气压 高度 氧分压 氧浓度 - 第四军医大学航空航天生理学教研室
高压氧基础
2、心肌收缩力和心输出量降低
冠状动脉系统氧含量增高
3、血压升高
心率↓
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(三)、呼吸系统
（一）呼吸频率变慢（颈动脉体）
吸氧时间过长，频率反而加快（CO2 潴留）
（二）肺活量增大 （三）呼吸功增加
呼吸功＝压力×容积
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第四节、高压氧的临床作用
4、高压氧舱 （Hyperbaric chamber）
为高压氧治疗提供高压环境的特殊设备
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高压氧治疗
患者进入高压氧舱内 重
复
加压、吸氧
治 疗
减压出舱
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高压氧医学
定义 Hyperbaric Oxygen Therapy 通过呼吸高压氧治疗疾病
（二）绝对禁忌症 1. 未经处理的气胸、气肿 2. 肺大疱 3. 活动性出血及出血性疾病 4. 结核性空洞
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概念
第五节、氧中毒
高压氧 高浓度氧 吸氧超过时限
中枢 呼吸、循环
功能性或器质性的损害
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氧中毒的分型
中枢神经型 肺型 溶血型 眼型
有效治疗气性坏疽
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发展简史
现代高压氧
1963年，第一届国际高压氧医学会议 (荷兰阿姆斯特丹)
出版《高压氧的临床应用》
第四军医大学航空航天生理学教研室
在我国的发展
1954年海研所建立第一台高气压舱； 1958年军医科建立第一台动物实验舱； 1964年福建医学院建立第一台医用高压氧
（一）、神经系统
科研项目方案——高原微压富氧舱控制系统设计
项目方案一、项目名称高原微压富氧舱控制系统设计二、项目实施内容青藏高原地区平均海拔超过4500米，大气压强随着海拔上升而下降，空气越稀薄空气中的氧分压越低。
高原缺氧的环境对人体神经、呼吸、循环等器官、系统存在不同程度的影响。
高压氧疗法在缺氧引起的高原性疾病有了满意疗效，但是高压氧舱作为医疗器材需要专门场地、医护人员无法推广到日常使用，在此背景下本课题提出了微压富氧舱概念，作为国内第一款民用加压氧舱设备，用于西藏群众、游客等日常生活使用。
微压富氧舱在高压氧舱的基础上增加舱内弥散供氧营造富氧环境。
目前国内的高压氧舱设备主要控制舱室内的压力，缺少对舱内氧浓度的监控，且由于缺少对压力和氧浓度控制算法的理论研究，导致控制效果差、自动化程度不高。
本项目针对高压氧舱设备现存不足，根据微压富氧舱功能要求进行控制系统设计，具体内容如下：首先，参照《医用空气加压氧舱》(GB/T12130-2005)国家标准，对微压富氧舱进行各个部分系统设计如舱室系统、压力系统、供氧系统等。
据舱内微压富氧环境要求进行系统的管路设计；以西门子1215PLC为主控PLC建立了微压富氧舱控制系统。
其次，根据微压富氧舱压力速度变化、供氧量要求，在可压缩流体一维等熵流动理论的基础上计算各部分的管径理论值，根据理论管径值对电动调节阀和质量流量控制选型。
同时建立舱内压力、氧浓度数学模型，分析系统特性发现压力和氧浓度之间存在耦合特性。
此外设计舱内电视机屏幕数据监控系统，由PLC自由口通信和视频字符叠加器组合实现。
最后在系统控制要求基础上，设计控制系统流程和上位机WINCC人组态界面及触摸屏人机界面，增加了自动化程度。
