《航空航天生理学》教案

1、学习好资料欢迎下载航空航天生理学教案首页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一节人体与环境的热交换第二节生理性体温调节基本教材或主要参考书航空航天生理学余志斌主编，第四军医大学出版社，2008教学目的与要求： 目的：1了解温度环境组成因素2.了解人体与环境间热交换途径和热平衡方程 3了解人体温度空间分布特征4 掌握人体温度调节机制 重点：体温调节效应器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：第一节人体与环境的热交换第

2、二节课：第二节生理性体温调节总结复习：5mi n教研室审阅意见： （教学组长签名）年 月日（教研室主任签名）年 月日第 14 次课授课时间2009-03-17教案完成时间：2009-03-09基本内容辅助手段和 时间分配第七章温度负荷及其防护热气球飞行与早期航空活动引出温度负荷问题第一节人体与环境的热交换一、温度环境的组成因素温度环境的主要组成因素，包括气温、湿度、风速和热辐射。但在航空航天条件下还应将气压因素考虑在内，在高空，气体分子 的缺乏可减弱对流热交换，冋时低气压有利于迅速蒸发。(一)气温(air temperature, Ta)空气的温度是评定热环境的基本要素，可用干球温度 (dry

3、 bulb temperature, T db)来表示。(一)湿度(humidity)表示大气干湿程度的物理量。有湿球温度、绝对湿度、饱和湿度、相对湿度和露点等多种表示方式，测 量湿度的仪器有多种干湿计。1 湿球温度(wet bulb temperature, Twb) 两支元全相冋的温度计固定在木板或金属架上。其中一支为干球温度计，用以指示 气温，其示度主要受对流和辐射热的影响；另一支温度计的球部以 水浸湿的纱布包裹，称为湿球温度计，其示度受蒸发散热量的影响。 因湿球温度计球部纱布的蒸发而吸收热量，故它的读数总是低于干球温度计。其周围空气愈干燥，蒸发量愈大，带走热量愈多，湿球 温度愈低，干湿

4、球温差就愈大。2 .绝对湿度(absolute humidity )指单位体积空气中所含水蒸气的质量。一般用1立方米空气中所含水蒸气克数表示(g/m)。也可用水汽分压表示其绝对量，其单位为mmHg因人体皮肤表面蒸发率与其周围空气中的水汽压之差值成正比，故从生理学角度考 虑，用水汽压表示绝对湿度更有特殊意义。3 .饱和湿度(saturationhumidity)空气在任一温度都有一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 15mi n个水汽含量的上限，达到上限，即为饱和状态。在一定温度下，空 气中水汽含量达到饱和状态时的湿度即为饱和湿度。气温越高，

5、饱 和湿度就越大，见附表 7。4. 相对湿度(relativehumidity, RH) 指空气中实际水汽含 量和冋温度下饱和空气中水汽含量的百分比值，由于在温度相冋时，水汽含量与水汽分压呈正比，所以相对湿度也等于实际水蒸气 压强和同温度下饱和水蒸气压强的百分比值。相对湿度(RH =绝对湿度/同温度下饱和湿度x 100%5. 露点(dew point, DP)空气湿度的表示法之一。一般指气 压不变、水汽无增减的情况下，未饱和空气因冷却而达到饱和时的 温度。气温与露点的差值愈小，表示空气愈接近饱和。(三)气流(air movement)因各处气温不同所造成的大气压 强和密度的差别，而引起的大气流

6、动。常用风速(air speed) 和风向表示气流的状态。气流对热交换具有显著影响。测量风速的仪器 是各类风速仪。(四)热辐射 (heat radiati on, thermal radiatio n)指物体因自身的温度而向外发射能量的过程。所有物体在大于绝对零度的各种温度下都可以发射辐射热波，物体经常以电磁辐射的形式向周围发出能量，不需要导热介质。温度越高，辐射越强，而且辐射 的波长分布情况也随温度而变。如物体温度较低时主要是不可见的 红外辐射；在500 C以至更高时，则渐次发射较强的可见光以至紫 外线辐射。热辐射是传热的方式之一，通过辐射的方式传递的热量 谓之辐射热(radia nt he

7、at)。常用黑球温度计测得的黑球温度(globe temperature, Tg)衡量环境的平均辐射热，使用单向辐射热计测定定向辐射热强度。二、人体与环境间的热交换途径（一）传导（conduction）两个物体直接接触或在物体内部，热流从温度较高向温度较低的方向流动（热量传递）；在人体与环境间，指体内热量通过体表皮肤与接触皮肤的物体间进行的热交换。传导是相互接触的物质分子层的传热现象，不伴有物质分子的流动。（二）对流（convection）液体或气体中较热部分和较冷部分之间，通过循环流动相互搀和，使温度趋于均匀的过程称“对流”。人体表面包围着一层空气，体内热量通过皮肤不断地与这些接触皮肤的空气

