急进和渐进西藏对南极考察昆仑站预选队员心血管功能及其应激因子的影响*

卢艳花， 熊艳蕾， 方 露， 陈 楠， 徐成丽

((中国医学科学院基础医学研究所/北京协和医学院基础学院， 北京 100005)

医学上将对人体产生生物学效应的海拔2 500 m以上地区称为高原，高原环境存在低压低氧、寒冷干燥、强紫外线等环境因素，当人从平原快速进入高原后，易发生急性高原反应(acute mountain sickness, AMS)[1-2]。不同个体对低氧的感受及耐受力不同，但目前尚无筛查高原病易感人群的特异性检查。目前主要采用直接估测法筛选出低氧易感人群，久居平原的人群急速进入高原后，检测分析低氧敏感的重要脏器系统功能适应性变化，可排除低氧易感人群。AMS的发病率与海拔、年龄、体重、心肺功能等相关，据文献报道，进入高原方式也与AMS的发病相关[3]。2009年中国在南极冰穹A地区建立了首个内陆考察站—昆仑站(77°06'58″E，80°25'01″S)，这里平均海拔4 000 m以上，相当于中低纬度高原近5 000 m的海拔，因此在西藏高原地区可以模拟南极高原站区环境进行人员选拔和适应性训练。本文旨在分析急进高原与渐进高原对南极考察昆仑站预选队员的心血管功能、应激相关激素和免疫水平的不同影响，为监测、评估及遴选昆仑站考察队员提供关键数据。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选取 2014～2016年第31、32和33次中国南极考察昆仑站预选队员共85名，其中第31次队30名，第32次队39名，第33次队16名。所有队员均为男性，体检检查合格，无精神障碍性疾病，无感染性疾病。依据进入高原方式分为急进组(乘飞机急进高原组(the rapid ascent group by aircraft，RAG)，n=55)和渐进组(乘火车渐进高原组(the progressive ascent group by train，PAG)，n=30)，急进组年龄为(31.52±3.26)岁，身高为(173.77 ± 5.64)cm，体重为(70.33 ± 9.96)kg，身体质量指数(body mass index，BMI)为(22.50±2.31)kg/m2，渐进组年龄为(31.45±3.31)岁；身高为(173.77 ± 5.50)cm，体重为(70.16 ± 7.26)kg，BMI为(22.43±2.42)kg/m2，两组队员人口统计学指标均无统计学差异(P> 0.05)。

1.2 方法

1.2.1 行程 第 31 次队自平原上海(海拔4 m)乘火车出发，抵达拉萨(海拔 3 658 m)，经2 d适应性训练后乘汽车前往更高海拔的羊八井(海拔 4 300 m)进行适应性训练。第 32 和33次队自上海乘飞机出发至拉萨，经 2 d适应性训练后乘汽车前往羊八井进行适应性训练。

1.2.2 生理检测 依据进入高原方式分为急进组和渐进组，选择上海(海拔4 m)出发、到达拉萨(海拔 3 658 m)和到达更高海拔羊八井(海拔 4 300 m)三个时间点，检测队员的心血管功能和心电传导，同步采集唾液样本并检测应激因子T、COR和IgA的含量。(1)采用指夹式脉搏血氧仪(MD300-C，西藏华大科技有限公司)和上臂式电子血压计(HEM-7211，日本OMRON) 检测预选队员每日清晨静息状态下的 SpO2、SBP、DBP 和 HR。(2)采用 12 导同步心电图机(MAC800，美国GE)检测队员心电传导，记录心电图异常率。(3)采用数字化无创血液动力学监护仪(BioZ.com TM，美国 Cardio Dynamics)检测队员的心血管功能：SBP、DBP、HR、平均脉压(mean arterial pressure, MAP)、心输出量(cardiac output, CO)、心指数(cardiac index, CI)、搏出量(stroke volume, SV)、搏出指数(stroke index, SI)、外周血管阻力(systemic vascular resistance, SVR)、外周血管阻力指数(systemic vascular resistance index, SVRI)、左心做功量(left cardiac work, LCW)、左心做功指数(left cardiac work index, LCWI)、左心射血时间(left ventricular ejection time, LVET)、速度指数(velocity index, VI)、加速度指数(acceleration index, ACI)、预射血期(pre-ejection period, PEP)、收缩时间比率(systolic time ratio, STR)、肺水指数(thoracic fluid content, TFC)等指标。(4)用唾液采集管(Salicap Set，RE69981，德国IBL公司)采集预选队员清晨唾液2 ml，置于-20℃车载冰箱冻存，带回实验室，采用德国DRG公司的试剂盒(型号SLV-3013和SLV-4635)利用ELISA法分别检测唾液中T、COR含量，采用德国IBL公司试剂盒(型号DM-59171)检测IgA水平。

