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分子氢与健康 神奇的氢聊
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氢气潜水医学研究

早在1789年,拉瓦锡和塞奎因将氢气作为呼吸介质进行动物实验研究。豚鼠在容器内呼吸氢氮氧三元混合气历时8~10小时,未发现氢气给机体带来任何不利影响。1937年,英国凯斯和小霍尔丹把人暴露于11个大气压的环境中,呼吸氢氧混合气未发现明显的生理变化。
 

1941年苏联拉扎列夫(Lazalov)用氢氮氧混合气顺利加压到91个大气压,未发现小鼠的不良反应。这些早期研究初步证明,人和动物吸入氢气是安全的。
 

为什么科学家会考虑给潜水员吸入氢气?这是潜水医学的一个基本知识。潜水时人受到水的重力影响,下潜深度越深水的压强越大,处于水下高压状态,维持体内外压强平衡就必须呼吸高压气体,一般情况下潜水呼吸气体由必需的氧气和其他气体(氮气、氢气、氦气等)共同组成,研究分析各种气体的理化性质,科学家发现相对于氮气来说,氦气和氢气在高压状态下有麻醉作用小、呼吸阻力比较小、对人体绝对安全的优势,经过大量研究后最终选择氨气和氢气作为大深度潜水的呼吸气体。
 

需要注意的是这里强调的是大深度潜水,了解氢气特性的人都知道,一定合适比例的氢氧混合气具有爆炸性,潜水技术如何解决这个问题?虽然氢气很容易燃烧和爆炸,但燃烧和爆炸是需要条件的,如氧浓度低于4%时就不会燃烧。常压下4%的氧浓度无法维持生命所需,但在水深超过30米的高压条件下,4%的氧浓度等价于常压的16%氧气浓度,基本可满足人体需要,不会造成缺氧,同时也不会出现氢氧混合的燃爆风险。所以当潜水深度超过30米才开始使用氢气作为潜水呼吸气体。
 

许多科学家针对氢气潜水进行了大量实验研究,其中最著名的研究是瑞典海军潜水技术工程师阿恩·泽特斯特罗姆(Arne Zetterstrom)(见图3-1)进行的氢氧潜水试验。1945年8月7日,为了证明氢氧潜水技术在援救潜艇方面可以发挥重要作用,在瑞典海军最大的潜艇援救舰贝洛斯号上,Zetterstrom成功实现161米的现场氢氧潜水。但是在上升过程中由于操作人员理解错误导致发生了极其严重的潜水疾病,Zetterstrom因这一事故献出宝贵生命。
 

1960年起,随着潜水生理学和饱和潜水技术的发展,同时由于氢气制备技术的提高带来更大价格优势,氢气作为深海潜水呼吸气体更加受到广泛重视,促使美、英、法、苏和瑞典等国再次开展氢氧潜水实验。这期间氢氧潜水研究的动物实验达到1000米的深度,吸入氢气暴露时间达到24小时。人体试验深度也达到60米,暴露时间为10~20分钟。20世纪70年代,P.O.埃德尔(P.O.Edel)等进行氢氧模拟潜水实验,发现氢气能有效预防高压神经综合征,高压神经综合征是人类增大潜水深度所面临的最大障碍之一,这个研究展示了潜水吸入氢气的最重要优势。
 

随着海洋开发的不断推进,人们需要更大深度的潜水作业,这个需求推动氢氧潜水研究的深入。在世界范围内,法国COMEX公司在氢氧潜水领域曾经占据绝对领先地位。1983年,它开始执行HYDRA计划,证明氢氧潜水后人体血、尿、神经系统和呼吸功能方面等指标均未发现异常,在同期进行的动物氢氧潜水实验中,动物心、肝和肺等组织学检查未发现异常改变。此后,COMEX公司又开展多次氢气潜水作业实验。到20世纪90年代,COMEX公司顺利完成750米人体模拟氢氧潜水实验,这是目前人类高压暴露的最大深度记录。后来,氢氧潜水逐渐引起更多国家的关注。美国海军研究了高压氢对人体的生理作用,确认氢对机体无任何危害,进一步证明氢气可以减轻高压神经综合征。
 

氢气潜水医学研究

图3-1Arme Zetterstrom(1917-1945年)瑞典海军著名氢氧潜水研究专家
 

这里介绍高压氢气的潜水医学研究就是为了说明一个道理,根据毒理学和药理学的普遍规律,高压氢气对人体安全,常压和微量氢气因剂量更低所以更安全。相对于潜水医学领域,目前改善疾病使用的氢气剂量非常低,人体安全性非常高。

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