Luft- und Raumfahrtphysiologie untersucht die Auswirkungen von Höhenlagen auf den Körper, z. B. unterschiedlichen Druck und Sauerstoffgehalt. In verschiedenen Höhen kann der Körper auf unterschiedliche Weise reagieren, wodurch mehr Herzleistung hervorgerufen und mehr Erythrozyten produziert werden. Diese Veränderungen führen zu mehr Energieverschwendung im Körper, was zu Muskelermüdung führt, die jedoch je nach Höhenlage variiert.
Auswirkungen der Höhe [ edit ]
Die Physik, die den Körper am Himmel oder im Weltraum beeinflusst, unterscheidet sich vom Boden. Beispielsweise ist der Luftdruck in verschiedenen Höhen unterschiedlich. Auf Meereshöhe beträgt der Luftdruck 760 mmHg; bei 3,048 m über dem Meeresspiegel beträgt der Luftdruck 523 mmHg und bei 15,240 m beträgt der Luftdruck 87 mmHg. Wenn der Luftdruck abnimmt, nimmt auch der atmosphärische Partialdruck ab. Dieser Druck liegt immer unter 20% des gesamten Luftdrucks. Auf Meereshöhe beträgt der alveoläre Sauerstoffpartialdruck 104 mmHg und erreicht 6000 Meter über dem Meeresspiegel. Dieser Druck verringert sich bei einer nicht-akklimatisierten Person um bis zu 40 mmHg, bei einer akklimatisierten Person jedoch um bis zu 52 mmHg. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die alveoläre Ventilation bei der akklimatisierten Person stärker zunimmt. [1] Die Physiologie der Luftfahrt kann auch die Wirkung von Menschen und Tieren einschließen, die über längere Zeit in Druckkabinen exponiert sind. [2]
Das andere Hauptproblem mit der Höhe ist Hypoxie, hervorgerufen durch Sowohl der Luftdruckmangel als auch die Abnahme des Sauerstoffs mit steigendem Körper. [3] Bei Exposition in größeren Höhen nimmt der alveoläre Kohlendioxid-Partialdruck (PCO2) von 40 mmHg (Meeresspiegel) auf niedrigere Werte ab. Bei einer an den Meeresspiegel gewöhnten Person erhöht sich die Belüftung etwa um das Fünffache und der Kohlendioxidpartialdruck nimmt bis auf 6 mmHg ab. In einer Höhe von 3040 Metern steigt die arterielle Sättigung des Sauerstoffs auf 90%, jedoch sinkt die arterielle Sättigung des Sauerstoffs in dieser Höhe rasch um bis zu 70% (6000 m) und nimmt in höheren Lagen stärker ab. [4]
g-force [19659003] [ edit ]
G-Kräfte werden während des Fluges hauptsächlich vom Körper wahrgenommen, insbesondere im Hochgeschwindigkeitsflug und in der Raumfahrt. Dazu gehören positive G-Kraft, negative G-Kraft und Null-G-Kraft, die durch einfache Beschleunigung, Verzögerung und Zentrifugalbeschleunigung verursacht werden. Wenn sich ein Flugzeug dreht, wird die Zentrifugalbeschleunigung durch f = mv2 / r bestimmt. Dies deutet darauf hin, dass bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit die Zentrifugalbeschleunigungskraft auch proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit zunimmt. [5]
Wenn ein Aviator bei der Beschleunigung einer positiven g-Kraft ausgesetzt wird, wird das Blut in den unteren Teil des Körpers, d. H Wenn die g-Kraft erhöht wird, steigt der gesamte Blutdruck in den Venen. Dies bedeutet, dass weniger Blut in das Herz gelangt und seine Funktionsfähigkeit mit verminderter Durchblutung beeinträchtigt wird. [6]
Die Auswirkungen auf negative G-Kraft können gefährlicher sein und Hyperämie verursachen sowie psychotische Episoden. Im Raum sind G-Kräfte fast null, was als Mikrogravitation bezeichnet wird, was bedeutet, dass die Person im Inneren des Schiffes schwebt. Dies geschieht, weil die Schwerkraft gleichermaßen auf das Raumschiff und den Körper wirkt, beide mit den gleichen Beschleunigungskräften und auch in die gleiche Richtung gezogen werden. [7]
Hypoxie (medizinisch) [ edit Allgemeine Effekte [ edit ] Hypoxie tritt auf, wenn der Blutkreislauf Sauerstoffmangel aufweist. In einer Luft- und Raumfahrtumgebung tritt dies auf, weil es wenig oder keinen Sauerstoff gibt. Die Arbeitsfähigkeit des Körpers wird reduziert, wodurch die Bewegung aller Muskeln (Skelett- und Herzmuskulatur) verringert wird. Die Abnahme der Arbeitskapazität hängt mit der Abnahme des Sauerstoffs der Transportgeschwindigkeit zusammen. [8] Zu den akuten Auswirkungen von Hypoxie gehören Schwindel, Schlaffheit, geistige Erschöpfung, Muskelermüdung und Euphorie. Diese Auswirkungen werden eine nicht akklimatisierte Person betreffen, die in einer Höhe von 3650 Metern über dem Meeresspiegel beginnt. Diese Auswirkungen nehmen zu und können in einer Höhe von 5500 Metern zu Krämpfen oder Krämpfen führen und enden in einer Höhe von 7000 Metern mit einem Koma. [9]
