41 特殊条件下的营养

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41.1 电离辐射对营养素代谢的影响

机体受电离辐射后引起一系列极为复杂的生化反应,营养素代谢受到了影响,若不对营养素代谢的改变加以调整将造成体内某些营养素不足,则可能使机体受放射损伤更加严重。

41.1.1 蛋白质代谢

机体受电离辐射作用后,蛋白质代谢很快就受到影响。主要是分解代谢增强、合成代谢障碍,体内蛋白质和氨基酸代谢都有变化。小肠吸收氨基酸受到了破坏,破坏的程度依照射剂量的多少而异。人和动物受全身照射后尿氮排出增多,出现负氮平衡。狗每kg体重给420KJ热量、3.4g蛋白质一周,然后用γ-射线400R全身照射。照射前每日每kg体重排出尿氮349mg,照射后第一昼夜蛋白质与热量摄取较照射前减少了23%,而尿氮排出量仍增加了23.7%。照射后第8~9昼夜,摄取量逐渐接近照射前水平,但尿氮排出量仍高于照射前16~21%。人体受放射线治疗时,也表现有负氮平衡。在大剂量照射后,动物与人体尿中肌酸排出量增加,尿中肌酸与肌酐的比值增高。一般血清总蛋白质量很少发生变化,但在急性放射损伤后血清蛋白的组成发生了改变,白蛋白减少及球蛋白增加,以致白蛋白与球蛋白的比值下降。球蛋白中α-球蛋白显著增加,β-球蛋白也增加,而γ-球蛋白减少或略有增加,致使α-球蛋白与γ-球蛋白比值明显上升。在长期受镭照射的65~74岁妇女中,接受剂量分别为每kg体重0.2μci以下、0.2~0.99μci、1.00μci以上及5μci以上四种,受高剂量照射者其血中α-球蛋白较受低剂量者明显增加。动物实验中还观察到,在全身X射线照射后,动物自选食物中酪蛋白摄入量进行性地增加,这也表明体内蛋白质损伤较多,人在受25、68、160、180R全身照射后12h,尿中氨基酸含量即增加,在这样的剂量范围内,尿中氨基酸含量几乎是相同的。尿中牛磺酸、羟脯氨酸与甘氨酸排出量增中尤为明显。在受数十R照射后几小时,尿中的牛磺酸排出量即非常多,且在一定的范围内与照射剂量呈正比关系。但也有一些氨基酸在射线照射后排出量不增加反而减少,如大白鼠受60Co全身照射,剂量为100、300、500、700、900及1200rad,随着剂量加大,大白鼠尿中组氨酸排出量进行性下降,接受100rad者组氨酸排出量为209.7±40.24%,而接受1200rad剂量者即下降为107.9±41%。大白鼠经600R照射后5、10天,35S蛋氨酸进入肝组织蛋白的量分别较对照组低24.14及11.73%;脑与血浆吸收蛋氨酸能力亦明显下降,说明蛋白质合成代谢有明显障碍。较小的照射剂量对氨基酸代谢也有影响,大白鼠每天照射2次,每次7h36min,每周照5天,停2天共9周,总剂量为38.6±6.6rad,在照射第6周时,血浆中蛋氨酸、赖氨酸含量与未照射的动物比较均明显下降。

41.1.2 脂肪代谢

在接受大剂量射线照射后,往往出现脂血症,增加较多的是甘油三酯,磷脂含量也增高,肝中脂类过氧化物含量上升,胆固醇含量呈波动性变化。大白鼠受γ-射线照射,剂量率为155.10-4C·kg-1,总剂量为3870.10-4C·kg-1,血清总胆固醇,甘油三酯、磷脂及游离脂肪酸含量增加,胸腺和骨髓中甘油三酯含量增多而磷脂的含量减少。家兔在受X射线700R全身照射后,32P进入血清磷脂的速率较正常兔快,说明体内磷脂合成代谢的强度在受射线照射后增大。

41.1.3 碳水化物代谢

与蛋白质和脂肪代谢相比,碳水化物的代谢变化不太明显。大剂量射线照射后糖原异生作用增强,常出现高血糖症。

41.1.4 维生素代谢

由于考虑到抗坏血酸有阻止体内过氧化反应而保护了体内其它生物物质,因此许多人研究了电离辐射对抗坏血酸代谢的影响。在猴子的实验中发现,每天接受.134、4.2、4.35R照射,总剂量为425~863、1433~2224、1878~3561R。照射前血中抗坏血酸含量为33.5±1.60μmol·L-1,2个月后下降为8.5±4.5μmol·L-1,8个月后为13.6±1.70μmol·L-1,甚至在2年后测定也未恢复到正常水平。豚鼠实验表明,每日1R总剂量为25R的γ射线照射后,豚鼠血浆中抗坏血酸的含量明显低于不照射的豚鼠。另一实验表明,豚鼠经射线照射4~7天,肾上腺、肝、肾、脾、肠、心和脑等组织中,标记的抗坏血酸均明显增高,分别为对照组的152.2~199.8%,说明照射后机体抗坏血酸消耗增高,组织补偿需要增加。在对铀矿工人进行营养调查时发现,井下工人每日摄取抗坏血酸114mg,而血中抗坏血酸浓度平均值仅为11±0.5μmol·L-1,体检中抗坏血酸缺乏症状也较多。此外还发现,每日摄取维生素A1923IU,非铀矿工人暗适应时间为43.67±12.01s,铀矿井上工人为69.85±3.31s,而井下工人则达到89.44±3.01s,三组间差异均非常显著。在观察接受放射线治疗的病人中,病人每次接受200~250R照射,总剂量为4000~14000R,治疗后病人血清中维生素B6与B12含量增加,治疗前血清中维生素B6浓度为162~567nmol·L-1,照射后为243~810nmol·L-1,两者有显著差异。治疗前病人血清中维生素B12含量为29.6~177.6Pmol·L-1,照射后为58.8~296Pμmol·L-1,两者有非常显著的差别。这些变化以50岁以上的病人多见。放射线照射对动物组织中硫胺素和核黄素量含量的影响与供给的膳食是否合理有关。大白鼠受γ射线700R照射后,吃平衡膳食者肝中硫胺素含量明显下降,说明消耗增加。而吃不平衡膳食者,肝中硫胺素的含量有增加的趋势。这是因其它器官中的硫胺素被动员到肝脑。吃不平衡膳食者,肝中核黄素含量变化相近,表明在照射条件下应增加供给硫胺素及核黄素。

41.1.5 水盐代谢

由于放射损伤时伴有呕吐腹泻而使水盐代谢发生紊乱,动物实验中发现照射后钾、钠排出增多。照射后开始时,自选食物中无机盐摄入大量增加。以后逐渐恢复正常。

41.1.6 辐射损伤的营养问题

由于电离辐射暴露对营养素代谢有一定的影响,所以在防护与治疗放射损伤时也应考虑到营养素的作用。预防放射损伤的手段之一是很好的平衡膳食。

不同质量的蛋白质有不同的防护放射损伤的效果。用三种不同饲料喂养大白鼠,饲料中皆含12%蛋白质及10%脂肪。蛋白质来源为:①酪蛋白;②同脱脂大豆;③玉米粉与脱脂大豆粉(按蛋白质量1:3混合),照射前生长率以③组最好。用60Coγ射线600R全身一次照射后,死亡率以③组最高,达70%,①组为50%。②组为30%。尿氮排出量增加,①、③组皆增加2倍。可以认为在这三种蛋白质中,脱脂大豆防护放射损伤的效果最好。若给不同水平的蛋白质,其防护放射损伤的效果也不同。幼年大白鼠喂饲4,种蛋白质水平的饲料,酪蛋白量为6、12、18及24%,大豆油皆为10%。用60Coγ射线800R全身一次照射后,食6%酪蛋白组死亡率为90%,食24%。酪蛋白组死亡率为60%,食12%酪蛋白为40%,食18%酪蛋白组死亡率最低为20%。四个组的大白鼠尿氮排出量皆增加,食6%酪蛋白组最高,食24%酪蛋白组次之。因此膳食中蛋白质水平为12~18%对防护放射损伤的效果较好。在狗的实验中观察到,以等热量但蛋白质含量不同的饲料喂饲狗20天后,用γ射线400R全身照射狗,狗的尿氮排出量皆增加,每kg体重给1.1g蛋白质者,照射前皆为正氮平衡,照射后都能维持氮平衡或正氮平衡。补给一些氨基酸对防护放射损伤也有一些效果,普通环境中若给大白鼠的幼鼠大量半胱氨酸(每g体重给1mg)则有严重的脱毛现象,但若在X射线400R全身照射前5~10min腹腔注入同量的半胱氨酸,则无脱毛现象,并且死亡率仅为6%,未给半胱氨酸者死亡率为44%。在普通的环境中,大白鼠摄入较多的蛋氨酸与赖氨酸(每日每kg体重摄入蛋氨酸536mg与赖氨酸1033mg),体重增长较慢。而在小剂量电离辐射条件下,摄入同量的蛋氨酸与赖氨酸却有较高的体重增长值。