三、项目完成指标1、参照国家《医用空气加压氧舱》(GB/T12130-2005)国家标准，对微压富氧舱进行了各部部分系统设计主要包括舱室系统、压力系统、供氧系统等。
2、以舱内环境为对象，建立舱内压力和氧浓度数学模型，通过simulink进行控制系统仿真，先通过Z-N法整定两组PI控制参数进行PI控制系统仿真。
不同的海拔高度大气压和氧分压的变化对
不同的海拔高度大气压和氧分压的变化对比我国幅员辽阔，海拔3000米以上的高原、高山地区，约占全国总面积的六分之一。
这些地区大多分布在边疆省区，具有重要的国防意义。
高原地带气候多变，寒冷、风大、空气稀薄，对人体构成了一个特殊的自然环境。
其中空气稀薄，大气压和氧分压降低，是高原环境对机体影响的主要因素。
在高原地区世居的少数民族，对高原环境已经适应，但一般人口稀少，对这些地区的经济建设需要地支援。
我军有守卫边疆的任务，地人员进入高原地区日渐增多，因此如何保证进入高原的人员健康，我是军卫生工作的重要任务。
在海平地区，空气在每平方厘米上所形成的压力为101.3kPa(760毫米汞柱)，在干燥空气中氧占20.40%，故氧分压为21.15kPa(159毫米汞柱)。
空气中氧所占比例基本不受高原影响，当大气压力因海拔增高而降低时，则氧分压按比例降低。
下面选择几个不同高度的大气压和氧分压的改变列表如下（表3－2）。
初抵3000米以上高原地区，由于大气压中氧分降低，肺泡气和动脉血氧分压也相应的降低，毛细血管血液与细胞线粒体间氧分压梯度差缩小，从而引起缺氧。
如果逐渐登高，有一个锻炼适应过程，在低氧分压环境中，机体可发生一系列代偿适应性变化，如通气加强，肺泡膜的弥散能力提高；循环功能加强，输送氧的能力增加；红细胞和血红蛋白含量增加，红细胞中2，3－二磷酸甘油酸增多，氧离曲线右移，通过这些代偿作用，以便使组织可利用氧达到或接近正常水平。
机体具有一定的适应能力，可以较长期居住高原地区。
一般地说，长期居住可适应的最大高度为5000米。
但有人适应能力较弱，在5000米以下一定高度就失去了适应能力，而出现高原适应不全症。
在高原地区除了大气压降低对机体的主要作用，还有气候的影响，如寒冷、大风、雨雪以及紫外线照射等。
这些因素降低机体适应能力，往往是高原适应不全症的诱发和加重因素。
因此在相同高度的不同地区，由于气候不同，因而引起高原反应的发病率也不一样。
飞行高度与血氧饱和度变化的相关性分析
（上接第送中伤病员的 不同伤情和体位将使航空飞行中的血压变化更为复 杂。其次，本研究仅监测了动脉血压的变化，采集的 时间点相对较少，且血压的变化可能与机体对噪声、 震动、狭小空间等产生的应激反应等相关。随着机体 调节适应血压回落，尚不能完整的客观呈现受试者生 命体征变化。空运后送医护人员需进一步探索航空飞 行中机体的病理生理学变化机制，为提高医疗救治能 力提供理论基础。
受 试前 均 进行了全面体 检，无 心脑 血管 疾 病史，无 药物应用史，其中男30名，平均年龄43岁；女 9名， 平 均 年 龄 3 5岁。 1. 2 方法 启 用 现 役 军用国 产 运 - 9 运 输 机 。飞 机 升 空 后，机 舱 内压 力基 本 维 持在 0 . 8 个 大 气 压，机 舱 温 度在26 ℃左右。采用指夹式血氧测量仪（迈瑞医疗 国 际 有 限 公司，中国）实 施 测 量。具体 测 量 方 法：受 试者于平静状态下取坐姿，分别于地面时（机场海拔 高度为35 m）、起飞、4 500、6 000、7 500 m不同运 输高度，统 一取左 手食 指 指甲襞 微 循 环 部 位 经 皮 测 定 S p O 2，分别 记 录 每人在 这 5 个 时段 的 数值（高空环 境下平飞5 min后测量），持续飞行时间为5 h。 1.3 统计学处理 应用SPSS 17.0软件对数据进行统 计分析，计量资料均以 ±s表示，组间比较采用t检验。 以P＜0.05为差异有统计学意义。
