CN110432878A - 一种缺氧耐受分析装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缺氧耐受测量分析装置，旨在提供一种缺氧耐受测量分析装置，所要解决的技术问题是使其可以实现对各类人群的缺氧耐受能力进行测量和分析评估，其技术方案要点是无创血压测量模块、自动脉搏阻断模块、有脉状态下的血氧饱和度测量模块、无脉状态下的血氧饱和度测量模块、主机及缺氧耐受分析软件，本发明适用于人体缺氧耐受测量分析装置。

Description

一种缺氧耐受分析装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种人体缺氧耐受测量分析技术领域，更具体的说，是一种一种缺氧耐受分析装置及其测量方法。

背景技术

我们每个人的生活环境都不一样，不同的生活环境中有不同的生活方式，部分人在轻微缺氧环境当中就无法正常生活，有时候缺氧会导致脑细胞受损，出现头晕恶心的情况。所以对于缺氧的情况，不同人群的耐受能力差异很大，针对某些特定人群，提高缺氧耐受能力非常重要：1、进行大量脑力工作的人，他们必须要提高缺氧耐受力，比如说科研人员。2、运动员，因为剧烈运动时会导致机体缺氧，只有提高缺氧耐受能力，才能取得更好的运动成绩。3、航天员或飞行员，这两种人员所处的环境极易产生缺氧情况，只有提升缺氧耐受能力，才能保证飞行安全。4、计划前往高原的人群，高原缺氧状况非常明显，计划前往高原的人，必须经过筛查，确认缺氧耐受能力较好，才适合前往高原，否则很容易因缺氧出现诸多病症甚至于猝死。

缺氧耐受力欠佳通常是因为心脑血管系统障碍，呼吸系统障碍等因素导致。一旦体内的氧气含量下降，首先会出现心脏的一些反应，比如说胸闷气促，随后就会出现记忆障碍。氧是人体进行新陈代谢的关键物质，是人体生命活动的第一需要。由肺吸入的氧转化为人体内可利用的血氧，血液携带血氧向全身输入生物氧化所需的能源，因此氧是正常生命活动中不可或缺的重要物质。成人在静息状态下，每分钟耗氧量约为250ml，若活动时，耗氧量就明显增加。正常机体内氧的储备量(包括存留于肺泡内以及同血红蛋白及红蛋白结合的氧)大约只有1.5L左右。当呼吸停止，即使体内储氧充分利用也只能维持几分钟的生命活动。可是，一般机体的各种代谢活动都远在体内的氧还没有完全耗尽之前，就可出现明显障碍。这样，机体必须依赖于外界氧的供给和通过呼吸、血液、血液循环不断地完成氧的摄取和运输，以保证细胞生物氧化的需要。完整的供氧和耗氧过程包括三个环节：一是外界空气与肺泡之间以及肺泡与肺毛细血管之间气体交换，这称为外呼吸；二是组织细胞与组织毛细血管之间的气体交换，这称为内呼吸；三是血液的气体运输，这是输送氧，协调内、外呼吸的中间环节。由于氧的摄取、携带或运输障碍，或由于外界环境中氧分压的降低，或由于组织细胞受损，而使组织或器官不能得到足够的氧的供给或者不能充分利用氧来进行代谢活动，从而引起代谢、功能和形态结构变化的病理过程称为缺氧。缺氧是一种相当常见的病理过程，可以直接引起机体死亡。不仅在大气中氧分压过低情况下发生，也可在循环、血液、呼吸等系统疾病时由于氧供给和氧利用障碍而出现。呼吸功能不全可导致缺氧症。由于呼吸中枢抑制，呼吸肌麻痹，呼吸道堵塞，肺部疾患(肺炎、肺水肿等)，胸廓疾患(胸腔积液、气胸等)及其他一些疾病(如甲状腺机能减退、代谢性碱中毒等)所致的肺的通气和(或)换气功能障碍，可引起低张性低氧血症。心脏的工作状态与血氧的输送量密切相关，心脏泵血能力越强，血氧的含量就越高；其次，心脏冠状动脉越通畅，血氧输送到心脑及全身的浓度就越高，人体重要器官状态就越良好。心脏病及心脑血管疾病可导致缺氧症产生。血液中血红蛋白含量减少或血红蛋白的性质发生改变可导致缺氧。各种原因引起的贫血可导致血红蛋白的减少，单位容积血液内红细胞数和血红蛋白量减少，虽然PaO2和氧饱和度正常，但氧容量降低，氧含量也随之减少；在有些情况下，如一氧化碳、苯胺、硝基苯、亚硝酸盐等中毒，可致使血红蛋白发生改变，使其携带氧的能力降低，其中以亚硝酸盐中毒最常见，在自然界中，广泛存在着亚硝酸盐和(或)它的前身硝酸盐，土壤、水、污染的空气中都含有，不新鲜的蔬菜、剩菜饭、腌渍的咸菜等，含有较多的硝酸盐，在细菌的作用下，或在肠道细菌的作用下变为亚硝酸盐，如食入过多可引起高铁血红蛋白血症，进而导致缺氧症状。航空航天、高空作业、高原勘探、旅游等人员，随着所处海拔高度的增加，气压不断下降，大气中氧分压相应下降，形成低氧压缺氧状态，如海拔高度5000m时的氧分压仅为平原地区的二分之一，至8000m时仅三分之一，达到生理适应极限，久居平原的人可因缺氧而致死。一旦体内由于呼吸、血氧含量及血液运行障碍等而使体内器官缺少血氧，就会像不能正常呼吸一样感到憋气、窒息，从而引发心缺氧反应(心悸、胸闷、气促等)、脑缺氧反应(头晕目眩、记忆障碍、神志不清等)及躯体缺氧反应(机体反应迟钝、酸痛乏力、手脚发麻等)，最终导致机体的心、脑等主要器官因供氧不足而死亡。因此，保持机体健康的最好办法是人体每个细胞均能供氧充足。机体所有组织中，神经系统，特别是大脑皮层对缺氧最为敏感。每克脑组织在1分钟内需氧约0.09～0.10ml，几乎是肌肉组织需要量的20倍。进入机体的氧，约有1/4被大约占体重2.5％的大脑所利用，大脑的能量主要来自于葡萄糖的氧化分解，糖在大脑能量代谢中起主要作用，脑的耗糖量约占全身耗糖量的1/4，在无氧酵解中所产生的乳酸，极易导致大脑细胞疲劳，引起脑组织严重缺氧。因此，氧在脑组织代谢中占有十分重要的地位。如果用脑过度，如长时间、高强度的脑力劳动，耗氧量会成倍增加。提高脑的耐缺氧能力显得十分重要。

