低气压的物理性影响

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1、第二章 低气压的物理性影响高空大气压力降低对人体主要有两方面的影响： 大气中氧气分压降低所引起的高空缺氧 (见第三章 )；低气压的物理性影响 (航空航天中遇到的环境压力剧烈变动影响亦包括在内)。大气压力降低时，两类影响同时发生，但主要威胁仍是高空缺氧。 现代军用飞机上的供氧装 备可以防护缺氧的影响；通风式密封增压座舱则对缺氧与低气压物理性影响均有防护作用。 但如座舱发生破损， 舱内乘员又会直接暴露于低气压之下， 其发生机会虽然并不多， 若一旦 发生，轻者影响正常工作能力，构成事故征候，重者可能造成飞行事故。再者，军用飞机增 压座舱多采用“低压差制” ，即使座舱完好，由于高空飞行时座舱压力较低，

2、也可能引起一 系列低气压影响问题。载人航天器的再生式增压座舱比飞机的通风式密封增压座舱有更好的 防护缺氧与低气压物理性影响的作用。 但在航天员出舱活动前处于座舱阶梯减压条件下， 或 舱外活动中处于航天服低压条件下时，也可发生低气压影响问题。低气压与气压剧变之所以能对机体产生物理性影响， 是由于生物机体形态结构方面具有 下列内在特点 (图 21)。(1) 空腔器官如胃肠道、肺、中耳腔及鼻窦内含有气体。环境压力降低时，腔内气体如 不能及时排出，就根据器官壁的可扩张程度而发生体积膨胀或者出现器官腔内部压力相对升 高的变化。(2) 组织和体液中溶解有一定量的气体，环境压力降低到一定程度时，这些溶解气体

3、就 可能离析出来，在血管内、外形成气泡。(3) 体液主要是由水分组成的。当环境压力降低到等于或低于体温条件下的水蒸气压时， 水就发生“沸腾” ，形成大量蒸汽。(4) 气压剧变时，由于外界压力的变化率很大，一些空腔器官内气体的容积或压力也迅 速变化，根据其生理解剖特点的不同，有两类问题比较突出： 1 肺与外界的交通管道比胃肠 道复杂得多，肺组织又较脆弱，所以，在气压迅速降低时发生的气体体积膨胀，将对肺产生 明显影响； 2中耳腔的骨质壁不能胀、 缩，与外界相通的管道又具有单向活门样的特殊结构， 在自高空下降的增压过程中， 如外界气体不能顺利进入腔内时， 即发生器官腔内压力处于相 对较低状态的变化。

4、鼻窦向鼻腔的开口处发生黏膜肿胀或有赘生物存在的情况下， 在自高空 下降的增压过程中，鼻窦内也能发生类似中耳腔内的压力变化。上述各项中，前三项主要取决于大气压力降低的程度； 第四项主要取决于大气压力变化 率，也与气压改变的程度及所在高度有一定关系。第一节 高空胃肠胀气高空胃肠胀气(barometerism)是一系列症状的总称，其主要表现为腹胀和腹痛，无明确 的发生阈限高度，在较低高度即可能发生。 多发生在飞行上升过程中， 或在到达一定高度以 后的最初停留阶段内。 若能经口或肛门顺利地排出部分膨胀气体， 则短时间内腹胀、腹痛症 状即可消失，否则，高度愈高，症状也将愈重。一、原因胃肠道内通常含有约

5、1000 ml 气体，主要存在于胃与下部肠管中； 大多是随饮食及唾液 咽下的空气，少量是食物分解产生的。根据波义耳 (Boyle)定律，当温度保持一定时，一定 质量气体的体积与其压强成反比。 就干燥气体而言，气体体积变化的倍数与其压力变化的倍 数恰好相等。但胃肠道内气体体积随压力降低而膨胀的倍数， 并不完全遵循波义耳定律所表 述的理想气体压力容积关系。 这是由于： 1胃肠道内的气体是在体温条件下， 被压力为 6.3 kPa(47 mmHg)的水蒸气所饱和的潮湿气体；2胃肠道器官壁有一定弹性，对气体膨胀有一定 限制作用等，使在不同高度上器官腔内气体体积膨胀的倍数， 比单纯按干燥气体计算的结果 要

