營養學/高氣壓環境對營養素代謝的影響
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在經濟建設與軍事上常需要人潛入水中在水下工作，在水中每下潛10m靜水壓就增加1個大氣壓。由於靜水壓的存在，人在水下必須呼吸與潛水深度壓強相等的壓縮氣體，否則人將受擠壓，這樣機體便處於高氣壓環境中。高壓環境對機體產生一定的影響，主要是潛水濃度與呼吸氣體的成分這兩個主要因素影響機體。潛水深度愈深，人所受的壓力也愈大。當潛水深度超過150～250m時，易出現高壓神經症候群。而呼吸氣體中氧或氮分壓太高時，可發生氧中毒或氮麻醉等。在60m以上深潛水時，呼吸氣體中要用氦替換氮以防止發生氮麻醉，而氦的導熱係數為空氣的6.23倍，故呼吸氦氧混合氣體時，人體將喪失更多的熱能。人體處於這種高氣壓特殊環境中如何保護良好的狀態，是許多研究工作中所要解決的問題。70年代以後陸續發表了高壓環境中熱能代謝及某些營養素代謝的研究報告，但系統地研究各營養素代謝變化尚少見。由於飽和潛水在水中停留時間較普通潛水長，因此所見到的資料大多數是飽和潛水條件下的營養素代謝研究結果。
41.2.1 熱能代謝
進行潛水作業後，大多數潛水員體重都下降。有人觀察到在5ATA（ATA為絕對壓即，靜水壓加水面上的1個大氣壓）條件下呼吸壓縮空氣時，潛水員的氧耗量明顯大於常壓下的氧耗量。在7ATA條件下呼吸氦混合氣體時，氧耗量較在常壓下增加20%。潛水員的基礎代謝在常壓下與其他人相近為6048KJ，然而在26ATA時上升為6720KJ，31ATA時為10500KJ。在18.6ATA氦氧飽和潛水時，24h連續測定發現，當環境溫度為31℃（舒適溫度）時，潛水員能量消耗較加壓前增加12%，而當環境溫度為27℃（有涼意的溫度）時，潛水員的能量消耗較加壓前增加26%。若只測定白天休息時的能量消耗則較加壓前分別增加了11及54%。另一作者報告，在43ATA舒適的溫度中，休息時的能量消耗較加壓前增加12%。但有人觀察到潛水員的基礎代謝較正常值低，在觀察40名潛水員在加壓後於常壓環境中測定，70%的人基礎代謝低於正常值的4～33%。8%的人在正常值範圍，也有22%的人高於正常值。總的說來，潛水濃度愈深，呼吸氣體為氦氧混合氣，作業環境溫度低時熱量消耗增加愈多。
在高壓環境中熱能消耗雖然增加，但潛水員攝入的熱量卻難以達到消耗的水平。在常壓下潛水員攝入的熱量為13230KJ，16ATA時只能維持此水平，在21ATA時即下降為12180KJ。在另一實驗觀察到，常壓下潛水員攝入熱量為12180KJ，26ATA時即減少為10080KJ，31ATA時進一步減少為8400KJ，即僅為加壓前攝入量的69%，而此時基礎代謝卻為加壓前的1.7倍，攝入的熱量遠不能滿足熱能消耗的需要。
41.2.2 蛋白質代謝
在較淺的潛水中就能觀察到潛水員的蛋白質代謝變化。如在1.83ATA空氣飽和潛水巡潛到4.1ATA、2.5ATA空氣空氣飽和潛水巡潛到4.1ATA以及7ATA氮氧飽和潛水中，都觀察到潛水員血清尿素氮含量在潛水時增加，尿中尿酸、尿素排出量皆增加，這些變化被認為是高壓環境引起蛋白質分解代謝增加。在我國進行的模擬36.5m氮氧飽和潛水26天的實驗中，在高壓環境中潛水員攝入蛋白質量減少，尿氮排出量隨之下降。而在另一模擬200m氦氧飽和潛水實驗中，蛋白質攝入量明顯低於常壓環境，而尿氮排出量未見明顯變化。