0 引　言

潜艇舱室是一个典型的密闭环境，空气污染物来源复杂，种类繁多。建立一个符合卫生要求的空气环境，对保护艇员健康和保持良好的战斗力，提高续航能力具有重要意义。由于艇内人员多、建造材料、仪器设备、非金属材料（塑料、橡胶、油料、涂料） 复杂繁多，因此舱室内空气污染物成分非常复杂，空气污染成为了影响艇员身心健康的主要因素^[1−2]。SO₂、氟利昂（氟利昂−12）、NO₂、甲醛等气体是潜艇舱室中常有的污染气体，来自于船用材料、涂料、溶剂的挥发，人体代谢产物的排出，空调致冷剂的泄漏等^[3−4]。它们同时影响人体，其复合作用的规律不同于单一气体作用于人体是产生的特征和规律^[5]，有必要进行专门深入研究，而其主因素是防治的重点。为此，本文采用正交实验设计方法，对上述4种气体，用动物进行复合实验研究，并运用交互设计的方差分析程序，对影响各指标的主因素进行研究分析。

1 实验方法 1.1 实验设计

采用主因素研究法，进行空气复合污染物暴露的实验，实验气体为SO₂、氟利昂（氟利昂−12）、NO₂、甲醛等4种气体，为保证实验获得舒适、安全和耐限的不同工效水平，按有关潜艇舱室空气组分容许浓度的国军标、单一气体的毒理学实验结果和从动物实验外推到人的要求^[6−9]，确定了每种气体低、中、高3种实验浓度。其设置的浓度水平见表1 。实验采用正交实验设计中的L₉ （ 3⁴ ）正交表^[10]安排。该表包含3个浓度水平和4个列（因素列，不含交互作用列），各因素的气体浓度安排见表2 ，设置9个染毒组和1个对照组。

1.2 实验对象

采用的实验动物有2种，分别为成年雄性新西兰大白兔以及成年雄性ICR小鼠，在进行动物暴露实验的过程中，可根据每组健康效应终点的不同来选择实验动物。成年雄性新西兰大白兔用于呼吸和血气指标测试，而成年雄性ICR小鼠用于免疫和神经功能测试。每一组气体正交实验各用50只大白兔和60只小鼠，均分为9个暴露组和1个对照组，每组5只大白兔，6只小鼠。

1.3 暴露舱和配气分析

为模拟常规潜艇密闭舱室的状况，暴露舱为立式全封闭动态暴露舱，新风量约20 m³/h，温度为22 ± 1℃，相对湿度60% ± 10%实验气体由钢瓶或发生器按设计浓度配入。每小时抽出舱内气体，除了SO₂采用盐酸玫瑰苯胺比色法，NO₂采用盐酸萘乙二胺分光光度法进行测定外，其余气体均采用气相色谱法对气体浓度进行测定。在达到预定浓度后，动物入舱受试，并维持配气量和定期测定各组分浓度。为模拟常规潜艇间断暴露的工作状况，每次实验连续暴露5天，每天暴露4小时。

1.4 研究指标

根据艇员产生的主要不良健康反应为嗜睡、前庭功能障碍等影响工作效率的一系列症状，相对应设定了包括呼吸、血气、免疫和神经4大类指标，分别为：

1） 呼吸类包括呼吸频率（RR）；

2） 血气类指标包括pH、PCO₂、PO₂、O₂Sat（氧饱和度）、O₂Cont（氧含量）、TCO₂、stHCO₃⁻ 、HCO₃⁻ 、BB（缓冲碱）、BE（碱剩余）等；

3） 免疫类指标包括外周T淋巴细胞转化的剌激指数（SI）；

4） 神经类指标包括一般行为观察，检测记忆功能的Morris水迷宫，检测抑郁状态的悬尾实验，检测前庭功能的空间姿势反射、翻正反射、头偏及游泳评分实验。

在进行动物暴露实验的过程中，可根据实际研究的污染物分组情况进行选择。

1.5 数据处理

本研究为多因素、多水平、多指标的实验研究，实验结束后, 对实验数据作如下分析处理：

1） 三水平四因素方差分析

对每项具有显著性变化的指标进行三水平四因素方差分析。计算各因素各水平对应的指标平均值和各因素的偏差平方和及其对指标的贡献大小（F值），其中误差项由每次试验多个动物的测量误差确定。依据各因素的F值及其显著性检验结果，确定对指标影响的主要因素。