6、小些。式（21）与式 （22）分别为按干燥气体及体温条件下潮湿气体在压力降低时体积膨胀倍 数的计算式；式 （23）为已将上述胃肠道内气体膨胀的一些特点，以及减压过程中可能有部 分气体从口或肛门排出等情况考虑在内的计算公式。E=（21）E=（2 2）E=（2 3）式中：E气体体积膨胀倍数；P1减压前的大气压力（kPa）; P2减压后的大气 压力（kPa）; PH20体温条件下的饱和水蒸气压 （kPa）。从海平面上升到不同高度时，胃肠 道内气体膨胀倍数按上述三种公式计算的结果列于表21，其中按式 （23）计算的结果较为接近实际情况。应当明确，上述计算结果是气体膨胀倍数， 不是气体体积增大的绝对值。

7、 胃肠道内气体 膨胀对机体的影响， 虽主要取决于膨胀倍数， 但气体体积增大的绝对值也很重要。 在膨胀倍 数相同时，气体体积增大的绝对值愈大，影响也就愈重。大气压力降低时，胃肠道内气体膨胀是否足以引起胃肠道管壁扩张达到发生腹胀、 腹痛 的程度，主要是由下述两方面因素决定的。1上升高度与上升速率 高度越高，大气压力降低越多，膨胀程度就越大。上升高度 一定时，上升速率越大，膨胀的气体来不及迅速排出，膨胀程度也就越大。2胃肠道的机能状态 在含气空腔器官中，以胃肠道与体外的交通管道为最长，特别 是肠内气体的排出，阻碍较多。胃肠道通畅性降低（如便秘等 ），含气量增加，都能减慢膨胀气体的排出速度。此外，胃肠

8、道管壁的敏感性也有一定意义。 刺激性食物作用于胃肠道黏膜 能提高其敏感性。敏感性较高的部位（如胃），较少量的气体就可能引起疼痛。二、主要影响1. 物理机械性影响 由于胃肠道内气体膨胀压迫膈肌使之升高，使正常呼吸运动受到 限制，严重时可发生呼吸困难， 同时肺活量减少。腹内压升高还能影响下肢静脉血液向心脏 回流。2. 反射性影响 胃肠道管壁有接受扩张刺激的拉长感受器，当胃肠道内气体膨胀程度 较轻时，拉长感受器接受的刺激较弱，一般不引起主观感觉，或者只有轻度腹胀感。大体上 从 10 000 m 附近的高度开始，由于气体膨胀程度较大，特别是在排气不顺利时，胃肠道就 显著扩张。在扩张部位，管壁的拉长感受

9、器接受较强的刺激；在邻近扩张的部位，又可能产生反射性的痉挛收缩， 这些都能引起不同程度的腹痛。人在低压舱内做10 00012 000 m上升试验时，从50006000 m开始就有人发生轻度腹胀，按式（2 3）计算，此时气体膨胀已达到海平面时的 2倍左右；较明显的腹胀，一般发生在 10 000 m 以上，有时因严重腹痛不 能忍受而不得不中途停止试验，下降高度。但最大上升高度如不超过76008500 m ，胃肠胀气对于身体健康的飞行人员来说，至多是出现短时间的不适感。在拉长感受器受到的刺激还不太强， 只有腹胀或轻度腹痛时， 胃肠道管壁的扩张已能反 射性地引起呼吸、循环系统等方面的机能改变， 对飞行

10、工作能力产生不良影响。 当腹痛严重 时，个别敏感的人将产生一系列的自主神经机能障碍症状，如面色苍白、出冷汗、脉搏徐缓、动脉血压下降以至发生血管迷走性晕厥，此时将严重影响飞行安全。三、防护原则1. 采用通风式密封增压座舱 将座舱加以密封，与舱外相对隔绝，舱内气体增加一定 压力，使之超过飞行高度的气压， 即可减轻或消除胃肠胀气的影响。 现代军用飞机一般都装 有增压座舱，舱内压比舱外压高出的数值， 在歼击机为 0.3 kg/cm 2 ，轰炸机为 0.4 kg/cm2 ， 故座舱高度能始终保持在 8000 m 以下（歼击机升限不超过 20 000 m 时）。现代的喷气式旅客 机及运输机也多装有增压座舱

11、，其座舱高度比军用飞机的还要低。2. 遵守饮食制度，严格控制饮食 高空飞行或低压舱上升前应做到： 1 进餐不可太快， 以减少所吞咽的气体。 2 进餐要定时、定量，使胃肠活动能保持正常，以利消化而少产气， 按条令规定，应在起飞前 12 h进餐完毕。3飞行前的主餐，甚至前一日晚餐，应不吃或少 吃不易消化的食物， 如含纤维多的食物。 动物性食物虽较易消化， 但应控制食用含脂肪多或 油炸的食物。禁止饮用汽水、啤酒等产气饮料，少吃有刺激性的食物。4 防止便秘，飞行前排空大、小便，保持胃肠道的良好通畅性。5 做好卫生宣传教育，使飞行人员能主动配合做好上述各项工作。高空飞行时，上述两项措施必须配合好，才能起

