超重和失重对人体的影响

1、超重和失重对人体的影响前言：人们在漫长的进化过程中，已经适应了周围的物理环境。地球表面的重力场强度大约为9.8ms²。人体中的每一个器官、组织、细胞以及生物分子都是在这样的重力场中得以演化并赖以生存的。一旦失去了正常的重力场，生物的器官和组织就将失去平衡，导致一系列的生理变化，甚至危及生命。超重和失重就是两种偏离正常重力场的典型状态。因而，掌握好超重和失重的物理学基础，并将之与医学知识相结合，使之得到更好的发展。一、相关的物理学知识1、超重的定义超重是物体对支持物的压力（或对悬绳的拉力）大于物体所受重力的现象。当物体做向上加速运动或向下减速运动时，物体均处于超重状态，即不管物体如何运

2、动，只要具有向上的加速度，物体就处于超重状态。超重现象在发射航天器时更是常见，所有航天器及其中的宇航员在刚开始加速上升的阶段都处于超重状态。2、失重的定义失重是一个物理学的概念。根据牛顿的万有引力定律，2个具有质量的物体之间存在相互吸引的作用力，该力的大小与物体之间的距离的平方成反比。在地球上的所有物体都受到地球的吸引力，表现为重力，但当物体远离地球到达太空时，便处于失重状态。人类对失重现象的研究是随着载人航天的需要而进行的，根据几十年的研究和实践发现，失重并不会危害人体的安全，但或多或少地影响了人体的一些生理活动。 所谓失重，就是物体对支持物的压力小于自身的重力。所谓重力，是物体所受天体的引

3、力。引力的大小与质量成正比，与距离的平方成反比。就质量一定的天体来说，物体离它越远，所受它的引力越小，即重力越小，在足够远的距离上，它的引力可以忽略不计。但宇宙中不只一个天体，众多天体的引力会形成一个引力场。因此，太空不会是失重环境。当然，就局部地区来说，如在地-月系统中，只考虑地球与月球的引力，在地球与月球之间的某些点上，地球与月球的引力相互抵消，重力为零。在日-地之间也有引力平衡点。绕地球飞行的载人飞船，离地面一般只有几百千米，那里的太空当然不会是零重力环境，即使在36000千米高空绕地球飞行的航天器，其周围太空也不会是零重力，而只能是轻重力，即重力比地球表面上轻。 利用飞机作抛物线飞行或

4、利用自由落体原理设计的失重塔只能提供短暂的失重。航天器在环绕地球运行或在行星际空间航行中处于持续的失重状态。在环绕地球运行的轨道上，实际上只有航天器的质心处于零重力，其他部分由于它们的向心力与地球引力不完全相等而获得相对于质心的微加速度，这称为微重力状态。航天器上轨道控制推进器点火、航天员的运动、电机的转动以及微小的气动阻力等都会使航天器产生微加速度。因此，航天器所处的失重状态严格说是微重力状态。航天器旋转会破坏这种状态。在失重状态下，人体和其他物体受到很小的力就能飘浮起来。3、超重有关的公式由牛顿第二定律得：Nmgma 所以Nm（ga）mg 由牛顿第三定律知，物体对支持物的压力mg4、失重有

5、关的公式由牛顿第二定律得：+ag 所以（-）< 由牛顿第三定律知，物体对支持物的压力<完全失重的定量分析： 当时，支持力为，由牛顿第二定律知： 所以 由牛顿第三定律可知，物体对支持物的压力为 得出结论：向下加速向上减速：加速度方向向下，产生失重现象 故只要加速度方向向下就是失重，与速度方向无关。 5、超重对人体的影响与它的作用方向有关按其作用方向，可以分为正超重(+G)、 负超重(-G)、侧向超重(G)、横向超重(G)。   1）正超重(+G)头盆方向的超重。在飞机座舱内人一般取坐姿。飞机机动飞行时产生的超重大体都是垂直于机翼平面的，并多数是由上向下的，故人体的

6、超重主要是正超重。这时心脏血管系统最容易受到影响。人体大血管的走向与Z轴大体一致，正超重会造成血管内沿Z轴方向的静水压增加，使头部血压降低，下肢血压升高。头部血压降低首先影响视觉。轻者周边视觉消失，重者中心视觉消失（俗称黑视）。严重时可因脑组织缺氧而导致意识丧失。通常以出现周边视觉消失时的G值代表一个人对正超重的耐力。 一般健康青年平均为3.8g,经过严格挑选和训练的歼击机飞行员,平均耐力为4.6g,其中个别人可达6.5g。超重时，人体四肢的重量相应增加，操纵动作会受影响，工作效率下降。在4g时，飞行员手拉驾驶杆的操纵动作的效率降低10。此外，正超重对呼吸功能、高级神经活动、代谢、内分泌等都有