1.3 统计学处理

2 结果

2.1 两组生理指标检测结果比较

如表1所示，与海拔4 m 相比，两组在到达海拔 3 658 m、4 300 m 的高原地区，SpO2均显著下降(P<0.05)，HR均显著升高(P<0.05)；渐进组(PAG)的SBP和DBP均显著增加(P<0.05)，急进组(RAG)无显著变化(P>0.05)；但在相同海拔高度，两组间各项指标无显著差异(P>0.05)。

Tab. 1 Comparison of physiological indicators between two groups

2.2 两组心电传导功能比较

两组预选队员出发时经临床检测诊断心电均无异常，到达不同海拔高度发生的心电传导异常情况如表2所示。急进组和渐进组预选队员在海拔 3 658 m 处心电传导异常率分别为30.9%和 17.2%；急进组心电异常主要表现为心动过速、电轴偏移、右束支传导阻滞和其他(诸如 QRS 低电压、QT 间期延长、早期复极化、心房心室肥大)等，渐进组心电异常主要表现为心动过速与心律不齐。到达海拔 4 300 m 时，两队表现类型与在海拔3 658 m 处相似，两组的异常率分别为34.5%和24.1%。经卡方检验，两组间异常率无显著差异(P>0.05)。

Tab. 2 Comparison of ECG conduction function between two groups

2.3 两组心功能比较

如表3所示，与海拔4 m相比，急进组与渐进组分别到达3 658 m和4 300 m处, HR、DBP、MAP、SVR、SVRI 和STR 均显著升高(P<0.05)，SV、SI、ACI、VI 和 LVET 均显著降低(P<0.05)，CI、CO 和 PEP 均无显著变化(P>0.05)。与海拔4 m相比，渐进组SBP在到达3 658 m 后显著升高(P<0.05)，急进组无显著变化(P>0.05)，而到达4 300 m 处两组SBP、LCW、LCWI 均显著升高(P<0.05)。与海拔4 m相比，到达3 658 m和4 300 m 处急进组TFC显著升高(P<0.05)，渐进组无显著变化(P>0.05)。急进组与渐进组在海拔 4 m 处两组队员的心血管功能各项指标均无显著差异(P>0.05)；在海拔 3 650 m 处，仍然无显著性差异(P>0.05)；到达更高海拔 4 300 m 处，两组队员 TFC 出现显著性差异(P<0.05)，急进组(30.88±4.53)TFC水平显著高于渐进组(26.94±2.81)。

Tab. 3 Comparison of cardiovascular function between two groups

2.4 两组唾液中应激因子含量比较

两组进入高原后分别与海拔 4 m的差值做比较，两组在海拔3 658 m 处唾液T变化量无显著性差异(P>0.05)，急进组COR和IgA 变化量显著高于渐进组(P<0.05)；在海拔 4 300 m 处急进组IgA变化量显著高于渐进组(P<0.05)，而T和COR的变化量无显著差异(P>0.05，表4)。本次研究共采集到三个完整时间地点的清晨唾液样本(剔除血性唾液)共计急进组 48 份，渐进组23份。

Tab. 4 Comparison of stress factors between two groups

3 讨论

2004年青海西宁召开的国际高原医学及低氧生理学大会确定了海拔2 500 m作为医学界高原的界限，高原环境恶劣，具有低压低氧、寒冷干燥、强紫外线等气候特点，平原人进入高原后,低氧影响人的健康。许多学者[3-5]发现，急性高原反应通常发生在人体进入高原后6～96 h，且吸氧也不能完全缓解急性高原反应症状，可能与低氧血症、体液潴留、气体交换障碍及重分配有关。心血管系统作为全身最重要的供血供氧系统，对机体适应低氧环境起重要作用，高原低压低氧环境因子导致人体心功能显著变化，如血压上升、心率加快、心肌缺血等，此外心脏供血供氧不足也将引起其他系统变化，检测心血管功能指标有重要意义[6-7]。也有研究发现高原反应与体内激素水平有关[8]，如应激激素睾酮和皮质醇，故人体高原反应涉及氧化应激、内分泌、免疫、内环境稳态等多种生理与病理过程。

