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营养学/高气压环境对营养素代谢的影响
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{{Hierarchy header}} 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5[[ATA]](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E]]12周,对氧中毒也有对抗作用,但效果不如硒。 {{Hierarchy footer}} {{临床营养学图书专题}}
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