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航空航天生理学教案首页

《航空航天生理学》教案首页

第16次课授课时间2009-03-30教案完成时间：

2009-03-09

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

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

第五节人体对异常温度环境的耐受限度第六节对异常温度环境的防护

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．了解人体对不同温度环境的耐受限度、热蓄积与热债，掌握人体水中浸泡的耐受限度

2．掌握温度环境综合评价指标的运用

3．掌握异常温度环境的防护原则与一般方法，了解座舱温度环境的卫生学要求

4．了解防寒保暖服装

重点：

冷水浸泡温度环境综合评价异常温度环境防护原则与方法

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：

第五节人体对异常温度环境的耐受限度

第二节课：

第六节对异常温度环境的防护总结复习：

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

基本内容

辅助手段和

时间分配

第五节人体对异常温度环境的耐受限度

一、不同温度环境的耐受分区

1、明确舒适区的条件

1平均皮肤温度=33+1℃

2蒸发散热量不能超过身体总散热量的20%

3保持身体纵向的皮肤温度梯度分布为6℃左右（头、躯干为34.7℃、手足为28.6℃）

人在舒适区内可以无限制停留，不会因此而产生疲劳，变成一种负荷，维持热平衡，不一定处于舒适状态，温度环境处于舒适区，就一定可以维持热平衡

2、根据人体的耐受情况，可以将温度环境分为三个区：

舒适区、代偿区、失代偿区。

舒适区：

有三个条件

代偿区：

通过一系列生理调节机制的作用，能够完全或部分维持热平衡。

因此在代偿区内也可以维持热平衡。

失代偿区：

比代偿区更高或更低或湿度更大的温度环境，机体充分发挥调节机能也难以维持热平衡，航空航天活动中可能遇到。

问：

人体处于气温40℃，RH=50%条件下进行日常工作，能否耐受？

落在耐受4~8小时内，因此，进行日常工作，不能维持热平衡。

二、热蓄积和热债

（一）热蓄积（heatstorage）

热蓄积的数值和速率可作为评价人体对高温耐受限度的客观指标。

人体达到耐受极限时的热蓄积值是80~100kcal/m3。

此外，人体耐受的时间还与热蓄积的速率有很大关系，不同个体间其热蓄积速率并不完全一致。

热蓄积速率较快者，表示身体散热能力差；反之，散热能力强。

因此，可以利用测定人体热蓄积速率的方法来比较个体间耐受高温能力的差异，进而推算出其在该条件下的耐受时间。

（二）热债（heatdebt）

同理，在低气温影响下，当散热量大于产热量，机体不再能维持热平衡，出现“热债”，导致体温下降。

计算热债的公式同于热蓄积的公式，只不过温度改变为副值。

几个临界值：

40kcal/m3，主观上有不能耐受的感觉；80kcal，人体所能安全耐受的限度；100kcal/m3，机体所能耐受的临界值。

影响因素：

暴露时间、速率、服装的隔热性能、个体的健康状况、体力活动强度及其是否获得冷习服有

三、水中浸泡的耐受限度

由于水的导热率高，且比热高，因此人体落水后体温下降的速率很快，而人体的热债值是一定的，所以很快达到耐受终点。

因此必须在防护时引起足够的重视。

热量丢失速率取决于水温、水流速度、人体代谢、人体姿势、穿着服装与人的体格（皮下脂肪）。

四、温度环境的综合评价

温度环境的四个因素见密切联系，互相制约，不能只根据单一因素进行评价，要综合评价。

现有温度环境综合评价的指标很多，但没有一个达到完美无的程度。

下面我们仅介绍一些常用的，对航空活动有密切关系的评价指标。

（一）有效温度（EffectiveTemperature，ET）

定义：

在不同温度环境条件下，能产生与RH=100%，V=0（无风静息）时同样的温热感觉的气温。

测定方法：

Houghten的有效温度测定的实验方法。

温度舱一：

RH=100%、V=0、T=25℃

温度舱二：

RH=50%、V=0.5m/s、T=30℃ET=25℃

温度舱三：

RH=20%、V=2.5m/s、T=35℃