12、到较好的防护作用。第二节 高空减压病高空减压病 （altitude decompression sickness） 是上升高空时可能发生的一种特殊病症， 其主要症状为关节疼痛，有时出现皮肤刺痛或瘙痒感觉，以及咳嗽、胸痛等，严重时还可有 中枢神经系统症状，甚至发生神经循环虚脱。高空减压病病例绝大多数都是上升到8000 m以上高空，停留一段时间以后发病的， 发病率随高度增高而增大， 但是，发病的阈限高度 （最 低高度 ）则难以确定。减压病发病的阈限高度是制定座舱（飞机密封增压座舱及载人航天器座舱）、航天服压力制度及安全减压措施的重要参数。发病阈限高度不是一个绝对固定的值， 而是一个范围，它受许多因

13、素的影响而有一定的变异。 应用于实际的发病阈限高度值， 是根 据不同要求、在不同条件下确定的可容许值。 由于在 8000 m 以下高空减压病的发生率较低， 故一般将此高度作为飞机座舱不宜超过的高度， 航空实际应用中多围绕此值来确定座舱压力 制度，航天中对此阈值的要求更严格。在第二次世界大战期间， 高空飞行与在低压舱内进行高空锻炼的机会增多， 高空减压病 发生较多 （其中少数是严重与死亡病例 ）。自从飞机装备了增压座舱以后，其预防问题虽已基 本解决，但现在本病仍有其一定实际意义，不容忽视。因为： 1 在飞行中，特别是战斗飞行 中，增压座舱失去密封性的机会随时都存在； 2未装备这种座舱，或虽已装备

14、但舱内余压较 小的飞机，如高空侦察机、教练机、试飞飞机、进行高空气象探测的飞机等，都有在高空飞 行使乘员受较低气压影响的机会； 3在低压舱内做高空生理鉴定试验或高空生理训练时，则 更是直接接触低气压环境，有发病可能； 4 年龄大的飞行人员所占比例逐年增多，而年龄愈 大，对高空减压病的易感性也增大； 5 近年来潜水后需要立即参加飞行的机会增多，也增加 了发病的可能性； 5 随着载人航天事业迅速发展而不断提出有关本病的新的研究课题，如座 舱与航天服的压力制度，两者的合理匹配关系，以及女性航天员减压病易感性是否较高等。 故高空减压病仍是需要继续深入研究的实际问题。一、病因高空减压病的产生原因， 是大

15、气压力降低时，在组织、体液中溶解的氮气呈现过饱和状 态而离析出来形成气泡。在各种组织内形成的气泡，可能压迫、刺激局部组织；血管内的气 泡，则可成为气体栓子堵塞血管或与血液成分发生相互反应。根据形成气泡的多少， 压迫或栓塞部位的不同，以及与血液成分发生相互反应的性质， 引起继发性反应特点的各异， 从而 导致各种不同症状。氮气泡理论在很大程度上是由于潜水病研究成果的启示而提出的。潜水病是潜水员在水中处于几个大气压的压缩空气环境中工作一段时间后， 重新上升到水面时发生的， 故亦称为 “高压减压病” 。高空减压病则可相对地称为 “低压减压病” 。潜水病的研究历史比高空 减压病约早半个世纪。高空减压病和

16、潜水病在以下几点上很相似：1 在发病条件上同样都有一个从高压到低压环境的减压过程； 2 症状几乎相同，只是潜水病症状更严重； 3 从高空下 降，或在地面将病人放入高于1个大气压(1 atm) *的加压舱内，即重新增加环境压力，分别对高空减压病或潜水病皆有较好疗效。(一) 氮气泡形成的机制人在地面常压条件下长期生活的过程中， 环境气体中各气体成分均已呈 “饱和”状态溶 解于组织、体液中，当环境气体压力降低时，体内溶解气体即呈“过饱和”溶解状态，过剩 溶解的气体可经循环、呼吸系统排出体外，此过程称“脱饱和” 。1. 溶解气体离开液体的倾向 在航空活动中，由于环境减压速率较快，从而机体组织 绝对压力 (指大气压与流体静压之和 )的下降速率比组织中溶解气体 (主要是氮 )张力的下降速 率为