低壓艙是人工模擬低氣壓和缺氧等高空環境的地面設備。低壓艙的用途較多，主要用於航空航天、基礎研究、醫學治療、體育訓練和高原適應等領域。不完全密閉的小室，依靠抽氣裝置造成艙內的低壓缺氧狀態，並可按照需要調節至幾千米或萬米以上的模擬“高空”氣壓。登山運動員通過在低壓艙的耽留時間，可測試出其對缺氧的耐力，並由此測出運動員的登高能力。在一般情況下，也可利用低壓艙作為鍛鍊缺氧耐力的手段。
基本介紹
- 中文名：低壓艙
- 外文名：Low pressure tank
- 學科：機械工程
- 領域：機械設備
- 套用：航空航天、基礎研究、醫學治療等
- 釋義：模擬低氣壓缺氧等高空環境的設備
簡介,低氣壓缺氧環境對人體的影響,低壓艙技術及其原理,低壓艙的套用,前景展望,
簡介
氧是維持機體生命活動所需要的物質。如組織得不到正常的氧氣供應，或者不能充分利用氧來進行代謝活動，則可引起一系列生理及病理改變，稱缺氧。低氧是指機體生命活動所需要的氧不能得到充足的供給。當今，低氧與健康研究受到我國生物學和醫學界的關注。低壓艙是在地面模擬低氣壓和缺氧等高空環境的地面實驗設備，它主要用於飛行員、航天員的選拔、高空生理訓練、健康檢查鑑定、航空航天醫學體驗、基礎研究與醫學治療等。隨著科技的進步和研究的深入，人們更加注重“天上問題陸地解決，高原問題平原研究，戰時需要平時準備”。
低氣壓缺氧環境對人體的影響
關於缺氧對認知、感覺、生理及心理等影響的文獻已有很多，缺氧最早出現的生理變化是呼吸、循環和腦功能的改變，而最早出現的缺氧反應是神經症狀，如頭痛、頭昏、噁心、嘔吐、嗜睡或睡眠不良等，這些症狀的出現可以認為是腦功能改變的結果。
航空活動中，現代飛機如座艙發生破損，艙內乘員會直接暴露於低氣壓之下，輕者構成事故徵候，重者可能造成飛行事故。載人航天中，航天員出艙活動前處於座艙階梯減壓或艙外活動中處於航天服低壓條件時，也可能發生低氣壓物理性影響。航空航天中低氣壓的物理性影響主要是高空胃腸脹氣、高空減壓病、體液沸騰、迅速減壓—肺損傷、中耳及鼻竇的氣壓性損傷。在現代航空中，雖然已有各種類型的密封座艙及性能良好的供氧裝備，但據國內、外事故調查資料，因急性高空缺氧所致航空事故徵候仍占有相當比例。
在高原缺氧的刺激下，長期居住在青藏高原的人群在機體缺氧適應過程中常發生相應的病理生理變化，包括高原性心臟病、高原紅細胞增多症及血壓異常等。
低壓艙技術及其原理
低壓艙是人工模擬低氣壓和缺氧等高空環境的地面設備。
1.低壓艙的由來
人類從熱氣球升空，到高空飛行，再到太空行走，共同的特點是離地面越來越遠。眾所周知，隨著海拔升高，大氣壓力不斷降低，氧分壓逐漸減小，溫度逐步下降。20000m 高空大氣壓力是地面的5.4%， 氧分壓為地面的42%，溫度低於地面70°以上。這種低氣壓、缺氧、寒冷的環境對人的生理功能和工作能力產生嚴重的影響。18世紀末期，隨著航空醫學的萌芽，低壓艙橫空出世，進入了人們的視野。
2.低壓艙的構成
經過了200多年的發展，各種低壓艙應運而生。它由艙體、抽氣系統、控制系統、供氧系統、連線管道、照明及通訊等組成。
3.低壓艙的工作原理
低壓艙是通過調節抽氣量與進氣量的比例來實施上升與下降的。上升時抽氣量大於進氣量，停留時抽氣量等於進氣量，下降時抽氣量小於進氣量。原則是在模擬不同低氣壓條件的同時，保證艙內充分的通氣量。
4.國內新研製的低壓艙
國內新艙群採用符合國際標準的西門子PROFIBUS 現場匯流排數位化網路技術，實現一根禁止雙絞線對艙群各主、副艙間的智慧型控制和O2、CO2等成分檢測，安裝了對設備狀態、故障診斷、通訊、供電和現場等進行實時監控的系統。
低壓艙的套用
低壓艙的用途較多，主要用於航空航天、基礎研究、醫學治療、體育訓練和高原適應等領域。
1.航空航天中的套用
（1）飛行員、航天員的選拔
研究表明，人的高空耐力是有個體差異的。少部分人在1800m 高度、部分人在3000m 高度就可能出現胸悶、氣喘、頭痛、頭暈、噁心、嘔吐等不良反應（高原反應）。選拔飛行員、航天員，一般用低壓艙上升至5000m 高度，就能排除低氣壓敏感者、缺氧敏感者和耳氣壓功能不良者。
（2）飛行員、航天員的訓練
高空缺氧直接影響飛行員、航天員的協調動作和腦力功能，嚴重缺氧會引起意識障礙，導致飛行事故。飛行員、航天員的高空生理訓練包括缺氧耐力訓練、加壓供氧訓練和迅速減壓訓練。按空軍航空醫學研究所制定的《低壓艙高空生理訓練方案》， 低氧混合儀訓練方法按航空生理訓練的常規缺氧訓練方法，對2組受訓飛行員共232人模擬高度為7500m 進行缺氧訓練效果的比較觀察，發現倒寫錯誤，字跡混亂代表缺氧影響到大腦功能，可能發生意識障礙。