我们已经将在实验室内得到的这许多组温度环境制成一张图，通过这张图，知道这种温度环境的气温、湿度、风速就可以知道有效温度。

这张图叫做有效温度图。

使用方法：

结构特点：

风速0~3.5m/s，37℃左右扭曲

高温条件下，风速双重作用：

使人体在对流中受热，促进人体蒸发散热。

耐受限度：

舒适ET：

夏季19.3~23.9℃

冬季17.3~21.7℃

耐受上限：

静坐的人32℃，重体力劳动26.5℃

大型旅客机，舱内保持18~22℃，可使穿着正常户内服装的旅客感到舒适。

有效温度的评价：

优点：

自Houghten（1923年）提出，距今已74年，得到广泛的应用，可见其生命力。

有效温度虽然是以人体温热感觉为基础的综合评价指标。

但实验证明，在室温范围内，ET与皮肤温度、出汗率、氧耗量、体重减轻率呈正相关。

表明ET适用于温度适中的情况。

缺点：

①以主观温热感觉为基础，缺乏客观生理指标为依据。

但这个缺点不要看得太重，仅是美中不足，因为人的温度感觉或耐受能力是心理、生理因素决定。

②未包括辐射热，在太阳直射下或室内有明显辐射源情况下，ET不实用。

所以有人将这种情况下，干球温度用黑球温度代替。

称为“修正有效温度”（CET）。

3以RH=100%、V=0时温热感觉作为基础。

在低气温条件下，对湿度的作用估计过高。

低气温条件下，湿度对人体的影响较小。

例a：

Ta低于10℃，RH在30~100%，对人体的影响无差别；例b：

Ta=24℃，RH为30%~85%，仅相当于Ta升高0.6℃。

在高温条件下，对高温高湿时风速的有害作用估计不足。

高温条件下，蒸发为唯一的散热途径，高湿、大风速使机体对流受热。

在酷热条件下，ET与脉率、直肠温度、生理耐受时间均无明显相关。

总之，有效温度在低温和高温条件下都不好用。

（二）湿黑球温度指数（Wetbulbglobetemperatureindex，WBGT）

定义：

将湿球、黑球、干球温度加权而得的综合评价指数。

也称为三球温度指数。

WBGT=0.7Tw+0.2Tb+0.1Td

在辐射热不很严重的场合，即Tb与Td很接近时，简化为干—湿指数（WD），亦成为牛津指数。

WD=0.85Tw+0.15Td

用途：

户外热环境强度评价的重要指标。

也适用于机场和舰艇。

耐受限度：

耐受上限30℃，耐受限度的确定根据所使用的场合不同而不同。

（三）风冷指数（Thewindchillindex）

反映在低气温条件下，风速和气温对人体的综合影响

用风冷指数列线图，可以定量的表示冷环境的综合制冷作用。

通常当风冷值达到1400kcal/m2·h时发生冻伤。

风冷指数在军事医学中得到广泛的应用，特别在野战条件下。

以上介绍了温度适中，高温及寒冷三种条件下的综合评价指标：

ET，WBGT，风冷指数。

（四）生理性热暴露限值（Physiologicalheatexposurelimits，PHEL）

美国海军航空兵采用的对热环境评价指标。

理论基础：

认为人体对热暴露的耐受限值与温度环境的强度和机体活动水平有关。

温度环境的强度用湿—黑球温度指数来表示。

（五）战斗机热负荷指数（Fighterindexofthermalstress，FITS）

美国航空航天医学院Nunneley1978年提出的一项评价局部区域热负荷强度的综合指标。

已列入美国航医手册。

根据干球温度和露点温度得出的综合指数。

FITS只适用于穿轻便飞行服，FITS〉46，撤消一切非必要的飞行。

第六节对异常温度环境的防护

对于航空温度负荷的防护，应从以下三方面着手：

即基本原则

1提高机体对异常温度环境的耐力。

例如：

热习服和耐寒锻炼

2改善环境条件，限制冷热负荷。

如：

飞机座舱安装空调装置及下面所要讲的一般性防护措施

3使用个体温度防护装备。

如：

防寒服装、通风服、水冷服、抗浸服。

这三个原则和预防职业病的三个原则基本一致。

一、一般性的防护措施

一般性的防护措施，很简单，很不起眼，但却有极好的防护效果。

例如：

①空军采取分批进场和退场，减少飞行人员在外场停留时间，减少冷热暴露。

用纱门、纱窗代替蚊帐，很受欢迎。

③飞机座舱遮荫（遮阳蓬和隔热套）

（一）建筑物飞行人员的宿舍、值班室和休息室等建筑物，均可起到限制冷、热负荷的重要作用。

即使最简单的建筑物，也可能起到防晒、防风和防雨的作用，建筑物的设计和位置选择，应考虑防冷和防热的要求，及尽可能缩短从宿舍到值班室、从值班室到休息室和飞机之间步行距离，以减少冷、热暴露的时间。