用各种脂类喂养动物观察防护小白鼠受全身射线照射损伤的效果,照射剂量为半致死量,结果发现橄榄油有助于放射损伤的恢复,白细胞恢复到正常水平的时间缩短了。花生油也有良好的效果。

用30~40%果糖溶液加小量的叶酸与维生素B12喂养动物,可消除射线所引起的血球生成障碍,2周后白细胞、红细胞再生作用已显著提高,4周后血象恢复正常。给成年大鼠每日4.5g蛋白质,其中64%为动物性蛋白质,每只鼠给生物素0.8、4.0、8.0mg,受X射线600R照射后30日的死亡率分别为46.1、32.0及35.5%,未补充生物素者死亡率为69.5%,供给4.0及8.0mg生物素者死亡率较少,这剂量相当于人的最小及最大治疗量。若每只鼠补充泛酸150、750及1500mg,其死亡率分别为35.0、38.4及65.1%,未补给泛酸的大白鼠死亡率为62.2%,表明适当地补给泛酸对防护放射损伤有好处,但补充量太多反有害处。

根据各种营养素对放射损伤有不同的防护效果,现已提出有较好防护效果的一些食物组成。有人用①生理食、②肉食、③乳蛋食、④肝食、⑤普通食等5种饲料喂饲大白鼠,藕以观察防护放射损伤的效果。这5种饲料除动物性食物的种类与数量不同外,其它成分相近。生理食中含瘦肉为22%、牛乳27.5%(重量比,不同);内食中含瘦肉35.2%;乳蛋食中含牛乳酒(酸酵牛乳饮料)15.8%,牛乳18%,凝乳9%,酪蛋白1%,鸡蛋8.8%;肝食中含肝脏367%;普通食即动物房饲料含瘦肉9.8%、牛乳15.6%。实验结果表明乳蛋食效果最好,其余依次为肝、生理、肉及普通食。若在生理食及肉食中补充抗坏血酸、硫胺素、核黄素、吡哆醇、尼克酸、叶酸及维生素P,则能提高其效果。还有一种食物为蛋白质维生素复合剂(PVC),含有为正常代谢所必不可少的营养素。其中以鲜牛乳、脱脂乳粉、蛋黄作为丰富的蛋白质及必需氨基酸的来源,胡萝卜甜菜土豆汁则含有丰富的无机盐及维生素,还含有面包酵母及葵花油,葵花油可供给多不饱和必需脂肪酸。PVC主要化学万分为:蛋白质15.5%,脂肪6.1%,磷0.52%,钙0.69%,胡萝卜素3.1mg%。食用这种食物对大白鼠暴露于X射线700R有较好的预防效果,有助于使在射线作用下机体代谢紊乱的正常化。还有人发现在燕麦麦麸饲料中加喂花棷菜可使豚鼠更能耐受X射线400R的照射。现在还有用于宇宙飞行中防护放射损伤的复合剂,其中一种是由色氨酸、组氨酸、抗坏血酸、硫胺素、吡哆醇及维生素P组成的。

我国已有人提出从事放射性作业人员的营养适宜供给量如下:热量10000KJ,蛋白质80~100g,其中动物性蛋白质为30%,脂肪50g,钙1g,铁15mg,碘150~200mg,维生素A2200IU,硫胺素2mg,核黄素2mg、维生素B6.25mg,尼克酸20mg,叶酸0.5mg,维生素B123μg,抗坏血酸100mg。供给从事放射性工作人员的食物,除主食外可多选用蛋、乳类、肝、瘦肉、大豆及豆制品、花棷菜、卷心菜胡萝卜海带紫菜、柑桔及茶叶等。

现有为从事放射性工作人员食用的保护性膳食,这种膳食是在早餐或午餐时供给。一种膳食是由主食、肉、鱼、肝、蛋、牛乳、发酵牛奶、凝乳、卷心菜、土豆、西红柿、新鲜水果以及动、植物油组成。营养素含量为:热量5796KJ,蛋白质59g,脂肪51g,碳水化物159g,另外给抗坏血酸150mg。另一种保护性膳食的营养素含量为:热量4830KJ,蛋白质52g,脂肪32g,碳水化物165g,钙260mg,铁7mg,维生素A3500IU,硫胺素1mg,核黄素0.85mg,抗坏血酸100mg。

放射病的治疗中营养素是不可忽略的。放射病的病人应给营养丰富易消化吸收的食物,蛋白质供给量占热量12~18%,并应供给优质蛋白质。为保护和恢复造血功能在发病的早期就应多供给维生素B1、B2、吡哆醇、叶酸,另外应多供给维生素C、P、K以防止出血,供给大量的硫胺素可使肝糖元生成功能加速恢复。急性放射病人的胃肠功能多受损伤,在可以进食时应少吃多餐,在不能进食而由肠外供给营养素时,要考虑到各营养素合理比例,并要供给上述各种维生素。

41.2 高气压环境对营养素代谢的影响

在经济建设与军事上常需要人潜入水中在水下工作,在水中每下潜10m静水压就增加1个大气压。由于静水压的存在,人在水下必须呼吸与潜水深度压强相等的压缩气体,否则人将受挤压,这样机体便处于高气压环境中。高压环境对机体产生一定的影响,主要是潜水浓度与呼吸气体的成分这两个主要因素影响机体。潜水深度愈深,人所受的压力也愈大。当潜水深度超过150~250m时,易出现高压神经综合征。而呼吸气体中氧或氮分压太高时,可发生氧中毒或氮麻醉等。在60m以上深潜水时,呼吸气体中要用氦替换氮以防止发生氮麻醉,而氦的导热系数为空气的6.23倍,故呼吸氦氧混合气体时,人体将丧失更多的热能。人体处于这种高气压特殊环境中如何保护良好的状态,是许多研究工作中所要解决的问题。70年代以后陆续发表了高压环境中热能代谢及某些营养素代谢的研究报告,但系统地研究各营养素代谢变化尚少见。由于饱和潜水在水中停留时间较普通潜水长,因此所见到的资料大多数是饱和潜水条件下的营养素代谢研究结果。

41.2.1 热能代谢

进行潜水作业后,大多数潜水员体重都下降。有人观察到在5ATA(ATA为绝对压即,静水压加水面上的1个大气压)条件下呼吸压缩空气时,潜水员的氧耗量明显大于常压下的氧耗量。在7ATA条件下呼吸氦混合气体时,氧耗量较在常压下增加20%。潜水员的基础代谢在常压下与其他人相近为6048KJ,然而在26ATA时上升为6720KJ,31ATA时为10500KJ。在18.6ATA氦氧饱和潜水时,24h连续测定发现,当环境温度为31℃(舒适温度)时,潜水员能量消耗较加压前增加12%,而当环境温度为27℃(有凉意的温度)时,潜水员的能量消耗较加压前增加26%。若只测定白天休息时的能量消耗则较加压前分别增加了11及54%。另一作者报告,在43ATA舒适的温度中,休息时的能量消耗较加压前增加12%。但有人观察到潜水员的基础代谢较正常值低,在观察40名潜水员在加压后于常压环境中测定,70%的人基础代谢低于正常值的4~33%。8%的人在正常值范围,也有22%的人高于正常值。总的说来,潜水浓度愈深,呼吸气体为氦氧混合气,作业环境温度低时热量消耗增加愈多。

