1、1航空航天生理学教案首页第 15 次课 授课时间 2009-03-19 教案完成时间：2009-03-9课程名称航空航天生理学年 级 2005 年级 专业、层次 空军临床医学专业、5 年制本科教员姓名 马进专业技术职 务教授（资格）授课方式（大、小班）大班 学 时 2授 课 题 目 （ 章 、 节 ）第七章 温度负荷及其防护 第三节 航空航天温度负荷的来源 第四节 温度环境对人体的影响基 本 教 材 或 主 要 参 考 书 余志斌主编 普通高等教育卫生部“十一五”规划教材航空航天生理学教学目的与要求：目的：1了解航空航天活动中温度负荷的来源，掌握温度负荷的特点2掌握高温的生理影响与热习服3掌握
2、低温生理影响，了解冷习服重点：航空航天活动温度负荷的特点，温度环境对工作能力与飞行能力的影响大体内容与时间安排，教学方法：方法：课堂讲解、教学幻灯、板书时间安排第一节课：第三节 航空航天温度负荷的来源第二节课：第四节 温度环境对人体的影响 总结复习：5min教研室审阅意见：（教学组长签名）年 月 日（教研室主任签名）年 月 日2基本内容辅助手段和时间分配第三节 航空航天温度负荷的来源事例引出温度负荷来源航空中产生温度负荷的原因有三个方面：人 机 环境（一）环境因素：由于飞行员大部分时间在地面活动，受地区性气候的直接影响，所以，首先来讲气候。1、气候大家知道，气候是指长期的天气现象，它受到纬度、
3、水陆分布和地面状况的影响。我们在地图上看一下这三个因素的情况。纬度：首先看这张世界地图，这是赤道，纬度线，南极，北极，根据纬度线，可将地球表面分为北寒带，北温带，热带，南温带，南寒带。气温随着纬度的增加而降低。赤道附近的年平均气温为 32.8，南北极附近的年平均气温为-34.8，相差 60 多。我们国家大部分地区地处北温带，幅员辽阔，纬度跨度约为 50，因此，具有多种温度带，冬季南北温差很大（广州和哈尔滨可差 50左右） ，夏季则普遍高温，气温的年温差和日温差均高于同纬度的平均值。水陆分布：地球表面，海洋占 71%，陆地占 29%，因此可以说是海洋包绕陆地，而不是陆地分隔海洋，这种状况对气候的
4、影响是很大的。因为水高比热，又可迅速通过传导、对流及蒸发散热，因此吸收同样的热量，水整体结构采用板书显示内容全部采用 PowerPoint 幻灯部分需强调处板书第一节课开始010min3温升高的程度很低，例如，世界上热带海洋最高水温28.9，而陆地上的气温可达到 50。我国位于世界最大的亚欧大陆东侧，又面临世界最大的海洋太平洋，因此形成了我国典型的季风气候，即冬季有从蒙古高原和西伯利亚一带高气压中心吹向海洋的偏北风，而夏季有从太平洋等高气压中心吹向大陆的偏南风。因为我国经度跨度约为 60，距海的远近不等,致使各地在气温和降水上差别较大.地面状况：我国地势西高东低，地形复杂多样，植被分布不一，更
5、加重了气候的多样性和复杂性。吐鲁番盆地由于气候受这三种因素的影响，造成我国多种多样的气候类型，因此，在远距离跨气候区飞行时，其起飞和着陆时的地面温度条件可能有很大的改变，如从热带到最冷的极地。我们来看一下我国各地区的气候特点。长江以南广大地区：属于热带、亚热带，受海洋性气流的影响。气温高，湿度大，太阳辐射强，炎热季节长。华北、东北地区：纬度高，主要是“冷” 。气温低，寒期长（一年可达 46 个月） ，寒潮多（起源于北冰洋，经西伯利亚吹入，寒潮过去常有霜冻） 。中部地区：典型的温带气候，四季分明。西北、内蒙：大陆性气候，干燥，夏热冬寒。西南高原地区：气温多变， “一日四季” 。2、气温在垂直方向
6、上的变化气温在垂直方向上的变化规律 可提问对流层：高度每升高 100 米，气温降低 0.65，在 11000 米高度，气温为-56.5。等温层：气温恒定在此温度。811km 是军用飞机巡航活动的范围，14高空低温是航空中的主要冷源。当坐舱空调失灵、舱盖失落、弹射离机自由降落阶段受寒潮的袭击。逆温层：3050km 附近，由于 O3 的生成和破坏，50km 可达到35。高速飞行的飞机在短期内即可经历剧烈的环境温度变化。如军用飞机从地面温度 40的机场起飞，仅数分钟就可到达-56.5的平流层低气温环境；而从高空飞行突然改做低空大速度飞行时，其内部温度又可出现高温条件。为什么低层大气，随着高度的上升，
