高原抗缺氧技术及装备:基于人-机-环境系统的研究策略

人-机-环境系统工程是一门人体科学和工程技术相互渗透的交叉学科,通过揭示人、机、环境之间相互作用的规律,确保人-机-环境系统的总体性能最优。高原抗缺氧是在高原环境下,以制供氧装备等为平台,实现人的健康防护和效能提升,属于典型的人-机-环境系统工程。本文对高原抗缺氧技术及装备研究中的人-机关系、人-环关系和人-机-环境系统进行了分析和论述,阐明了人的生理特性对高原单兵制供氧装备研发的推进,阐述了人-环协同对高原弥散供氧技术研究的推进,阐释了人-机-环境协同对高原弥散富氧营帐研制的推进。最后,本文提出了目前高原人-机-环境系统亟待解决的问题,为高原抗缺氧技术及装备研究提供了借鉴与参考。

高原低氧诱导肠稳态失衡的分子机制及中药防治研究进展

低氧是限制人群在高原生存的因素之一,能够引起呕吐腹泻、心慌气短、急性昏迷等症状。患有急性高原病的人约80%至少有一种胃肠道不适的症状,如厌食、恶心、腹泻、呕吐等。研究高原低氧所致肠损伤的病理特点、发病机制及药物防治,有利于高原胃肠道疾病的诊治。因此,本文通过总结相关文献,就高原低氧造成肠道损伤的相关研究进行系统阐述,对高原低氧造成肠道形态学、肠道细胞、肠道菌群等肠稳态的改变,引起肠道炎症、氧化损伤等机制及中药防治进行总结,以期为科研工作者和临床工作者提供借鉴及信息参考。

银杏叶片对模拟高原暴露小鼠抗疲劳作用的实验研究

目的观察银杏叶片在模拟高原环境下提高小鼠抗疲劳能力的作用。方法将雄性昆明种小鼠80只随机分为4组(n=20),分别为缺氧对照组、银杏叶片低、中、高剂量组,低(0.072 g/kg)、中(0.216 g/kg)、高(2.156 g/kg)剂量分别相当于人体推荐剂量的0.3、1、10倍。小鼠在模拟5000 m高原环境中饲养,灌胃给药,缺氧对照组灌胃等量生理盐水,连续灌胃10 d。观察小鼠在模拟高原环境下力竭游泳时间及血乳酸、血糖和肝糖原的变化。结果与缺氧对照组比较,低、中、高剂量组力竭游泳时间分别延长73.99%、95.66%和111.13%(P<0.01);中、高剂量组血乳酸曲线下面积分别减少21.74%(P<0.05)和24.63%(P<0.01),力竭后休息20 min血糖水平分别增加45.37%和35.68%(P<0.05);中剂量组肝糖原含量增加58.52%(P<0.01)。结论银杏叶片在模拟高原环境下具有缓解小鼠体力疲劳的作用。

栀子黄色素对模拟高原缺氧小鼠运动性疲劳的改善作用

目的研究中药栀子中栀子黄色素对高原缺氧运动性疲劳的改善作用。方法 72只BALB/C小鼠随机分为常氧对照组、模型组、红景天胶囊(0.5g·kg^(-1)·d^(-1))组与栀子黄色素低、中、高(0.1、0.3、0.5g·kg^(-1)·d^(-1))剂量组,灌胃给药,常氧对照组和模型组给予等体积的灭菌注射用水,连续给药5d,期间除常氧对照组外,各组均置于模拟海拔8000m的高原环境,末次给药1h后,于海拔4000m进行负重游泳实验测定小鼠力竭游泳时间;生化法检测氧化指标尿素氮、丙酮酸、乳酸、谷胱甘肽、丙二醛、总超氧化物歧化酶、乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、丙酮酸激酶及糖原水平。结果与模型组比较,栀子黄色素各剂量组能显著延长小鼠力竭游泳时间、显著降低血液尿素氮、丙二醛含量,增加肝脏、肌肉及血清中丙酮酸激酶、谷胱甘肽及肝/肌糖原含量,增强超氧化物歧化酶、乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶及丙酮酸激酶活性。结论栀子黄色素具有显著的抗疲劳活性,可能是通过减少不良代谢产物生成与堆积、提高氧化应激能力、增强能量代谢酶活性、增加能源物质储备等多方面改善高原运动性疲劳的产生。