在高压环境中热能消耗虽然增加,但潜水员摄入的热量却难以达到消耗的水平。在常压下潜水员摄入的热量为13230KJ,16ATA时只能维持此水平,在21ATA时即下降为12180KJ。在另一实验观察到,常压下潜水员摄入热量为12180KJ,26ATA时即减少为10080KJ,31ATA时进一步减少为8400KJ,即仅为加压前摄入量的69%,而此时基础代谢却为加压前的1.7倍,摄入的热量远不能满足热能消耗的需要。

41.2.2 蛋白质代谢

在较浅的潜水中就能观察到潜水员的蛋白质代谢变化。如在1.83ATA空气饱和潜水巡潜到4.1ATA、2.5ATA空气空气饱和潜水巡潜到4.1ATA以及7ATA氮氧饱和潜水中,都观察到潜水员血清尿素氮含量在潜水时增加,尿中尿酸、尿素排出量皆增加,这些变化被认为是高压环境引起蛋白质分解代谢增加。在我国进行的模拟36.5m氮氧饱和潜水26天的实验中,在高压环境中潜水员摄入蛋白质量减少,尿氮排出量随之下降。而在另一模拟200m氦氧饱和潜水实验中,蛋白质摄入量明显低于常压环境,而尿氮排出量未见明显变化。在减压过程中,4名潜水员有2人尿氮排出量超过了氮的摄入量呈负氮平衡。并且经高压暴露后,血清游离氨基酸含量下降,其中必需氨基酸下降较多。有人报告,在43ATA氦氧饱和潜水实验中,潜水员摄取固定的膳食,随着气压增高尿氮排出量进行性地增加,血浆中甘氨酸含量显著上升,赖氨酸与缬氨酸含量也稍增加,这表明高气压对蛋白质分解代谢产生的影响。在动物实验中观察到,在高压环境中,蛋白质的消化吸收率为95.6~98.2%与常压环境相近,补充蛋白质有利于补偿高压应激,可使生长良好。

41.2.3 脂肪代谢

在19.2ATA氦氧饱和潜水条件下,潜水员血中胆固醇先增加后逐渐下降,而血中游离脂肪酸减少,并持续到减压后。

41.2.4 维生素代谢

多种维生素是辅酶的组成部分,对物质代谢有重要的作用。在高压环境中机体处于应激状态时,它们有何变化也是人们所感兴趣的。潜水员生活在27ATA模拟氦氧饱和潜水巡潜到31.5ATA22天中,24h尿中维生素排出量的变化按每g肌酐计算,核黄素、N′-甲基尼克酰胺、尼克酸,叶酸和吡哆醇在第7天前后都有一过性的增加,而硫胺素在加压后却持续地减少,红细胞转酮酶活力下降。血中维生素A、胡萝卜素及抗坏血酸未见明显变化。在模拟36.5m氮氧饱和潜水26天中,尿中维生素排出量也见到类似的变化。在高压环境中停留较短时,维生素代谢的变化有所不同,潜水员在11ATA条件下4.5h后,24h尿中硫胺素、核黄素和N′-甲基尼克酰胺排出量较加压前显著增加,而4-吡哆酸与抗坏血酸的排出量都明显减少,在加压后6个月复查时,除4-吡哆酸排出量恢复到加压前水平外,其余与开始的变化相似。在大白鼠的实验中发现,饲料中维生素量较普通饲料增加1倍时,对在11ATA氦氧条件下的大白鼠生长无益,但能使在浓度较深的21ATA氦氧条件下的大白鼠生长较快。若维生素的量仅增加25和50%时,能使于11ATA氦氧条件下的大白鼠生长良好,而不能使在21ATA氦氧环境中的动物维持正常的生长。这些结果表明要使动物在高压环境中生长良好,必须增加维生素的供给量,且深度愈深增加的量愈多。特别是若不增加硫胺素、泛酸、生物素或维生素K中任何一种,则动物不能维持正常生长,若不增加维生素A、D和E中任何一种,则使动物处于不能维持正常生长的边缘。

41.2.5 水盐代谢

在高压环境中水盐代谢有明显的变化。在加压过程中尿量明显增加,即高压利尿。这在空气饱和潜水、氮氧饱和潜水以及氦氧饱和潜水中均可观察到,在18.6ATA氦氧饱和潜水中进行体液平衡实验时观察到,潜水员尿量在高压条件下长期增加,海平面时每天排出尿量2000ml,在18.6ATA氦氧环境下及温度为31℃时,尿量为2600ml。此时每天摄取水量或身体总水量皆无明显变化,而不显性失水明显减少,较1ATA时低35%。在18ATA时血浆醛固酮浓度及尿醛固酮排出量明显增加,而抗利尿激素排出量明显减少,因此认为高压利尿主要是由于抗利尿激素减少而抑制了不显性失水。进一步的实验表明,当气压增加时,通过呼吸的不显性失水减少很小,而从皮肤丧失的不显性失水激烈减少。许多研究者都观察到钠、钾排出量增加,但钠与钾之比在高压下较常压时为小,即虽然尿中钠、钾排出量都增加,但钾排出量增加较多。观察在4、10.2、23.8ATA氦氧环境中,潜水员尿中除钠、钾、氯排出增加外,磷的排出量也增加,并持续到减压的早期。血液中矿物质的浓度比较稳定,如观察到在36~40.5ATA氦氧环境中,潜水员血中钠、钾、钙、镁、铜和锌等在加压前后皆未见明显的变化。在43ATA氦氧环境中进行钙平衡实验中未见有何明显变化。

41.2.6 高气压环境中工作人员的营养保证问题

从上所述可以看到,高气压条件能影响营养素的代谢,如热能消耗增加,蛋白质分解代谢增加,某些维生素需要量增多,一些矿物质损失较多,总的说来营养素需要量增加。一些作者提出了热量、蛋白质、脂肪和碳水化物的供给量,热量多为16800KJ。为维持体重,研究者提出摄入的热量应为该环境中基础代谢的1.7~1.8倍。也有人提出若在海中作业要考虑到在水中失热,供给的热量还应增加。蛋白质的供给量为120~200g,脂肪为160~178g,碳水化物为400~500g。在膳食供给时,要注意供给充足的必需氨基酸、不饱和脂肪酸和微量元素,维生素供给量要较一般环境中多,每天至少给硫胺素、核黄素各2.5mg,尼克酰胺25mg和抗坏血酸100mg。

要考虑到在高气压条件下人们食欲减退的问题,为了使潜水员能摄入足够的营养素,要照顾到各人的喜好与口味。在供给食物的品种方面,许多人都强调应供给充足的果蔬与饮料,少给产气的食物。在加压前2~3h供给高碳水化物,低脂肪的易消化的膳食较好,加压中给含糖的点心可快速供给热量,由于加压时尿量较多,有人提出每天每人至少要给水和饮料2L,但饮料中不含酒精饮料。在大白鼠实验中看到,在减压前2.5~3h内摄入含脂肪多的食物与大量进食,对动物体内气泡生成过程有很大的影响,多脂血症在压力剧降时对人,动物都是非常危险的。

在高气压环境中可因作业不当等原因引起潜水疾病,如由于气压改变而发生的减压病,或由于呼吸气体中气体成分分压变化而发生的氧中毒、氮麻醉等。近来也开始注意到减压病、氧中毒与营养素的关系。

减压病的发病机制尚未完全了解,但血液浓缩,血管收缩及血管内凝血在减压病中都可见到。在狗的实验中观察到,加压后狗的血浆容量减少,若在加压前和减压后静脉注射尼克酸(每kg体重给15mg),可使血容量减少明显减轻。

