

許永華。