Аэрокосмическая физиология - это изучение воздействия на организм большой высоты, например, различного давления и уровня кислорода. На разной высоте организм может реагировать по-разному, вызывая больший сердечный выброс и производя больше эритроцитов . Эти изменения вызывают большие потери энергии в организме, вызывая мышечную усталость, но это зависит от уровня высоты.
Влияние высоты
Физика, которая влияет на тело в небе или в космосе, отличается от земной. Например, атмосферное давление на разных высотах разное. На уровне моря барометрическое давление составляет 760 мм рт. на высоте 3,048 м над уровнем моря барометрическое давление составляет 523 мм рт. ст., а на высоте 15,240 м барометрическое давление составляет 87 мм рт. По мере снижения барометрического давления снижается и парциальное давление атмосферы . Это давление всегда ниже 20% от общего барометрического давления. На уровне моря альвеолярное парциальное давление кислорода составляет 104 мм рт. Ст., Достигая 6000 метров над уровнем моря. Это давление снизится до 40 мм рт. Ст. У не акклиматизированного человека, но у акклиматизированного человека оно упадет на 52 мм рт. Ст. Это связано с тем, что у акклиматизированного человека альвеолярная вентиляция усиливается. [1] Авиационная физиология также может включать воздействие на людей и животных, подвергающихся длительному воздействию в герметичных кабинах [2]
Другая основная проблема, связанная с высотой, - это гипоксия, вызванная как отсутствием атмосферного давления, так и уменьшением количества кислорода по мере того, как тело поднимается. [3] При воздействии на больших высотах парциальное давление альвеолярного углекислого газа (PCO 2 ) снижается с 40 мм рт. Ст. (На уровне моря) до более низких уровней. Когда человек акклиматизируется к уровню моря, вентиляция увеличивается примерно в пять раз, а парциальное давление углекислого газа снижается до 6 мм рт. На высоте 3040 метров артериальное насыщение кислородом повышается до 90%, но на этой высоте артериальное насыщение кислородом быстро снижается до 70% (6000 м) и еще больше уменьшается на больших высотах. [4]
перегрузки
Перегрузочные силы в основном ощущаются телом во время полета, особенно полета на высоких скоростях и космических путешествий. Сюда входят положительная перегрузочная сила, отрицательная перегрузочная сила и нулевая перегрузочная сила, вызванные простым ускорением, замедлением и центростремительным ускорением. Когда самолет поворачивает, центростремительное ускорение определяется как ƒ = mv2 / r. Это указывает на то, что при увеличении скорости центростремительная сила ускорения также увеличивается пропорционально квадрату скорости. [5]
Когда на летчика при ускорении действует положительная перегрузочная сила, кровь перемещается в нижнюю часть тела, а это означает, что если перегрузочная сила повышается, все кровяное давление в венах возрастает. Это означает, что меньшее количество крови достигает сердца, что влияет на его способность функционировать с пониженным кровообращением. [6]
Последствия отрицательной перегрузки могут быть более опасными, вызывая гиперемию, а также психотические эпизоды. В космосе силы G почти равны нулю, что называется микрогравитацией, что означает, что человек плавает внутри судна. Это происходит потому, что гравитация действует на космический корабль и на тело одинаково, оба тянутся с одинаковыми ускоряющими силами и в одном и том же направлении. [7]
Гипоксия (медицинская)
Общие эффекты
Гипоксия возникает, когда кровотоку не хватает кислорода. В аэрокосмической среде это происходит из-за недостатка кислорода или его отсутствия. Снижается работоспособность тела, уменьшаются движения всех мышц (скелетных и сердечных мышц). Снижение работоспособности связано с уменьшением скорости транспортировки кислорода. [8] Некоторые острые эффекты гипоксии включают головокружение, вялость, умственную усталость, мышечную усталость и эйфорию. Эти эффекты повлияют на не акклиматизированного человека, начиная с высоты 3650 метров над уровнем моря. Эти эффекты будут усиливаться и могут привести к судорогам или судорогам на высоте 5500 метров и закончатся на высоте 7000 метров комой. [8]
Альпинистская болезнь