2） 最佳、最差因素的水平组合

在确定了对每项指标的主因素后，采用综合平衡法便可确定该4种因素复合作用的最佳与最差水平组合，即在列出每项指标主因素的最佳水平与最差水平之后，先将各单项指标没有矛盾的因素水平定下来，然后对有矛盾的因素水平结合各因素的F 值进行综合确定。对于大多数指标，如呼吸和血液指标取实验后改变最大的为最差，改变小的为最佳，但对免疫指标，如SI则数值大为最佳，数值小为最差。

2 实验结果 2.1 复合作用效应影响

由表3 可知，各项指标与对照组相比有显著差异的表现为组3、组4、组5、组7、组8的呼吸频率，组7、组8的pH值及组4、组5、组7的标准碳酸氢盐与实际碳酸氢盐等的酸碱指标。乳酸与钾离子的变化则分别表现在组7与组2。

由表4可知，实验组3～组5、组7～组9的空中翻正反射阳性率降低与对照组相比有显著性差异，组3、组7、组8的头偏游泳平均分与对照组相比有统计学意义，说明小鼠前庭功能受到影响。水迷宫实验中的探查训练时间显示组3与组7的小鼠记忆功能也受到一定程度的影响。

由表5可知，第4组气体中，实验组3、组4、组7、组8的脾脏淋巴细胞与对照组相比，其差异具有统计学意义，而胸腺淋巴细胞与对照组的差异体现在组3、组7、组8中。

2.2 关键影响因素分析

对具有显著性变化的各项指标进行主因素方差分析，得到具有显著影响意义的因素及F值列于表6 和表7。

可知，NO₂、氟利昂、SO₂、甲醛的复合作用体现在对呼吸频率、pH、空中翻正平均时间、头偏游泳得分及免疫指标中的淋巴细胞刺激指数，且甲醛和SO₂的F值较大，其对小鼠各方面的功能起到决定性因素。

2.3 最佳、最差效应的因素水平组合

由表8可知，SO₂对呼吸频率（RR）的影响有显著意义，低浓度为最差，高浓度为最佳；标准碳酸氢盐、实际碳酸氢盐、细胞外剩余碱和全血剩余碱等血气指标有显著性影响，对前庭功能的影响体现在接触翻正反射平均时间与悬尾不动时间，对免疫系统的影响在胸腺淋巴细胞和脾脏淋巴细胞的SI指数中均有体现。其中对血气指标的影响在中浓度为最差，在低浓度与高浓度为最佳；对前庭功能的影响在接触翻正反射平均时间中表现为高浓度最佳，中浓度最差。进一步比较SO₂对各指标影响的F值，可以得到结论：SO₂的高浓度为最佳，而中浓度为最差。NO₂对呼吸频率（RR）的影响有显著意义，中浓度为最佳，高浓度为最差；在血气指标中表现在钠离子，高浓度最佳，低浓度最差；其对前庭功能及淋巴细胞刺激指数的影响也具有显著意义，同样进一步比较其F值，可判断NO₂低浓度最差，高浓度最佳；同样的方法判断甲醛低浓度最差，中浓度最佳，氟利昂高浓度最佳，中浓度最差。因此，复合气体最佳组合浓度为A₁B₂C₂D₁，最差浓度组合为A₃B₃C₃D₂。

3 结　语

经综合分析表明，潜艇舱室中的SO₂、氟利昂（氟利昂−12）、NO₂、甲醛等4种气体对实验动物产生了明显不同的复合效应影响，它们浓度水平的高低决定了舱室环境的最差、最佳状态。因此对上述气体应严格控制，尤其是氟利昂−12和甲醛，这对保证艇员的健康，增强战斗力具有重要意义。

采用正交实验设计与多因素的方差分析方法，使得的实验次数尽可能地少，有效节约了研究成本；并通过对试验数据科学的统计分析，获得反映潜艇舱室诸多工作状况的实验结果，有效提高了研究效率，方法科学简便，具有客观性和可信性，是进行复合因素实验与分析的有效手段。