（二）交通车辆合理使用车辆，可以缩短飞行人员在外场的停留时间，减少在途中的冷、热暴露和体力消耗，当机场较大和飞机分散停放时更是如此。

飞行部队野外机场配备空调车供飞行人员在炎热夏天作为飞行间隙的休息场所，以促进生理机能的恢复，显然是十分必要的。

（三）飞机掩体其用途主要在于隐蔽飞机，以避免敌方袭击破坏，但也可以借助掩体减轻飞行人员的温度负荷，特别是对防晒和防寒等，均可起到一定作用。

（四）遮阳蓬和隔热套在炎热地区，当飞机露天停放时，遮住舱盖可以免受太阳辐射。

象遮阳蓬这类简单的设备，却有很好的隔热效果。

（五）合理饮水高温条件下作业由于大量发汗伴随体液过量丢失，引起身体内水分不足，充分补充水分在减慢心率与体温的上升及维持作业耐力等方面均有好处。

鼓励飞行人员饮水，在总量充足基础上分次补充。

正常人在24小时内的饮水量应该在1500ml到3000ml,，空中飞行1个小时，再增加225ml水。

因为随着高度的增加，气压下降，水汽压也随之降低，这会使皮肤水分蒸发加强，同时也使呼吸道水分丢失增加。

热负荷严重时，执行任务前应该提前补充1000ml或最多2000ml的水。

一般来说，在中等强度的劳动过程中，补水的同时补充盐或电解质并不是必需的，通过我们的饮食，一般可以补充所丢失的盐或电解质。

但在极端的酷热气候或高强度劳动时，也应该考虑补充一定的盐或电解质。

（六）制定合理的作息制度合理的作息制度是指选用合适的作业/休息比值，脱离极端温度环境的休息能够获得更好的恢复。

当任务本身要求飞行人员一段时间内多次执行任务，并保持良好的飞行效率时，则科学地安排任务十分重要，应根据不同环境下温度负荷、工作负荷或劳动强度、以及允许暴露时间合理地确定作业/休息比值。

