我國高原、高山地域遼闊,海拔3000m以上區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,高原地區存在很大的潛在軍事斗爭威脅。一旦緊急情況突發,大批平原部隊將在最短時間內進駐高海拔地區執行行軍、訓練、作戰、救援等軍事任務。然而高海拔地區氣候環境極其惡劣,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,誘發心、腦、肝、肺、腎等多種器官高原病,極大地制約著部隊戰斗力的生成。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境下執行軍事任務的防護要求。

　　基于此,我公司自主研發高海拔彌散式高效能制氧設備及系統，即高海拔醫用級模塊化方艙式制氧系統，并分別在平原地區、模擬高原環境及高原實地,對其進行了性能參數測試和富氧效果評估。此外,針對我軍傳統野營網架帳篷的種種弊端,我公司還設計研發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境系統。并在海拔4800m通過彌散供氧方式為模擬房間富氧,測試高原環境下方艙式制氧系統的性能參數及模擬房間內部的富氧效果。

　　結果:方艙式制氧系統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:方艙式制氧系統即開即用,性能穩定,可以持續輸出氧氣濃度在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,提高模擬房間內環境的舒適度。

　　第二部分

　　高原富氧環境系統在模擬高原環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高原環境,檢測高原環境下方艙式制氧系統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營造局部富氧空間,觀察彌散富氧對急性暴露缺氧環境下SD大鼠行為學指標的影響。

　　結果:方艙式制氧系統在模擬海拔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(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:模擬高原環境對方艙式制氧系統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野外環境下,利用方艙式制氧系統和野戰折疊式網架醫用帳篷搭建局部富氧空間,并對方艙式制氧系統的各項性能指標、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:方艙式制氧系統在高原實地環境下性能穩定,富氧效果良好。用其在高原野外環境下搭建富氧帳篷,能明顯改善官兵生活工作環境,有效緩解急性高原反應癥狀,顯著提升作業能力和工作效率。

　　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,設計研發了氣肋型彌散富氧充氣帳篷。并采用不同規格型號的方艙式制氧系統為其彌散供氧,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、性能優越等特點,與野戰折疊式網架醫用帳篷相比,帳篷內部氣密性和空氣流通性良好,富氧效果大大提升,特別適合野外環境下執行軍事任務使用。

　　重慶氧達科技有限公司

　　高級技術工程師孟凡昊