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内地支援。我军有守卫边疆的任务，内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。高度大气压kPa氧分压kPa英尺米00101.31（760.0mmHg）21.15(159.0mmHg)10，0003，04869.51(522.6mmHg)14.55(109.4mmHg)17，0005，18252.59(395.4mmHg)11.01(82.8mmHg)20，0006，09746.44(349.2mmHg)9.72(73.1mmHg)23，0007，01040.88(307.4mmHg)8.57(64.4mmHg)26，0007，92535.88(269.8mmHg)7.51(56.5mmHg)28，0008，53432.82(246.8mmHg)6.88(51.7mmHg)33，00010，05826.12(196.4mmHg)5.47(41.7mmHg一、急性高原适应不全症（一）高原反应从海平面地区进入高原地区以后，在不同的高度，人群中有些可出现一系列不适反应，如头痛、头昏、失眠、乏力、四肢发麻、眼花、耳鸣；重的可发生食欲不振、恶心、呕吐、胸闷、呼吸困难、心慌、浮肿等症状，称为高原反应。多数人在两周内由于代偿适应功能的建立，症状可自行消失。这些人发病较快，如无合并症恢复也较快，一般3～5天即可恢复。也有少数人持续数月而不恢复的。初入高原的人到海拔1000米以上就有人发病,随着高度增加，发病率增高。下面是一部分人群从海拔1000米处出发到5000米高度，高原反应发病率的情况（图3－6）。一般在3500米以下发病率占37～51％，3600～5000米发病率占50％。有一个单位在3000米居留一段时间，再登高，抵达4500～5000米时才有一些人发生高原反应。急性高原反应的发生率与个体代偿适应能力和预先有无锻炼有关。在代偿适应反应中主要是通过肺泡能气量增加，以增加肺泡气氧分压；并通过加强血液对氧的输送和增加组织对氧的利用。高原反应的人主要是这几个环节的代偿能力低下或发生障碍所致。因肺泡有水蒸气和较高的CO2分压，再加上氧的弥散入血，肺泡气与大气氧分压有一个很大的梯度差（表3－3）。在海平地区，大气→肺泡气→动脉血→混合静脉血的氧分压之间的梯度差较大。而进入高原，抵达5791米高度时，它们之间的梯度差变小。例如，在海平大气氧分压为21.15kPa(159毫米汞柱)，肺泡氧分压为13.83kPa(104毫米汞柱)，相差7.32kPa(55毫米汞柱);而登高抵达5791米处，大气氧分压为10.64kPa(80毫米汞柱)，肺泡氧分压为5.99kPa(45毫米汞柱)，只相差4.66kPa(35毫米汞柱)（图3－7）。此时大气与肺泡气氧分压差变小，主要是由于代偿性通气增加的结果。通气增加是机体在高原的代偿适应的重要环节，主要通过呼吸加深来实现的，呼吸频率增加不明显（表3－4）。由于呼吸加深，每分肺泡通气量增加，以提高肺泡气分压。图3－6高原反应发病率与行程─·海拔高度·─·─·发病率表3－3在海平地区呼吸过程中各部分气体分压变化气体分压（kPa）大气吸入气肺泡气呼出气动脉血混合静脉血氮79.4074.9375.6875.2876.2176.21氧21.1519.8613.8315.9613.305.32二氧化碳0.040.045.323.595.326.12水蒸气0.496.256.256.256.256.25总量101.08101.08101.08101.08101.0893.90图3－7在海平和5791米高度时氧分压的变化表3－4在不同高度每分通气量和呼吸频率的变化高度（米）每分通气量（升）每分呼吸次数海平地区8.851236589.7112548611.0612670615.3115发生高原反应的人，常常对低氧环境代偿反应较弱，没有明显的呼吸加深，因此每分通气量增加不多。由于这些人代偿适应反应弱，因此登高到一定高度，缺氧症状比较严重。目前有人认为，可用减压舱测定人群每分通气量变化，作为预测人群地高度适应的能力。呼吸加深,可提高肺泡膜弥散功能，使肺泡氧进入肺泡壁毛细血管增加。我国健康成人静息时氧的弥散量为23毫升／0.133千帕（1毫米汞柱）／分，每分钟约有250毫升的氧弥弥散入血，供组织代谢需要。缺氧时，由于呼吸加强，参与气体交换的肺泡数增多和肺泡容量增加，同时开放的肺毛细血管数也增多和毛细血管扩张，这样就增加了肺泡—毛细血管膜弥散面积，血液从肺泡摄取较多的氧。如果这种代偿能力弱，可促使高原反应发生。缺氧时，向组织输送氧的能力提高。正常人在海平地区安静状态下，平均每分种100毫升血给组织输送约为5毫升氧，正常心脏每分输出量约为5000毫升，那么每分钟就有250毫升氧输送给组织。在高原地区，一方面心脏活动增强，每分输出量增加，组织血流量增多；另一方面，红细胞数和血红蛋白增多，增强携带氧的能力。这样在一定限度内可以补偿组织代谢对氧的需要。如果这种代偿适应能力降低或尚未建立起来，也易发生高原反应。