对预防氧中毒曾进行一些实验,用等热量而蛋白质含量不同的饲料喂饲大白鼠6天或12天,然后将动物置于98%氧中,吃25%酪蛋白者生存时间比吃3%酪蛋白者长,喂饲6天者生存时间延长29%,喂饲12天者延长34%。用标准饲料,高饱和脂肪酸(氢化可可油)及多不饱和脂肪酸三种饲料喂饲大白鼠33天,然后暴露于100%氧中,食高饱和脂肪酸者死亡率大大增加,68h内全部死亡,而食其它两种饲料者,于96h后仅死亡54%。食高饱和脂肪酸者肺中双键脂肪酸含量也较其它两组少得多,说明食物中饱和脂肪酸使肺中饱和脂肪酸含量增加,以致增加了对氧毒性的敏感性。另外有实验表明,大白鼠置于6ATA100%氧的环境中,22min即出现氧中毒症状(痉挛),若喂给淀粉饲粉饲料48h后放在同样条件下,发生痉挛的时间延迟10min,而且死亡率也明显下降,表明糖负荷后增加了对高压氧的耐受力。氧中毒痉挛时,脑中糖原由93μg/g脑组织下降为21μg/g脑组织。若在加压前36h给15%葡萄糖加钾的水溶液,可使痉挛发生的时间推迟20min,死亡率由75%下降为25%。另外,在饲料中补充硒喂饲动物4周以上,可减轻由于持续暴露于1ATA氧引起的肺部中毒的严重程度。饲料中补给维生素E12周,对氧中毒也有对抗作用,但效果不如硒。

41.3 低气压环境对营养素代谢的影响

在低气压环境中,由于吸入气中氧分压较在常压下低,使肺泡气中氧分压下降,从而使肺泡中氧分压与血液中氧分压之间压力差下降,单位时间内肺泡弥散到毛细管的氧减少,结果使动脉中氧分压下降,血氧饱和度下降。这又造成血液与组织中氧的压力差下降,使氧由血液向组织弥散的量减少,组织中供氧不足而发生缺氧,突然的严重缺氧者可发生昏迷,轻者可出现高山适应不全与高山病。但机体经缺氧锻炼后可以适应低气压环境。低气压环境如高原、高空环境还往往伴有低温。因此,低气压环境对代谢的影响常伴有低温的影响。另外许多实验表明,低气压暴露时,不同性别的代谢变化是不一样的。

缺氧可使消化腺分泌减少,唾液、胃液、胆汁及肠液的分泌量皆减少。初入3200m高原者,空腹胃液量及胃液中游离盐酸含量都较当地人低。缺氧还引起胃排空时间延长,初入高原的人仅有27%的人于2h内排空,而当地居民却有66.7%的人于2h内排空。

41.3.1 热能代谢

在低气压环境中能量需要量增加,有人在4300m高度观察到,暴露5天后,劳动时的能量消耗较在地面上增加3~15%,9天后增加17~35%,但在这样的高度,因食欲减退使摄入热量减少,第1天妇女的摄入热量为海平面时的58%,男子的摄入热量为海平面时的72%。一周后妇女食欲皆恢复至暴露前的水平,而男子在两周后仍未恢复至原水平,热量平衡为负平衡。

41.3.2 三大营养素代谢

人体突然暴露于4300m高地14天,血清中谷氨酸浓度上升,氨基酸的代谢物牛磺酸、尿素浓度也上升,而亮氨酸、赖氨酸、苏氨酸等必需氨基酸浓度下降,这些变化与蛋白质摄入不足的变化相近。由于热量摄入减少,很快就要利用体内蛋白质,因此出现了负氮平衡。动物实验也发现,狗急性暴露于5000m高度时,肠中蛋白质消化吸收延缓。大白鼠在360Torr环境中暴露3天,吸收甘氨酸量减少。另发现大白鼠突然于4300m高度,暴露2天时,结合于肝、脾、十二指肠和肾上腺等蛋白质的氨基酸量减少,而到30天时即无此现象,表明突然缺氧时蛋白质分解代谢增强。

在暴露于4300m高度后第1天,血浆中脂肪酸含量即增加,男子持续增加,2周末已增至原含量的190%,妇女的血浆脂肪酸含量有一过性增加,1周后就恢复至原水平。男子血浆中胆固醇含量和总脂含量持续性减少,而血浆中磷脂的浓度持续性增加。

在血脂含量变化的同时,血糖含量也有变化,男子的血糖在暴露初期降至原含量的95%,一周以后基本恢复到原水平。妇女在暴露初期血糖下降较多,下降到暴露前含的79%,2周后恢复到暴露前的95%。并且在血糖下降的同时,血浆酮体和甘油有一过性的增加。

41.3.3 维生素和矿物质代谢

20名志原者在3200m高度10天,第10天血清钾含量由原来4.21±0.072mmol·L-1增加至4.60±0.094mmol·L-1,两者有显著差异,而血清中钠、镁和钙在10天中皆无明显变化。然而在更高的高度3771m,无机盐代谢却有明显的变化。血清钠、钙从第1天开始即明显下降,以后维持于低水平,血清镁从第2天开始持续增高,血清钾无明显变化。尿中钠、钾排出量在到高原的初期明显减少,以后逐渐回升。而尿中钙、镁排出量却持续减少。虽可任意饮水,但无论在3200m或在3771m的高度,尿量都持续减少。在4300m高度也观察到6天中总体水减少2.25kg,其中细胞外液增加1.27kg,细胞内液减少3.52kg,所以主要是细胞内液明显减少。

在模拟8000m高度缺氧条件下,每天停留90min,连续4天或9天,大白鼠尿中核黄素排出量明显上升,而肝中核黄素含量较不缺氧的对照动物明显减少。尿中硫胺素排出量较不缺氧的对照组少,暴露9天的动物脑中硫胺素的含量较不缺氧的对照组低。急性缺氧后,不论饮料中是否添加包括抗坏血酸在内的多种维生素,大白鼠肾上腺中抗环血酸的含量皆明显下降4042。表明缺氧环境也影响了维生素代谢。

41.3.4 高原环境中膳食的供给问题

早在1908年就已有人提出建议,认为高碳水化物膳食有利于消除缺氧引起的症状,在模拟3350m高度摄取水果、糖果等高碳水化物膳食,与摄取肉、鸡蛋、干酪和干果等低碳水化物膳食比较,摄取高碳水化物者呼吸气体交换量、动脉中氧分压以及血氧饱和度皆增加。在飞行前吃高碳水化物者,可以飞达相当于4572~5182m的高度,冰行前若吃高蛋白膳或高脂肪膳者或不进餐,都不能达到这样的高度。青年人在海平上运动突然转到4267m高度,给相同热量的两液体食物,热量来源中两种膳食的蛋白质皆占12%,高碳水化物膳含碳水化物68%,含脂肪20%;高脂肪膳中含碳水化物48%,含脂肪40%。食用高碳水化物膳者,强劳动的技能较好,临床症状较少。然而,近年来也有不同的报告,如于4300m高度12天,给高碳水化物膳者体重下降为3.96kg,给低碳水化物膳者体重下降3.54kg。看来增加膳食中碳水化物含含量对减少体重下降并不有利。另外,动物实验发现,给三种不同饮料,按食物组成比例计算其成分为:①普通饲料——含碳水化物50%,蛋白质20%,脂肪4%;②高碳水化物饲料——含碳水化物75%,蛋白质12%,脂肪2%;③高脂肪饲料——含碳水化物25%,蛋白质12%,脂肪为52%。大白鼠食用以上饲料均置于模拟4877m高度,环境温度28℃,每天5h共27天。平均每只大白鼠每日摄入热量为84~122KJ,食高碳水化物饮料的动物最多,食高脂肪饮料的动物最少,生长率以高碳水化物组最好,普通饮料组次之,高脂肪组最差,几乎无增长。然而间断暴露4877m高度30天后,再放于10668m高空急性缺氧暴露时,食高碳水化物组存活时间为11.0±6.6min,吃普通饲料组为12±5.1min,而食高脂肪组存活时间皆超过60min。长期给高碳水化物食物,使动物不能耐受突然暴露于缺氧环境。

在大白鼠的饲料中加入硫胺素,核黄素,尼克酰胺,叶酸,对氨基苯甲酸,泛酸钙,维生素B6B12、P、K、E及抗坏血酸等12种维生素,在动物突然暴露于12000m时,20min的存活率为63.33%,而食用未加这些维生素饮料的对照组存活率为41.03%,到60min时对照组已无存活的动物,而食用加维生素饮料组尚存活23.33%,到300min时仍有10%存活。食用加维生素饮料的动物其心肌中细胞色素氧化酶及琥珀酸脱氢酶的活力较对照组明显增高,心肌与脑组织中的辅酶I含量也较对照组明显增加。在动物的饲料中供给胡萝卜、苹果等都可提高突然暴露于缺氧环境中的存活率。

