航空航天醫學

航空航天醫學是研究人在大氣層和外層空間飛行時，外界環境因素(低壓、缺氧、宇宙輻射等)及飛行因素(超重、失重等)對人體生理功能的影響，及其防護措施的醫學學科。

　　1770年到19世紀的一百多年的時間里，各國科學家進行了大量的氣球載人、載動物的升空試驗。當時人們沒有認識高空環境會對人體帶來危害，沒有采取相應的保護措施，以致在升空中發生了人的凍傷、耳痛、意識喪失甚至死亡的嚴重事故。此后人們便重視和開展高空環境的研究，逐漸認識到低壓、缺氧、低溫對人體的危害，這是航空醫學的萌芽時期。

　　飛機的制造、飛行是19世紀末20世紀初實現的。當時飛機的性能較低，航行高度僅兩千米，飛行速度也僅有每小時500公里。即使這樣也發生了暈機、著陸事故、飛機碰撞等急待解決的問題。

　　第二次世界大戰期間，特別是噴氣飛機出現后，飛機的性能提高，航行高度增高，速度增快，續航時間延長，出現了由超重、低壓、缺氧、低溫等引起的醫學問題，這迫使各國投入了大量人力物力用于開展航空醫學研究。

　　航天醫學是在航空醫學基礎上發展的。40年代末50年代初，人們進行了廣泛的火箭和衛星的生物學試驗。動物實驗證明人類可以到宇宙航行后，蘇聯在60年代初首先載人航天成功。隨后研究了人在宇宙飛行的安全返回、失重對人體的影響等，證明人可以在失重條件下有效地工作和健康地生活。隨著航天技術的發展，航天醫學也相應地迅速發展。

航空航天醫學的研究內容

　　航空航天醫學的研究范圍非常廣泛，低壓缺氧是航空航天中的重要環境因素之一。地球周圍包繞著一層大氣，大氣的固定成分主要是氮、氧、二氧化碳等。地平面上的大氣壓力每一平方厘米承受的大氣柱重量為1.033kg，與同樣底面積高760mm的汞柱相等，這一壓力值即定為標準壓力。大氣壓力隨著高度升高而降低。當外界壓力降低到266.89mm汞柱(8000米上空)時，人就會發生減壓損傷。

　　外界環境壓力降低時，人體組織內、體液中的氣體(主要是在血液和組織液中溶解度高的氮氣)會游離在血管內形成氣泡。形成的氣泡在血管內成為氣栓堵塞血管，在血管外則壓迫局部組織。

　　血管內的氣泡循環到肺部則出現肺血管栓塞，繼發肺循環障礙；氣泡在肺臟外胸廓內可造成氣胸；氣栓在心臟血管內可導致循環障礙。氣泡壓迫局部組織常見于四肢關節，特別是膝關節、肩關節等處，引起劇烈的疼痛，這種現象，稱為“屈肢痛”；飛機迅速上升下降時產生的氣壓劇烈變化，可引起中耳的疼痛，稱為航空性中耳炎。

　　軍用飛機飛行時，氣壓改變迅速劇烈，咽鼓管功能正常的有經驗的飛行員都能及時作通氣動作，一般也不會發生中耳損傷。所以選拔飛行員時，要注意耳功能。旅客機一般不會經受壓力劇變，所以旅客很少發生中耳氣壓損傷。

　　航空中的氣壓變化還可引起乘員的牙痛，稱航空性牙痛，多見于軍事飛行人員，其特點是以病牙為中心，向耳周圍或頜骨處擴散。民航客機氣壓變化慢，旅客不會出現航空性牙痛。齲齒繼發牙髓損傷常是引起牙痛的主要原因，壓力降低，髓腔內殘留氣體膨脹，壓迫血管，引起牙痛。牙本質過敏、牙周炎、冠周炎等也可能引起航空性牙痛。

　　外界壓力降低時，空氣中的絕對氧分壓也相應降低，引起飛行人員的高空缺氧。在3000米高度時人會出現輕度缺氧，4600米高度可發生中等度缺氧，在6100米以上的高度，可出現嚴重的缺氧狀態。腦和感覺器官對缺氧非常敏感，缺氧直接影響乘員的協調動作和智能功能(記憶、理解、判斷)，嚴重缺氧會引起意識障礙，導致嚴重的飛行事故。