提高组织细胞在缺氧环境/状态下的耐受能力，是通过增强线粒体代谢功能，确保各种营养物质正常代谢和转换，维持内环境营养平衡。提高缺氧耐受力是一既古老又新颖的话题，最早医学术语叫“复习”，现在也有叫“预适应”的。其实都是指缺氧耐受力增强。由于对缺氧概念认识水平和方向发生了变化，所以对提高缺氧耐受力方法也赋予了新的内涵。目前吸氧和高压仓仍然是抗缺氧的首先方式。但是由于吸氧和高压氧只能解决氧供给问题，不能解决组织细胞获得氧和利用氧的问题，所以如何提高缺氧耐受能力？即如何增强抗缺氧能力，增强组织细胞获得氧利用氧的能力，便成了人类所关注的重大课题。临床医学通过对有过多次胸痛发作的心梗患者观察发现，死亡率明显减少。究其原因是患者缺氧耐受力得到了提高，且是永久性的，所以死亡率明显率减少，同时也说明生物体内存在着某种缺氧耐受机制。随着生物氧学研究不断完善和临床医学研究新发现，低氧诱导因子研究、氧自由基研究、线粒体研究和物质氧化代谢转换研究，为缺氧和提高缺氧耐受力研究创造了条件。目前公认的缺氧定义为，“组织细胞不能充分获得氧和利用氧。”由于氧是维系生命的必须物质，人体本身不能产生氧，储存氧也只够耗用几分钟，如果不及时补充，很快就会造成缺氧。所以，以往简单地将氧供应不足定义为缺氧是不完整的。其实缺氧的定义还在不断延伸，由于缺氧也是一种刺激，由此引发的应激反应和氧化应激反应，即低氧诱导因子表达增强，神经体液、激素分泌增加，血压升高，血糖升高，头晕，胸闷，直至生物氧化代谢功能障碍，氧自由基生成增多，与各种应激，比如紧张、生气、恼怒、寒冷等引起的氧化应激反应完全一致。最近出版的《病理生理学》教科书确认，缺氧病理过程不是一个点、一个面、一条线的问题，乃是发生在整体细胞分子水平上的综合反应，最终致使生物氧化代谢功能紊乱，形成恶性循环，诱发一系列病变。组织细胞内80％的氧被线粒体中三羧酸循环用于各种营养物质氧化、转换、利用，释放能量生成水和二氧化碳，为蛋白质合成提供原料，缺氧时首先引发生物氧化功能紊乱，结果不能为呼吸链提供足够的电子，致使氧自由基堆积超载，对不同组织或物质产生不同损伤，还有不同缺氧器官细胞中低氧诱导因子的不同表达形式等等，是导致缺氧概念在不断地扩展、外延、变化的主要依据，为此提高缺氧耐受力方法也不断地随着变化而变化。目前已经有诸多保健食品声称具备提高缺氧耐受力的功能，同时也有很多锻炼身体的方法，也可提高缺氧耐受能力。以往提高缺氧耐受力药物研究，主要体现在阿片类和激素类药物研究。主要特征是提高缺氧耐受力同时红细胞数量增多和低氧诱导因子表达增强。随着现代中药药理学研究不断发现，中药中多种成分以不同的作用方式都具有提高缺氧耐受受力功效，部分中药能使上述缺陷得到改善，实践证明：“部分中药提高缺氧耐受力时，红细胞数量并不增加，激素和低氧诱导因子不发生改变。”中药提高缺氧耐受力的有效成分，主要来自天然植物中多糖类、皂甙类和黄酮类，提高缺氧耐受力的中药，大概有60余种，主要分2类。滋补类：有狭叶红景天、淫羊藿、人参、党参、麦冬、发酵灵芝、鳖甲等主要适应于气血不足、体虚乏力者。活血化瘀类：有丹参、当归、川牛膝、银杏叶、阿胶、土元、苏合香、甘松、广枣等主要适应于气滞血瘀，血流不畅。