（3）飛行員、航天員的健康檢查鑑定
健康檢查鑑定是判斷飛行員、航天員身體狀況能否適應飛行訓練和駕機戰鬥的重要依據。在航空和航天活動中，座艙及壓力服內的氣體壓力波動可能會引起人體出現耳脹、耳痛、聽力障礙等，嚴重可引起耳鼓膜穿孔。低壓艙良好地模擬了飛行實際，可進行飛行人員的耳氣壓機能檢查、評定等，為飛行人員停飛、放飛提供科學依據。
（4）航空航天醫學體驗
低壓艙是航空航天醫學模擬實驗設備，在航空航天醫學的教學上具有重要意義。只有讓航醫真正體驗低氣壓缺氧的感覺，深刻了解飛行中可能出現的各種生理變化，才能勝任航醫工作，才能更好地服務于飛行員、航天員。
2.基礎研究
（1）航空航天
四醫大航醫人通過大量的人體實驗，研究制定了低壓艙上升方案；用低壓艙進行高空減壓病易感性篩選實驗；低壓艙作為國家重大科技專項平台的重要組成部分，還用於疲勞和過度疲勞的研究；“單兵高原增氧呼吸器”，在低壓艙內行增氧效果的前期研究和實驗驗證；急性低氧暴露對飛行基本能力要素影響的系列研究等。
（2）心理學
利用低壓艙模擬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廣度和黑紅數字測驗綜合績效的變化。杜建英等利用低壓艙模擬2800、3600、4400 m 高度缺氧暴露1 h，考察18名健康男性青年的記憶長廊、記憶掃描、連續識別記憶和空間記憶測驗績效的變化。套用低壓艙仿海拔8 000 m 高空缺氧模型，採用免疫組織化學並結合圖像分析等技術， 套用人參銀杏複方製劑對缺氧復氧後大鼠學習記憶障礙作用的研究。
（3）工效學
國內也有部分學者對缺氧工效進行了研究，但側重於生理和心理。採用已往手動作業工效研究工作中篩選出的5種具有工效優勢的手動作業測試項目（插釘板、擰螺母、形狀感知、握力和主觀感覺），較為全面地探討常見的急性輕、中度低壓缺氧對手動作業工效的影響。利用低壓艙模擬高空缺氧環境，設計4項目和1種主觀感覺項目（問卷），觀察9名被試者在5種模擬高度（3500、4000、4500、5000、5500 m）缺氧暴露（25±5）min，結果5 種模擬高度均顯著降低（P<0.01），在5000、5500m高度缺氧反應進一步加劇（P<0.001）。
3.醫學領域
世界上許多國家已利用低壓艙模擬高山作氣候治療、康復，收到了較好的效果。俄羅斯在低壓缺氧治療方案、治療適應證、禁忌證等研究比較深入。
（1）支氣管哮喘
使哮喘患兒每天早8∶00進入低壓艙中，以3m/s的速度進行減壓，達到相當海拔2500m高度，維持2h，然後再逐漸升壓恢復到正常狀態，患兒即可出低壓艙。一個治療過程為10 d，其臨床症狀和肺功能改善。
（2）術前耐受性訓練
低壓缺氧環境可以校正患者的情緒、體力和智力狀態，提高患者的非特異性抵抗力， 用於開胸等大型手術的術前耐受性訓練。利用間斷低氧習服大鼠（3000、5000m各2周，4h/d）和正常大鼠經8000m 缺氧4h後，觀察其整體心功能，急性重度缺氧可顯著抑制心功能，動物經低氧適應後，心臟功能明顯改善，可減輕缺氧對心臟的損傷。
（3）壞死性傷口
利用低壓氧治療壞死性傷口，既提高了治癒率，又降低了治癒成本。
（4）噪聲對聽器的損傷及防護
採用低壓艙模擬高原低氣壓缺氧環境，複製了低氣壓環境下噪聲性聽覺損傷的動物模型，以聽覺腦幹反應測試、血液流變學檢測、耳蝸病理形態、氧自由基水平以及耳蝸谷氨酸免疫組織化學改變等作為判斷指標，研究急性低氣壓環境下噪聲對聽器的損傷以及葛根素的防治作用和機理。
4.體育訓練
低壓缺氧環境可以升高人體紅細胞數目，增加血紅蛋白含量，增大紅細胞壓積，使載氧能力增加，反映出其對人體健康有利的一面。美國著名馬拉松選手薩拉薩爾仿高原訓練，2次創造馬拉松世界最好成績，多次獲得重大國際馬拉松賽的冠軍。中國“鐵人”張健再度出征我國最大的內陸鹹水湖—青海湖前曾搬進低壓氧艙適應。
5.高原適應
青藏鐵路的順利通車使西藏“在那遙遠的地方”已不再遙遠。旅遊出發之前可以去低壓氧艙進行適應，如果出現高原反應，則吸點純氧。這樣既可以提高耐力，又可以預防高原反應。此外，內地人員到高原工作前，也有必要進行高原適應性體驗。
前景展望
低氣壓缺氧環境是航空航天醫學研究的重點內容，也是平原世居者移遷西部高原地區所面臨的困難之一，同時也是登山運動員和愛好者所需克服的困難之一。隨著我國航空航天事業的飛速發展，醫學治療的廣泛深入，高原邊陲軍事活動的需要，體育競技水平的提高等，低壓艙的套用前景會越來越廣泛，發揮越來越重要的作用。
