营养学/高气压环境对营养素代谢的影响

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临床营养学

特殊条件下的营养
- 电离辐射对营养素代谢的影响
- 高气压环境对营养素代谢的影响
- 低气压环境对营养素代谢的影响
- 有害物质与营养素的关系
- 噪声环境对营养素代谢的影响
- 救生条件下的营养保证
- 应激状态对营养素代谢的影响

在经济建设与军事上常需要人潜入水中在水下工作，在水中每下潜10m静水压就增加1个大气压。由于静水压的存在，人在水下必须呼吸与潜水深度压强相等的压缩气体，否则人将受挤压，这样机体便处于高气压环境中。高压环境对机体产生一定的影响，主要是潜水浓度与呼吸气体的成分这两个主要因素影响机体。潜水深度愈深，人所受的压力也愈大。当潜水深度超过150～250m时，易出现高压神经综合征。而呼吸气体中氧或氮分压太高时，可发生氧中毒或氮麻醉等。在60m以上深潜水时，呼吸气体中要用氦替换氮以防止发生氮麻醉，而氦的导热系数为空气的6.23倍，故呼吸氦氧混合气体时，人体将丧失更多的热能。人体处于这种高气压特殊环境中如何保护良好的状态，是许多研究工作中所要解决的问题。70年代以后陆续发表了高压环境中热能代谢及某些营养素代谢的研究报告，但系统地研究各营养素代谢变化尚少见。由于饱和潜水在水中停留时间较普通潜水长，因此所见到的资料大多数是饱和潜水条件下的营养素代谢研究结果。

41.2.1　热能代谢

进行潜水作业后，大多数潜水员体重都下降。有人观察到在5ATA（ATA为绝对压即，静水压加水面上的1个大气压）条件下呼吸压缩空气时，潜水员的氧耗量明显大于常压下的氧耗量。在7ATA条件下呼吸氦混合气体时，氧耗量较在常压下增加20%。潜水员的基础代谢在常压下与其他人相近为6048KJ，然而在26ATA时上升为6720KJ，31ATA时为10500KJ。在18.6ATA氦氧饱和潜水时，24h连续测定发现，当环境温度为31℃（舒适温度）时，潜水员能量消耗较加压前增加12%，而当环境温度为27℃（有凉意的温度）时，潜水员的能量消耗较加压前增加26%。若只测定白天休息时的能量消耗则较加压前分别增加了11及54%。另一作者报告，在43ATA舒适的温度中，休息时的能量消耗较加压前增加12%。但有人观察到潜水员的基础代谢较正常值低，在观察40名潜水员在加压后于常压环境中测定，70%的人基础代谢低于正常值的4～33%。8%的人在正常值范围，也有22%的人高于正常值。总的说来，潜水浓度愈深，呼吸气体为氦氧混合气，作业环境温度低时热量消耗增加愈多。

在高压环境中热能消耗虽然增加，但潜水员摄入的热量却难以达到消耗的水平。在常压下潜水员摄入的热量为13230KJ，16ATA时只能维持此水平，在21ATA时即下降为12180KJ。在另一实验观察到，常压下潜水员摄入热量为12180KJ，26ATA时即减少为10080KJ，31ATA时进一步减少为8400KJ，即仅为加压前摄入量的69%，而此时基础代谢却为加压前的1.7倍，摄入的热量远不能满足热能消耗的需要。