不论是研究提升缺氧耐受能力的药物效用的评估，还是对某些锻炼方法效果的评估，还是针对人群的筛查，研制出缺氧耐受能力测量装置都非常必要，只有通过客观的测量，才能进行定量评估。。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种缺氧耐受测量分析装置，所要解决的技术问题是使其可以实现对各类人群的缺氧耐受能力进行测量和分析评估。非常适用于运动员、飞行员、航天员等特殊人群选拔、训练效果评估，缺氧耐受药物效果分析、拟进入高原的人群的筛查。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

一种缺氧耐受分析装置，包括主机(6)、设置于主机(6)内的无创血压测量模块(1)，用于实现无创血压测量；

自动脉搏阻断模块(2)，用于在无创血压模块测到的收缩压自动充气到收缩压之上，实现自动阻断脉搏；

有脉状态下的血氧饱和度测量模块(3)，用于在脉搏未被阻断时测量出人体脉搏血氧饱和度；

无脉状态下的血氧饱和度测量模块(4)，用于在脉搏被阻断时测量肢体末端的血氧饱和度；

袖带(8)，有于加压测量血压以及加压阻隔脉搏；

还包括安装于主机(6)内的缺氧耐受分析软件(5)，用于根据脉搏被阻断后血氧饱和度下降的速度来分析被测对象的缺氧耐受能力。

本发明进一步设置为，所述无创血压测量模块(1)包括设置于主机内且与袖带通过连接管连接的正压泵、用于对袖带进行逐级放气的电磁阀，正压泵和无创血压测量模块(1)电性连接。