在減壓過程中，4名潛水員有2人尿氮排出量超過了氮的攝入量呈負氮平衡。並且經高壓暴露後，血清游離胺基酸含量下降，其中必需胺基酸下降較多。有人報告，在43ATA氦氧飽和潛水實驗中，潛水員攝取固定的膳食，隨著氣壓增高尿氮排出量進行性地增加，血漿中甘氨酸含量顯著上升，賴氨酸與纈氨酸含量也稍增加，這表明高氣壓對蛋白質分解代謝產生的影響。在動物實驗中觀察到，在高壓環境中，蛋白質的消化吸收率為95.6～98.2%與常壓環境相近，補充蛋白質有利於補償高壓應激，可使生長良好。
41.2.3 脂肪代謝
在19.2ATA氦氧飽和潛水條件下，潛水員血中膽固醇先增加後逐漸下降，而血中游離脂肪酸減少，並持續到減壓後。
41.2.4 維生素代謝
多種維生素是輔酶的組成部分，對物質代謝有重要的作用。在高壓環境中機體處於應激狀態時，它們有何變化也是人們所感興趣的。潛水員生活在27ATA模擬氦氧飽和潛水巡潛到31.5ATA22天中，24h尿中維生素排出量的變化按每g肌酐計算，核黃素、N′-甲基尼克醯胺、尼克酸，葉酸和吡哆醇在第7天前後都有一過性的增加，而硫胺素在加壓後卻持續地減少，紅細胞轉酮酶活力下降。血中維生素A、胡蘿卜素及抗壞血酸未見明顯變化。在模擬36.5m氮氧飽和潛水26天中，尿中維生素排出量也見到類似的變化。在高壓環境中停留較短時，維生素代謝的變化有所不同，潛水員在11ATA條件下4.5h後，24h尿中硫胺素、核黃素和N′-甲基尼克醯胺排出量較加壓前顯著增加，而4-吡哆酸與抗壞血酸的排出量都明顯減少，在加壓後6個月複查時，除4-吡哆酸排出量恢復到加壓前水平外，其餘與開始的變化相似。在大白鼠的實驗中發現，飼料中維生素量較普通飼料增加1倍時，對在11ATA氦氧條件下的大白鼠生長無益，但能使在濃度較深的21ATA氦氧條件下的大白鼠生長較快。若維生素的量僅增加25和50%時，能使於11ATA氦氧條件下的大白鼠生長良好，而不能使在21ATA氦氧環境中的動物維持正常的生長。這些結果表明要使動物在高壓環境中生長良好，必須增加維生素的供給量，且深度愈深增加的量愈多。特別是若不增加硫胺素、泛酸、生物素或維生素K中任何一種，則動物不能維持正常生長，若不增加維生素A、D和E中任何一種，則使動物處於不能維持正常生長的邊緣。
41.2.5 水鹽代謝
在高壓環境中水鹽代謝有明顯的變化。在加壓過程中尿量明顯增加，即高壓利尿。這在空氣飽和潛水、氮氧飽和潛水以及氦氧飽和潛水中均可觀察到，在18.6ATA氦氧飽和潛水中進行體液平衡實驗時觀察到，潛水員尿量在高壓條件下長期增加，海平面時每天排出尿量2000ml，在18.6ATA氦氧環境下及溫度為31℃時，尿量為2600ml。此時每天攝取水量或身體總水量皆無明顯變化，而不顯性失水明顯減少，較1ATA時低35%。在18ATA時血漿醛固酮濃度及尿醛固酮排出量明顯增加，而抗利尿激素排出量明顯減少，因此認為高壓利尿主要是由於抗利尿激素減少而抑制了不顯性失水。進一步的實驗表明，當氣壓增加時，通過呼吸的不顯性失水減少很小，而從皮膚喪失的不顯性失水激烈減少。許多研究者都觀察到鈉、鉀排出量增加，但鈉與鉀之比在高壓下較常壓時為小，即雖然尿中鈉、鉀排出量都增加，但鉀排出量增加較多。觀察在4、10.2、23.8ATA氦氧環境中，潛水員尿中除鈉、鉀、氯排出增加外，磷的排出量也增加，並持續到減壓的早期。血液中礦物質的濃度比較穩定，如觀察到在36～40.5ATA氦氧環境中，潛水員血中鈉、鉀、鈣、鎂、銅和鋅等在加壓前後皆未見明顯的變化。在43ATA氦氧環境中進行鈣平衡實驗中未見有何明顯變化。