41.2.2　蛋白质代谢

在较浅的潜水中就能观察到潜水员的蛋白质代谢变化。如在1.83ATA空气饱和潜水巡潜到4.1ATA、2.5ATA空气空气饱和潜水巡潜到4.1ATA以及7ATA氮氧饱和潜水中，都观察到潜水员血清尿素氮含量在潜水时增加，尿中尿酸、尿素排出量皆增加，这些变化被认为是高压环境引起蛋白质分解代谢增加。在我国进行的模拟36.5m氮氧饱和潜水26天的实验中，在高压环境中潜水员摄入蛋白质量减少，尿氮排出量随之下降。而在另一模拟200m氦氧饱和潜水实验中，蛋白质摄入量明显低于常压环境，而尿氮排出量未见明显变化。在减压过程中，4名潜水员有2人尿氮排出量超过了氮的摄入量呈负氮平衡。并且经高压暴露后，血清游离氨基酸含量下降，其中必需氨基酸下降较多。有人报告，在43ATA氦氧饱和潜水实验中，潜水员摄取固定的膳食，随着气压增高尿氮排出量进行性地增加，血浆中甘氨酸含量显著上升，赖氨酸与缬氨酸含量也稍增加，这表明高气压对蛋白质分解代谢产生的影响。在动物实验中观察到，在高压环境中，蛋白质的消化吸收率为95.6～98.2%与常压环境相近，补充蛋白质有利于补偿高压应激，可使生长良好。

41.2.3　脂肪代谢

在19.2ATA氦氧饱和潜水条件下，潜水员血中胆固醇先增加后逐渐下降，而血中游离脂肪酸减少，并持续到减压后。

41.2.4　维生素代谢

多种维生素是辅酶的组成部分，对物质代谢有重要的作用。在高压环境中机体处于应激状态时，它们有何变化也是人们所感兴趣的。潜水员生活在27ATA模拟氦氧饱和潜水巡潜到31.5ATA22天中，24h尿中维生素排出量的变化按每g肌酐计算，核黄素、N′-甲基尼克酰胺、尼克酸，叶酸和吡哆醇在第7天前后都有一过性的增加，而硫胺素在加压后却持续地减少，红细胞转酮酶活力下降。血中维生素A、胡萝卜素及抗坏血酸未见明显变化。在模拟36.5m氮氧饱和潜水26天中，尿中维生素排出量也见到类似的变化。在高压环境中停留较短时，维生素代谢的变化有所不同，潜水员在11ATA条件下4.5h后，24h尿中硫胺素、核黄素和N′-甲基尼克酰胺排出量较加压前显著增加，而4-吡哆酸与抗坏血酸的排出量都明显减少，在加压后6个月复查时，除4-吡哆酸排出量恢复到加压前水平外，其余与开始的变化相似。在大白鼠的实验中发现，饲料中维生素量较普通饲料增加1倍时，对在11ATA氦氧条件下的大白鼠生长无益，但能使在浓度较深的21ATA氦氧条件下的大白鼠生长较快。若维生素的量仅增加25和50%时，能使于11ATA氦氧条件下的大白鼠生长良好，而不能使在21ATA氦氧环境中的动物维持正常的生长。这些结果表明要使动物在高压环境中生长良好，必须增加维生素的供给量，且深度愈深增加的量愈多。特别是若不增加硫胺素、泛酸、生物素或维生素K中任何一种，则动物不能维持正常生长，若不增加维生素A、D和E中任何一种，则使动物处于不能维持正常生长的边缘。

41.2.5　水盐代谢

在高压环境中水盐代谢有明显的变化。在加压过程中尿量明显增加，即高压利尿。这在空气饱和潜水、氮氧饱和潜水以及氦氧饱和潜水中均可观察到，在18.6ATA氦氧饱和潜水中进行体液平衡实验时观察到，潜水员尿量在高压条件下长期增加，海平面时每天排出尿量2000ml，在18.6ATA氦氧环境下及温度为31℃时，尿量为2600ml。此时每天摄取水量或身体总水量皆无明显变化，而不显性失水明显减少，较1ATA时低35%。在18ATA时血浆醛固酮浓度及尿醛固酮排出量明显增加，而抗利尿激素排出量明显减少，因此认为高压利尿主要是由于抗利尿激素减少而抑制了不显性失水。进一步的实验表明，当气压增加时，通过呼吸的不显性失水减少很小，而从皮肤丧失的不显性失水激烈减少。许多研究者都观察到钠、钾排出量增加，但钠与钾之比在高压下较常压时为小，即虽然尿中钠、钾排出量都增加，但钾排出量增加较多。观察在4、10.2、23.8ATA氦氧环境中，潜水员尿中除钠、钾、氯排出增加外，磷的排出量也增加，并持续到减压的早期。血液中矿物质的浓度比较稳定，如观察到在36～40.5ATA氦氧环境中，潜水员血中钠、钾、钙、镁、铜和锌等在加压前后皆未见明显的变化。在43ATA氦氧环境中进行钙平衡实验中未见有何明显变化。