8、进行热交换即为对流，实际上热量首先通过传导与近身的 空气进行热交换，然后通过气流的对流进行进一步热交换。（二）辐射（radiation）物体以电磁波形式散失热量的传热方式称“辐射”。（四）蒸发（evaporation）在液体表面发生的气化现象叫做蒸发，蒸发时液体分子必须从其周围吸收热量。1g汗液从皮肤蒸发时，皮肤就失去0.58千卡（约2400 J ）的热量。液体变为同温度的蒸气 时所吸收的热量称“蒸发潜热（pote ntial heat）”。此外，还应重视气压因素对于蒸发散热以及对流热交换的影响。在 高空、航天飞机内和舱外用航天服等低气压条件下身体蒸发量增 力口，传导-对流作用减弱，使人体对高

9、温的耐受能力发生变化。从 地面开始，随着高度的升高，人体对高温的耐受时间渐趋延长由于航天活动时微重力的影响，舱内气体分子难以产生自然对 流，未蒸发的汗液亦不会自然形成汗滴下洛，而是在皮肤表面形成 水膜。据资料介绍，微重力条件下舱内如无人工对流，人们对舒适 感的温度为07 C。为了维持正常身体热平衡，创造气体的人工对15 30mi n流条件是十分必要的。由于航天员在不冋状态代谢产热量不冋，因 此载人舱的通风系统设计时应该选择分配式通风方案，以便根据各人的不冋需要，调节局部通风流量和通风温度。而舱外航天服由于 通气量的限制，无法满足通风流量，一般使用液体降温。三、热平衡方程人体不能直接利用太阳能、

10、电能等形式的能量，只能利用生物 中储存的化学能。身体内部产生的热量是糖、脂肪和蛋白质这些产 热营养素在体内氧化反应的结果，这些营养物质分解代谢产生的能量，约有50 %以上迅速转化为热能。 产热的部位主要在工作的肌肉、 肝脏、消化器官、中枢神经系统等。骨骼肌占全身总重量的40 %,所以在基础条件下由骨骼肌产生的热量占体热总量的25%左右，但当剧烈活动时，其产热量可增为正常值的十多倍。航空活动中，由 于机种和担任的任务（驾驶、领航、通讯）不同，代谢水平也有所 不同。身体代谢所产生的热量，除身体活动时做机械功而消耗的能 量外，其余的热量都必须散失到环境中去，这样才能保持体温恒定，维持热平衡（ther

11、mal balanee ）。机体与环境间的热交换过程，由下式表示：H=M_W K C R+EH K C R -E= S式中，M身体总代谢率（metabolic rate）（单位为W, W-身体机 械活动所耗的功率（W，体力活动的作功效率仅为总能量的1030%,视作业种类和熟练程度而异，其余7090%的能量以热的形式释放；卜必须耗散到环境中去的热功率（W ； S 身体热含量 的变化值（w吊）；k传导热（w m） c对流传递的热量（ w nf）; R辐射热交换量（ Wni） ； E蒸发散热量（ W卅）。从上式不难看出，当人体产热量与散热量相等时，S= 0 ;当产热多于散热量时，S 0,人体热含量增

12、加，可导致体温升咼；当散热量 多于产热量时，Sv 0,人体热含量减少，可导致体温下降。在常温下，人体处于安静或从事轻度劳动时，H-K+ C+ R+ E。30 40min其中辐射散热量可达总散热量的67%,蒸发散热量约占总散热量的20%。当环境温度接近于体表温度时，K、R和C项的散热作用下降，但E项的散热作用增加，故仍能维持人体热平衡。若气温与皮肤温度相等，K R和C都等于0,则E必须等于H,即人体几乎完全依 靠蒸发散热来维持热平衡。当气温超过皮肤温度时，通过R和C、K的作用而使身体得到热量，这时必须满足 H+R+K+C= E关系，才能保持热平衡。第二节生理性体温调节一、人体温度的空间分布特征体

13、核心温度(core temperature )和体外壳温度(shell temperature)。核心与外壳之间的边界并非生理或解剖存在。体核心温度系指身体深部组织，如脑室和腹膜腔等部位的温度，通常由直肠温度、 口腔温度与腋窝温度代表。接近体表部分的温度为体外壳温度，最外层皮肤表面的温度为皮肤温度(skin temperature)。从躯干至末梢，皮肤温度呈纵向温度 梯度(thermal gradient)分布，环境温度越高，各部位皮肤温度越 趋于一致(接近于平均皮肤温度)。体外壳温度可由平均皮肤温度 (mean skin temperature)代表，即由体表各部位测得的皮肤温度数值，按各部

