[科普中国]-低压舱

简介

氧是维持机体生命活动所需要的物质。如组织得不到正常的氧气供应，或者不能充分利用氧来进行代谢活动，则可引起一系列生理及病理改变，称缺氧。低氧是指机体生命活动所需要的氧不能得到充足的供给。当今，低氧与健康研究受到我国生物学和医学界的关注。低压舱是在地面模拟低气压和缺氧等高空环境的地面实验设备，它主要用于飞行员、航天员的选拔、高空生理训练、健康检查鉴定、航空航天医学体验、基础研究与医学治疗等。随着科技的进步和研究的深入，人们更加注重“天上问题陆地解决，高原问题平原研究，战时需要平时准备”1。

低气压缺氧环境对人体的影响关于缺氧对认知、感觉、生理及心理等影响的文献已有很多，缺氧最早出现的生理变化是呼吸、循环和脑功能的改变，而最早出现的缺氧反应是神经症状，如头痛、头昏、恶心、呕吐、嗜睡或睡眠不良等，这些症状的出现可以认为是脑功能改变的结果。

航空活动中，现代飞机如座舱发生破损，舱内乘员会直接暴露于低气压之下，轻者构成事故征候，重者可能造成飞行事故。载人航天中，航天员出舱活动前处于座舱阶梯减压或舱外活动中处于航天服低压条件时，也可能发生低气压物理性影响。航空航天中低气压的物理性影响主要是高空胃肠胀气、高空减压病、体液沸腾、迅速减压—肺损伤、中耳及鼻窦的气压性损伤。在现代航空中，虽然已有各种类型的密封座舱及性能良好的供氧装备，但据国内、外事故调查资料，因急性高空缺氧所致航空事故征候仍占有相当比例。

在高原缺氧的刺激下，长期居住在青藏高原的人群在机体缺氧适应过程中常发生相应的病理生理变化，包括高原性心脏病、高原红细胞增多症及血压异常等。

低压舱技术及其原理低压舱是人工模拟低气压和缺氧等高空环境的地面设备。

1.低压舱的由来

人类从热气球升空，到高空飞行，再到太空行走，共同的特点是离地面越来越远。众所周知，随着海拔升高，大气压力不断降低，氧分压逐渐减小，温度逐步下降。20000m 高空大气压力是地面的5.4%， 氧分压为地面的42%，温度低于地面70°以上。这种低气压、缺氧、寒冷的环境对人的生理功能和工作能力产生严重的影响。18世纪末期，随着航空医学的萌芽，低压舱横空出世，进入了人们的视野。

2.低压舱的构成

经过了200多年的发展，各种低压舱应运而生。它由舱体、抽气系统、控制系统、供氧系统、连接管道、照明及通讯等组成。

3.低压舱的工作原理

低压舱是通过调节抽气量与进气量的比例来实施上升与下降的。上升时抽气量大于进气量，停留时抽气量等于进气量，下降时抽气量小于进气量。原则是在模拟不同低气压条件的同时，保证舱内充分的通气量。

4.国内新研制的低压舱

国内新舱群采用符合国际标准的西门子PROFIBUS 现场总线数字化网络技术，实现一根屏蔽双绞线对舱群各主、副舱间的智能控制和O2、CO2等成分检测，安装了对设备状态、故障诊断、通讯、供电和现场等进行实时监控的系统2。

低压舱的应用低压舱的用途较多，主要用于航空航天、基础研究、医学治疗、体育训练和高原适应等领域。

1.航空航天中的应用

（1）飞行员、航天员的选拔

研究表明，人的高空耐力是有个体差异的。少部分人在1800m 高度、部分人在3000m 高度就可能出现胸闷、气喘、头痛、头晕、恶心、呕吐等不良反应（高原反应）。选拔飞行员、航天员，一般用低压舱上升至5000m 高度，就能排除低气压敏感者、缺氧敏感者和耳气压功能不良者。

（2）飞行员、航天员的训练

高空缺氧直接影响飞行员、航天员的协调动作和脑力功能，严重缺氧会引起意识障碍，导致飞行事故。飞行员、航天员的高空生理训练包括缺氧耐力训练、加压供氧训练和迅速减压训练。按空军航空医学研究所制定的《低压舱高空生理训练方案》， 低氧混合仪训练方法按航空生理训练的常规缺氧训练方法，对2组受训飞行员共232人模拟高度为7500m 进行缺氧训练效果的比较观察，发现倒写错误，字迹混乱代表缺氧影响到大脑功能，可能发生意识障碍。

（3）飞行员、航天员的健康检查鉴定

健康检查鉴定是判断飞行员、航天员身体状况能否适应飞行训练和驾机战斗的重要依据。在航空和航天活动中，座舱及压力服内的气体压力波动可能会引起人体出现耳胀、耳痛、听力障碍等，严重可引起耳鼓膜穿孔。低压舱良好地模拟了飞行实际，可进行飞行人员的耳气压机能检查、评定等，为飞行人员停飞、放飞提供科学依据。

（4）航空航天医学体验

低压舱是航空航天医学模拟实验设备，在航空航天医学的教学上具有重要意义。只有让航医真正体验低气压缺氧的感觉，深刻了解飞行中可能出现的各种生理变化，才能胜任航医工作，才能更好地服务于飞行员、航天员。

2.基础研究

（1）航空航天

四医大航医人通过大量的人体实验，研究制定了低压舱上升方案；用低压舱进行高空减压病易感性筛选实验；低压舱作为国家重大科技专项平台的重要组成部分，还用于疲劳和过度疲劳的研究；“单兵高原增氧呼吸器”，在低压舱内行增氧效果的前期研究和实验验证；急性低氧暴露对飞行基本能力要素影响的系列研究等。

（2）心理学

利用低压舱模拟3600、4400m高度缺氧暴

露1h，5000m高度缺氧暴露30min，考察16名健康男性青年的注意广度和黑红数字测验综合绩效的变化。杜建英等利用低压舱模拟2800、3600、4400 m 高度缺氧暴露1 h，考察18名健康男性青年的记忆长廊、记忆扫描、连续识别记忆和空间记忆测验绩效的变化。应用低压舱仿海拔8 000 m 高空缺氧模型，采用免疫组织化学并结合图像分析等技术， 应用人参银杏复方制剂对缺氧复氧后大鼠学习记忆障碍作用的研究。

（3）工效学

国内也有部分学者对缺氧工效进行了研究，但侧重于生理和心理。采用已往手动作业工效研究工作中筛选出的5种具有工效优势的手动作业测试项目（插钉板、拧螺母、形状感知、握力和主观感觉），较为全面地探讨常见的急性轻、中度低压缺氧对手动作业工效的影响。利用低压舱模拟高空缺氧环境，设计4项目和1种主观感觉项目（问卷），观察9名被试者在5种模拟高度（3500、4000、4500、5000、5500 m）缺氧暴露（25±5）min，结果5 种模拟高度均显著降低（P