41.2.6　高气压环境中工作人员的营养保证问题

从上所述可以看到，高气压条件能影响营养素的代谢，如热能消耗增加，蛋白质分解代谢增加，某些维生素需要量增多，一些矿物质损失较多，总的说来营养素需要量增加。一些作者提出了热量、蛋白质、脂肪和碳水化物的供给量，热量多为16800KJ。为维持体重，研究者提出摄入的热量应为该环境中基础代谢的1.7～1.8倍。也有人提出若在海中作业要考虑到在水中失热，供给的热量还应增加。蛋白质的供给量为120～200g，脂肪为160～178g，碳水化物为400～500g。在膳食供给时，要注意供给充足的必需氨基酸、不饱和脂肪酸和微量元素，维生素供给量要较一般环境中多，每天至少给硫胺素、核黄素各2.5mg，尼克酰胺25mg和抗坏血酸100mg。

要考虑到在高气压条件下人们食欲减退的问题，为了使潜水员能摄入足够的营养素，要照顾到各人的喜好与口味。在供给食物的品种方面，许多人都强调应供给充足的果蔬与饮料，少给产气的食物。在加压前2～3h供给高碳水化物，低脂肪的易消化的膳食较好，加压中给含糖的点心可快速供给热量，由于加压时尿量较多，有人提出每天每人至少要给水和饮料2L，但饮料中不含酒精饮料。在大白鼠实验中看到，在减压前2.5～3h内摄入含脂肪多的食物与大量进食，对动物体内气泡生成过程有很大的影响，多脂血症在压力剧降时对人，动物都是非常危险的。

在高气压环境中可因作业不当等原因引起潜水疾病，如由于气压改变而发生的减压病，或由于呼吸气体中气体成分分压变化而发生的氧中毒、氮麻醉等。近来也开始注意到减压病、氧中毒与营养素的关系。

减压病的发病机制尚未完全了解，但血液浓缩，血管收缩及血管内凝血在减压病中都可见到。在狗的实验中观察到，加压后狗的血浆容量减少，若在加压前和减压后静脉注射尼克酸（每kg体重给15mg），可使血容量减少明显减轻。

对预防氧中毒曾进行一些实验，用等热量而蛋白质含量不同的饲料喂饲大白鼠6天或12天，然后将动物置于98%氧中，吃25%酪蛋白者生存时间比吃3%酪蛋白者长，喂饲6天者生存时间延长29%，喂饲12天者延长34%。用标准饲料，高饱和脂肪酸（氢化可可油）及多不饱和脂肪酸三种饲料喂饲大白鼠33天，然后暴露于100%氧中，食高饱和脂肪酸者死亡率大大增加，68h内全部死亡，而食其它两种饲料者，于96h后仅死亡54%。食高饱和脂肪酸者肺中双键脂肪酸含量也较其它两组少得多，说明食物中饱和脂肪酸使肺中饱和脂肪酸含量增加，以致增加了对氧毒性的敏感性。另外有实验表明，大白鼠置于6ATA100%氧的环境中，22min即出现氧中毒症状（痉挛），若喂给淀粉饲粉饲料48h后放在同样条件下，发生痉挛的时间延迟10min，而且死亡率也明显下降，表明糖负荷后增加了对高压氧的耐受力。氧中毒痉挛时，脑中糖原由93μg/g脑组织下降为21μg/g脑组织。若在加压前36h给15%葡萄糖加钾的水溶液，可使痉挛发生的时间推迟20min，死亡率由75%下降为25%。另外，在饲料中补充硒喂饲动物4周以上，可减轻由于持续暴露于1ATA氧引起的肺部中毒的严重程度。饲料中补给维生素E12周，对氧中毒也有对抗作用，但效果不如硒。