Одним из типов синдрома, связанного с гипоксией, является альпинистская болезнь . У неакклиматизированного человека, который остается в течение значительного количества времени на большой высоте, могут развиться высокие эритроциты и гематокрит . Легочное артериальное давление повысится, даже если человек акклиматизирован, что приведет к расширению правой части сердца. Периферическое артериальное давление снижается, что приводит к застойной сердечной недостаточности и смерти при длительном воздействии. [9] Эти эффекты вызваны уменьшением количества эритроцитов, что приводит к значительному увеличению вязкости крови. Это вызывает уменьшение кровотока в тканях, поэтому распределение кислорода уменьшается. Вазоконстрикции легочных артериол обусловлена гипоксией в правой части сердца. Спазмы артериол включают большую часть кровотока через легочные сосуды, вызывая короткое замыкание в кровотоке, что приводит к уменьшению количества кислорода в крови. Человек выздоровеет, если ему введут кислород или переведут на небольшую высоту. [10]
Болезни альпинизма и отек легких чаще всего встречаются у тех, кто быстро поднимается на большую высоту. Заболевание начинается от нескольких часов до двух-трех дней после восхождения на большую высоту. Существуют два случая: острый отек мозга и острый отек легких. Первая вызвана расширением сосудов головного мозга, вызванным гипоксией; второй вызван сужением сосудов легочных артериол, вызванным гипоксией. [9]
Адаптация к среде с низким содержанием кислорода
Гипоксия - главный стимул, увеличивающий количество эритроцитов, повышающий гематокрит с 40 до 60%, с увеличением концентрации гемоглобина в крови с 15 г / дл до 20–21 г / дл. Также объем крови увеличивается на 20%, вызывая увеличение телесного гемоглобина на 15% и более. [3] Человек, который остается на некоторое время на больших высотах, акклиматизируется, оказывая меньшее воздействие на человеческий организм. [3] Существует несколько механизмов, которые помогают с акклиматизацией, а именно: усиление вентиляции легких, повышение уровня эритроцитов, увеличение диффузионной способности легких и увеличение васкуляризации периферических тканей. [11]
Артериальные химические рецепторы стимулируются воздействием низкого парциального давления и, следовательно, увеличивают альвеолярную вентиляцию максимум в 1,65 раза. Практически сразу же компенсация за большую высоту начинается с увеличения легочной вентиляции, устраняющей большое количество CO 2 . Парциальное давление углекислого газа снижается, а pH телесных жидкостей повышается. Эти действия угнетают дыхательный центр энцефального ствола, но позже это торможение исчезает, и дыхательный центр реагирует на стимуляцию периферических химических рецепторов из-за гипоксии, увеличивая вентиляцию до шести раз. [12]
Сердечный выброс увеличивается до 30% после того, как человек поднимается на большую высоту, но он снизится до нормального уровня в зависимости от повышения гематокрита. Количество кислорода, поступающего в периферические ткани, относительно нормальное. Также появляется заболевание под названием «ангиогения». [13]
Почки реагируют на низкое парциальное давление углекислого газа уменьшением секреции ионов водорода и увеличением выведения бикарбоната . Этот респираторный алкалоз снижает концентрацию HCO3 и возвращает pH плазмы к нормальному уровню. Дыхательный центр реагирует на стимуляцию периферических химических рецепторов, вызванную гипоксией, после того, как почки восстановили алкалоз. [14]
Рекомендации
- ^ GUYTON, AC, HALL, JE "Tratado De Fisiologia Médica" 10. Изд. Rj. Эльзевьер Сондерс: 2011; 527
- ^ GUYTON, AC, HALL, JE "Tratado De Fisiologia Médica" 10. Изд. Rj. Эльзевьер Сондерс: 2011; 527
- ^ a b c Гайтон, AC, HALL, JE "Tratado De Fisiologia Médica" 10. Изд. Rj. Эльзевьер Сондерс: 2011; 528
- ^ GUYTON, AC, HALL, JE "Tratado De Fisiologia Médica" 10. Изд. Rj. Эльзевьер Сондерс: 2011; 528
- ^ GUYTON, AC, HALL, JE "Tratado De Fisiologia Médica" 10. Изд. Rj. Эльзевьер Сондерс: 2011; 531
- ^ БОРОН, Уолтер. И другие. «Медицинская физиология» 3-е изд. España. Эльзевьер Сондерс: 2012; 220
- ^ БОРОН, Уолтер. И другие. Медицинская физиология 3-е изд. España. Эльзевьер Сондерс: 2012; 224
- ^ a b BEST & TAYLOR. Bases fisiológicas de la práctica médica. 11 изд. España. Эльсервье Сондерс: 2006; 230
- ^ a b BEST & TAYLOR. Bases fisiológicas de la práctica médica. 11 изд. España. Эльсервье Сондерс: 2006; 228
- ^ ДУГЛАС, CR Tratado De Fisiologia Aplicada As Ciencias Da Saude. 5-е изд. Sp. Роба Эд Белман Эд. Imp. Exp. 2002 г.
- ^ БОРОН, Уолтер. И другие. Медицинская физиология 3-е изд. España. Эльзевьер Сондерс: 2012; 221
- ^ БОРОН, Уолтер. И другие. Медицинская физиология 3-е изд. España. Эльзевьер Сондерс: 2012; 223
- ^ GUYTON, AC, HALL, JE "Tratado De Fisiologia Médica" 10. Изд. Rj. Эльзевьер Сондерс: 2011; 530
- ^ GUYTON, AC, HALL, JE "Tratado De Fisiologia Médica" 10. Изд. Rj. Эльзевьер Сондерс: 2011; 532
Внешние ссылки
- Программы обучения летчиков: подготовка по аэрокосмической физиологии
- FAA: видео о здоровье и безопасности летных экипажей