[3] 曹国辉，李小龙，张东海，等．三种机型飞行员模拟7 500 m高空 缺氧环境下心率、动脉血氧饱和度和血压的变化[J]．中华航海 医学与高气压医学杂志，2016，（2）：112-115．
[4] 段世英，彭新涛，孙素云，等．高空环境对航空飞行员的影响与 健康状况分析[J]．航空航天医学杂志，2016，（7）：839-841．
航空供氧装备生理研究回顾与展望
YX -1
YX -1 A
YX -2 YX -3
YX -4
YX -5 YX -6 YX -7 YX -8 YX -9
19. 3± 0. 67
17. 3± 0. 67
19. 3± 0. 67 19. 3± 0. 67
16. 0± 0. 67
19. 3± 0. 67 16. 3± 0. 67 16. 0± 0. 67 19. 3± 0. 67 16. 0± 0. 67
航空供氧装备生理研究回顾与展望
肖华军
(空军航空医学研 究所 , 北京 100036)
REVIEW AND EXPECTATION ON THE PHYSIOLOGICAL RESEARCH ABOUT THE AVIATION OXYGEN EQUIMPENT Xiao Hua-jun
( Insititute of Aviation M edicine of Air Force , Beijing 100036, China)
了急性高空缺氧与供氧系统的研究 ,并制定了急 式代偿背心、 KH-5管式抗荷代偿两用裤 , YM-6,
性缺氧医学要求与监督的国军标 [1]。 航空医学研 Y M-7, YM -6512, Y M-9915飞行员氧气面罩等
究所分别对歼六、强五、歼八飞机飞行员飞行中肺 装备 ,形成了以低总压供氧简化装备为代表的我
第四军医大学张立藩 ,马瑞山教授等开展了 呼吸阻力负荷对人体生理心理影响的研究 ,从理
442
航 空 学 报
第 22卷
论上阐明了复合呼吸阻力的生理影响 ,并制定了 头 盔、 T K-2A, T K-10, T K-11飞 行 保 护 头盔、
国军标 [5]。 航天医学工程研究所贾司光教授开展 DC-4, D C-6高空代偿服 , DB-1, DB-2, DB-3管
驻训部队高原“文化氧吧”的建立与应用
• 546 •解放军预防医学杂志2017年5月第35卷第5期J Prev Med Chin PLA May 2017 Vol. 35 No. 5驻训部队高原“文化氧吧”的建立与应用刘晓雷，李焱芳，高继鑫®，张玉杰，李晓康*(第四军医大学第一附属医院，西安710032)中图分类号:R821.1 文献标志码:B 文章编号= 1001-5248(2017)05-0546-01高原地区空气稀薄，氧分压低，初人髙原，往往 会出现轻重不等的身体不适，严重的还可能发生急 性高原反应W;昼夜温差大、早晚较寒冷，容易导致 呼吸道感染，甚至引发肺水肿、脑水肿，以至危及生 命;紫外线辐射强、气候干燥，其紫外线指数可达平 原10倍以上，容易引发急慢性光损伤及鼻衄m;环 境艰苦、生活单调,容易使人产生焦虑烦躁情绪，影 响保障任务执行。
依托制氧机等设备，建立高原条 件下的战地氧吧，创造出小范围内的富氧环境，对于 缓解队员缺氧不适、预防高原反应的发生具有良好 的促进作用，也有利于促进高原缺氧环境的习服进 程，加快战斗力的恢复速度。
现结合某单位在青藏 高原开展驻训的实际，将建立和应用高原战地文化 “氧吧”的有关情况介绍如下。
1高原战地文化“氧吧”的建立在网架式卫生帐篷间内，依托弥散式制氧机，营造出富氧浓度的空间 环境，进一步在“富氧”这一核心功能基础上，配备 了治疗椅、书籍、电视等物资，将“氧吧”功能拓展, 打造出集治疗保健、文化陶冶、休闲娱乐多种功能为 一体的高原战地“文化氧吧”，其建立主要包括“一 主三区”：（1)主要装备:“氧吧”主要包括制氧机和 供暖装备。