　　現代飛機的飛行高度不超過7000米公里，一般仍可用敞開式座艙。性能較高的飛機則采用密封式增壓座艙，它可以有效地防護高空的低壓缺氧、低溫、高速氣流等不良因素對飛行人員的傷害。增壓座艙主要由能承受一定壓差、具有良好密閉性能的座艙結構和環境控制系統組成。增壓座艙可分為通風式、再生式兩種。

　　飛行器升、降時會產生超重，航天器在宇宙空間飛行時會產生失重，兩者對人體生理功能均有影響。航空航天飛行器飛行時速度快，機動性強，產生強大的超重(又稱加速度、過載)。

　　重力作用于人體的方向由頭至足的則稱正超重；反之，重力的方向由足至頭時稱負超重。正超重時，血液受慣性力作用由上身轉移到下身，引起頭部、上身缺血，視力障礙，嚴重時可發生暈厥。訓練、穿著抗荷服可提高超重耐力。

　　航天器發射和返回時同樣產生時間較長的加速、減速超重，超重值可達8G左右。高G值的超重，人取坐姿難以適應，所以航天員通常采取仰臥姿，這對人體的影響較輕。人對8G值的橫向超重可耐受十多分鐘。航天中經受的這種橫向超重，一般人都可以耐受。

　　飛行中各種加速度對人體的前庭器官是一種刺激，在適宜范圍內一般不會引起不良反應，當加速度刺激頻繁、劇烈，時間較長，超過前庭器官的閾值，即可引起運動病反應。運動病有暈船、暈機、暈車、航天運動病等。主要癥狀是頭暈、惡心、嘔吐、出冷汗、面色蒼白等。病因與前庭器官密切相關，喪失前庭功能的聾啞人前庭器官發育不全的人，一般不會發生運動病。軍事飛行中乘員暈機的較多。民航客機飛行平穩，座艙舒適，發生暈機的旅客一般不超過6%。

　　失重是航天飛行中的一個特殊物理因素。人體的結構特點，保證人對重力的對抗和適應。載人航天實踐證明，失重對人體的生理功能有很大影響，但不像原先想象的那樣嚴重。人在失重條件下連續生活工作365天后，返回地球經短期休息，可完全地恢復健康，并未發生不可逆轉的生理變化。

　　失重引起的人體生理功能變化主要是：

　　心血管功能改變。失重時人體的流體靜壓喪失，血液和其他體液不像重力條件下那樣慣常地流向下身。相反，下身的血液回流到胸腔、頭部，航天員面部浮腫，頭脹，頸部靜脈曲張，身體質量中心上移。人體的感受器感到體液增加，機體通過體液調節系統減少體液，出現體液轉移反射性多尿，導致水鹽從尿中排出，血容量減少；出現心血管功能降低征候，如心輸出量減少、立位耐力降低等，返回地面后短時對重力不適應。

　　隨著航天的時間延長，心血管功能可在新的水平上達到新的平衡，心率、血壓、運動耐力恢復到飛行前的水平。失重引起血容量減少的同時可出現血紅細胞、血紅蛋白量的減少，這些隨著航天時間的延長逐漸恢復正常。

　　失重時，出現頭暈、惡心，腹部不適，體位翻轉等運動病癥狀，稱為航天運動病，又稱航天適應綜合征。發生率約占航天員總數的1/3～1/2。航天初期進入失重后即可發病，持續一周，失重一周之后，前庭功能可對失重適應。有人認為失重時感覺重力的器官將異常信號傳入大腦，形成前庭、視覺、運動覺等信號沖突，引起各分析器相互作用素亂，導致航天運動病。航天運動病至今還不能完全預防，發病時可服抗運動病藥物。

　　骨鹽代謝素亂。失重會引起人體的骨無機鹽代謝素亂，經尿排出的鈣磷增加，鈣的排出量每月約六克左右。負重的跟骨、股骨等骨鹽喪失較大，上肢撓骨、尺骨則較輕。脫鈣的原因是適宜載荷垂直負重對骨骼肌肉的刺激減弱或消失，血液供應減少，骨細胞營養改變，破骨細胞功能增強，成骨細胞功能減弱，分解過程大于合成過程。骨鹽的喪失引起骨質疏松，而且持續時間很長。

　　失重引起的肌肉變化，主要表現在對抗重力的肌群張力減弱，甚至萎縮。原因是抗重力肌不需做功，出現廢用性萎縮。一般認為人在失重下生活六個月，生理功能不會發生不可恢復的改變。