藏药三果汤散对高原红细胞增多症模型大鼠氧化应激损伤的作用机制研究

目的：观察藏药三果汤散对高原红细胞增多症模型大鼠抗氧化等指标表达的影响,探究三果汤散干预高原红细胞增多症模型大鼠的氧化应激作用机制。方法：雄性SD大鼠48只,每组8只,随机分为平原组,高原模型组,阳性对照组,三果汤高、中、低剂量组。将模型组和给药组置于5000米高原环境模拟舱内,40 d后测定大鼠血常规、血流变、SOD、MDA、EPO、ROS、HIF-1α等指标,探究三果汤散干预高原红细胞增多症大鼠氧化应激的作用机制。结果：与高原模型组相比,三果汤高剂量组和中剂量组的RBC、HGB和HCT显著降低,血液黏稠度也有显著改善,三果汤散高剂量组大鼠脑组织HIF-1α蛋白含量降低。与平原对照组相比,高原模型组大鼠血清SOD活性显著降低,MDA含量显著升高,脑组织HIF-1α蛋白含量显著升高,EPO浓度显著升高,EPO mRNA表达明显升高（P 〈0. 05）。结论：三果汤散具有明显的抗缺氧作用,能降低耗氧量、清除氧自由基、降低脂质过氧化反应、抑制缺氧造成的血流变改变、改善机体的能量代谢,这可能是其治疗高原红细胞增多症模型大鼠氧化应激损伤的作用机制。

3种抗缺氧制剂对高原人体脑血流的影响

目的评价3种抗缺氧制剂对改善高原人体脑供血状况的效果,为高原临床应用提供实验依据。方法将拉萨地区40名健康志愿者随机均分为食品组、多维电解质泡腾饮片(简称多维泡腾片)组、红景天组和对照组;采用多功能阻抗测试仪分析服用3种抗缺氧制剂前后脑血流图的变化。结果志愿者服用3种抗缺氧制剂后,食品组脑血流图主波波幅上升时间〔(0.110±0.033)s〕较服用前〔(0.174±0.072)s〕显著减少(P<0.05);血液流入时间〔(0.262±0.043)s〕较服用前〔(0.306±0.019)s〕显著缩短(P<0.05);流入阻力指数(0.986±0.044)较服用前(0.916±0.01)显著增大(P<0.05)。多维泡腾片组主波波幅上升时间〔(0.111±0.024)s〕较服用前〔(0.151±0.054)s〕显著减少(P<0.05),流入容积速度〔(1.476±0.405)Ω/s〕较服用前〔(0.916±0.395)Ω/s〕显著增大(P<0.05);红景天组前后对比无统计学意义。结论在3种抗缺氧制剂中,抗缺氧食品和多维泡腾片对于改善人体在高原低氧环境下的脑血液循环具有显著作用。

复合茶泡腾饮片的制备及其耐缺氧和抗疲劳作用的研究

目的 研究复合茶饮料对急性缺氧的保护作用及其抗疲劳功能,为进驻高原的人群提供一种抗缺氧和提高劳动能力的饮 料。方法实验采用常压耐缺氧实验和小鼠负重游泳实验,对复合茶饮料进行耐缺氧和抗疲劳功能检验。结果:1.分别以红茶 和绿茶饮料灌胃小鼠7d后,进行密闭缺氧实验。红茶组小鼠存活时间比对照组延长12%,但无显著性差异;绿茶组存活时间 较对照组延长15%(p<0.05)。表明绿茶的耐缺氧作用略优于红茶,这可能与加工工艺不同造成的茶叶成分的差别有关。其 中以绿茶1.5g·kg-1的耐缺氧作用较好。2.以绿茶粉加入维生素C和钾、钠电解质及白糖、柠檬酸等制成复合茶饮料,饲喂 小鼠7d,密闭缺氧实验结果表明,其存活时间比对照组显著延长(p<0.05)。3.复合茶饮料可以显著延长小鼠负重游泳时间 (p<0.05),比对照组延长86.33%,并且可以显著提高肝糖原含量(p<0.01),降低血乳酸堆积(p<0.01),有效清除血清 尿素氮p<0.01),明显提高了小鼠抗疲劳能力。4.将茶加工成泡腾饮片,具有体积小、重量轻,便于携带,卫生、保质期长, 使用方便,趣味性强等特点,更易于为人接受。结论以上实验结果表明,复合茶泡腾饮片具有显著的耐缺氧和抗疲劳作用,能 够提高高原人群的劳动能力。