本发明进一步设置为，所述自动脉搏阻断模块(2)与正压泵电性连接。

本发明进一步设置为，所述有脉状态下的血氧饱和度测量模块(3)电性连接有血氧探头(7)。

本发明进一步设置为，所述无脉状态下的血氧饱和度测量模块(4)于血氧探头(7)电性连接。

用过上述技术方案，有益效果，本发明的缺氧耐受测量分析装置集成了血压测量、脉搏阻断、有脉状态下血氧饱和度测量、无脉状态下血氧饱和度测量等功能，可以简便易行地评价被测人体的缺氧耐受能力；该装置体积小、重量轻，便于携带；该装置读数直观方便、操作简单，本发明可以实现对各类人群的缺氧耐受能力的检测，如针对运动员的选拔、训练以及将要上高原前人群的筛查等，也可用于提高缺氧耐受能力药物的评价。

一种适用于上述缺氧耐受测量分析装置的测量方法，包括如下步骤，(1)无创血压测量：采用常规示波法测量被测对象的血压，通过正压泵充气到袖带内，阻断人体上臂的脉搏后，通过电磁阀逐级放气，放气期间记录人体脉搏波的形态和同步时间点的压力，最终通过算法计算出收缩压、平均压、舒张压以及脉率；

(2)脉搏阻断前的血氧饱和度测量：在脉搏未被阻断前测量被测对象的脉搏血氧饱和度，在手指上夹上血氧探头，探头的一端发射660nm和940nm的红光和红外光，通过手指透射后，记录两组波长透射后形成是直流透射量和交流透射量，之后通过算法计算出脉搏血氧饱和度；

(3)脉搏阻断：在测到被测对象的血压后，再度充气到袖带内，其压力将维持在被测对象的收缩压之上，确保被测对象的脉搏被阻断，当主机系统泄漏导致压力降低时，自动脉搏阻断模块将自动补气，维持压力在收缩压之上，持续保持脉搏处于阻断状态；

(4)脉搏阻断后的血氧饱和度的测量：在脉搏被阻断后，继续监测血氧探头获得的两组光的直流透射量，并通过监测红光的直流透射量DCR下降的数值来计算血氧的下降，同时记录其下降时间，求出血氧下降的速率；

(5)检测分析：当被测对象在脉搏被阻断后，组织血氧饱和度下降较快时，则认为缺氧耐受能力较差，当被测对象脉搏被阻断后，组织血氧饱和度下降较慢时，则认为缺氧耐受能力较强。

附图说明

图1为本发明一种缺氧耐受测量分析装置及其测量方法实施例的整机构造结构图。

图2为本发明一种缺氧耐受测量分析装置及其测量方法实施例主机内各模块结构图。

图中附图标记，1、无创血压测量模块；2、自动脉搏阻断模块；3、有脉状态下的血氧饱和度测量模块；4、无脉状态下的血氧饱和度测量模块；5、缺氧耐受分析软件；6、主机；7、血氧探头；8、袖带。

具体实施方式

参照图1至图2对本发明一种缺氧耐受测量分析装置及其测量方法实施例做进一步说明。

一种缺氧耐受测量分析装置，包括主机6，设置于主机6内的无创血压测量模块1、自动脉搏阻断模块2、有脉状态下的血氧饱和度测量模块3、无脉状态下的血氧饱和度测量模块4及缺氧耐受分析软件5，无创血压测量模块1，该模块采用常规示波法测量被测对象的血压，通过正压泵充气到袖带8内，阻断人体上臂的脉搏后，通过电磁阀逐级放气，放气期间记录人体脉搏波的形态和同步时间点的压力，最终通过算法计算出收缩压、平均压、舒张压以及脉率；

其中安装有自动脉搏阻断模块2，该模块的功能是在测到被测对象的血压后，再度充气到袖带8内，其压力将维持在被测对象的收缩压之上，确保被测对象的脉搏被阻断，当系统泄漏导致压力降低时，该模块将自动补气，维持压力在收缩压之上，持续保持脉搏处于阻断状态；

其中安装有有脉状态下的血氧饱和度测量模块3在脉搏未被阻断前测量被测对象的脉搏血氧饱和度，其工作原理是在手指上夹上血氧探头7，探头的一端发射660nm和940nm的红光和红外光，通过手指透射后，记录两组波长透射后形成是直流透射量和交流透射量(交流透射量将随着脉搏变化)，之后通过算法计算出脉搏血氧饱和度；