青年人在进入4700m高度、气温为0~15℃环境中,热能消耗为13400~16800KJ,在膳食中补充维生素A6000IU、硫胺素20mg、核黄素2mg、抗坏血酸300mg、尼克酰胺20mg、维生素B65mg、泛酸钙5mg、维生素E60mg、B1550mg、P50mg等10种维生素,不仅可以保持机体较好的营养水平,而且能提高人们对高原的一些适应能力,心电图好转,高山不适应症状减少。

在高原生活的人,由于同时伴有寒冷,因此应供给充足的热量。供给热量中蛋白质来源应占12%,碳水化物占60%以上,或每天供给碳水化物量不应低于320g。还有人主张在高原缺氧环境中每人每日最少应食用75g蔗糖。由于在缺氧条件下造血活性增加,因此应增加铁的供给量。

在发生急、慢性高山病时,皆要用综合疗法,应给高碳水化物膳,这可以减轻急、慢性高山病的症状及急性高山病所引起的体力下降。补给多种维生素是综合治疗措施中不可缺少的一项,特别要补给维生素A、硫胺素,核黄素、吡哆醇、抗坏血酸及维生素P。由于消化道功能受到影响,因此要供给易消化的食物。

41.4 有害物质与营养素的关系

机体对有害物质的敏感性与机体的营养状况有密切的关系。平衡的营养及体内有正常的生化过程时,机体能很好地减轻有害物质所造成的紊乱。如当供给的膳食不是平衡的,则可造成机体内营养紊乱,有害的物质的毒性可因而增强。从大多数的实验结果看出,蛋白质摄入较低(如饲料中含酪蛋白3.5%)或缺乏,会使许多有害物质的毒性增加。但蛋白质含量太高时(如饲料中含蛋白质81%),也会使有害物质的毒性增加。水溶性维生素特别是抗坏血酸、核黄素及硫胺素对有害物质毒性有防护功能。缺乏脂溶性维生素则可增加有害物质的毒性。膳食中补充无机盐可以降低某些金属元素的毒性。别外,一些有害物质与单个营养素之间还存在着特殊的关系。然而,到目前为止,有害物质与营养素之间的关系尚未充分加以研究,但已有一些保护性膳食可供给接触有害物质人员作用。以下仅对一些较常见的有害物质与营养素的关系略述如下。

41.4.1 铅

铅可使神经、造血系统、消化道、心、肾受损害,是作用于全身各系统的毒物。脂肪可以促进铅在小肠中吸收,因而摄取大量脂肪可增加铅进入机体。而膳食中蛋白质及某些氨基酸可影响铅的毒性,膳食中缺少蛋白质,可使铅中毒加重。在接触铅以前摄入低蛋白质或低蛋白质低热量的饲料,可使动物接触高浓度铅时肾功能受损,尿中排出的葡萄糖和氨基酸增加,饲料中补充蛋氨酸可以减少动物组织中摄取203Pb。金属元素及维生素也可影响铅的毒性,大白鼠饲料中含500ppm铅,可使动物生长迟缓和贫血。若在饮料中同时加入400ppm铁及1%抗坏血酸可预防生长迟缓和贫血。仅给铁即有良好作用,可能是铁抑制了铅的吸收。长期接触铅时,由于铅促进抗坏血酸的氧化,因此血液与尿液中抗坏血酸含量都减少,并出现牙龈出血、牙龈炎及皮下出血等。补充抗坏血酸后,兔子血中铅含量明显下降,但血红蛋白含量无明显变化。有的实验表明,缺乏维生素E可使铅中毒的含血症状较单独缺乏其它营养素更为严重。在儿童中观察到钙的营养状况与血中铅浓度存在负相关。饲料中含其它营养素更为严重。在儿童中观察到钙的营养状况与血中铅浓度存在负相关。饲料中含钙、磷、铁、锌及铜较低时,可使动物的铅中毒加重。供给接触铅的人员保护性膳食,每天供给一餐,其营养素组成为:热量5729KJ,蛋白质占15.5%,脂肪占26%,同时补给抗坏血酸150mg。

41.4.2 镉

镉可引起贫血,并干扰锌和铁的代谢。饲料中不同的蛋白质含量对镉的毒性影响不大,如饲料中含大豆蛋白质10、20及30%时,镉的毒性无何差异。而抗坏血酸与一些金属元素对镉的毒性即有良好的预防作用。给大白鼠喂饲含20%酪蛋白的饲料,饲料中加入50ppm氯化镉后,即可抑制大白鼠生长。若在这种饲料中同时加入0.5及1.0%抗坏血酸时,可使动物生长正常,肾、肝中镉含量明显减少,但不能防止贫血。若在给抗坏血酸的同时还补充铁,则不仅能明显防止镉对大白鼠生长的抑制作用,还能预防贫血,肝中镉含量减少尤为明显,同时还能防止肝脏铁含量的减少。饲料中补给锌、铁、铜、胱氨酸及注射抗坏血酸可以预防贫血,铁与抗坏血酸对生长迟缓有明显的防护效果,且使骨中镉含量减少。但加入铬、钴、硒、镍、钼和叶酸皆无防护作用。由此可见,接触镉的人员应补给抗坏血酸与铁。

41.4.3 有机磷

有机磷进入体内使肝功能受到损害,调查报告表明,接触有机磷人员的血清中白蛋白含量及白蛋白、球蛋白比值,皆较未接触者低。大多数接触者血浆中抗坏血酸含量低于正常值,并有牙龈出血,说明体内消耗抗坏血酸较多。硫胺素、核黄素的消耗量也增加。接触有机磷的人员应供给充足的热量与蛋白质,还应补给抗坏血酸150mg,硫胺素4mg。

41.4.4 苯

苯进入体内可引起中枢神经及植物神经系统功能紊乱及造血功能受损。接触苯可使蛋白质需要量增加及抗坏血酸消耗量增加。摄入高蛋白质与多种维生素,可预防与治疗苯中毒。每kg体重给1mg维生素B4,可预防兔子苯中毒时血小板减少,给吡哆醇可使白细胞增加,补给维生素B12对红细胞与血小板生成有效。供给接触苯的工作人员的膳食,应给充足的热量及蛋白质,还应补给抗坏血酸150mg。

41.4.5 二硫化碳

我国学者报告,在各营养素摄入相近的条件下,每人每日摄入75g蛋白质,接触二硫化碳者其血清白蛋白含量较不接触者少,白蛋白与球蛋白比率下降,每日虽摄入较多的硫胺素(1.86~2.69mg),但仍有人出现硫胺素缺乏症,核黄素与抗坏血酸的缺乏症也较不接触者多,表明接触二硫化碳者体内消耗蛋白质和硫胺素增加。膳食中蛋白质含量太多或较低时,会使蛋白质代谢紊乱,对防护二硫化碳的毒性不利。膳食中热量来源比例中蛋白质占54%时,使二硫化碳在体内储积,加重了其毒性。食物中如富含色氨酸与含硫氨基酸,可使血液中二硫化碳浓度增高。长期补给吡哆醇与谷氨酸对二硫化碳有解毒作用。有人提出接触二硫化碳者的有效保护性膳食的组成为:热量5653KJ,蛋白质46g,其中动物性蛋白质应有23g,含硫氨基酸及色氨酸共2.216g,脂肪39g,碳水化物194g,其中单糖与双糖为35g。要长期供给抗坏血酸150mg,硫胺素4mg,吡哆醇5mg,谷氨酸500mg。

41.4.6 中氯化碳

有麻醉作用,并能损害肝、肾。动物实验报告大白鼠每kg体重每日给160mg四氯化碳,总剂量为每kg体重6.4g,饲料中若缺乏水溶性维生素则可使四氯化碳的毒笥加重,表现为体重和血清蛋白含量下降,血清总脂及胆固醇含量增加。而饲料中缺乏维生素E时,这些症症更加明显。饲料无碳水化物时,四氯化碳代谢活性强,对肝损害极大。乙醇能使四氯化碳毒性增加。若饲料中碳水化物含量增加时,可使四氯化碳代谢活性下降,高碳水化物食可减轻乙醇的作用。供给接触四氯化碳人员的膳食应含充足的蛋白质、碳水化物及各种维生素。