蔓菁多糖抗高原缺氧作用研究

为探讨蔓菁多糖对小鼠抗高原缺氧的作用,将小鼠随机分为6组,正常对照组、模型对照组、阳性对照组(诺迪康胶囊)及蔓菁多糖低、中、高剂量组(各组按照0.5、1.0、2.0 g/kg.bw.d剂量灌胃给药),采用低压氧舱模拟高原急性低压缺氧动物模型,观察小鼠海马区脑神经形态,测定小鼠脑组织和血清中丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)活性.实验结果显示,蔓菁多糖高剂量组可明显减轻小鼠海马区神经元损伤,降低脑组织和血清中MDA含量(P<0.05),提高SOD活性(P<0.05).表明蔓菁多糖对小鼠高原急性缺氧脑损伤具有保护作用,这可能与其抗氧化活性有关.

速效救心丸抗高海拔缺氧作用的实验研究

目的研究速效救心丸的抗高海拔缺氧作用。方法将昆明种小鼠随机分为空白对照组、速效救心丸组、参麦注射组3组,分别给药3天后,观察并记录各组小鼠密闭缺氧条件下的存活时间以及断头后张口喘气维持时间,并进行统计学处理。结果速效救心丸能显著延长小鼠耐缺氧的存活时间,与对照组相比,差异有统计学意义(P<0.05);速效救心丸组和参麦注射液组能显著延长小鼠张口喘气维持时间,与对照组相比,差异有统计学意义(P<0.05)。结论速效救心丸具有明显的抗高海拔缺氧作用。

急性高原缺氧环境与颈动脉瞬时波强参数间相关性研究

目的:探讨急性高原(玉树,平均海拔4400米)缺氧环境与颈动脉瞬时波强(Wave Intensity,WI)参数间的相关性,筛选出急性高原缺氧环境的敏感指标。方法:应用ProSoundα-10彩色多普勒超声诊断仪对平原官兵(对照组n=100)及急进高原7天内的抗震官兵(高原组n=100)进行瞬时波强及超声相关指标的检测,对各检测指标进行Spearman相关分析及Logistic逐步回归分析。结果:Spearman相关性结果显示:高原组男性抗震官兵急性高原缺氧环境与心率(r=0.263)、舒张压(r=0.309)成正相关,与瞬时加速度波强(r=-0.201)、射血时间(r=-0.467)成负相关(P均<0.05)。Logistic回归结果显示:高原组急性高原缺氧环境的敏感指标依次减弱的顺序为:男性为脉搏波传导速度(PWV-WI)、舒张压、瞬时波强负向波面积、射血时间、收缩压、压力应变弹性系数(Ep);女性为瞬时减速度波强、射血时间。结论:PWV-WI、Ep、瞬时减速度波强、射血时间、瞬时波强负向波面积、收缩压、舒张压是急性高原缺氧环境的敏感指标,男女急性高原缺氧环境的敏感指标有所不同。