高原弥散式制氧机是第四军医大学最新 研制的装备，采用真空泵和富氧分离膜结合，在一定 负压力差条件下，使氧分子在聚合橡胶膜层通过的 装置。
空气通过富氧膜后可提升氧气在输出气体中 的占比,氧浓度比外界提高约1.4倍，在4000 m海 拔高原可获得相当于2000 m以下海拔空气的氧浓 度，从而为缺氧人群提供帮助[3]。
高压氧治疗与其他常见给氧方法的分析与比较-新桥医院
高压氧治疗与其他常见给氧方法的分析与比较李矗胡世莲严光葛要武欧阳爱群缺氧是很多疾病共有的病理基础，临床上活血化瘀、扩血管、降低血液黏度的主要目的是解决组织缺氧问题。
由于氧疗的适应证非常广泛，加上氧疗有一定的保健作用且易于被人接受，因而各种直接给氧的方式应运而生。
给氧途径也不尽相同，包括吸入法供氧，如高压氧、常压氧、呼吸机机械通气、鼻塞或鼻导管吸氧、家用制氧机、氧吧等；血液疗法给氧，如光量子自血回输疗法、血磁疗法、体外膜肺氧合技术等；输液法给氧，如药物给氧剂、高氧医用液体等方式。
本文对临床或社会上常见的供氧方式进行供氧原理分析，并计算其氧分压和供氧量，然后与高压氧进行比较。
一、输液法给氧1．药物输液法给氧剂：以注射用过氧化碳酰胺为例进行分析。
注射用过氧化碳酰胺，商品名有立速氧、因必舒等，为注射用内给氧剂，注入体内后能被分解出过氧化氢，经过氧化氢酶催化释放出氧‘1 J。
过氧化碳酰胺的分子式为CH4N20·H202，相对分子质量94．07，2分子CH4NH：0：可分解出1分子0：。
通过计算可知，1支1 g的CH。
N：O·H：0：完全分解时可释放0．17g氧气。
成人在静息状态下，每分钟需耗氧250 ml，氧气的密度为1．429g ／L，250ml氧气约0．36 g注射用过氧化碳酰胺g。
也就是说，1在体内完全释放出的氧还不够成人在静息状态下消耗30 s。
0．2MPa高压氧治疗吸纯氧时，呼吸1次肺泡的换气量约350ml(潮气量500ml一无效腔150m1)，0．2MPa时氧气的密度比常压下增加1倍，故呼吸1次进入肺泡的氧气约1．0g，是1 MPa高g过氧化碳酰胺完全分解释放氧气的6倍。
0．2 压氧治疗时，血红蛋白处于饱和状态，每100 ml血液中物理溶解氧可达4．2ml。
若按每搏输出量70ml、心率750(／mtn计则左、右心室的每分钟输出量均约5250 ml(70ml／次×75次min)。
第五章 高压氧医学基础 - 第四军医大学航空航天生理学教研室
第五章高压氧医学基础第一节 高压氧医学的发展简史高压氧医学(hyperbaric oxygenation medicine)是一门临床医学学科，它主要研究在高气压环境下吸入氧气过程中，人体机能反应规律及其机制；同时也研究高压氧对病原体的特殊作用，从而阐明高压氧治疗多种疾病的原理。
高压氧医学的治疗方法，实质上是一种自然医疗法。
理想的医疗方法是使用一种既没有侵害性，又没有毒副作用，使机体加强抵抗疾病的能力和消除病痛的方法，高压氧治疗正是遵循这一治疗原则，将有适应证的患者安置于高压氧舱内，进行加压，在设定的压力－时程(pressure－duration)范围内吸氧，随后按一定的方法减压出舱，并安排必要的重复次数(疗程)以治疗疾病。
早在1662年，英国内科医生Henshaw首先使用压缩空气治疗疾病，并认为高气压可以帮助消化，改善呼吸和防治某些肺部疾患。
但当时对空气的组成并不清楚，仅从压力的角度使用高气压，故发展较迟缓。
直到18世纪中期发现了氧气，19世纪初确立了几项重要的气体物理定律，才为高压氧治疗提供了理论基础，使高压氧医学有较快的发展。
1870年，Fontaine首先在高压舱内做手术，并在舱内同时吸氧，认为有苏醒早、不发生窒息等优点。
