分子氢和减压病学习笔记

分子氢作为预防和治疗医用气体：氢医学的起源、发展和潜力

潜水医学研究的主要目的之一是安全加速减压。自从霍尔丹引入分级减压以来，新的惰性气体和氧气已被纳入减压程序，减压模型已在潜水员佩戴的计算机上进行了实时计算，但减压仍然是一个棘手的问题。生化减压是指通过细菌代谢消除惰性气体，是安全加速减压的根本方法。氢在20世纪40年代已经被用于帮助预防潜水员的减压病，但由于其高度易燃性，在几十年的时间里，它实际上并没有用作治疗。在7.1MPa Hydra 10创纪录的人体潜水期间和之后，吸气肌和骨骼肌的最大性能变化。Hydreliox含有49%的氢、50%的氦和1%的氧，对在海平面下500米以下工作的潜水员有效预防减压病和氮麻醉。

Lillo和Parker开发了大鼠混合气体模型，以进一步探索不同气体在减压中的作用，并为未来可能评估其对人类预测的有用性提供一个全局模型。采用最大似然法对5000多次大鼠跳水进行了希尔方程剂量反应模型拟合。这些潜水使用了氦、氮、氩和氧的各种混合物，深度时间长达2小时，减压剖面也各不相同。结果支持了过去的研究结果，包括1）减压风险（He<N（2）<Ar）和汇率（He>Ar约为N（2））的气体差异，2）氧的显著减压风险，以及3）较重动物的减压病风险增加。新发现包括非对称气体交换和气体冲刷，通常出乎意料地快于吸收。模型预测和实际发生率之间相对较小的误差（及其随机散布）证明了模型的成功。这种用于预测大鼠减压病的混合气体模型是第一个适用于任何动物物种的此类模型，涵盖了如此广泛的气体混合物和潜水剖面。

Lillo RS and Parker EC. Mixed-gas model for predicting decompression sickness in rats. J Appl Physiol. 2000;89:2107–16.

潜水期间使用氢作为惰性气体：7.06 ATA下氢-O2呼吸期间的肺功能

氢作为潜水用惰性气体的特性，特别强调了利用密度最小的气体扩大潜水呼吸限制。在7.06 ATA下，使用以下混合气体对一组受试者进行了用力肺活量、FEV1、FEV2、PEFR、PIFR和MVV的测量：四名受试者呼吸97%的氢-3%O2，两名受试物呼吸97%He-3%O2，两位受试者使用97%的N2-3%的O2。在7.06ATA下呼吸氢-O2时的MVV比表面空气时高14%，与He-O2相比提高了40%，与N2-O2相比在7.06 ATA时提高了171%。FEV1、FEV2、PEFR和PIFR也有类似的发现。本研究中的相对气体密度（rho）与流量的关系值对于MVV为rho-0.41，对于PEFR为rho-0.44，对于PIFR（Wood和Bryan方法）为rho-0.45。

但由于其高度易燃性，在几十年的时间里，它实际上并没有用作治疗。氢气在人体内的安全性已在气体混合物中得到充分证明。

在使用氢-氦-氧混合物进行500米公海潜水期间，人类的心理生理反应

六名商业潜水员在使用含49%氢气的氢-氦-氧混合物进行500米的公海潜水期间，对其神经和精神感觉运动反应进行了调查。结果表明，高压神经综合征只有中度神经症状，而氢的麻醉作用是可检测的，这是通过精神感觉运动试验进行的调查。然而，潜水员成功地完成了操作潜水的主要目的，即通过连接海上石油设施的特定元件来证明这种潜水方法的可行性。最后，这些数据支持这样的假设，即氢可以缓解一些高压神经综合征的症状，并可以构成商业潜水的有用气体，因为它降低了呼吸混合物的密度，从而改善了潜水员的生活条件、工作和舒适度。然而，目前的结果强调了研究个体对压力环境的易感性的相关性，无论呼吸混合物的成分如何。

Abraini JH, Gardette-Chauffour MC, Martinez E, Rostain JC, Lemaire C. Psychophysiological reactions in humans during an open sea dive to 500 m with a hydrogen-helium-oxygen mixture. J Appl Physiol. 1994;76(3):1113–8. 实验性人类潜水期间的心电图变化HYDRA 10（71 atm/7200 kPa）

在71 atm（7200 kPa）饱和潜水（COMEX HYDRA 10实验）期间，对三名人类潜水员进行心电图（ECG）分析。吸入的混合气体有轻微的高氧；其成分基本上是氦和氧。在压缩过程中引入氢，其分压达到20 atm。三名潜水员的心电图变化相同。明显的心动过缓在按压开始时迅速出现，然后这种反应在整个潜水过程中适应。P-R、QRS和Q-T间期以及S-T段没有显著变化。QRS轴保持稳定。然而，P和T矢量角发生右移。这些变化分别与时间和气体密度相关。压缩过程中心室复极的变化与我们在HYDRA 9 COMEX跳水过程中观察到的相似。它们可能对应于由于密集气体呼吸增加胸内压变化引起的心肌细胞复极持续时间的变化。在减压期间，电压出现明显的整体下降。这表明组织中的微气泡积聚可能会影响阻抗，导致ECG复合波振幅出现伪影。

Lafay V, Barthelemy P, Comet B, Frances Y, Jammes Y. ECG changes during the experimental human dive HYDRA 10 (71 atm/7,200 kPa) Undersea & Hyperbaric Medicine. 1995;22(1):51–60. 

需要考虑的是猪体内天然存在的细菌菌群对氢气的生化减压，对人类氢气潜水有何影响？

在7.1MPa Hydra 10创纪录的人体潜水期间和之后，吸气肌和骨骼肌的最大性能变化

Fontanari等人在7.1兆帕氢氦氧记录的人类潜水过程中，检验了增加的环境压力会改变最大肌肉性能的假设，特别是呼吸稠密气体会导致呼吸肌肉疲劳的假设。对三名专业潜水员的一组手部肌肉（拇内收肌，AP）和吸气肌（IM）进行了研究。在潜水前、加压和减压期间以及潜水后1个月和2个月，测量AP的最大自主收缩（MVC）和IM产生的最大吸气压力（P（i（max））。MVC（-22%）在3.1MPa时显著降低，即在向呼吸混合物中引入氢气的开始时，而P（i（max））在潜水和减压期间逐渐下降（最大DeltaP（i（max））＝-55%），在潜水后1个月仍测量到显著降低。IM功能的改变归因于长期通气负荷的后果，这种情况与呼吸稠密气体有关。骨骼肌MVC的短暂降低表明高压环境可能对神经肌肉驱动产生影响，可能是氢分压过高。

Fontanari P, Badier M, Guillot C, et al. Changes in maximal performance of inspiratory and skeletal muscles during and after the 7.1-MPa Hydra 10 record human dive. Eur J Appl Physiol 2000;81:325-8.