Bergsteigerkrankheit [
Eine Art Hypoxie-abhängiges Syndrom ist die Bergsteigererkrankung. Eine nicht akklimatisierte Person, die sich längere Zeit in großer Höhe aufhält, kann hohe Erythrozyten und Hämatokrit entwickeln. Der pulmonalarterielle Druck steigt selbst dann an, wenn sich die Person gewöhnt hat und die rechte Seite des Herzens erweitert wird. Der periphere arterielle Druck nimmt ab und führt zu kongestiver Herzinsuffizienz und zum Tod, wenn die Exposition lang genug ist. [10] Diese Effekte werden durch eine Abnahme der Erythrozyten hervorgerufen, die einen deutlichen Viskositätsanstieg im Blut bewirkt. Dies bewirkt einen verminderten Blutfluss in den Geweben, so dass die Sauerstoffverteilung abnimmt. Die Vasokonstriktion der pulmonalen Arteriolen wird durch Hypoxie im rechten Teil des Herzens verursacht. Arteriolkrämpfe umfassen den größten Teil des Blutflusses durch die Lungengefäße, wodurch ein Kurzschluss im Blutfluss erzeugt wird, der weniger Sauerstoff im Blut erzeugt. Die Person erholt sich, wenn Sauerstoff verabreicht wird oder wenn sie in tiefe Höhen gebracht wird. [11]
Bergsteigerkrankheiten und Lungenödem treten am häufigsten bei Personen auf, die rasch in große Höhen klettern. Diese Krankheit beginnt mit wenigen Stunden bis zu zwei oder drei Tage nach dem Aufstieg in eine große Höhe. Es gibt zwei Fälle: akutes Hirnödem und akutes Lungenödem. Die erste wird durch die Vasodilatation der durch die Hypoxie hervorgerufenen Gehirnblutgefäße verursacht; Die zweite Ursache ist die Vasokonstriktion der pulmonalen Arteriolen, die durch die Hypoxie verursacht wird. [12]
Anpassung an Umgebungen mit niedrigem Sauerstoffgehalt [ edit
Hypoxie ist der Hauptreiz, der die Zahl erhöht von Erythrozyten, wobei der Hämatokrit von 40 auf 60% erhöht wird, mit einer Erhöhung der Hämoglobinkonzentration im Blut von 15 g / dl auf 20-21 g / dl. Auch das Blutvolumen steigt um 20%, was zu einer Zunahme des korporalen Hämoglobins um 15% oder mehr führt. [13] Eine Person, die sich längere Zeit in höheren Lagen aufhält, akklimatisiert sich und hat weniger Auswirkungen auf den menschlichen Körper. [14] verschiedene Maßnahmen, die zur Akklimatisierung beitragen, sind eine Erhöhung der Lungenventilation, höhere Erythrozytenspiegel, eine Erhöhung der Lungendiffusionskapazität und eine Erhöhung der Vaskularisierung der peripheren Gewebe. [15]
Die arteriellen chemischen Rezeptoren werden durch einen niedrigen Partialdruck stimuliert und damit die alveoläre Ventilation bis zu 1,65-fach erhöhen. Fast sofort beginnt der Ausgleich für die höhere Höhe mit einer Erhöhung der Lungenbelüftung, wodurch eine große Menge an CO2 entfernt wird. Der Kohlendioxidpartialdruck verringert sich und der pH-Wert der Körperflüssigkeiten steigt. Diese Maßnahmen hemmen das Atmungszentrum des Enzephalus-Rumpfes, aber diese Hemmung verschwindet später und das Atmungszentrum reagiert auf die Stimulation der peripheren chemischen Rezeptoren aufgrund der Hypoxie, die die Beatmung um das Sechsfache erhöht. [16]
Die Herzleistung steigt auf bis zu 30%. nachdem eine Person in eine große Höhe aufgestiegen ist, sinkt sie jedoch wieder auf normale Werte ab, abhängig von der Zunahme des Hämatokrits. Die Sauerstoffmenge, die in das periphere Gewebe gelangt, ist relativ normal. Es tritt auch eine Krankheit namens Angiogenia auf. [17]
Die Nieren reagieren auf einen niedrigen Kohlendioxidpartialdruck, indem sie die Sekretion von Wasserstoffionen verringern und die Ausscheidung von Bikarbonat erhöhen. Diese respiratorische Alkalose verringert die Konzentration von HCO3 und bringt den pH-Wert des Plasmas auf normale Werte zurück. Das Atmungszentrum spricht auf die Stimulierung der peripheren chemischen Rezeptoren an, die durch die Hypoxie erzeugt werden, nachdem die Nieren die Alkalose wiedererlangt haben. [ edit Externe Links [ edit ]
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