7、一定影响。正超重的防护措施是：主动用力屏气以提高胸腔内压，同时腹肌及大腿肌用力，以减少下肢血液潴留，这可以明显地提高头部动脉血压，运用得当，可以提高耐力1.5g以上。它的缺点是分散飞行员的注意力和容易疲劳，而且维持的时间不能过长，否则有害。实际应用中采用屏气5秒钟（并非完全闭气，而是缓慢呼出），呼出并稍息，再吸气屏气5秒钟，如此反复循环。在航空医学中已将此动作标准化，称为M-1动作。另一措施是采用抗荷服，约可提高耐力1.52.6g。第三种措施是采用后仰座椅,降低头部至心脏的垂直距离，从而减轻静水压对头部血压的影响。有的飞机采用后仰30°的固定座椅，有较好的效果。 2）负超重(-G)盆

8、头方向的超重。飞机由水平进入俯冲时，会出现短暂的负超重。此时人体头部充血，出现红视。飞机作头部向外的螺旋时，负超重达较高数值，并持续较长时间。这会使人昏迷，十分有害，迄今尚无有效的防护措施。 3）侧向超重(G)右左和左右方向的超重。现代高性能飞机机动飞行时常常出现侧向超重，但数值不高，约±2G，对人体生理功能不产生明显障碍，但操纵效率下降。在座椅和操纵器的设计中，可以采取措施，减轻其影响。 4）横向超重(G)胸背、背胸方向的超重。在载人航天器中航天员在舱内取仰卧姿势，使重力作用方向为胸背，以降低静水压对头部血压的影响，提高耐力。然而,这时由于全身的重力挤压作用,使静脉系统、右心和肺循

9、环等处原来压力很低的部位的压力明显升高，引起呼吸困难、 胸痛、 心律失调等现象。所以完全仰卧并不是最有利的，而需要选择一个仰卧时的最佳生理背角，使得既能有效地维持头部血压，又不致出现上述症状。这个角度以15°20°为宜，即重力作用方向与身体长轴的夹角为70°75°。设计航天器的躺椅时使椅背与舱底平面的夹角与再入时的配平攻角之和（即实效生理背角）等于或接近这个最佳生理背角，以取得最佳防护效果。6、二、超重和失重的相关医学类实验1、实验过程：利用尾部悬吊法(Hindlimb Unweighted , HLU)制作大鼠失重模型,经4w失重后,活体观察平均动脉压

10、(MABP)、左心室压(LVP)和左室压力微分最大变化速率(±dp/dtmax)等血流动力学指标;用受体结合分析法测定了-肾上腺素能受体密度及亲和力;用常规酶解法分离大鼠心室肌细胞;用Western blotting测定了Gs蛋白表达水平;用腺苷酸环化酶(AC)激动剂Forskolin刺激心肌细胞后观察其收缩情况以检测AC的活性;经-肾上腺素能受体激动剂异丙肾上腺素(Iso)和Forskolin刺激心肌细胞后后检测cAMP的积聚含量;用单细胞动缘探测系统同步检测了经Iso刺激-肾上腺素能受体后心肌细胞的收缩及Ca2+i瞬变;采用全细胞膜片钳技术,观察失重对大鼠心室肌细胞L型钙电流的影

11、响。实验结果： 1.与正常对照组相比,失重4 w大鼠的心脏重量、体重、MABP没有明显变化,而LVP、±dp/dtmax显著降低,表明心脏收缩功能减弱,且并非心脏组织本身改变所致。经Iso刺激后MABP、LVP、±dp/dtmax的变化在失重组显著减弱,即失重后心脏对-肾上腺素能受体的反应性下降,表明失重后心脏功能的减弱可能与调节心脏功能的-肾上腺素能受体有关。 2.在失重大鼠,Iso刺激心肌细胞引起的收缩反应明显弱于正常对照组,表明心肌细胞-肾上腺素能受体反应性也明显下降。即失重大鼠心肌细胞发生了-肾上腺素能受体的脱敏现象,这可能是心肌细胞收缩反应减弱的原因之一。 3.在