1887年，Valenzuela第一次成功地在2 ATA(200 kPa)下应用纯氧治疗疾病，为高压氧的临床应用迈出了开创性的第一步。
后来，虽然因学术观点的不同发生了激烈的争论，对高压氧在医学中的应用产生了一些影响，但是，1956年荷兰医学专家Boerema在300 kPa(2251 mmHg)氧压下进行心脏直视手术取得成功；1959年他成功地用高压氧维持无血条件下实验猪的生命；后又用高压氧有效地治疗了厌氧性感染疾病(气性坏疽等)。
这些成就受到全世界医学界的注意和肯定。
1963年在荷兰首都阿姆斯特丹召开了第一届国际高气压医学会议，会后出版了以Boerema等为主编的《高压氧的临床应用》一书，划时代地宣告了现代高压氧医学的开始。
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一、定义
• 呼吸空气条件下， ≥10km • 呼吸纯氧条件下，突然暴露于≥14km 高度所引起的极度严重的缺氧。
特征：突然发生，机体代偿机能未发挥
作用，无任何征兆即发生意识丧失。 3~4min，心脑损伤，甚至死亡
一、肺内气体交换的特点
1.氧的反方向弥散
2.原发性缺二氧化碳
氧的反方向弥散
意识清楚, 具有一定的工作能力
有残存意识,智力紊乱, 完全丧失正常工作能力
有效意识时间 意识时间 意识完全丧失 缺氧暴露开始
图示意识时间与有效意识时间
一、有效意识时间
1.概念 意识时间：从缺氧暴露开始到意识完 全丧失所经历的时间。 有效意识时间(Time of useful consciousness) 当发生急性或暴发性高空缺氧后，人 能继续操纵飞行器、采取有效应急措 施的时间。
神经系统
视觉பைடு நூலகம்统
1200m 夜间视力 3000m 空间视觉 4500m 视觉辨别能力 6000m 视野缩小
神经系统
视觉系统
脑事件相关电位（event‐related potentials,ERP,P300）
神经系统
视觉系统 暗适应计、深径觉仪、 视觉对比敏感度函数 仪
缺氧耐力及其影响因素
一、缺氧耐力的测定 1.“升限”测定 ¾ 低压舱 ¾书写实验 ¾意识丧失前停止
肺泡 110mmHg 静脉 40mmHg
30mmHg
40mmHg
原发性缺二氧化碳
肺泡 40mmHg 静脉 47mmHg
15mmHg
47mmHg
肺内气体交换的特点
1.氧的反方向弥散
2.原发性缺二氧化碳
二、有效意识时间
1.概念 意识时间(Time of useful consciousness) ：从缺氧 暴露开始到意识完全丧失所经历的时 有效意识时间(Time of useful consciousness): 间。 当发生急性或暴发性高空缺氧后，人能 继续操纵飞行器、采取有效应急措施的 时间。
图3—26 迅速减压后的肺泡气氧分压变化曲线
四、安全暴露时间 (Critical time of exposure)
从暴发性高空缺氧开始到向面具 腔内开始加压供氧而不会发生意识丧 失的容许延搁时间。 小于 6 秒
呼吸纯氧条件下从10000 m迅速减压到16000m时，不同 暴露时间对于意识障碍的影响
意 义 评价不同气体环境的供氧效果。
海拔高度 肺泡气氧分 血氧饱 缺氧程度 症状分区 （m） 压（mmHg） 和度（%） 0~3000 ~5000 ~7000 >7000 110 60 40 30 98%~87% 87%~80% 80%~65% 65%~60% 轻度 中度 中度 无症状区 代偿区 障碍区 危险区
急性高空缺氧的防护原则
1.防护装备：座舱和供氧装备 2.训练和体验 3.卫生指导 4.缺氧耐力检查
急性高空缺氧和过度通气
第五节
暴发性高空缺氧
“飞船实行了软着陆。一架直升飞机降落在它旁边，接着另 一架直升飞 机也降落在它旁边。还没等旋翼停稳，医生就跳到 了陆地上，向飞船跑去。 “打开了舱口盖，舱内有 3 名宇航员， 他们安静的坐在自己工作位置 上。这里整齐地放着收集到的许 多实验资料、电影胶卷、磁带、航行日志、 装有生物标本的容 器。很难想象多勃罗沃利斯基、沃尔科夫和帕查耶夫已经死去 了 ”。
