營養(yǎng)學(xué)/高氣壓環(huán)境對(duì)營養(yǎng)素代謝的影響
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在經(jīng)濟(jì)建設(shè)與軍事上常需要人潛入水中在水下工作，在水中每下潛10m靜水壓就增加1個(gè)大氣壓。由于靜水壓的存在，人在水下必須呼吸與潛水深度壓強(qiáng)相等的壓縮氣體，否則人將受擠壓，這樣機(jī)體便處于高氣壓環(huán)境中。高壓環(huán)境對(duì)機(jī)體產(chǎn)生一定的影響，主要是潛水濃度與呼吸氣體的成分這兩個(gè)主要因素影響機(jī)體。潛水深度愈深，人所受的壓力也愈大。當(dāng)潛水深度超過150～250m時(shí)，易出現(xiàn)高壓神經(jīng)綜合征。而呼吸氣體中氧或氮分壓太高時(shí)，可發(fā)生氧中毒或氮麻醉等。在60m以上深潛水時(shí)，呼吸氣體中要用氦替換氮以防止發(fā)生氮麻醉，而氦的導(dǎo)熱系數(shù)為空氣的6.23倍，故呼吸氦氧混合氣體時(shí)，人體將喪失更多的熱能。人體處于這種高氣壓特殊環(huán)境中如何保護(hù)良好的狀態(tài)，是許多研究工作中所要解決的問題。70年代以后陸續(xù)發(fā)表了高壓環(huán)境中熱能代謝及某些營養(yǎng)素代謝的研究報(bào)告，但系統(tǒng)地研究各營養(yǎng)素代謝變化尚少見。由于飽和潛水在水中停留時(shí)間較普通潛水長，因此所見到的資料大多數(shù)是飽和潛水條件下的營養(yǎng)素代謝研究結(jié)果。
41.2.1 熱能代謝
進(jìn)行潛水作業(yè)后，大多數(shù)潛水員體重都下降。有人觀察到在5ATA（ATA為絕對(duì)壓即，靜水壓加水面上的1個(gè)大氣壓）條件下呼吸壓縮空氣時(shí)，潛水員的氧耗量明顯大于常壓下的氧耗量。在7ATA條件下呼吸氦混合氣體時(shí)，氧耗量較在常壓下增加20%。潛水員的基礎(chǔ)代謝在常壓下與其他人相近為6048KJ，然而在26ATA時(shí)上升為6720KJ，31ATA時(shí)為10500KJ。在18.6ATA氦氧飽和潛水時(shí)，24h連續(xù)測定發(fā)現(xiàn)，當(dāng)環(huán)境溫度為31℃（舒適溫度）時(shí)，潛水員能量消耗較加壓前增加12%，而當(dāng)環(huán)境溫度為27℃（有涼意的溫度）時(shí)，潛水員的能量消耗較加壓前增加26%。若只測定白天休息時(shí)的能量消耗則較加壓前分別增加了11及54%。另一作者報(bào)告，在43ATA舒適的溫度中，休息時(shí)的能量消耗較加壓前增加12%。但有人觀察到潛水員的基礎(chǔ)代謝較正常值低，在觀察40名潛水員在加壓后于常壓環(huán)境中測定，70%的人基礎(chǔ)代謝低于正常值的4～33%。8%的人在正常值范圍，也有22%的人高于正常值?？偟恼f來，潛水濃度愈深，呼吸氣體為氦氧混合氣，作業(yè)環(huán)境溫度低時(shí)熱量消耗增加愈多。
在高壓環(huán)境中熱能消耗雖然增加，但潛水員攝入的熱量卻難以達(dá)到消耗的水平。在常壓下潛水員攝入的熱量為13230KJ，16ATA時(shí)只能維持此水平，在21ATA時(shí)即下降為12180KJ。在另一實(shí)驗(yàn)觀察到，常壓下潛水員攝入熱量為12180KJ，26ATA時(shí)即減少為10080KJ，31ATA時(shí)進(jìn)一步減少為8400KJ，即僅為加壓前攝入量的69%，而此時(shí)基礎(chǔ)代謝卻為加壓前的1.7倍，攝入的熱量遠(yuǎn)不能滿足熱能消耗的需要。
41.2.2 蛋白質(zhì)代謝
在較淺的潛水中就能觀察到潛水員的蛋白質(zhì)代謝變化。如在1.83ATA空氣飽和潛水巡潛到4.1ATA、2.5ATA空氣空氣飽和潛水巡潛到4.1ATA以及7ATA氮氧飽和潛水中，都觀察到潛水員血清尿素氮含量在潛水時(shí)增加，尿中尿酸、尿素排出量皆增加，這些變化被認(rèn)為是高壓環(huán)境引起蛋白質(zhì)分解代謝增加。在我國進(jìn)行的模擬36.5m氮氧飽和潛水26天的實(shí)驗(yàn)中，在高壓環(huán)境中潛水員攝入蛋白質(zhì)量減少，尿氮排出量隨之下降。而在另一模擬200m氦氧飽和潛水實(shí)驗(yàn)中，蛋白質(zhì)攝入量明顯低于常壓環(huán)境，而尿氮排出量未見明顯變化。