7、气温反而会不断的降低？大气温度的的主要来源太阳辐射是大气温度的主要来源，但太阳辐射对大气的直接加温作用很小，气温主要靠间接加温的方式得到。太阳辐射中：43%由于大气反射和散射作用，返回宇宙空间，改变了太阳辐射的方向。14%被大气中 H2O、CO 2、O 2、O 3 所吸收，对大气进行直接加热，但气温仅升高 0.0150.02。43%投射到地面，先被地物吸收转化为热能，以后再通过辐射、传导和对流形式，对低层大气进行加温（主要形式辐射） ，所以气温随高度升高而降低。（二）飞行器因素：气动力加热（Kinetic Heating)飞机在飞行中，飞机蒙皮与空气摩擦产生热，以及飞机前沿的空气受到压缩，使压
8、力和温度升高，致使飞机受热。飞机蒙皮温度是空气密度和飞行速度的函数。例证：飞机以2数飞行时，飞机表面的温度可达到摄氏118。1020min15宇宙飞船和航天飞机，由太空以极大的速度（10数）返回大气层时，其温升量可达摄上千度以上，就像一个火球似的落向大地。因此要求航天飞机和飞船的外壳要有防护层，耐高温，如使用防热陶瓷瓦和在防热罩外涂石墨等方法。温室效应（Greenhouse Effect）太阳电磁波谱中的可见光、短波红外线都可以通过玻璃进入坐舱，而使舱内温度升高，舱内各部件温度上升后发射出的长波红外线则不能穿透玻璃，即产生“温室效应” 。波长范围 0.440um。辐射源：温度 500以上产生短
9、波红外线，可见光和紫外线；在500以下产生长波红外线。目前由于现代军用飞机要求全方位的视线，对于减少太阳辐射加热的希望很小，国外现在在考虑使用过滤层，例如用 gold film。电子及电器设备产生的热 (electrical heat) 现代高性能飞机所装备的航空电子及电器设备数量大增，其工作时亦产生大量的热，这也是造成舱内温度升高的不可忽视的一个因素。若一名飞行人员的代谢产热量为 150 W，则现代飞机舱内的电子和电器设备产生的热量约为其 8 倍左右。座舱环境控制系统 飞机或飞船座舱空调系统(air conditioning system)的容量及效率在较极端的温度环境中不能满足要求，以及空
10、调系统失灵，各种原因导致座舱失去密封或失去温度防护等都可能使舱内温度异常。其它 如由于热气管道在附近通过或电子器件加热，使舱内局部材料过热而致的接触性热损伤；多座军用飞机因使用多座火箭弹射救生系统而致的火焰烧伤问题等。值得注意的是，由于现代航空航天飞行器大量使用射频设备作为通讯、搜寻器材甚至武器装备等，射频电磁场可能对人体产生直接的加热作用，此外极强的射频电磁场还可能在人体与地面间形成电流加热人体，故在今后2025min1工作中，应对射频致热（radiofrequency heating）给予适当关注。（三）飞行人员因素 （一）代谢产热 飞行人员及其他乘员的代谢产热也是机舱内的“热源”之一。成
11、年人体本身代谢产热在静息状态时大约为 60 W，而在平飞状态下，飞行人员的产热量约为 80 W，略高于从事伏案工作的人。但在低空高速飞行时，由于活动剧烈，产热量可增加 23 倍，达 120180 W。此外，飞行人员在飞行前穿戴个体防护装备时、检查飞行器及步行时都会产生更多的代谢热。（二）飞行人员个体防护装备 飞行人员在执行任务时，常需根据任务性质穿着个人防护装备，如高空代偿服、抗荷裤、防化服、抗浸服及救生衣等，这些装备采用的材料通常都具有绝热性高、透水性与透气性差的特点，因此穿着后妨碍对流热交换与蒸发散热，影响人体热平衡。图 7-10 是一实验结果实例，显示温暖气候条件下，进行中等强度体力活动
12、时穿着轻薄透气衣物与厚重保暖衣物对核心温度的影响。温度负荷的特点小结：1、温度环境变化剧烈近代飞机具有“快、高、远”的特点，在短时间内可经历很大的温度环境变化。2、高温负荷是突出的问题高温与低温比较，高温是主要的、突出的问题，航空中的高温负荷已前述，在军事航空中：空调系统不能满足人体舒适度的要求空调系统过大时飞机重量增加，有效容积减少，导致战术技术性能降低，所以，采取“热坐舱设计” ，飞行人员要承受一定的热负荷。2530min1个人防护装备的大量使用使热阻大、气阻大导致衣下高温、高湿的微小气候，使热负荷加剧。3、在航空救生中，对寒冷的防护居重要地位在正常的飞行过程中，低温负荷较为少见；在航空救
