超重醫學

研究超重對人體的影響的醫學分支。研究目的是測定人體對不同方向超重的耐受範圍，為選拔訓航天員、飛行員以及工程設計提供依據，並研製對抗超重的防護裝置。

我國超重醫學的研究開始於上世紀60年代，當時的科學家使用狗進行了火箭生物實驗。其最初研究與航天醫學有關，起步較早，研究深入。

基本介紹

• 中文名：超重醫學
• 外文名：hypergravity medicine

研究目的

在太空飛行器起飛階段或是飛機在俯衝後拉起階段，機組乘員會承受到較大的加速度作用。由於人體同時還承受著來自地球的單位重力加速度(1 G)的作用，在這種條件下，人體所承受的加速度實際上是運動加速度和重力加速度的矢量和。因此，通常將那些作用於人體的加速度超過人體在地面上所承受的單位重力加速度的情況稱為超重。需要注意的是，超重的方向並不一定與人體自身的重力方向一致。常規條件下人體能承受一定範圍的超重值，但過大的超重環境對人體會產生較大的危害。載人飛船在上升和返回時航天員會遇到較為強大的胸一背向超重(+Gx)壓力的作用，特別是飛船在主動段大氣層外彈道式應急返回時，過載峰值可高達15G甚至20G以上。大量的研究表明，高+Gx超重作用可對人體產生明顯的生理影響，甚至病理損傷。因此，為了保證航天員的身體健康和安全，必須對上述航天條件所造成的超重作用採取利用動物實驗的方法進行深入研究，來獲得科學合理的飛船超重醫學要求。

研究方法

目前，主要利用動物離心機來進行模擬超重研究，離心機採用交流變頻調速和計算機控制技術來模擬飛船上升段、返回段、彈道式應急返恆l時產生的拋物線形超重，從而研究超重對機體的影響。通常可使用猴、犬、兔、鼠等多品種的實驗動物。

值得注意的是，在模擬超重過程中應充分考慮實驗動物自身的應急狀態與所產生的實驗結果之問的關係。利用靈長類實驗動物進行模擬超重研究，應對受試動物進行多次環境適應訓練以消除應急反應所帶來的不利影響。

航天飛行時超重的特點

航天飛行時所產生的+Gx超重具有以下特點：

①作用時間長。飛船上升段超重可長達6～10 min．返回超重持續1 min以上，甚至數分鐘。

②G值變化率較小。飛船正常上升和返回時的G值變化率一般不大於0.2 G/s，應急飛行時也不會超過0.5 G/s。

③特殊情況下的超重G值高。比如飛船在大氣層外逃逸救生應急返回時，航天員可能會遇到15.0 G以上，甚至高達20.0—25.0 G的超重作用。

④由於航天員遇到的超重值較高(太空梭除外)，且持續時問較長，為了使人能夠較好地耐受，航天員仰臥于飛船艙內的座椅上．座椅與艙底平面夾角為100～200。無論在發射段還是返回段，位於飛船中的航天員受到的主要是+Gx作用。當然，由於座椅與艙底平面有一定的夾角，根據平行四邊形法則，航天員在Z軸上還受到+Gz的分力作用，其值在正常飛行時較小，但在飛船大氣層外逃逸救生和軌道段應急返回時，其值較大，對航天員的影響不容忽視。

航天飛行時超重對人體影響

目前，關於超重對於人體各系統影響的研究都還是限於較短時間的作用(通常持續數秒至幾百秒)，多數還是觀察短時問超重環境下人體各系統的變化以及由此可能給人體帶來的傷害。下面以+Gx線性加速度為例，簡要介紹超重環境對機體的影響。

對心血管系統的影響

+Gx作用下，影響機體的主要因素是中心靜脈血量增加。瀦留在下肢和腹部的血液轉移到胸部、頸部和頭部。隨著G值的增加，右心房、腔靜脈、肺動靜脈壓、平均動脈壓逐漸升高，每搏量逐漸下降。+10～+14Gx時．出現心率減慢、動脈壓降低、循環時間延長等心血管功能紊亂現象。胸腔血量明顯增加．動物實驗證明+Gx作用時肺底部背側出現嚴重的淤血和肺不張。G值高時，出現ST段下移、T波倒置等心肌缺血及各種心律失常現象。

對呼吸系統的影響

在+Gx作用時，慣性力與體縱軸相垂直，使胸腔發生形變，腹腔壓力加大，橫膈肌後半部上移，使呼吸功能發生改變。6～8 G時，可引起呼吸困難和胸痛。這成為+Gx耐力的一個關鍵限制因素。+Gx作用下，重力作用使胸廓重量增加和前後距離變短，加上胸腔內容物的擠壓和膈肌上移，阻礙呼吸運動，造成呼吸量和最大通氣量的下降。據報導，在+3、+5 Gx作用時，受試者的肺活量分別減少到對照值的64.2%、50%。在+12 Gx時減少到只相當於對照時的潮氣量。最大通氣量在+3、+5Gx時分別減少20%、40.8%二但是在+1、+3和+5 Gx時，反映影響呼吸速度的半秒鐘肺活量參數分別為52.1%、61.8%和76.3%，即隨作用G的加大而增大。可見+Gx作用下的呼吸困難是屬於限制性的呼吸困難。

+Gx作用時，人體的肺通氣功能發生改變，最明顯的是隨G值增加，潮氣量和功能性餘氣量減小。在低G作用時，呼吸頻率有逐漸加快趨勢．高G時有減慢現象。據實測，在+1、+5、+8和+12+Gx時，受試者的潮氣量分別為580 ml±125 ml、491 ml±179 ml、411 ml±140 ml和318 ml±20.8 ml。一般在+3、+5 Gx時，每分通氣量因呼吸頻率代償加快而稍加大。但在更高G時，由於呼吸頻率達到一定限度，每分通氣量逐漸降低。

+Gx作用時，肺的氣體交換髮生障礙，主要表現為因氣血分離而引起的血氧飽和度降低。原因是重力使胸膜上部的負壓加大，肺泡處於過度膨脹，而肺後部則處於壓縮或肺不張，只有中間區域的肺泡維持正常。另一方面，由於流體靜壓效應使血液在肺的前、後部分配不均勻。這樣就形成了肺前部氣多而血少，肺後部則血多而氣少，甚至動、靜脈短路的局面，使肺上部及下部的肺泡通氣/灌流比例失調，導致氣體交換髮生障礙，造成血氧飽和度的降低。

對視覺及中樞神經系統的影響

在超重作用下隨著頭部動脈血壓的降低，首先出現主觀上對光的視敏感、視反差的改變，繼而周邊視覺變暗，漸漸地減小到在30。視野內可見，最後視野完全消失，視覺完全喪失i，這在飛行員進行俯衝等特技飛行時經常出現。

超重對中樞系統的影響是極其多樣的。初期的影響可能是非特異性應激反應，它甚至在暴露前已經開始，並逐漸加強。離心機實驗前1～2分鐘內多數人的心率加快便是一個例子。毫無疑問，這種適應性反應使得機體為即將暴露到一個新的環境而進入準備狀態，因而加大了對這種因素的耐受能力。

對工作效率的影響

超重可引起生物力學效應破壞，機體運動受阻，尤其是大關節的活動。超重可引起人動作靈敏反應和運動協調性的降低。超重作用使人的視反應時延長、圖像鑑別能力降低、跟蹤操作效率降低。地面實驗結果表明，模擬失重會使機體的超重耐力降低。