　　航空航天飛行中常可出現宇宙輻射對人體的傷害。宇宙輻射主要指從銀河系各方面來的高能帶電粒子流，由質子、光子、電子組成；其次是太陽發生耀斑時釋放出的大量高能帶電粒子，絕大多數是質子，其次是“粒子；第三種是地球輻射帶的射線，帶電粒子在近地球空間為地磁場俘獲，形成范圍很廣的高強度輻射區，稱地球輻射帶。輻射粒子作用于人體細胞使原子產生電離效應。

　　宇宙輻射經地球大氣層的屏蔽，到達地面的劑量很小，人在地面上生活三十年，平均接受的自然劑量僅是4.35～5.5雷姆(劑量當量單位)，所以低空飛行的飛機不會受到宇宙輻射的損害。

　　載人航天歷來重視宇宙輻射對航天員的傷害，航天器及乘員身上都帶有各種輻射劑量測定儀，以觀察宇宙輻射可能對人體的傷害。觀測表明，美蘇航天員航天中接受的輻射劑量多數沒有達到使人傷害的水平，但少數飛行中航天員接受的輻射劑量比較大。

　　航天時接受劑量的多少與航行軌道有關，航行軌道高時比軌道低時接受的劑量多。載人航天中還應特別注意重粒子對人的傷害，載人航天器的金屬艙壁有防輻射作用，但有一定限度。應盡可能避免航空航天時遭受太陽耀斑的輻射傷害。

　　飛機乘員的食品供應，應注意營養豐富。飛行前避免食用易產氣和富含纖維素的食物，并防止空腹或過飽飛行。航天員的食品除營養豐富、適合口味外，重要的是適合航天條件下食用。航天時艙內一切物體，包括食物，都處于失重狀態，會自由飄浮航天食品中肉醬、果醬類半固體食品可裝入牙膏狀的鋁管內，進食時擠壓鋁管食物即可通過硬塑料管進入口中。這類食品方便安全，但不適合口味，現已少用。面包、點心、肉塊、雞塊等可制成一口大小的塊狀，表面涂有一層可食用的薄膜，以防食品破碎脫屑。

　　罐裝食品是現在航天食品使用最多最受歡迎的食品，內裝食品有一定的粘稠性，食用時不會飄浮，性狀同地面食品一樣。早期的航天食品較簡單，僅是一些牙膏軟管狀和壓縮的塊狀食物，現在航天食品品種有70多種。航天器中還有電熱灶，用以加熱食品。

　　長期生活在地球表面晝夜節律周期中的人，心理生理功能逐漸形成與此相適應的人體內環境的平衡，某些功能存在著與晝夜節律相類似的同步變化。外界環境晝夜周期發生變化后，人在短期內不能適應，會出現一些生理功能素亂現象。

　　大型噴氣客機飛行一小時可跨越一個時區。乘噴氣客機旅行，高速向東或向西飛行10小時，到達目的地后，兩地相較，即提前或推遲10小時。旅客對新的時間不能馬上適應，可出現一時性適應困難，引起睡眠障礙、疲勞等癥狀，同時工作效率降低，體育比賽成績不理想。因此，有重要任務的旅客(如參加國際會議、重大國際體育比賽者)應力爭做到飛行前、飛行后的適應。

　　飛行前適應是指若向東飛行，飛行前幾天就開始每天提早就寢、提早起床，以便盡可能提前適應目的地的環境晝夜節律。飛行后適應是指提前到達目的地，休息1～2天，適應新的環境。

　　載人航天器繞地球飛行一周，航天員可見到一次日落，一次日出，一天24小時內可見到十幾次日落日出的晝夜周期。航天中的晝夜周期是可變的，時間長短決定于載人航天器繞地球飛行的軌道高低，軌道高則晝夜周期長，軌道低則晝夜周期短。

　　載人航天器飛行軌道一般是近地軌道，繞地飛行一周大約90分鐘，24小時內有16個晝夜變化。航天員長期習慣于地球上的晝夜周期，對這種短暫的晝夜變化很不習慣，可出現睡眠不好，易醒、易疲勞，工作效率降低等。航天醫學工作者將航天員的作息制度按24小時為一個晝夜周期安排，基本上與地球晝夜周期同步。