41.2.6 高氣壓環境中工作人員的營養保證問題
從上所述可以看到，高氣壓條件能影響營養素的代謝，如熱能消耗增加，蛋白質分解代謝增加，某些維生素需要量增多，一些礦物質損失較多，總的說來營養素需要量增加。一些作者提出了熱量、蛋白質、脂肪和碳水化物的供給量，熱量多為16800KJ。為維持體重，研究者提出攝入的熱量應為該環境中基礎代謝的1.7～1.8倍。也有人提出若在海中作業要考慮到在水中失熱，供給的熱量還應增加。蛋白質的供給量為120～200g，脂肪為160～178g，碳水化物為400～500g。在膳食供給時，要注意供給充足的必需胺基酸、不飽和脂肪酸和微量元素，維生素供給量要較一般環境中多，每天至少給硫胺素、核黃素各2.5mg，尼克醯胺25mg和抗壞血酸100mg。
要考慮到在高氣壓條件下人們食慾減退的問題，為了使潛水員能攝入足夠的營養素，要照顧到各人的喜好與口味。在供給食物的品種方面，許多人都強調應供給充足的果蔬與飲料，少給產氣的食物。在加壓前2～3h供給高碳水化物，低脂肪的易消化的膳食較好，加壓中給含糖的點心可快速供給熱量，由於加壓時尿量較多，有人提出每天每人至少要給水和飲料2L，但飲料中不含酒精飲料。在大白鼠實驗中看到，在減壓前2.5～3h內攝入含脂肪多的食物與大量進食，對動物體內氣泡生成過程有很大的影響，多脂血症在壓力劇降時對人，動物都是非常危險的。
在高氣壓環境中可因作業不當等原因引起潛水疾病，如由於氣壓改變而發生的減壓病，或由於呼吸氣體中氣體成分分壓變化而發生的氧中毒、氮麻醉等。近來也開始注意到減壓病、氧中毒與營養素的關係。
減壓病的發病機制尚未完全了解，但血液濃縮，血管收縮及血管內凝血在減壓病中都可見到。在狗的實驗中觀察到，加壓後狗的血漿容量減少，若在加壓前和減壓後靜脈注射尼克酸（每kg體重給15mg），可使血容量減少明顯減輕。
對預防氧中毒曾進行一些實驗，用等熱量而蛋白質含量不同的飼料喂飼大白鼠6天或12天，然後將動物置於98%氧中，吃25%酪蛋白者生存時間比吃3%酪蛋白者長，喂飼6天者生存時間延長29%，喂飼12天者延長34%。用標準飼料，高飽和脂肪酸（氫化可可油）及多不飽和脂肪酸三種飼料喂飼大白鼠33天，然後暴露於100%氧中，食高飽和脂肪酸者死亡率大大增加，68h內全部死亡，而食其它兩種飼料者，於96h後僅死亡54%。食高飽和脂肪酸者肺中雙鍵脂肪酸含量也較其它兩組少得多，說明食物中飽和脂肪酸使肺中飽和脂肪酸含量增加，以致增加了對氧毒性的敏感性。另外有實驗表明，大白鼠置於6ATA100%氧的環境中，22min即出現氧中毒症状（痙攣），若餵給澱粉飼粉飼料48h後放在同樣條件下，發生痙攣的時間延遲10min，而且死亡率也明顯下降，表明糖負荷後增加了對高壓氧的耐受力。氧中毒痙攣時，腦中糖原由93μg/g腦組織下降為21μg/g腦組織。若在加壓前36h給15%葡萄糖加鉀的水溶液，可使痙攣發生的時間推遲20min，死亡率由75%下降為25%。另外，在飼料中補充硒喂飼動物4周以上，可減輕由於持續暴露於1ATA氧引起的肺部中毒的嚴重程度。飼料中補給維生素E12周，對氧中毒也有對抗作用，但效果不如硒。
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