41.4.7 刺激性气体与营养素的关系

有人调查接触低浓度的氨、氮氧化合物及含有一氧化碳气体的工人营养状况时,发现他们尿中4-吡哆酸排出量较未接触者低3倍,血中维生素B6总量也较低,因此建议每人每日供给维生素B6的量不能低于2mg,最好供给4mg,这样可提高血中维生素B6总量及尿中4-吡哆酸的排出量。

暴露于含3ppm二氧化氮的空气中,动物肺部将受损伤。若每kg饲料中加入维生素E50IU,喂养动物8周后,连续暴露于3ppm二氧化氮7天,结果肺部损伤很少,饲料中若缺乏维生素E,则能加剧这种损伤。给接触二氧化氮人员一种复合剂可以防护对呼吸道的损害,其组成为甘草亭酸(glycyrrhetic acid)1mg、硫胺素0.5mg、核黄素1mg及维生素B60.5mg。还有人提出在氮氧化合物条件下的工作人员,每人每日应供给视黄醇2mg,抗坏血酸100mg。

二氧化硫也是一种刺激性气体,进入机体后可使肝受损害,暴露于二氧化硫浓度为60~120mg/m3的大气中的工人,82.6%的人肝受损害,73%的工人血清总蛋白与白蛋白含量都下降,白蛋白、球蛋白比值下降。二氧化硫经肺入血后能与硫胺素结合,使硫胺素含量减少,并降低血清中抗坏血酸的水平,若在二氧化硫作用前给大量的硫胺素(每只成年豚鼠每日给5mg)或抗坏血酸(每只成年豚鼠每日给50mg)都能防止这种变化。

以上所介绍的供给在有害物质条件下工作人员的保护性膳食,有许多相近之处:即应供给充足的热量、蛋白质及维生素。至于结合各有害物物质以研究合理的营养,则尚需做更深入的工作。

41.5 噪声环境对营养素代谢的影响

噪声已属环境污染因素之一。60dB的噪声令人不快,而90dB的噪声则使人震耳欲聋。在噪声长期作用下,大大减低了人体的劳动能力及劳动生产率,并且增加外伤率,还会引起以下症状:疲劳易激动、情绪不稳定、反应迟缓以及记忆力减退。噪声对消化道功能的影响也是明显的,60kB噪声即能抑制胃的正常活动,80kB噪声使胃、肠收缩力减弱,并使消化液分泌量减少,胃酸度下降,也使唾液分泌量减少。噪声引起的听力障碍早已引起人们的注意,在预防听力下降的措施中,很早就注意到应用一些维生素。但系统地研究在噪声环境中机体的营养素代谢状况尚少。

41.5.1 对蛋白质、脂肪代谢的影响

观察10名志愿者于110dB主要频率为150~2000Hz的环境中,经44次检查发现这些人血中谷氨酸含量明显下降,而谷酰胺含量增加,这是由于中枢神经系统为结合大量氨生成谷酰胺而消耗了谷氨酸。在注射3H-DL亮氨酸后,豚鼠暴露于85dB噪声环境中,结果发现暴露12h后,耳蜗基底部的所有感觉细胞浆中标记的氨基酸增加。若连续暴露12h,则标记氨基酸增加更多。这可能是表明耳蜗蛋白质合成增加。观察57名对象在交通噪声[Leq*=85dB(A)]条件下工作一天,及在无噪声条件下[Leq<50dB(A)]工作一天,发现受噪声影响而使工作质量下降,心理紧张,血压升高,脉率增加,血清中镁、蛋白质,胆固醇含量增加。家兔在全身振动(频率100Hz,振幅0.5mm)及中频噪声90dB共同作用下,每天暴露3h,连续3个月后,血浆中游离胆固醇与β-脂蛋白含量均较对照组增加54%,而红细胞膜与肝线粒体的脂质含量下降。

41.5.2 对维生素代谢的影响

人在噪声环境中,尿硫胺素、尼克酰胺和吡哆醇排出量都减少。动物实验中发现,大白鼠暴露于噪声115环境中每日8h,2日后每100g肝中硫胺素含量由523μg下降为385μg。脑、肾和血液中硫胺素含量也下降,但一周后渐逐回升。另外在暴露于噪声的同时,每g体重给0.4μg硫胺素皮下注射,180min内大白鼠的肾和脑中总的硫胺素含量与游离型硫胺素含量,都较给同量硫胺素而未暴露于噪声环境的动物低。胃、肝与血中总的硫胺素含量也有类似的变化。

大白鼠在受到噪声115 频率为3000Hz作用8h后,尿中吡哆醇与4-吡哆酸排出量增加,一周后达最大值,然后逐渐下降,2周后下降到最低值,然后逐渐回升到暴露前水平。内脏中吡哆醛和4-吡哆酸含量在噪声刺激后下降,以后的变化与尿中吡哆醇及4-吡哆酸排出量的变化相近。硫胺素与核黄素也有类似的变化。

豚鼠体重500g,暴露于110dB、125Hz噪声条件下,每日4h共21日,前13天每只豚鼠每日给抗坏血酸25mg,后8天每只豚鼠每日给100mg,对照组同实验组一样供给抗坏血酸。在噪声作用下,前13天每日给25mg抗坏血酸者,尿中抗坏血酸排出量略低于对照组,每天给100mg抗坏血酸后,对照组尿中抗坏血酸排出量即明显增加,而暴露于噪声环境的动物尿中抗坏血酸排出量基本上无变化。暴露于噪声环境后,豚鼠肾上腺的抗坏血酸含量明显下降,而肝、肾、脾和脑中的抗坏血酸含量与对照组比较无明显差别。

以上结果表明,噪声可使体内一些营养素消耗增加,因此,人们暴露于噪声环境中应多供给些营养素如氨基酸与维生素,特别是水溶性维生素,有人认为对消除噪声对机体的不良影响是有效的。研究报告提出,每日暴露于110dB3h的工作人员,给复合维生素制剂,可以明显提高他们在噪声环境中的工作效率,制剂中含硫胺素4mg,核黄素4mg,吡哆醇4mg,尼克酰胺30mg,抗坏血酸200mg。大量的吡哆醇对噪声引起的大白鼠痉挛有明显的防护效果,吡哆醇用量为生理剂量的4倍。若与硫胺素、核黄素合用可增强防护效果,特别是同时给琥珀酸盐(每kg体重给100mmol腹腔注射)及谷氨酸(每100g饲料中加0.25g)效果更加明显。最近又有人提出含有10种维生素、微量元素,和氨基酸的复合制剂,提供在噪声及其它应激条件下的工作人员作用。

关于防护噪声引起听力损伤方面,早先有人提出给大剂量维生素A(每人每日给10万IU)可使噪声引起的听阈偏移较少,并使听力受影响后恢复较快。但另有报告提出在约100dB噪声作用下,每日给维生素A10万IU者与给安慰剂者比较,其听阈偏移未见有何差异。因此,认为补给维生素A只对原来维生素A营养不良者有用,若维生素A营养状况良好者,补给维生素A对听力无改善作用。在动物实验中也观察到类似情况,豚鼠暴露于噪声130dB、频率1000Hz环境中,每天6h共21天,暴露前每吸豚鼠每日口服维生素A5000IU共7天,结果表明维生素A防治内耳声损伤的效果不明显。暴露前每只豚鼠每日维生素B1225、100μg肌肉注射,也未发现有防治内耳声损伤的作用。而每日每只豚鼠肌肉注射硫胺素5mg,可见到有防护内耳声损伤的效果。

41.6 救生条件下的营养保证

救生条件是指发生灾害,战争以及失事等需求营救的情况,这时无法供给正常膳食,人体处于饥饿或半饥饿状态,这种状态下机体营养素代谢有何变化,如何保证机体不受严重损伤,有许多人作了研究。人们发现处于这种条件下物质代谢确有许多变化。