西洛他唑抗高原缺氧的药效学评价

目的:高原环境具有低氧分压的特点,氧分压降低导致肺泡携氧量降低,组织可利用氧气减少,从而引发机体组织损伤。西洛他唑是一种磷酸二酯酶III抑制剂,能够增加血红蛋白(hemoglobin,Hb)在组织中的释氧量。本研究旨在探讨西洛他唑的抗缺氧活性及在急进高原缺氧模型中的抗缺氧作用。方法:将40只雄性BALB/C小鼠随机分为西洛他唑低(6.5 mg/kg)、中(13 mg/kg)、高剂量(26 mg/kg)组和对照组,采用常压密闭缺氧实验,考察西洛他唑的抗缺氧活性,筛选最佳给药剂量。将24只雄性Wistar大鼠随机分为常氧对照组、缺氧模型组、乙酰唑胺(22.33 mg/kg)组和西洛他唑(9 mg/kg)组,急进4010 m高原缺氧3 d后,采集腹主动脉血测定血气指标,用酶联免疫吸附法测定血浆中白细胞介素6(interleukin-6,IL-6)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)的水平,测定主要组织的丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活力、谷胱甘肽(glutataione,GSH)含量,HE染色观察大鼠组织病理损伤程度。结果:与对照组相比,西洛他唑低、中、高剂量组小鼠存活时间均显著延长,其中中剂量组存活时间最长,延长率最高(29.34%),中剂量为最佳给药剂量。与缺氧模型组相比,西洛他唑组大鼠Hb氧饱和度为50%时的氧分压(P50)升高1.03%,Hb含量、红细胞比容分别降低8.46%、8.43%;血浆中IL-6、TNF-α水平分别降低50.65%、30.77%;心肌、脑、肺、肝、肾组织中MDA含量分别降低37.12%、29.55%、25.00%、39.34%、21.47%,SOD活力分别升高94.93%、9.14%、9.42%、13.29%、20.80%,GSH含量分别升高95.24%、28.62%、28.57%、20.80%、44.00%。HE染色结果提示西洛他唑组大鼠缺氧后心肌、肺、肾组织损伤较缺氧模型组明显改善。结论:西洛他唑对急进高原缺氧所致的氧化应激和炎症反应有明显的改善作用,对缺氧所致的组织损伤有明显的保护作用,提示其具有明显的抗缺氧活性。

蜂斗菜总内酯对动物高原缺氧保护作用的研究

目的探讨蜂斗菜总内酯对动物高原缺氧的保护作用。方法通过建立小鼠急性密闭缺氧模型、小鼠急性减压缺氧模型以及大鼠减压缺氧模型,观察蜂斗菜总内酯对实验动物存活时间及死亡率的影响,并检测动物血糖、不同脏器中糖原、三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)、乳酸(lactic acid,LD)、乳酸脱氢酶(lactic dehydrogenase,LDH)的含量。结果蜂斗菜总内酯能够明显延长小鼠急性密闭缺氧的存活时间,提高存活时间增加率;能显著降低小鼠急性减压缺氧的死亡率;对于减压缺氧大鼠,能显著降低血糖含量,显著增加肝脏、骨骼肌、心肌中的糖原含量以及脑、肝脏、骨骼肌、心肌中的ATP含量,并能显著降低血浆、骨骼肌和心肌中的LD含量,降低心肌中的LDH含量。结论蜂斗菜总内酯对小鼠急性密闭缺氧、小鼠急性减压缺氧和大鼠减压缺氧均具有明显的保护作用,其抗高原缺氧作用与其降低血糖含量,提高脏器中糖原含量、ATP含量,降低脏器中LD及LDH含量有关。

膜法空分富氧技术在高原抗缺氧防护中的应用

介绍了我国高海拔地区存在军事斗争威胁的复杂性和紧迫性;阐述了现有急进高原抗缺氧防护方法的特点及适用性;详细指出了膜法空分富氧技术的优越性及其在急进高海拔野外环境下抗缺氧防护中显著的应用效果和广阔的应用前景。