由于南极昆仑站特殊的高原地理位置和低氧的环境，因此需要对考察队员在类似环境进行筛选和适应性训练，而西藏高原作为天然的高原低氧环境成为首选。同时随着我国在南极的综合发展，在低海拔考察站进入高海拔内陆考察站过程中，交通运输工具也由过去单一的陆运向陆空结合甚至以空运为主的方式改变，因此不同方式进入内陆考察站对考察队员的身心影响有待研究。本研究以2014～2016年第31、32、33次中国南极考察昆仑站85名预选队员为研究对象，分析对比乘飞机急进高原与乘火车渐进高原对预选队员生理影响的差异,为南极考察医学保障提供重要数据，也为乘飞机急进高原的生理与病理生理学提供数据资料。本研究结果显示，两组在到达海拔3 658 m和4 300 m的高原地区，SpO2显著下降，HR显著升高，低氧下心率的增快是机体代偿功能和储备能力的体现。进入高海拔地区早期，因交感神经兴奋及体液中缩血管因子交互作用，血压明显升高[9]，急性缺氧直接作用于体循环及肺循环的阻力血管会增加血管紧张度，也能通过增加肺通气，刺激外周化学感受器，增加交感神经兴奋性以收缩血管。在进入高原早期，血管收缩主要是低氧对阻力血管的直接作用，随着在高原时间延长，交感神经兴奋引起的血管收缩作用逐渐占据主导地位，因此在进入高原早期，大多数人群血压是升高的[10]。本研究也显示，两组队员由平原进入高原后，进入高原SBP、DBP和MAP均显著升高，但坐位血压与卧位的变化不一致，仍有待进一步研究验证。

从平原进入高原心功能最常见改变为心率过快，心电图改变多以心电轴右偏、右束支阻滞、右心室肥大及后两者合并发生[11]，本研究结果表明，急进组和渐进组在进入高原后心电图均发生改变，急进组异常率略高于渐进组，但无统计学差异，这说明进入高原后，人体容易发生心电传导异常，可能与低氧环境中心肌氧供及能量不足有关，使心肌去极与复极延长，易发生心律失常，但是本研究中两组在进入3 658 m和4 300 m高原后SV、SI、ACI、VI、LVET与海平面4 m处相比，均显著降低,这表明心脏收缩能力与泵血功能降低，低氧会使心肌细胞能量代谢失衡，正常心肌细胞依赖于三大物质代谢产生的三磷酸腺苷(ATP)，低氧会影响线粒体呼吸功能，ATP生成减少会使细胞发生严重损伤，出现SV及SI下降，而CI、CO无显著改变可能是因HR的代偿性增加弥补了SV的显著降低[11-12]。STR表示心肌电兴奋与机械收缩期之间的时间比，其升高并伴有LVET 降低，表明低氧下心肌由于收缩功能降低导致心脏泵血功能的降低。本研究发现急进组在 4 300 m处TFC比渐进组高，这可能与急进高原者体内组织间更容易发生液体量增多，与水钠潴留有关。低氧环境下主动脉氧分压降低可刺激交感神经兴奋，分泌肾上腺激素，发生交感神经-肾上腺髓质反应，体内儿茶酚胺增多， 下丘脑-垂体-肾上腺轴等内分泌轴激活，COR分泌随之增加，T则由睾丸间质细胞分泌，在人体蛋白合成、维持电解质平衡中有重要作用。本研究发现急进组在进入高原后，唾液中T、COR和IgA均明显变化，且急进组的COR和IgA变化量显著高于渐进组，表明急进高原应激反应变化更迅速。在低压低氧环境下，COR可以抑制血栓素A的合成，而血栓素A能抑制血小板的功能，从而减弱血管的渗透，维持细胞稳定性，减弱炎症介质对血管及组织细胞的损伤，降低脑水肿和肺水肿的发病率[12]。Boos CJ等[13]发现，在低氧环境中T及IgA可能分泌减少。IgA是机体免疫功能的反映，负性情绪引起的被动应激下交感神经可抑制IgA的分泌，Tiollier[14]研究表明短期低氧训练，唾液中IgA分泌急剧减少，表明高原低氧训练时可引起黏膜免疫系统的抑制，从而导致人体其他激素水平的降低，急进组在更高海拔时IgA 显著降低表明急进高原对免疫功能有抑制作用。

综上，南极考察预选队员在进入西藏高原后，其生理状态、心血管功能及唾液的一些激素和免疫球蛋白含量会发生显著变化，乘飞机急进高原变化更大，需加强监测。本研究为选拔合格的南极考察昆仑站低氧复合高寒环境下工作的队员提供重要科学数据，为制定医学防治措施提供依据。但由于南极考察预选队员每年的样本量少，故研究结论仍需后续多次队的验证。

感谢中国第31-33次南极考察昆仑站预选队员全程配合样品数据采集，感谢原国家海洋局极地考察办公室和中国极地研究中心对现场工作的组织和支持。