14、位所占体表面积的百分数进行加权平均。其正常值在常温下为33 1 C。实际测定应根据不冋要求，确定测定点数，但通常认为，测量部位数最低为4个，应选择尽可能多的部位测定皮肤温度。随着测定点数和部位的不同，加权系数亦各异，以“五点法”为例，其平均皮肤温度计算公式如下：Tsk = 007T 额 + 0.50T 胸 + 0.05T 手+ 0.18T 大腿 + 0.20T 小腿第二节课开始0 10mi n平均体温(mean body temperature)不能直接用温度计测得， 它是 运用平均皮肤温度和直肠温度的加权计算得到的数值来表示。平均皮肤温度和直肠温度的加权系数， 在常温下分别为0.33和0.6

15、7 ；高 温下0.20和0.80;低温下0.50和0.50。常温下平均体温计算式为：Tb=0.33TsK + 0.67Tre二、体温调节机理人体生理性体温调节是通过由温度感受器、体温调节中枢和效应器组成的体温调节反馈控制系统完成的，系统可分为受控系统和控制系统两部分。(一) 温度感受器 (temperature receptors) 全身皮肤和某些部位的粘膜均分布有温度感受器。根据功能又可将其划分为温觉感受 器和冷觉感受器两类。当它们受到低于15C或高于45 C的刺激作用时，还可引起疼痛感觉。此外，在下丘脑、脑干网状结构和脊髓 等部位还存在着一些对温度变化敏感的神经元，称“中枢性温度感受器(二

16、) 调节中枢(regulatory center)调节体温的中枢结构存在于从脊髓到大脑皮层的整个中枢神经系统内，体温调节的基本中枢在下丘脑，其前部是散热中枢，后部是产热中枢，两者有交互抑制 作用。(三)效应器(effectors)1 血管运动经辐射、对流、传导等途径所散失的热量，取决于皮肤与环境之间的温差。而皮肤温度则可以由血流量来调节， 随着皮肤血流量的变化，自身体深部传递至体表的热量也发生相应变化。以手指为例，皮肤血流量的变化范围是每100g组织每分钟1100 m1。可见外周血管的舒、缩变化对机体外壳组织的隔热性能有 很大的影响。在较舒适温度条件下(着轻便服装的人在21 C左右的温度环10

17、 35mi n境)，身体主要依靠外周血管舒、缩反应以保持体温恒定。冷暴露 时，血液循环以两种方式影响热量从体表向环境传递：第一，通过控制身体的有效绝热性。当外周血管收缩时体外壳 导热率明显降低。第二，通过身体深部伴行动、静脉之间的热交换。这种大血管 之间的逆流热交换(cou nter-curre nt heat excha nge)在冷暴露时有较好 的储热作用，因为流向身体表层的动脉血把热量传给伴行静脉的回 流血液而预冷，回流的静脉血则提咼了温度。逆流热交换的有效性 取决于深部和表层血管的相对分布和开放程度。热暴露时，外周血管的紧张性解除，最初出现的反应是肢体血 管舒张，使皮肤血流量增加，皮肤

18、温度升高，可使受热减少或散热 增加。同时，深层静脉的血流量显著减少，故逆流热交换的实际效 果很小，减小储热作用，有助于散热。皮肤血流量的增加同时也给 汗腺分泌提供了必要的水分。2 汗腺活动(蒸发性调节)气温在30C以下且人体处于女静状态时，汗腺(sweat glands)没有分泌活动，人体无明显发汗情况，但体内仍有水分通过皮肤角 质层透出，称“不显性发汗”，这是一种被动的弥散现象，不受人 体生理性体温调节机制的控制，而随人体的活动情况及外界环境条件而变动，通过此途径，人体每小时约散失热量12到16千卡，一昼夜约丧失水分 7001000 ml。当平均皮肤温度达到34.5C (发汗的温度阈值)时，

19、多数人开始发汗，称“显性发汗”。除皮肤外，还可通过呼吸系统进行蒸发散热。肺部蒸发量受吸入气的含湿量及肺通气量的影响。在常温下处于安静状态时，从呼吸道蒸发散失的 热量约占人体总热量的8%。飞行中吸入干燥的纯氧，会使呼吸道及肺泡表面丧失更多的水分。气温在30 C以下且人体处于安静状态时，汗腺(sweat glands)没有分泌活动，人体无明显发汗情况，但体内仍有水分通过皮肤角 质层透出，称“不显性发汗”，这是一种被动的弥散现象，不受人体生理性体温调节机制的控制，而随人体的活动情况及外界环境条件而变动，通过此途径，人体每小时约散失热量12到16千卡，一昼夜约丧失水分 7001000 ml。当平均皮肤温度达到 34.5C (发汗 的温度阈值)时，多数人开始发汗，称“显性发汗”。除皮肤外，还可通过呼吸系统进行蒸发散热。肺部蒸发量受吸入气的含湿量及肺通气量的影响。在常温下处于