一、缺氧耐力的测定 1.“升限”测定 2.缺氧耐受时间测定 ¾ 低压舱 书写实验 ¾ 低氧混合气
一、缺氧耐力的测定 1.“升限”测定 2.缺氧耐受时间测定 3.缺氧耐力综合测定
¾ 呼吸 ¾循环 ¾脑电图 ¾工效学 ¾症状体征 GJB1092‐1991 选拔、检查
二、影响缺氧耐力的因素 1.缺氧条件 2.机体的机能状态 3.其它因素 暴露高度、暴露时间、 上升速度 习服和体育锻炼
高度
气压 氧浓度
计算方法 影响因素
氧分压
PAO2=(PB-47)×FIO2－PACO2 1)PB主要因素 2)PACO2有限的调节
简化肺泡气方程 生理等效高度
3)FIO2作用是有限的
高度
气压 氧浓度
氧分压 简化肺泡气方程
(P’B‐47)×F’IO = (P’’B‐47)×F’’IO
2
计算方法
2
生理等效高度
急性高空缺氧特异性代偿反应的途径与作用
途径 呼吸系统 循环系统 血液系统 作用 PAO2 PVO2 PVO2 现象 吸入气与肺泡气之间氧 分压梯度明显缩小 动静脉血液间氧分压梯 度明显缩小 动静脉血液间氧分压梯 度明显缩小
神经系统
1500m 智力功能阈限高度
视觉系统
3000m 记忆力、运动协调能力 6000m 失能状态 7000m 突然的意识丧失
0
脑PO2
5
10
15
20
25
(time/s)
脑PO2
加压供氧
16km
加压供氧
意识丧失？
肺-脑循环时间大约5-6 s 脑组织血氧饱和度降低或升高时间5s 脑组织完全断绝氧供后可维持功能的时间5s
五、应急防护原则
1.立刻下降到安全高度 2.加压供氧
P30面积
肺泡气氧分压变化曲线位于30 mmHg临界线 (critical line)以下部分，与持续时间的积分值。
P30面积
0－140 mmHg·s ≥140 mmHg·s 一过性脑功能障碍 一过性意识丧失
影响肺泡气氧分压变化幅度及时程的因素
1)减压条件 减压前高度，减压后高度，减压时间 2)减压前吸入气氧浓度 3)减压后供纯氧的间隔时间
2.影响有效意识时间的因素 (呼吸空气条件下)
1)暴露的终高度 2)暴露方式 3)减压前吸入气体的氧浓度 4)体力活动 5)个体差异
暴露的终高度
表3－11 不同暴露条件下人的有效意识时间(s) ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 高度 中断氧气供应 * 迅 速 减 压 ** ───────── ────────── (m) 安静 中等体力活动 安静 中等体力活动 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 6500 600 300 300 120 7500 180 120 120 60 8500 90 60 60 30 9000 75 45 45 20 10500 45 30 30 15 12000 30 18 23 15 13500 15 12 15 12 16500 15 12 15 12 20000 12 12 12 12 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ * 在一定高度上摘下面罩呼吸空气; ** 由座舱高度2400m迅速减压到一定高度呼吸空气
暴露方式
3.有效意识时间极限值
有 效 意 识 时间 极限值高度
呼吸空气和呼吸 纯氧条件下的有 效意识时间曲线
三、一过性脑功能障碍
一过性脑功能障碍 当肺泡气氧分压低于30 mmHg临界水平 时，发生的一过性工作能力下降及脑电图波形 变化。 其严重程度与肺泡气氧分压降低幅度与持续 时间相关。
迅速减压后的肺泡气氧分压变化曲线