初进高原，由于呼吸加强，二氧化碳排出过多，还可引起低碳酸血症和呼吸硷中毒。PaCO2降低，可引起脑血管收缩，部分抵销缺氧引起脑血管扩张的反应，容易发生意识丧失。（二）高原昏迷进入高原地区较高高度，有少数人可发生昏迷。在昏迷发生前，常有头痛、头晕、呕吐等症状。昏迷发生后常出现阵发性抽搐，大小便失禁，病人瞳孔常缩小而固定，或忽大忽小；少数病例有肢体强直或肢体弛缓性瘫痪。1／5的病例眼底有小动脉痉挛，静脉扩张，视网膜乳头水肿。高原昏迷常在3500米以上的高度发生。根据67例发病高度统计，3500～4000米发病11.9％，4000～4500米发病28.4%，4500～5110米发病59.7%。一般进入高原后1～10天内发病。高原昏迷发生的机理，主要是由于缺氧（见缺氧时中枢神经系统的变化）。早期可能由于缺氧，氧化过程障碍，能量供应减少，而致脑细胞功能降低。正常脑内ATP贮存量很少。ATP是推动“钠泵”的能源。ATP减少。“钠泵”作用减弱，则钾与钠离子在细胞内、外的浓度差减小，膜电位降低。人吸入含8％氧的混合气体3～5分钟，脑电就出现每分钟2～7次的慢波。高山运动员在减压舱内，当减压到相当于9000米高度大气压力时，脑电α波减少，慢波增多，出现神经细胞功能抑制现象。缺氧进一步加重，ATP形成更加减少，不能维持细胞内外离子浓度差，细胞内钠离子增多，氯也进入细胞内，水随之进入增多，发生细胞内水肿。大白鼠实验性缺氧，有4～6％的大白鼠发生细胞内水肿。1962年印度士兵急性高山病死亡率病例中，3/4有脑水肿病变。除神经细胞水肿外，神经胶质细胞和血管内皮细胞也发生水肿。毛细血管和小静脉周围神经胶质细胞水肿，可以压迫血管；血管内皮细胞水肿，有的呈疱疹状向管腔突出或脱落，使血管腔狭窄或堵塞，造成脑微循环障碍，缺氧和脑水肿进一步加重。严重缺氧，还可引起呼吸中枢兴奋性降低，二氧化碳排出减少，动脉血二氧化碳分压升高。二氧化碳分压升高和缺氧，可使脑血管失去自家调节，而引起脑血管扩张，血流量增加，毛细血管流体静压和通透性升高，组织间液和脑脊液生成增多。有的实验证明，动脉血二氧化碳分压升高到6.65kPa(50mmHg)，脑脊液平均增加55％，脑脊液压力由正常0.69～1.78kPa(70～180毫米水柱)升高到2.82kPa（285毫米水柱）。在西藏地区高原昏迷病人，有人测定过10例脑脊液，其中7例脑脊液压力升高。脑水肿（包括细胞水肿和间质水肿）和脑脊液增多，使颅内压升高超过3.96kPa(400毫米水柱)，可压迫脑的小血管，动脉血灌流明显减少。高原昏迷的许多临床症状是由于缺氧和颅内压升高所引起的。（三）高原肺水肿高原肺水肿发病率较高。一般由海平地区初入高原或重返高原一周内发病。据218例高原肺水肿发病与高度的关系统计，3500～4000米，占28.3%；4000～4500米，占34.4％；4500～5100米，占37.3%。高原肺水肿发病急骤，临床症状除有一般高原反应症状外，所有患者均有不同程度的咳嗽，开始为干咳或有少量痰，以后即咳出均匀混合、稀薄的粉红色或白色泡沫痰。呼吸急促，有时每分钟高达30～40次。病人惊恐不安，心慌、胸闷、紫绀、两肺满布湿罗音。高原肺水肿的主要病理变化是广泛的呈片块状分布的肺泡水肿，偶而可见透明膜形成（这是肺泡水肿液中的纤维蛋白沉积所致）。肺水肿最早在血管周围间隙形成（间质水肿），当这些间隙扩张，压力超过了肺泡压，则液体进入肺泡。微动脉和毛细血管充血，偶而可见血管周围有出血。高原肺水肿发生机理目前还不清楚。以往推测可能是肺静脉压升高，肺毛细血管通透性增加。近年来应用心导管直接测定肺动脉压、楔压（wedgepressure）、肺静脉压和左心房压力，发现高原肺水肿病人动脉压升高，楔压正常或降低，肺静脉压和左心房压力正常。因此可以排除左心衰竭或肺静脉收缩而引起高原肺水肿的论点。高原性缺氧引起肺动脉压升高，已为许多研究所证实，随着高度增加，肺动脉压也增加（图3－8）。在单纯性缺氧，肺泡氧分压降到7.98kPa(60mmHg)以下，也引起肺动脉压升高。曾进高原患过高原的肺水的人，肺动脉对缺氧敏感性升高，则很快发生肺动脉高压。Hultgren观察了5例曾患过高原肺水肿的人，在海平地区，安静时的肺动脉压平均为1.84kPa(13.8mmHg)，肺泡气氧分压降到5.99kPa(45mmHg)，肺动脉压平均为3.06kPa(23mmHg)，有两例高出正常的范围（图3－9）。高原肺水肿的发生与肺动脉压升高有关，但是肺动脉压升高是如何引起肺水肿的，现在还不清楚。有人推测肺动脉收缩是区域性的，高山缺氧时可能引起一部分肺动脉收缩，另一些小动脉尚未收缩，则肺的血流大量进入肺动脉尚未收缩的区域，因此这些局部的微循环中血量增多，流体静压增加，液体向血管周围间隙转移增多，当组织间液生成增多超过淋巴液回流量，则引起肺水肿。所以高原肺水肿在X线下看到的往往呈片块状分布。图3－8不同高度肺动脉压的变化图3－9人缺氧时肺动脉压的变化肺微循环有旁路，从小动脉发出分枝直接进入毛细血管静脉端（图3－10），称为前终末微动脉（preterminalart