0 引言

高原的低氧環境對人體生理有特定的影響，是高原醫學的主要研究內容。 高原低氧的本質是氧分壓的降低，雖然氧氣百分比和平原環境相同，但是高原大氣壓低于平原，所以，氧分壓低于平原環境。 人工低氧環境是高原醫學、運動員高原鍛煉等相關領域重要的基礎設施，依據采取的技術途徑的不同，有 2類人工低氧環境，即常壓低氧和低壓低氧。 在同樣的氧分壓條件下，2 種環境的生理效應是否相同？ 已有研究從分鐘通氣量、血氧飽和度、心率、呼氣末二氧化碳（氧氣）分壓等多個變量來比較 2 種低氧類型的生理效應。Roach RC的研究表明，在相同的條件下，相比于常壓低氧，低壓低氧導致的急性高原病更加嚴重，出現癥狀的時間也更早。Loeppky JA表明，30~60 min2 種類型的低氧，分鐘通氣量沒有差異，但血氧飽和度在常壓低氧下高于低壓低氧。 Savourey G把 18 個受試者以隨機順序處于 40 min 的低壓低氧和常壓低氧環境中， 測量的生理數據表明，低壓低氧導致更嚴重的低碳酸和堿中毒，更低的血氧飽和度， 并分析這些生理效應差異可能是通氣死腔增加的后果。也有其他可能的機制來解釋這種差異，如氣壓降低導致的血管內氣泡的形成、通氣和血液灌流的不匹配、肺泡上皮細胞的滲透率等等，但是仍然沒有最終的系統性結論。
鑒于常壓低氧是普遍的人工低氧方式， 因此探討常壓低氧模擬實際高原環境的低壓低氧在生理效應方面的差異，在低氧設備研制、低氧生理效應研究、高原病的防治等方面具有重要的意義， 本文從呼吸道水蒸氣壓的角度分析常壓低氧和低壓低氧的差異，并給出常壓低氧的修正方法。

1 呼吸道水蒸氣壓的影響分析

高原低氧的實質是氧分壓下降， 氧分壓是大氣壓和氧氣容積百分比的乘積，而常壓低氧，則是在平原大氣壓條件下，通過氧氣容積百分比的下降達到氧分壓降低的目的。 對于常壓低氧設備（以艙式設備為例），都是通過調節環境中氧氣百分比來模擬高原海拔。
如果只是簡單地把高原的氧分壓轉換為常壓低氧艙內的氧氣濃度百分比，盡管環境氧氣分壓相等，但由于呼吸道水蒸氣分壓的影響，使二者的實際海拔并不等效。因為常壓低氧下畢竟是肺內的氧分壓，而不是環境中的氧分壓，會對身體機能產生直接的生理效應。以 4 000 m 為例，環境大氣壓和各個氣體成分的分壓見表 1， 僅僅考慮氧氣分壓相同的情況下常壓低氧模擬 4 000 m 時的數據列在表 1 的最后一行， 惰性氣體的分壓忽略不計。
因為環境空氣進入呼吸道后被加濕至飽和， 各個氣體成分的分壓，包括氧分壓按比例減少。 在低壓和常壓下，由于氧分壓比例的不同，水蒸氣對于氧分壓的降低有著不同的影響。氧分壓的減少量和進入肺泡時的分壓值見表 2， 處于高原和海平面時的呼吸道內的飽和水蒸氣分壓都按照 47 mmHg（1 mmHg=133.322 Pa）計算。
從表 2 數據可以看出，常壓低氧和實際海拔 4 000 m 的氧氣分壓是相同的，但是在進入呼吸道后，由于呼吸道的濕潤而飽和，造成氧氣分壓下降，且下降量不同，導致最終的氧氣分壓不同，實際海拔條件下氧氣分壓下降的更多，二者的差異為3.8 mmHg（9-5.2=3.8），這對應氧氣體積分數為 0.5%（3.8/760×100%=0.5%），大致相當 270 m 的海拔梯度。 即在不考慮呼吸道加濕效應時常壓低氧 4 000 m 實際模擬的是海拔 3 730 m。
從以上分析可以看出， 水蒸氣分壓導致的海拔模擬偏差與實際的海拔高度是正相關，海拔高度越高，偏差越大，但不是線性關系。利用同樣的計算步驟，模擬典型的海拔高度對常壓下的氧氣濃度的修正見表 3， 其他高度的修正可以利用插值的方法得到。


2 討論

常壓低氧設備分為艙室類設備和面罩式設備， 也有頭盔式的設備。 對于面罩式、頭盔式設備而言，除了上述分析的水蒸氣飽和壓影響外，在呼吸過程中往往存在呼氣末正壓，而呼氣末正壓有預防急性高原病的作用，這會導致更大的模擬偏差，在低氧環境模擬中是不希望的，呼氣末正壓對呼吸生理的效應不在本文的討論范圍內。所以，與頭盔、面罩式設備相比，艙室類的常壓低氧環境在偏差修正后具有更好的模擬精度，此外， 艙室類設備不干擾受試人員的正常行為， 人員進出方便、安全可靠，具有更廣的應用范圍。

3 結論

本文分析了常壓低氧方法模擬高原低氧環境時呼吸道水蒸氣分壓對模擬精度的影響以及氧氣濃度百分比的修正方法，經過修正后，常壓低氧設備可以更精確地模擬實際的高原低氧環境。[參考文獻]
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