世界卫生组织曾对劳动者为避免产生身体过热作了如下规定：

在作业/休息周期里，平均直肠温度应低于38℃，平均心率应低于110次/min。

二、座舱温度环境的卫生学要求

军用飞机实际飞行中的舱内湿度〈20%，旅客机最高也只能达到30%

以上介绍的两方面内容是基于第二条防护原则。

舱温范围应是16～27℃。

气温和壁温之间，通常允许有一定的差值，但不能大于5～6℃。

舱内的垂直温差最好不超过3～5.5℃，并且座舱底部的温度应稍高于上部（即头部水平）。

座舱内的风速以0.5m／s为宜。

三、防寒服装

下面给大家介绍防寒服装和防热服装，则是基于第三条原则。

服装既有其社会意义，也有生理学意义：

是环境的一部分，使体表形成良好的微小气候。

服装、人体的生理调节功能和环境这三个因素对于维持人体的热平衡是相辅相成的。

（一）服装隔热的原理

1、阻挡辐射散热

复习两个概念：

①在常温条件下，人体处于安静或轻度体力活

动时，散热的主要途径是通过辐射；②低于500℃的物体，辐射波为长波红外线人穿一定的服装在较冷的环境中停留，皮肤表面温度高，通过辐射将热量向外界传送。

衣服能够阻挡95%以上的长波红外线，这样使机体的辐射散热量减少。

2、减少传导对流散热

服装纤维材料中储存大量的空气，在每层衣服之间也有很多空气，空气和服装是热的不良导体，因而在人体和环境间起到热阻的作用，使传导和对流散热量减少。

（二）防寒服装隔热性能的定量评价

与服装厚度有关，俗称几件或几斤重

1、隔热性能的评价用隔热值来表示。

隔热值的单位是“克裸”。

2、clo定义及物理意义：

有了克裸单位不同服装保暖隔热性能才能进行定量的比较

（三）对防寒服装的基本要求

基本要求：

保暖性能好，防风、防雨、抗浸、阻燃、无静电效应

强调两点：

1、服装量与活动水平间的关系

2、服装在高空（低气压）条件，热阻增加。

因为高空空气稀薄，衣料纤维间空气密度降低，所以服装的导热性能降低，服装隔热值增加。

海平面6clo登山服6000m，7clo

飞行中，高空低气压，使衣料热阻增加，增加热负荷。

（四）头部和手、脚的防寒问题

1、由于手脚的特殊几何形状和对手、脚的特殊要求，在防护上较为困难，很难达到要求。

2、头颈部的制冷效率

在高温条件下，以头颈部制冷效率高

在低温条件下，头部散热量特别大

因为头颈部血管粗大，舒血管神经支配占优势，血流量大，可见头颈部保暖对于低温条件下保暖具有重要意义，同样在高温条件下如不能解决好头颈部的散热问题，也不能达到很好的散热效果。