在減壓過程中，4名潛水員有2人尿氮排出量超過了氮的攝入量呈負(fù)氮平衡。并且經(jīng)高壓暴露后，血清游離氨基酸含量下降，其中必需氨基酸下降較多。有人報(bào)告，在43ATA氦氧飽和潛水實(shí)驗(yàn)中，潛水員攝取固定的膳食，隨著氣壓增高尿氮排出量進(jìn)行性地增加，血漿中甘氨酸含量顯著上升，賴氨酸與纈氨酸含量也稍增加，這表明高氣壓對(duì)蛋白質(zhì)分解代謝產(chǎn)生的影響。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中觀察到，在高壓環(huán)境中，蛋白質(zhì)的消化吸收率為95.6～98.2%與常壓環(huán)境相近，補(bǔ)充蛋白質(zhì)有利于補(bǔ)償高壓應(yīng)激，可使生長良好。
41.2.3 脂肪代謝
在19.2ATA氦氧飽和潛水條件下，潛水員血中膽固醇先增加后逐漸下降，而血中游離脂肪酸減少，并持續(xù)到減壓后。
41.2.4 維生素代謝
多種維生素是輔酶的組成部分，對(duì)物質(zhì)代謝有重要的作用。在高壓環(huán)境中機(jī)體處于應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，它們有何變化也是人們所感興趣的。潛水員生活在27ATA模擬氦氧飽和潛水巡潛到31.5ATA22天中，24h尿中維生素排出量的變化按每g肌酐計(jì)算，核黃素、N′-甲基尼克酰胺、尼克酸，葉酸和吡哆醇在第7天前后都有一過性的增加，而硫胺素在加壓后卻持續(xù)地減少，紅細(xì)胞轉(zhuǎn)酮酶活力下降。血中維生素A、胡蘿卜素及抗壞血酸未見明顯變化。在模擬36.5m氮氧飽和潛水26天中，尿中維生素排出量也見到類似的變化。在高壓環(huán)境中停留較短時(shí)，維生素代謝的變化有所不同，潛水員在11ATA條件下4.5h后，24h尿中硫胺素、核黃素和N′-甲基尼克酰胺排出量較加壓前顯著增加，而4-吡哆酸與抗壞血酸的排出量都明顯減少，在加壓后6個(gè)月復(fù)查時(shí)，除4-吡哆酸排出量恢復(fù)到加壓前水平外，其余與開始的變化相似。在大白鼠的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，飼料中維生素量較普通飼料增加1倍時(shí)，對(duì)在11ATA氦氧條件下的大白鼠生長無益，但能使在濃度較深的21ATA氦氧條件下的大白鼠生長較快。若維生素的量僅增加25和50%時(shí)，能使于11ATA氦氧條件下的大白鼠生長良好，而不能使在21ATA氦氧環(huán)境中的動(dòng)物維持正常的生長。這些結(jié)果表明要使動(dòng)物在高壓環(huán)境中生長良好，必須增加維生素的供給量，且深度愈深增加的量愈多。特別是若不增加硫胺素、泛酸、生物素或維生素K中任何一種，則動(dòng)物不能維持正常生長，若不增加維生素A、D和E中任何一種，則使動(dòng)物處于不能維持正常生長的邊緣。
41.2.5 水鹽代謝
在高壓環(huán)境中水鹽代謝有明顯的變化。在加壓過程中尿量明顯增加，即高壓利尿。這在空氣飽和潛水、氮氧飽和潛水以及氦氧飽和潛水中均可觀察到，在18.6ATA氦氧飽和潛水中進(jìn)行體液平衡實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察到，潛水員尿量在高壓條件下長期增加，海平面時(shí)每天排出尿量2000ml，在18.6ATA氦氧環(huán)境下及溫度為31℃時(shí)，尿量為2600ml。此時(shí)每天攝取水量或身體總水量皆無明顯變化，而不顯性失水明顯減少，較1ATA時(shí)低35%。在18ATA時(shí)血漿醛固酮濃度及尿醛固酮排出量明顯增加，而抗利尿激素排出量明顯減少，因此認(rèn)為高壓利尿主要是由于抗利尿激素減少而抑制了不顯性失水。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)氣壓增加時(shí)，通過呼吸的不顯性失水減少很小，而從皮膚喪失的不顯性失水激烈減少。許多研究者都觀察到鈉、鉀排出量增加，但鈉與鉀之比在高壓下較常壓時(shí)為小，即雖然尿中鈉、鉀排出量都增加，但鉀排出量增加較多。觀察在4、10.2、23.8ATA氦氧環(huán)境中，潛水員尿中除鈉、鉀、氯排出增加外，磷的排出量也增加，并持續(xù)到減壓的早期。血液中礦物質(zhì)的濃度比較穩(wěn)定，如觀察到在36～40.5ATA氦氧環(huán)境中，潛水員血中鈉、鉀、鈣、鎂、銅和鋅等在加壓前后皆未見明顯的變化。在43ATA氦氧環(huán)境中進(jìn)行鈣平衡實(shí)驗(yàn)中未見有何明顯變化。
