核潜艇远航艇员吸入二氧化碳浓度与动脉二氧化碳分压的相关分析＊

刘 猛，刘晓峰，李泰峰，王额尔敦

核潜艇密闭舱室环境特殊、空气成分十分复杂，在核潜艇长航期间对机体的酸碱平衡及血液气体分压产生一定的影响。目前，核潜艇远航期间调控舱室气体含量一直是依靠传统的估算方法和舱室空气气体体积浓度监测［1］，且以往的相关研究均是在远航开始前和结束后或模拟潜艇环境下对人体或动物血气指标进行检测，其结果的精确性、即时性有很大局限性。

在前期的研究中通过潜艇远航全程多时点、即时测定艇员血气，调整氧烛-氢氧化锂的剂量和比例，使得艇员的血液气体分压更趋向于正常水平［2］。然而，部分艇员在航行后期血液气体分压仍然偏高，采用血气测量方法调整氧烛-氢氧化锂的剂量和比例一则操作繁琐耗时，二则对于艇员会造成一定的创伤。该研究通过分析艇员吸入二氧化碳浓度（FICO2）和动脉血二氧化碳分压（PaCO2）的相关性，寻找两者的线性相关关系，为核潜艇执行更长时间的远航任务，维持艇员的正常生理状态提供更加即时、精确的理论依据。

1 资料与方法

1.1研究对象某型核潜艇执行远航任务期间的41名艇员作为研究对象，均为男性，年龄18～43岁，出航前体格检查均无异常。艇员自愿参试，并做好解释工作，使之受试时处于安静状态。

1.2实验设备i-STAT全自动便携式血液分析仪一台，序列号2-45945。试剂：EG 7+血气分析测试匣，批号N11106A。电子模拟器一个，序列号S-41421。抗凝用每毫升含肝素2～4 U的生理盐水冲洗液。表面麻醉用复方利多卡因乳膏，批号1011031。

1.3标本数据采集在水上航行第3天（T1）、潜航第 10 天（T2）、第 20 天（T3）、第 30 天（T4）4 个时间点抽取艇员桡动脉血进行动脉血气分析，得到艇员动脉血二氧化碳分压。仪器操作按照i-STAT全自动便携式血气分析仪的系统手册进行。动脉血气标本采样均在舱室压力减至一个大气压后进行，每次检测前用电子模拟器对血气分析仪进行校准。同时记录艇员所在舱室二氧化碳浓度仪数据，即艇员吸入二氧化碳浓度［3］。

1.4统计学处理数据采用SPSS 18.0软件进行统计学处理。计量资料以（）表示，多组间比较采用单因素分析，进一步两两比较采用LSD-t检验。FICO2%与PaCO2相关关系采用Spearman相关分析，两者的定量依赖关系采用线性回归分析，P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1艇员动脉血PaCO2变化如表1所示，核潜艇远航中后期，艇员的PaCO2逐渐增加。在全部41个样本中，有8个样本PaCO2超出正常上限45 mmHg，整体异常率19.51%。

表1 核潜艇远航期间不同时间点艇员PaCO2变化

2.2艇员FICO2与PaCO2的相关性如表2所示，根据Pearson相关分析，核潜艇远航过程中艇员的FICO2与PaCO2存在显著的正相关性 （r=0.706，P＜0001）。且艇员的PaCO2与FICO2存在一元线性关系，即 PaCO2=73.951xFICO2+16.122（表 3）。

表2 核潜艇远航期间艇员FICO2与PaCO2的相关关系

表3 核潜艇远航期间艇员FICO2与PaCO2的线性回归分析

2.3舱室CO2浓度范围根据上述线性关系，为保证艇员PaCO2保持在45 mmHg的正常水平以下，需通过调整氧烛-氢氧化锂的剂量和比例将舱室二氧化碳浓度调整到0.39%以下。

3 讨论

该研究发现：（1）核潜艇远航中后期艇员的PaCO2逐渐增加，异常发生率为19.12%，异常值均大于45 mmHg的正常高限；（2）在核潜艇密闭空间环境中，艇员FICO2与PaCO2存在显著的正性一元线性关系；（3）为使潜艇远航期间艇员PaCO2维持在正常生理范围内，需通过调节环境气体成分将舱室二氧化碳浓度维持在0.39%以下。

核潜艇潜航期间，舱室密闭，其中二氧化碳为主要污染气体，平均每位艇员每小时呼出二氧化碳为20～25 L，同时舱室物质氧化燃烧也不断产生二氧化碳［4］。理论上，舱室理想二氧化碳浓度为0.03%，与大气环境浓度相同，但舱室艇员多、清除效率低等原因使舱室二氧化碳浓度明显上升，甚至高于0.8%。长期在高二氧化碳的环境中会对人体PaCO2产生影响，严重时会破坏机体的酸碱平衡。所以，核潜艇远航期间空气质量受到特别关注。目前有关部门普遍接受潜艇艇员长时间暴露0.5%～1.0%的二氧化碳浓度环境里不会受到有害影响［5］。

氧烛-氢氧化锂空气再生装置是目前某定型核动力潜艇密闭舱室氧供和二氧化碳清除的应急备用技术。氢氧化锂是一种新型的二氧化碳化学吸收剂，具有效能高、重量轻、吸收量大等特点，每千克氢氧化锂大约可吸收0.8～0.92 kg二氧化碳。吸收二氧化碳后的空气经过滤尘垫滤去粉尘后，可重新供人呼吸。氢氧化锂不仅可以高效吸收二氧化碳，还能吸收一些有毒气体如氯气等。然而，吸收剂的均匀反应问题实验证明，氢氧化锂所清除掉的二氧化碳大部分是初期吸收的，使用时间长了，吸收的二氧化碳逐渐减少［6］。

前期研究曾在核潜艇远航期间即时测量艇员的血气指标，引入PaCO2这个指标客观精确地反映艇员的生理健康状态，并指导潜艇氧烛-氢氧化锂含量。该研究中，核潜艇所采用的即为调整后的氧烛-氢氧化锂方案。与原方案比，能显著降低艇员的PaCO2，但在航行过程中艇员的PaCO2随时间逐渐升高，且整体发生率偏高仍有19.12%。这提示若在航行期间能及时调整氧烛-氢氧化锂方案，就能更有效地将艇员PaCO2维持在正常生理水平。然而监测艇员动脉血气操作相对繁琐，需要专业的医务人员进行，且血气采集本身对艇员会造成创伤，因此选择舱室二氧化碳浓度这一便捷指标。长期以来，对于潜艇密闭舱室二氧化碳浓度没有明确的要求，普遍接受的范围是1%以下。该研究发现，核潜艇远航期间舱室二氧化碳浓度（认为等于FICO2）与艇员PaCO2存在显著的正性一元线性关系。而且为保证艇员PaCO2维持在45 mmHg正常水平以下，需将舱室二氧化碳浓度调整到0.39%以下。该研究的结果为海军潜艇密闭舱室二氧化碳浓度标准提供了新的理论依据，也为潜艇航行期间及时调整氧烛-氢氧化锂的剂量和比例方案提供了简单易行的指标和依据。

综上，核潜艇内氧烛-氢氧化锂改进剂量比例较传统剂量比例更具科学性。为保证艇员PaCO2维持生理水平，需将舱室CO2浓度调整到0.39%以下。