左卡尼汀对高原环境下大鼠睾丸抗氧化损伤的研究

目的旨在研究左卡尼汀(L-carnitine,LC)对模拟高原低氧环境下雄性大鼠睾丸损伤的抗氧化作用。方法将Wistar大鼠随机分为空白组,模型组,LC低剂量组和LC高剂量组。除对照组外,其余各组均置于模拟6500 m海拔的低压氧舱内饲养28 d。LC低剂量组和LC高剂量组通过腹腔注射分别给予50 mg/(kg·d)、100 mg/(kg·d)左卡尼汀注射液。进行睾丸组织匀浆中MDA、SOD和GSH-Px水平的测定。将两侧的睾丸置于固定液中,在光镜和电镜下进行组织形态学观察。结果 LC低剂量组和LC高剂量组的MDA含量均明显低于模型组,SOD、GSH-Px的水平均明显高于模型组(P <0.01)。模型组睾丸组织的镜下超微结构明显受损,而LC干预组仅观察到较为轻微的病理改变,约翰森(Johnsen)评分明显较高(P <0.01)。结论左卡尼汀可以提高高原低压低氧环境下雄性大鼠的抗氧化能力,并可减轻高原环境对睾丸组织的损伤程度。

结合高强度训练的高海拔抗缺氧训练研究

本文通过研究比较医学和体育学领域多年成果，进行文献综述，发现高强度训练具有效率高、效果好的神经、肌肉功能储备建设效果，将其和登山界行之有效的抗缺氧训练相结合，应当有较为理想的高海拔工作能力促进效果。

口服富氧水改善高原移居者睡眠呼吸紊乱警觉性作用的探讨

目的运用心理生理功能检测值作为衡量标准评价口服富氧水抗缺氧效果,改善和调节移居海拔5100m和5380m健康青年的睡眠呼吸紊乱(SDB)警觉性的作用。方法选择初入海拔5100m和5380m高原的男性健康青年40人,随机分为甲乙两组,采用DDX-200型电脑多功能心理生理测试仪和YZ-B6型强光源眼底镜,ASC-545型血氧仪及暗房夜光表检测法在静息状态下监测前晚11时30分和今晨8时20分的心理生理功能状态,衡量其警觉性水平。甲组为口服富氧水组,乙组为对照组,进入高原途经海拔3700m时甲组开始口服富氧水,乙组口服5%的葡萄糖液,口服方法均为500ml/次,2次/日,共口服5天,直至到达5100m和5380m目的地。于第6天早晨同时与对照组进行前晚和今晨的心理生理能力测验,并进行统计学分析。结果甲乙两组心理生理能力测验结果对比:缺失记忆测验对比甲组、乙组总次数均为17±0,错误次数晚2.4±1.8:3.6±2.7(P<0.05),晨1.9±1.1:3.2±2.3(P<0.05),视觉记忆测验结果对比(次)总次数均为50±0,错误次数晚4.6±4.3:6.6±5.4(P<0.05),晨3.1±2.8:6.1±4.6(P<0.05),光觉测验对比(秒)晚3.5±0.8:4.6±1.4(P<0.05),晨3.0±0.6:4.1±1.3(P<0.05),SaO_2测验对比(%)晚91.3±3.1:86.4±4.1,晨90.8±3.9:87.0±2.7(P<0.05)。视网膜检测结果对比以缺氧改变程度正常(-)、轻度(±)、中度(+)、重度(++)百分比(%)表示;依次为视网膜乳头充血晚±80%,+100%;晨±40%,+100%;视网膜动脉痉挛晚±80%,+100%;晨±40%,+100%;视网膜静脉怒张晚±80%,+100%;晨±40%,+100%;视网膜渗出晚±40%,+100%;晨±20,±80%。口服富氧水组(甲组)视网膜氧氧性动、静脉改变明显轻于对比组(乙组)。结论口服富氧水能有效提高人体动脉血氧饱和度(SaO_2),改善高原移居者睡眠呼吸质量,减轻高原SDB,降低人脑缺氧性功能衰退,具有可靠的抗低氧效果。