41.2.6 高氣壓環(huán)境中工作人員的營養(yǎng)保證問題
從上所述可以看到，高氣壓條件能影響營養(yǎng)素的代謝，如熱能消耗增加，蛋白質(zhì)分解代謝增加，某些維生素需要量增多，一些礦物質(zhì)損失較多，總的說來營養(yǎng)素需要量增加。一些作者提出了熱量、蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化物的供給量，熱量多為16800KJ。為維持體重，研究者提出攝入的熱量應(yīng)為該環(huán)境中基礎(chǔ)代謝的1.7～1.8倍。也有人提出若在海中作業(yè)要考慮到在水中失熱，供給的熱量還應(yīng)增加。蛋白質(zhì)的供給量為120～200g，脂肪為160～178g，碳水化物為400～500g。在膳食供給時(shí)，要注意供給充足的必需氨基酸、不飽和脂肪酸和微量元素，維生素供給量要較一般環(huán)境中多，每天至少給硫胺素、核黃素各2.5mg，尼克酰胺25mg和抗壞血酸100mg。
要考慮到在高氣壓條件下人們食欲減退的問題，為了使?jié)撍畣T能攝入足夠的營養(yǎng)素，要照顧到各人的喜好與口味。在供給食物的品種方面，許多人都強(qiáng)調(diào)應(yīng)供給充足的果蔬與飲料，少給產(chǎn)氣的食物。在加壓前2～3h供給高碳水化物，低脂肪的易消化的膳食較好，加壓中給含糖的點(diǎn)心可快速供給熱量，由于加壓時(shí)尿量較多，有人提出每天每人至少要給水和飲料2L，但飲料中不含酒精飲料。在大白鼠實(shí)驗(yàn)中看到，在減壓前2.5～3h內(nèi)攝入含脂肪多的食物與大量進(jìn)食，對(duì)動(dòng)物體內(nèi)氣泡生成過程有很大的影響，多脂血癥在壓力劇降時(shí)對(duì)人，動(dòng)物都是非常危險(xiǎn)的。
在高氣壓環(huán)境中可因作業(yè)不當(dāng)?shù)仍蛞饾撍?a href="/w/%E7%96%BE%E7%97%85" title="疾病">疾病，如由于氣壓改變而發(fā)生的減壓病，或由于呼吸氣體中氣體成分分壓變化而發(fā)生的氧中毒、氮麻醉等。近來也開始注意到減壓病、氧中毒與營養(yǎng)素的關(guān)系。
減壓病的發(fā)病機(jī)制尚未完全了解，但血液濃縮，血管收縮及血管內(nèi)凝血在減壓病中都可見到。在狗的實(shí)驗(yàn)中觀察到，加壓后狗的血漿容量減少，若在加壓前和減壓后靜脈注射尼克酸（每kg體重給15mg），可使血容量減少明顯減輕。
對(duì)預(yù)防氧中毒曾進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)，用等熱量而蛋白質(zhì)含量不同的飼料喂飼大白鼠6天或12天，然后將動(dòng)物置于98%氧中，吃25%酪蛋白者生存時(shí)間比吃3%酪蛋白者長，喂飼6天者生存時(shí)間延長29%，喂飼12天者延長34%。用標(biāo)準(zhǔn)飼料，高飽和脂肪酸（氫化可可油）及多不飽和脂肪酸三種飼料喂飼大白鼠33天，然后暴露于100%氧中，食高飽和脂肪酸者死亡率大大增加，68h內(nèi)全部死亡，而食其它兩種飼料者，于96h后僅死亡54%。食高飽和脂肪酸者肺中雙鍵脂肪酸含量也較其它兩組少得多，說明食物中飽和脂肪酸使肺中飽和脂肪酸含量增加，以致增加了對(duì)氧毒性的敏感性。另外有實(shí)驗(yàn)表明，大白鼠置于6ATA100%氧的環(huán)境中，22min即出現(xiàn)氧中毒癥狀（痙攣），若喂給淀粉飼粉飼料48h后放在同樣條件下，發(fā)生痙攣的時(shí)間延遲10min，而且死亡率也明顯下降，表明糖負(fù)荷后增加了對(duì)高壓氧的耐受力。氧中毒痙攣時(shí)，腦中糖原由93μg/g腦組織下降為21μg/g腦組織。若在加壓前36h給15%葡萄糖加鉀的水溶液，可使痙攣發(fā)生的時(shí)間推遲20min，死亡率由75%下降為25%。另外，在飼料中補(bǔ)充硒喂飼動(dòng)物4周以上，可減輕由于持續(xù)暴露于1ATA氧引起的肺部中毒的嚴(yán)重程度。飼料中補(bǔ)給維生素E12周，對(duì)氧中毒也有對(duì)抗作用，但效果不如硒。
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