其中安装有无脉状态下的血氧饱和度测量模块4，该模块将在脉搏被阻断后，继续监测血氧探头7获得的两组光的直流透射量，并通过算法计算出脉搏阻断后的组织血氧饱和度；

其中包含有主机及缺氧耐受分析软件5，可以和前述模块通讯，控制无创血压的测量、脉搏阻断、有脉血氧饱和度的测量以及无脉血氧饱和度的测量，尤其是监测脉搏阻断后，组织血氧饱和度下降的时间和速度，来判断人体的缺氧耐受能力。当被测对象在脉搏被阻断后，组织血氧饱和度下降较快时，则认为缺氧耐受能力较差，当被测对象脉搏被阻断后，组织血氧饱和度下降较慢时，则认为缺氧耐受能力较强。

本发明的缺氧耐受测量分析装置集成了血压测量、脉搏阻断、有脉状态下血氧饱和度测量、无脉状态下血氧饱和度测量等功能，可以简便易行地评价被测人体的缺氧耐受能力；该装置体积小、重量轻，便于携带；该装置读数直观方便、操作简单。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行通常的变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种缺氧耐受分析装置，其特征在于，包括主机(6)、设置于主机(6)内的无创血压测量模块(1)，用于实现无创血压测量；

自动脉搏阻断模块(2)，用于在无创血压模块测到收缩压后自动充气到收缩压之上，实现自动阻断脉搏；

有脉状态下的血氧饱和度测量模块(3)，用于在脉搏未被阻断时测量出人体脉搏血氧饱和度；

无脉状态下的血氧饱和度测量模块(4)，用于在脉搏被阻断时测量肢体末端的血氧饱和度；

袖带(8)，有于加压测量血压以及加压阻隔脉搏；

还包括安装于主机(6)系统内的缺氧耐受分析软件(5)，用于根据脉搏被阻断后血氧饱和度下降的速度来分析被测对象的缺氧耐受能力且可同时控制血压模块和脉搏阻断模块的工作。

2.根据权利要求1所述的一种缺氧耐受分析装置，其特征在于，所述无创血压测量模块(1)包括设置于主机内且与袖带通过连接管连接的正压泵、用于对袖带进行逐级放气的电磁阀，正压泵和无创血压测量模块(1)电性连接。

3.根据权利要求2所述的一种缺氧耐受分析装置，其特征在于，所述自动脉搏阻断模块(2)与正压泵电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种缺氧耐受分析装置，其特征在于，所述有脉状态下的血氧饱和度测量模块(3)电性连接有血氧探头(7)。

5.根据权利要求1所述的一种缺氧耐受分析装置，其特征在于，所述无脉状态下的血氧饱和度测量模块(4)与血氧探头(7)电性连接。

6.一种适用于上述缺氧耐受测量分析装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤，(1)无创血压测量：采用常规示波法测量被测对象的血压，通过正压泵充气到袖带内，阻断人体上臂的脉搏后，通过电磁阀逐级放气，放气期间记录人体脉搏波的形态和同步时间点的压力，最终通过算法计算出收缩压、平均压、舒张压以及脉率；

(2)脉搏阻断前的血氧饱和度测量：在脉搏未被阻断前测量被测对象的脉搏血氧饱和度，在手指上夹上血氧探头，探头的一端发射660nm和940nm的红光和红外光，通过手指透射后，记录两组波长透射后形成是直流透射量和交流透射量，之后通过算法计算出脉搏血氧饱和度；

(3)脉搏阻断：在测到被测对象的血压后，再度充气到袖带内，其压力将维持在被测对象的收缩压之上，确保被测对象的脉搏被阻断，当主机系统泄漏导致压力降低时，自动脉搏阻断模块将自动补气，维持压力在收缩压之上，持续保持脉搏处于阻断状态；

(4)脉搏阻断后的血氧饱和度的测量：在脉搏被阻断后，继续监测血氧探头获得的两组光的直流透射量，并通过监测红光的直流透射量DCR下降的数值来计算血氧的下降，同时记录其下降时间，求出血氧下降的速率；

(5)检测分析：当被测对象在脉搏被阻断后，组织血氧饱和度下降较快时，则认为缺氧耐受能力较差，当被测对象脉搏被阻断后，组织血氧饱和度下降较慢时，则认为缺氧耐受能力较强。