雀儿山隧道建设运营关键技术及创新

国道317线雀儿山隧道是世界上海拔最高的超特长公路隧道。针对隧道面临的严寒缺氧的恶劣气候条件,建设团队首创了高海拔隧道“气象选线”的设计理念,建立了海拔5000 m的隧道通风计算标准,创新性地提出高海拔隧道结构综合抗防冻技术,明确了基于海拔高度与人员劳动强度的高海拔隧道施工供氧标准,保障了隧道于2017年超预期建成通车。隧道运营后,研究团队进行了持续测试与改进,优化了非对称阶梯型的隧道保温设防方法,建立了满足高海拔季节性冻土区高耐久性的隧道衬砌结构,明确了公路隧道海拔高度分级标准与综合设防原则。雀儿山隧道建设运营关键技术为我国高海拔公路隧道建设与运营提供了重要技术支撑。

藏紫菀总黄酮对模拟高原缺氧小鼠抗氧化能力及细胞凋亡的影响

目的探讨藏紫菀总黄酮对高原缺氧小鼠抗氧化能力及细胞凋亡的影响。方法采用常压密闭实验筛选藏紫菀总黄酮最佳抗缺氧剂量;40只小鼠随机分为对照组、模型组、乙酰唑胺(200 mg/kg)组和藏紫菀总黄酮(500 mg/kg)组,模拟海拔8000 m高原环境,减压缺氧12 h,测定小鼠脑组织中的过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、还原型谷胱甘肽(GSH)和超氧化物歧化酶(SOD)活性,Western blotting法检测Nrf-2、SOD、Bcl-2和Bax蛋白表达。结果常压密闭实验中,藏紫菀总黄酮500 mg/kg剂量组小鼠的存活时间最长,为最佳给药剂量;与对照组比较,缺氧后小鼠脑组织中SOD、CAT、GSH和GSH-Px活性均显著降低,Nrf-2蛋白表达显著升高,SOD蛋白表达和Bc1-2/Bax比值显著降低(P<0.01);经藏紫菀总黄酮预处理后,小鼠脑组织中SOD、CAT、GSH和GSH-Px活性均显著升高,Nrf-2、SOD蛋白表达和Bcl-2/Bax比值显著升高(P<0.05、0.01)。结论藏紫菀总黄酮提高高原缺氧小鼠脑组织抗氧化能力,降低细胞凋亡。

抗缺氧高能野战食品研究进展

高原缺氧引起人体能量代谢受阻,影响高原官兵的军事作业能力,进而影响高原部队的战斗力和生存力。本研究旨在采用发酵工程技术、酶工程技术和泡腾技术,全新研发抗缺氧食品、高能耐力饮料和多维电解质泡腾饮片三种新型军用功能食品,以提高官兵在高原缺氧环境下的有氧代谢能力。多项动物和人体实验研究表明,在高原缺氧环境下,食用上述三种功能食品可以显著提高人体的有氧代谢能力。

高原康胶囊预防急性高原病的抗氧化及抗缺氧效应研究

目的:通过实验了解高原康胶囊在急性高原病(Acutehighaltitudediseaes,AHAD)的预防过程中的抗氧化及抗缺氧效应。方法:将80名由平原乘飞机初次进入高原的战士随机分为实验组40名和对照组40名,实验组于平原登机前开始给予口服高原康胶囊,连服3日,对照组给予安慰剂,并对两组进入高原前后的血清一氧化氮(NO)、血浆内皮素(ET)、血氧饱和度(SaO2)、超氧化物歧化酶(SOD)活力、过氧化氢酶(CAT)活力、血清过氧化氢(H2O2)、乳酸(LD)及两组7d内AHAD的发病情况进行比较。结果:对照组进入高原后与平原比较SOD及CAT活力、血清H2O2、LD及血浆ET均显著升高,血清NO、SaO2显著降低(P<0.001);实验组除SaO2显著降低(P<0.01)、LD显著升高(P<0.05)外其余指标则无显著变化;进入高原后两组比较实验组SOD及CAT活力、血清H2O2、LD及血浆ET含量及AHAD发病率均显著降低对照组,血清NO及SaO2显著高于对照组(其中SOD、H2O2、LD、NOP<0.05,CAT、ET、SaO2P<0.01,AHAD发病率P<0.001)。结论:高原康胶囊具有显著的抗氧化及抗缺氧效应,能有效地预防急进高原者AHAD的发生。