13、生中，低温负荷居重要地位，如紧急情况下离机跳伞要遭受高空低温和气流吹袭，以及着陆着水后的寒冷问题，尤其是冷水浸泡。妥善解决寒冷防护问题决定着最终被营救的可能性。人在接近冰水中浸泡，未着特殊服装，只能存活几分钟。人在 2027的气温下生活，相当舒服，但美国海岸警卫队规定水温 21为“冷水” ；人在 35气温下生活，有很大热负荷，人体浸泡在 35水中都难以维持热平衡；遇险船只淹死的人中,大多数是冻死的。第四节 温度环境对人体的影响一、高温的生理影响影响（一）发汗与水盐代谢热暴露时，汗腺活动增强，出汗量的多少取决于热强度和劳动强度。一个工作日 6 升出汗量可以作为生理的最高限值，即一般人在生理范围内
14、都能达到这样的水平。大量出汗，造成水盐丢失，机体脱水。由于汗液为低渗，大量出汗，丢失的水分盐分，引起1、 高渗性脱水2、 低渗性脱水大量出汗，伴有盐分丧失，有人假定，汗液中盐的浓度为0.37%，当出汗量达 4000ml 时，丢失盐量=4000 0.375=15g，相当于正常人一天的需要量。3040min1尤其在大量出汗后大量饮水而不补充盐分，使 ADH 分泌减少，尿量增加，带走盐分导致低渗性脱水。细胞内液增加导致细胞肿胀。脱水严重，引起热衰竭临床上把热衰竭分为两型：缺水性热衰竭，缺钠性热衰竭。口渴机制不足以反映机体缺水状况。（二）循环系统循环系统在体温调节中起重要作用。炎热条件下的汗腺活动，皮
15、肤血管的扩张，体内热量的传递等都依赖于循环系统。1、血流量重新分配 皮肤血流量增加人体皮肤血流量在不同温度下，差别很大。冷时数百 ml/min，热时数千 ml/min。有实验证明，在热暴露时，当口腔温度上升到 38是时，CO 的75%流经皮肤，最高皮肤血流量可达 7.8L/min。皮肤扩张的机理a） 汗腺活动缓激肽较强的舒血管作用b） 皮肤血管神经性被动扩张身体大部分皮肤内，仅有交感神经支配，无副交感神经。高温条件下，交感神经兴奋性降低，引起血管被动扩张。 内脏器官血流量大幅度减少肾脏血流量正常时为 CO 的一半，热暴露时减少一半。肝脏、胃减少 30%40%。肌肉血流量安静时保持不变（47ml
16、/100g 组织/min ）即使皮温升高到 40，仍不变。活动时血流量上升，其增加量与活动水平直接相关。高温下活动皮肤血流量肌肉血流量竞争 加重循环负担迫使皮肤血流量肌肉血流量散热体温局部缺血，活动强度受限1因此，在高温下为了保持体温稳定，只能把体力活动维持在轻、中度水平。2、CO、SV 和 HR 的变化高温作用下，大脑皮层兴奋，交感神经兴奋而副交感神经相对抑制，肾上腺素、去甲肾上腺素、多巴胺等儿茶酚胺类物质大量释放，导致：HR 变化：在舒适条件下，心率最低；气温升高，心率升高；严重热暴露，心率可达 160 次/分。心率可以作为评价高温负荷时心血管系统紧张度的重要指标。SV 基本不变或略有降低
17、，这是因为外周血管扩张，回心血量减少。CO 在热暴露时增加 50%70%，增加幅度与环境热强度、暴露时间有关，也有人报道可增加数倍。44，RH80% ，60min 暴露，CO 有原来的 5L/min 升高至 20.5L/min由于大量出汗，外周血管扩张使血压略有下降。（三）消化系统热负荷时，交感肾上腺髓质兴奋，迷走副交感系统相对抑制。表现：消化液分泌减少，胃酸分泌减少，胃的蠕动减弱，排空时间延长，唾液分泌量减少，消化道相对贫血。有统计表明，高温作业的工人，消化道慢性疾病常高达 22.4%。第二节课开始015min1（四）呼吸系统过度通气低碳酸血症（五）神经系统在高温影响下，表现嗜睡、注意力不易
18、集中，反应速度慢，错误率增加，灵敏性下降。（六）泌尿系统出汗，水分大量排出尿量减少，尿液浓缩肾脏负荷加重肾血流减少、失水失盐肾缺氧导致肾功能衰竭（七）对工作能力影响体力、智力与技巧作业能力（八）降低缺氧耐力缺氧耐力下降，对于健康的飞行员，在 4000 米坐舱高度，不戴面罩，通常不会引起意识丧失，但在实际飞行中由于坐舱高温和缺氧的联合作用，发生晕厥。甚至在戴供氧面罩时，由于额部和睑部流汗，从而使供氧面罩滑动移位时发生晕厥。（九）加速度耐力下降加速度耐力下降是有效血容量减少引起的，其降低程度与失水量成一定比例。在高温负荷条件下，战斗机的飞行事故和事故征候增多。拒有关部门统计，战斗机坠机事故在炎热季节最多，而且南方多于北方。拒飞行部队统计，某年进入夏季后 14 起飞行事故和事故征候中，有 8 起与坐舱高温有关。1520min