41.6.1 暂时饥饿时代谢变化

短暂的饥饿时(24h),体内主要能源是肌肉蛋白质和脂肪组织中的甘油三酯,通过糖原异生作用产生的葡萄糖供脑组织,红细胞和白细胞等利用,身体其它部分都利用脂肪酸与酮体。而在长期饥饿时(5~6周),人体发生一系列代谢适应,肌肉蛋白供能减少,主要由脂肪组织供能,这样可以节约体内的蛋白质,脑组织也可以利用酮体,这是最重要的代谢适应。

饥饿一周后,血中葡萄糖含量下降,游离脂肪酸、乙酰乙酸、β-羟基丁酸和甘油等含量增加,而氨基酸总量逐渐减少。各个氨基酸的变化为:甘氨酸含量增加,缬氨酸、高氨酸、异亮氨酸有一过性增加后减少,精氨酸进行性减少,赖氨酸无变化,丙氨酸从饥饿一开始就急剧下降,饥饿40天时,血中浓度为饥饿前的1/3。丙氨酸主要来于肌肉蛋白,是肝糖原异生作用的主要氨基酸。

41.6.2 完全饥饿时代谢变化

完全饥饿时对体内物质代谢影响,6名20~52岁健康男子绝食10天,但可以任意喝水,咖啡和茶,每天能量消耗约为10500KJ,观察在这种条件下的代谢变化。发现饥饿时首先失去体内水分,丢失盐类,并消耗体内的蛋白质作为能量来源。在饥饿早期,血中许多氨基酸浓度上升,糖原异生活跃。前7天体内的蛋白质分解较多,后3天机体开始保存蛋白质,10天中丢失的氮相当于体内丧失535g蛋白质。饥饿一天后尿中即检出酮体。在10天绝食中,体重平均下降9.5%,其中一半为失水。开始每天负水平衡为1212ml,以后逐渐减少,平均每天负水平衡减至650ml。随着失水机体丧失很多盐类、平衡每天丢失钠为1.87g(1.56~2.32g),丢失钾1.52g(1.12~2.10g),钙129mg(67~166mg),镁96mg(37.6~170mg),氯20.2mol(6.8~84.8mol)。尿中维生素排出量逐渐下降,饥饿经10天24h硫胺素、核黄素、吡哆醇排出量分别为0.056、0.16、0.012mg,为饥饿前的20、14、18%;尼克酸排出量变化不大。绝食10天后受试者体力很弱,心电图都有异常变化,智力也受到影响。

41.6.3 摄取低热量时对机体代谢的影响

在观察摄取低热量对机体代谢的影响时发现,不同的热源比对机体代谢的影响是不同的,不同热原比的食品为:①精制糖块70g,供给热量1176KJ;②巧克力70g,供给热量1638KJ,其中含蛋白质5.3g,脂肪26g和糖35.5g,热量分布蛋白质占5.3%,脂肪占60%,糖占36.4%;③肉罐头100g,供给热量916KJ,含蛋白质23g,脂肪13g,糖0.1g,热量分布蛋白质占42.2%,脂肪占53.7%。7名男性食用这些食品5天,每天能量消耗为12600~14700KJ,饮水量为1L。机体变化如表41-1所示,从表中可以看出虽然巧克力供给热量较多,但体重下降与血糖减少都较其它两种食品多,而且血浆游离氨基酸含量也下降,出现了酮尿。食肉罐头者摄入的热量虽较食巧克力者少722KJ,但体重下降与血糖减少的量皆相近,且能维持血浆游离氨基酸的浓度,特别是维持了必需氨基酸的浓度,但尿中酮体排出较多。吃精糖块者体重下降较少,血糖下降不显著,主观感觉也较好。吃这些食物后尿中无机盐排出量皆减少,吃巧克力者减少较多。

表41-1 食用各种食品后体重与血糖等的变化情况

体重下降(%)血糖(mg%)体内氮损失(%)血浆游离氨基酸(mg%)尿酮(mg/日)
必需非必需
糖块4.984.3±3.929.98±0.0910.27±0.14
食后5天68.4±2.525.611.94±0.0913.26±0.11
巧克力实验前5.583.4±4.8511.65±0.0913.05±0.11
食后5天62.3±2.915.210.37±0.0612.19±0.08868~1261
肉罐头实验前5.480.4±9.214.53±0.8110.90±0.61
食后5天55.6±4.45.716.91±0.6211.40±0.591848~3451

另外观察到8人每天摄取热量为1764KJ的碳水化物,有量消耗约1344KJ共10天,其中4个人只供给必需量的无机盐,另4人在此基础上再补充一些无机盐,10天后两组体重平衡下降5.7及4.1kg,尿中未检出酮体。补充无机盐者体重下降较少,而且体脂、无脂体重、体水的含量损失均较不补充无机盐者少。但氮的损失两组都较多,分别为每天丢失氮6.1及6.2g。说明仅供给碳水化物不能防止身体脱水与蛋白质分解。若每天供给2000kJ蛋白质40g及碳水化物80g的膳食10天,每天消耗热量1512KJ,10天内消耗体内蛋白质约4~5%,出现负氮平衡,每天每人损失钠约5g。在湿热环境中,已习服好的年轻士兵分四组,每天分别摄入2520、4200、6300和14700KJ共10天,每天热能消耗约15120KJ,实际摄入热量为1667±193、3982±319、5720±160、13864±1596KJ。前三组士兵体重皆下降,氮、钠、钾皆为负平衡,但体力未见下降。在这种气候条件与热能消耗水平下,为防止发生负氮平衡,摄取的热量应大于5712KJ,应供给充足的水与盐。在寒冷条件下每天供给热量6300、12600及14910KJ,饮水不限,观察3~5天,测定4.8km跑步及穿雪鞋跑步以评价其体力时,三组间未见有何差别。我国学者报告,青年男性每天摄取6300KJ,食品内含脂肪57~66%,蛋白质8.5%,每天饮水1.5L,消耗热能约8820KJ,6天后体重下降,皮下脂肪减少,血压呼吸和脉搏数以及体温都降低,心电图出现心动过缓,握力、耐力稍降低,但手榴弹投掷成绩与平时相近。尿pH降低为5.5~6.0,血酮在最初二天升高,最高达0.52mmol·L-1,但24h尿酮排出量未增加。氮平衡前三天为-4.01~-5.28g,后三天为-4.50~-4.67g。若每天同样摄取6300KJ,但脂肪量只含25%,蛋白质含量增加至15%,碳水化物含60%,食用后血酮未见升高及前三天氮平衡仅为-1.52g,其余变化与以上相近。

饥饿时体内要丢失一部分水,体重65kg的人体内含水约40L,若损失2L即感到不适及工作效率差,若损失8L即可引起死亡,因此保存体内水是很重要的。在普通气候条件下,每人每天通过皮肤和肺损失水至少800ml,通过肾必须排出水约500ml,在饥饿与休息状态下,体内每天产生氧化水200ml。因此,为预防体内失水,每天至少要摄取1L水,基在炎热气候或体力活动时还要增加。但不能饮用海水,海水含Na+420mmol·L-1与Cl-470mmol·L-1,肾脏不能浓缩这么高浓度的液体。有人观察到每天摄取热量2520KJ,供给盐、蛋白质、脂肪和碳水化物时,只有碳水化物能保留体内钠,从而保留了体内的水。即使热量增至6300~8400KJ,但仅由蛋白质和脂肪组居的膳食,无集结给或不给盐,都不能防止体内钠与水的丢失。基以50g葡萄糖换下等热量的脂肪,就可使保留体内的钠与水。饮水量与体重下降有密切的关系,有人观察到,每天摄取热量为4200KJ的碳水化物膳食,饮水900ml,5天中体重下降6.4kg。若每天饮水1800ml,体重减少4.5kg。若饮水不受限制,则体重下降为3.1kg。

41.6.4 救生条件下膳食供给的特点

首先应供给水,在常湿环境每天至少供给1L水。膳食供给的热量远低于通常的标准,供给的膳食应能防止发生酮病减少蛋白质分解,保持体液平衡,降低电解质排汇,在一周内仍能可保持一定的工作能力。有人提出为维持10~12天中有最大的工作能力,每天至少要摄取热量5880KJ,其中含碳水化物100g,每kg体重维0.8g蛋白质,供给必需的维生素和无机盐。还有人提出理想的应急食品每供给4200KJ热量应供给2g食盐,这样可以补偿每天的损失并保存体内水,若热量中5~10%由蛋白质供给,则组织蛋白质损失最少,也能保存体内水,但更多的蛋白质将产生更多的尿素而增加水的需要量。

