我國高原、高山地域遼闊,海拔3000m以上區(qū)域約占國土總面積的1/6,其中青藏高原平均海拔在4000m以上,占地面積達250萬km2。目前,1700km中印邊境多達12.5萬km2領土存在長久爭議,加之民族分裂分子、恐怖組織活躍以及自然災害的威脅,高原地區(qū)存在很大的潛在軍事斗爭威脅。一旦緊急情況突發(fā),大批平原部隊將在最短時間內進駐高海拔地區(qū)執(zhí)行行軍、訓練、作戰(zhàn)、救援等軍事任務。然而高海拔地區(qū)氣候環(huán)境極其惡劣,尤其是低壓、低氧等因素,導致人體吸入氧分壓、肺泡壓以及血液內氧合血紅蛋白含量的降低,易引起急進海拔3000m以上人群產生急性高原反應,誘發(fā)心、腦、肝、肺、腎等多種器官高原病,極大地制約著部隊戰(zhàn)斗力的生成。國內外關于高原抗缺氧防護的深入研究取得了一定的進展,但仍不夠完善。無論是階梯習服、適應性運動鍛煉、預缺氧訓練、藥物預防、載氧適應等抗缺氧防護措施,還是液態(tài)瓶裝氧、便攜式加壓艙、單兵增氧呼吸器、便攜式制氧機、以氧氣鋼瓶為氧源的集中吸氧室和固定富氧室等抗缺氧防護裝備,都無法滿足大批平原部隊急進高海拔野外環(huán)境下執(zhí)行軍事任務的防護要求。

　　基于此,我公司自主研發(fā)高海拔彌散式高效能制氧設備及系統(tǒng)，即高海拔醫(yī)用級模塊化方艙式制氧系統(tǒng)，并分別在平原地區(qū)、模擬高原環(huán)境及高原實地,對其進行了性能參數(shù)測試和富氧效果評估。此外,針對我軍傳統(tǒng)野營網架帳篷的種種弊端,我公司還設計研發(fā)了氣肋型彌散富氧充氣帳篷。研究結果顯示,由方艙式制氧系統(tǒng)和氣肋型彌散富氧充氣帳篷組成的高原彌散富氧裝置,可以在高原野外環(huán)境下迅速搭建局部富氧空間,提高機體吸入氧分壓,降低等效海拔高度,改善官兵缺氧狀況,是提升部隊高原作戰(zhàn)能力的利器,填補了我國大批部隊急進高原抗缺氧防護裝備的空白。

　　主要研究內容分為以下四個部分:

　　第一部分

　　方艙式制氧系統(tǒng)的研制及性能測試方法:基于高海拔彌散式富氧技術,結合“真空度-濃度-流量”量效關系的研究,成功研制高原彌散富氧環(huán)境系統(tǒng)。并在海拔4800m通過彌散供氧方式為模擬房間富氧,測試高原環(huán)境下方艙式制氧系統(tǒng)的性能參數(shù)及模擬房間內部的富氧效果。

　　結果:方艙式制氧系統(tǒng)出氣口平均富氧濃度和流量分別為29.5%和9.8m3/h,與出廠參數(shù)基本一致(P>0.05);彌散供氧200min后,模擬房間內部氧氣濃度升高到28.7%,溫濕度較模擬房間外部均明顯提升(P<0.01)。

　　結論:方艙式制氧系統(tǒng)即開即用,性能穩(wěn)定,可以持續(xù)輸出氧氣濃度在30±3%的富氧氣體,利用其為模擬房間彌散供氧,能迅速提高模擬房間內部氧氣濃度和溫濕度,降低等效海拔高度,提高模擬房間內環(huán)境的舒適度。

　　第二部分

　　高原富氧環(huán)境系統(tǒng)在模擬高原環(huán)境下的性能測試及應用研究方法:利用小型低壓模擬艙模擬海拔3000m、4000m、5000m高原環(huán)境,檢測高原環(huán)境下方艙式制氧系統(tǒng)在不同模擬海拔的性能指標。并在模擬海拔4000m,利用方艙式制氧系統(tǒng)營造局部富氧空間,觀察彌散富氧對急性暴露缺氧環(huán)境下SD大鼠行為學指標的影響。

　　結果:方艙式制氧系統(tǒng)在模擬海拔3000m、4000m、5000m,平均富氧濃度分別為28.9%、28.4%、27.7%,平均富氧流量分別為880L/h、810L/h、750L/h,與平原地區(qū)(29.5%、950L/h)相比有所下降(P<0.05)。在模擬海拔4000m彌散富氧空間內部SD大鼠的水平活動度明顯降低(P<0.01),垂直活動度明顯增加(P<0.01)。

　　結論:模擬高原環(huán)境對方艙式制氧系統(tǒng)的工作能力有一定影響,但富氧性能依舊出色。彌散富氧能使急性暴露在低壓低氧環(huán)境的SD大鼠腦活躍程度增加,焦慮、煩躁程度降低,空間認知和探索學習能力提高。

　　第三部分

　　方艙式制氧系統(tǒng)在高原實地性能測試及應用研究方法:在高原實地海拔3866m野外環(huán)境下,利用方艙式制氧系統(tǒng)和野戰(zhàn)折疊式網架醫(yī)用帳篷搭建局部富氧空間,并對方艙式制氧系統(tǒng)的各項性能指標、帳篷內部富氧效果及人員應用效果進行測試。

　　結果:機器運行12h,制氧系統(tǒng)彌散口平均富氧濃度和流量分別為27.6%和25.6m³/h,且隨溫度變化分別在(26.3~28.6)%、(22.5~29.5)m3/h范圍內波動。帳篷內部氧氣濃度12h后升高到25.6%,溫濕度較外部有明顯提高(P<0.01)。受試者富氧后SpO2顯著增加(P<0.01),HR明顯降低(P<0.01)。

　　結論:方艙式制氧系統(tǒng)在高原實地環(huán)境下性能穩(wěn)定,富氧效果良好。用其在高原野外環(huán)境下搭建富氧帳篷,能明顯改善官兵生活工作環(huán)境,有效緩解急性高原反應癥狀,顯著提升作業(yè)能力和工作效率。

　　第四部分氣肋型彌散富氧充氣帳篷的研制及性能測試方法:以氣肋型網格骨架設計支撐結構,根據(jù)流體力學特性合理設置均勻彌散富氧管路和廢氣回收排放管路,采用拉鏈式和磁石密閉結構增設內外緩沖門,設計研發(fā)了氣肋型彌散富氧充氣帳篷。并采用不同規(guī)格型號的方艙式制氧系統(tǒng)為其彌散供氧,測試帳篷內部的富氧效果。

　　結果:氣肋型彌散富氧充氣帳篷可在5min內自行充氣展開,3min內自行放氣撤收。在富氧濃度29.6%、富氧流量16m³/h的富氧新風彌散供氧作用下,帳篷內部氧氣濃度3h后上升到24.7%,8h后上升到27.7%。

　　結論:氣肋型彌散富氧充氣帳篷具有質輕便攜、展收迅速、實用性強、性能優(yōu)越等特點,與野戰(zhàn)折疊式網架醫(yī)用帳篷相比,帳篷內部氣密性和空氣流通性良好,富氧效果大大提升,特別適合野外環(huán)境下執(zhí)行軍事任務使用。

　　重慶氧達科技有限公司

　　高級技術工程師孟凡昊