（五）加温服装

电加温暖空气加温温水加温

四、抗浸服

抗浸服（immersionsuit），亦称“抗暴露服（anti-exposuresuit）”，是一种具有抗浸和保暖作用的特殊防护服装，主要用于海上救生。

在海上，飞行人员落水后，即可能面临寒冷海水浸泡的威胁。

因水的导热系数比空气大20多倍，故体热在水中的散失速率乃大为加快，以致在水温24℃时，依靠人体自身调节机制仍不能维持深部体温相对恒定，所以应用抗浸服。

对于提高海上救生成功率甚为重要。

此类服装分为湿型和干型两类，各有不同特点。

湿型服装由泡沫氯丁橡胶等材料制成，有良好的隔热性能，平时着用时需要外加通风系统。

穿着此服装落入水中，海水仍能进入，但因服装合身，进入体表与服装间隙的水并不多。

这些进入服装内的水，被体热所温暖，只要不发生水的进一步循环，仍能起到一定的隔热作用，将散热减少至最低程度。

此类服装的最大优点是服装部分损坏后仍能保留防护功能。

干型服装所使用的材料，平时可以允许水汽透过，不需另配通风装备，当浸泡于水中时，衣料纤维遇水膨胀，变为具有防水性能。

服装的颈和腕部周围用橡皮圈密封。

本服装的优点是：

体积小，适应性较大，不需外加通风服。

不足之处是：

颈和腕部密封处一旦损坏，便会极大地降低服装在水中的隔热性能。

对上述两类不同性能的服装，可根据具体情况选择使用。

但应指出，至目前为止尚没有一种理想的服装，既能满足紧急情况下浸泡时阻止体热大量丧失的要求，又能适应平时各种正常飞行任务时的舒适性需要。

抗浸服的主要功用是在冷水浸泡时减少热量的丧失，以便争取营救时间，保护飞行人员安全返回。

在选材、设计和使用这一类服装时，均应围绕这一中心进行考虑。

针对军事飞行海上救生的需要，设计抗浸服时应考虑以下因素：

①水密性。

水密性由抗浸服的材料及结构所决定，最容易进水的部位是颈、袖口和拉链处。

如果在0℃水温时，2小时内能够得到营救，则衣内进水量允许达到100ml/m2左右。

②保暖性。

在气温低于0℃、水温低于10℃条件下，要求抗浸服的隔热值不应低于3clo。

③衣服表面强度。

在飞机时速为1100km条件下，弹射离机过程抗浸服不应被气流吹破。

④外形尺寸和重量。

抗浸服不能设计制作得过于笨重及臃肿，不能影响操纵和弹射动作。

全套抗浸服的重量不应大于5kg。

五、防热服装

（一）防热服装性能的评价

在防寒服装中，着重介绍了服装的保暖性能；在防热服装中着重介绍服装的透湿（汽）性能。

然后再讲航空实际中的问题：

通风服和水冷服。

60年代开始，化学合成纤维开始发展起来，特点：

热阻不大，汽阻很大。

因此，不利于蒸发散热，又不能阻挡对流传导受热。

在服装与皮肤之间形成一个高温高湿的微小环境。

服装的透湿能力用“透湿度”来表示

（二）通风服（air-ventilatedsuit）

通风服的发展。

在利用坐舱空调无法解决热负荷的情况下，人们想在以下建立一个比较舒适的微小环境，来满足热交换的需要，保持热平衡，出现了通风服和水冷服。

实践证明，这种方法比坐舱空调更为经济、合理。

通风服是二次大站期间搞起来的，最早在德国，形式非常简单。

1957年美国首次制成“全身式通风服”。

通风服就是将温度较低的空气送入特制的服装内，以在人体表面与服装之间建立起适宜微小气候的服装。

与座舱空调相比，通风服具有更为经济和合理的特点。

现代有的通风服已经发展成为具有冷却和加热双重作用的温度防护服装，但以冷却降温为主。

若通入空气的温度高于平均皮肤温度，则对身体即有加热作用，可以防护低温的影响。

促使发展通风服和水冷服的理由有二：

①为了保证军用飞机具有先进的战术技术性能，机上不可能装载功率很大的环境控制系统，以保证舱内温度处于舒适范围；②对于因穿着各种特殊防护服装，阻碍正常的散热过程而致的热负荷，更不可能由改进座舱温度控制系统的途径进行防护。

通风服是通风帽、半身通风服和全身通风服的统称。

通风服分为“蒸发型通风服（evaporativeair-ventilatedsuit）”和”对流型通风服（convectiveair-ventilatedsuit）”两类。

（三）水冷服

水冷服又称“液冷服（liquidcooledgarment）”。

在早期的实验中，为了防止水结冰，掺入了一定比例的乙二醇作冷却剂。

后来研究证明，供人体冷却的入口水温不需很低，不存在结冰问题。

又因为乙二醇的比热小、有毒性、对管道内壁、泵和阀门有腐蚀作用，而且价格昂贵，所以在实际使用中都是用水作冷却剂。

就其覆盖体表部位不同，又可将水冷服分为“全身性水冷服”和“局部性水冷服”两类。

全身性水冷服主要覆盖除头、手和足外的身体各部位体表。

局部性水冷服主要有水冷背心、水冷帽等。

一些研究表明，身体各部位散热效率以头、颈部最高，上肢次之，下肢最差，而躯干则介于上、下肢之间。

局部水冷服是根据身体各部位不同散热特点发展起来的。

局部水冷服不仅简化了服装，使其不受肢体活动干扰，而且减少了穿戴者的负担。

特别在炎热而潮湿的环境中，能源短缺，不能有效地调节环境温度和使用全身水冷服的情况下，局部水冷服更为适用。

因此，在航空领域中重点应发展水冷帽和水冷背心。

目前在直升飞机和热负荷较大的低性能飞机上使用的水冷帽，有网状和片状两种型式

（四）其他防热服装

为了更好解决热应激问题，保障各类飞行人员飞行安全与工作效率，已经在飞行器设计上与个人防护装备上采取了一系列措施改善飞行人员的微小温度环境，并会在保证飞行器性能与人员工作能力的基础上进一步提高舒适性。

目前除上述防热服装外，部分国家还使用各类降温背心（coolingvest），但最常用的是采用冰降温系统的降温背心。

其降温原理是由降温背心储存的冷源从贴近皮肤处吸取人体热量,降低体温,延长人在高温环境中的工作时间。

背心前后有多个口袋，可放置冷冻凝胶袋。

冷冻凝胶由淀粉、水、酒精、活化剂等按一定比例混合而成,-18℃时为胶状液体,热容量较大。

冷冻凝胶封装在聚乙烯袋中，可反复使用，置冰箱中降温后放置在降温背心口袋内。

不足之处是冷冻凝胶的能量释放到一定程度（2～4h）后,必须置冰箱中重新降温（2～3h）,且有一定重量。

归纳总结本次课2学时与本章的课程框架，强调主要内容。

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

0－10min

10－20min

20－40min

第二节课开始

0－15min

15－20min

20－25min

25－35min

35－40min

小结

本次大课主要要求了解人体对不同温度环境的耐受限度、热蓄积与热债，掌握人体水中浸泡的耐受限度、掌握温度环境综合评价指标的运用、掌握异常温度环境的防护原则与一般方法、了解座舱温度环境的卫生学要求、了解防寒保暖服装。

本次课重点是冷水浸泡、温度环境综合评价与异常温度环境防护原则与方法。

针对授课要求，在建立全面结构的基础上，对重点内容进行了反复强调，在结束授课前，又一起梳理总结了全部内容。

复习思考题，

作业题

1．针对高温负荷，根据防护原则，结合实际工作简述可采取的对策。

2．温度环境综合评价各指标的适用条件与使用方法。

3．冷水浸泡时，影响人员存活时间的因素。

实施情况及分析

按照教学准备预案，通过讲授、提问互动、总结梳理等手段，顺利完成本次教学任务。