短期内(5天)供给热量每天低于2100KJ者,主要供给碳水化物,可使体重和血溏下降较少。供给热量为6300KJ时,碳水化物占60%,蛋白质占15%,脂肪占25%,较相同热量但脂肪占57~60%、蛋白质占15%,脂肪占25%,较相同热量但脂肪占57~60%、蛋白质占8.5%、碳水化物31.5~34.5,可使体内负氮平衡减少。

目前,推荐用于救灾的膳食组成如下:

①供基本工作人员用:工作时每4h供给一份,每份食品供给1400KJ热量,蛋白质25g及硫胺素0.875mg。

②不从事救灾工作的健康人(4岁以上)每天供给1L水,热量5880KJ,蛋白质35g,硫胺素1mg。6个月至4岁儿童,每天至少供给热量5040KJ,蛋白质35g,硫胺素0.6mg。婴儿至6个月小孩,每天每kg体重至少供给热量462KJ,蛋白质3.2g,硫胺素0.4mg。孕妇每天应供给热量9480KJ,蛋白质80g,硫胺素1.2mg。乳母每天应供给热量12600KJ,蛋白质95g,硫胺素1.5mg。

短时间的饥饿在给正常膳食后,各种不良的影响即可恢复。长期饥饿或严重的饥饿后,补给营养要慎重,要考虑到他们的消化道壁已变薄,消化酶缺乏,消化功能已经下降。开始可以经静脉补给营养,或选择易消化的食物。多次给小量脱脂乳有较好的效果,每次可给100ml,若给脱脂乳粉可按10~15%浓度配制成牛奶,供给酸牛乳也有较好的效果。当病人逐渐恢复时,可以给半固体食物,在给这些食物时,应补充维生素、钾和镁等,这对恢复体力有好处。再喂食后可能发生水肿,因此要限制盐的摄取。若发生腹泻与低血压,且1~2周后无好转,则说明身体已有不可逆的变化,预后不好。

41.7 应激状态对营养素代谢的影响

许多因素如机体本身的饥饿,创伤、大手术、剧痛、感染、没有睡眠、精神紧张等,或环境因素如高气压、低气压、噪声、寒冷、炎热及严重中毒等都可使机体处于应激状态引起下丘脑-垂体-肾上腺皮腩轴的兴奋,使促肾皮腩释放素、促肾上腺皮肤南激素及糖皮质激素的分泌增加导致一系列的代谢变化,这种非特异性的合身反应称为应激反应。机体处于饥饿、创伤、感染以及各种环境因素条件下的营养素代谢变化,在以上章节皆已介绍。因而不再赘述。精神紧张对营养素代谢的影响亦早受人们的重视,人们在进行人体平衡实验中,常出现不理想的结果,这被认为是伴有情绪与心理因素的影响。如一妇女已维持氮平衡数月,在听到儿子受伤的消息后,虽然未显出情绪激动,摄取的食物也无变化,但即出现明显的负氮平衡,当得知儿子伤全愈后,又恢复为正氮平衡。有关精神紧张对营养代谢的影响研究尚不多,这里仅略述一下有关的问题。

41.7.1 热能代谢与三大营养素代谢

精神紧张可使热能消耗增加,如飞行员在非飞行日的基础代谢为每小时265±7.1KJ,而飞行日的基础代谢就增加为每小时292±9.7KJ。

大学新生在学院考试时精神紧张,使蛋白质代谢发生变化。虽然氮的吸收率与平时相近变化并不大,而尿氮的排出较精神不紧张时却明显增多,11人中有8人呈负氮平衡,但血清总蛋白未见明显改变。在考试后再一次测定时,氮平衡及尿氮排出量都恢复到考试前的平时状态。在观察飞行员处于4种不同情况:①单纯飞行;②飞行伴有低氧,相当于在2438m高度;③飞行伴有干燥;④飞行伴有低氧及干燥等应激条件下。发现虽然环境条件不同,但飞行员尿中氨基酸排出的变化情况是相近的,碱性氨基酸排出量增加,中性氨基酸中等程度增加,而酸性氨基酸排出量明显减少。这表明主要是飞行紧张引起氨基酸排出发生这些变化。另有报告飞行员在第1日飞行时,尿中牛磺酸、苏氨酸、谷酰胺、甘氨酸、丙氨酸、酪氨酸及组氨酸排出量较不飞行时明显增加,到飞行第4日时基本恢复到不飞行时的水平。而有人发现血液中皮腩醇含量增加时,苏氨酸、谷酰胺、丙氨酸和且氮酸排出增多。

在海军新兵进行水下爆破训练时,观察到事先经过训练与未经训练的人员中,血清胆固醇和尿酸含量的变化是不一样的。事先经过训练的人员,在实行水下爆破训练计划时情绪好,血清尿酸在早期即增加,血清胆固醇在整个训练期间都是稳定的。而未经训练者,在实行水下爆破训练计划时,情绪不如前者好,血清尿酸在中期才开始增高,二周后血清胆固醇含量明显增加,表明情绪与血清尿酸含量明显相关。

41.7.2 维生素与矿物质代谢

有人报告在精神紧张时某些维生素需要量增加。飞行员在飞行日排出维生素最较非飞行日光,担任飞机试飞的飞行员排出维生素量较变通飞行员少,说明精神紧张者体内消耗较多的维生素。精神紧张时排出量减少的维生素有:抗坏血酸、硫胺素、核黄素、尼克酰胺和吡哆醇等。我国学者报告,对高中毕业班学生在毕业考试前、考试期间及考试后进行了维生素饱和实验,发现在考试期间尿中排出硫胺素,核黄素及抗坏血酸明显减少,平均值皆低于正常排出量,考试后又回升到考试前的水平。而N′-甲基尼克酰胺排出量在考试前、考试期间及考试后皆无明显变化。

精神紧张时钠排出量有增加的趋势,钾的排出量增加较多。如大学生平时钾排出量每日88~97mol,在考试时即增加为108~130mol。钙、磷排出敢增加,但这些变化皆未达到统计学上的显著性。由于钙、磷吸收在平时与考试时无差异,因此钙、磷平衡在应激时较低。

41.7.3 应激时的营养素补充

以上资料表明,精神紧张的应激使机体代谢发生一些变化,为了使机体能更好地适应这种应激条件,应补给一些营养素。在精神紧张时供给维生素,可使因精神紧张引起的一些变化得到改善。宇航员在进入空间站工作时伴有精神紧张的应激,供宇航员的膳食为142g蛋白质、154g脂肪、649g碳水化物,热量17262KJ。膳食中含维生素A2mg,硫胺素2.53mg,核黄素2.41mg,尼克酸31.8mg,抗坏血酸74mg,在进入空间站后又补给维生素A2mg,硫胺素,核黄素各3mg,尼克酰胺10mg,抗坏血酸100mg。补给维生素后可使胆固醇由原来6.8±0.88mmol·L-1下降为5.8±0.78mmol·L-1,磷脂与胆固醇比率由0.99±0.02上升为1.13±0.03,β-脂蛋白由0.76±0.0066g·L-1下降为0.72±0.0071g·L-1,未补充维生素时则无这些变化。另有人提出应增加缬氨酸、蛋氨酸与胱氨酸的供给量。还有人发现,色氨酸摄取量较多时,人们的情绪较摄取量少时好。色氨酸在脑内形成5-羟色胺,这过程需要吡哆醇参与。5-羟色胺对中枢神经系统有内抑制作用,在精神紧张状态下补充色氨酸与吡哆醇,有利于在精神紧张的应激条件下保持中枢神经系统的稳定。

还有人提出补给“营养矫正添加物”(Nutrition correction supplements)有利于在应激条件下提高工作效率。这种添加物中包括:谷氨酸、门冬氨酸、蛋氨酸、B簇维生素、抗坏血酸、芦丁、尼克酰胺、维生素A、核酸、有机钾、钙、镁和磷酸盐。实验结果表明,在给这些添加物20天后,工作力提高,步行率增加,协调动物紊乱减少,智力劳动时计算较快。

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