12、失重大鼠,-肾上腺素能受体密度及亲和力与正常组比较没有显著改变。表明-肾上腺素能受体的脱敏现象与受体自身功能无关。 4.在失重大鼠,心脏Gs蛋白表达水平与正常组比较没有显著变化,表明-肾上腺素能受体脱敏原因与Gs蛋白无关。 5.在失重大鼠,Forskolin刺激心肌细胞引起的收缩反应和cAMP的积聚含量增加的反应均明显减弱,提示其AC活性受损,即AC活性受损可能是导致-肾上腺素能受体脱敏的原因之一。 6.在失重大鼠,Iso增强电刺激引起的心肌Ca2+i瞬变幅度的反应明显减弱,提示失重大鼠心肌细胞Ca2+信号转导通路可能受损,钙稳态受到破坏。 7.在失重大鼠,Iso对心肌细胞L-型钙电流的加强作

13、用明显减弱,提示钙稳态受到破坏的原因与L-型钙通道功能下降有关,即L-型钙通道功能下降可能是导致-肾上腺素能受体脱敏的原因之 实验结论： 1.-肾上腺素能受体脱敏是导致失重时心脏收缩功能降低的原因之一。 2.失重时-肾上腺素能受体脱敏的机制并非-肾上腺素能受体自身受损所致,而是由于其介导的cAMP依赖性信号转导通路受损所致。 3.失重时-肾上腺素能受体介导的cAMP依赖性信号转导通路受损主要表现为信号转导通路中AC活性减弱和L-型钙通道功能下降。2、实验过程：采用尾部悬吊大鼠模型模拟失重影响,用抗FOS蛋白和抗酪氨酸羟化酶(TH)双重免疫组织化学反应和Nissl染色法,观察了4周的在模拟失重下

14、廷髓FOS蛋白表达与TH阳性神经元的关系以及脊髓c8、T1侧角细胞大小的改变,并与对照大鼠进行比较.实验结果:与对照组大鼠比较,模拟失重大鼠出现了以下的改变:(1)FOS蛋白表达主要局限在延髓内脏带(MVZ)区,并以背内侧的孤束核与腹外侧区较为密集,并且发现有近30%的TH神经元出现FOS表达;(2)三叉神经脊束核尾侧亚核和薄束核亦出现FOS表达;(3)C8、T1侧角细胞胞体增大.本研究提示.在4周模拟失重条件下MVZ可能参与失重状态下心血管适应性变化的中枢调控,且儿茶酚胺能神经元参与这种作用的调节;脊髓侧角细胞发生代偿牲增大变化。三、超重和失重的巨大影响在生活中，有许多与超重失重有关的现象。

15、如：1) 电梯。觉得人往下掉，失重。觉得人被加速往上拖，超重。2) 做飞机。在起飞或者降落时候，常常出现超重或者失重。人比较容易晕。3) 玩过山车、玩蹦极的时候，一般有失重。4) 太空飞船中，飞行员失重。5）1、超重的影响航天器在发射和返回的过程中，由于加速度的关系，出现了超重现象。通常采用G值的方法来表示。如果一个50公斤的人在1G的环境下他的体重是50公斤，在2G的环境中就成为100公斤，3G的环境是150公斤。过高的G值对人体是有害的，甚至致命。早期的火箭超重值是78G，新式火箭已降低到不超过5G。近年来由于推进技术的发展，航天飞机发射时的峰值可控制在3G水平。正常返回的最大再入过载为+

16、4Gx+5Gx。航天飞机再入返回时，乘员遇到的是+Gz方向的超重作用，过载不大于3G。在发射段这种超重作用对人体影响不大，航天员都能忍受。但是，经过一段失重飞行，航天员心肺系统调节能力下降，航天中的超重对人体还是有些影响的。 1早期的火箭发射时所产生7G8G的超重，新式的火箭已降低到不超过5G。近年来，由于推进技术的发展，航天飞机发射时可控制在3G水平、无论发射段还是返回段，在载人航天飞行中航天员基本都受到+Gx超重作用、重力的作用方向、数值大小、持续时间、变化速率及重复作用时间以及航天员的身体状况是决定能否耐受的主要因素。在纵向超重(+GZ)作用下，由于静水压效应，引起全身血液分布改变，血液

17、在下肢等人体低下部位潴留，使回心血量减少造成头部供血障碍、轻则引起视觉改变、重则导致意识丧失。 在横向超重(+Gx)作用下，当视觉障碍和脑功能障碍还未发生时，航天员就会感到呼吸困难、胸部疼痛。有的还可发生心脏节律失调及氧饱和度降低等。有关研究证明，正常人一般可耐受1012G，训练后，加上适当防护措施还可能耐受更高的G值。在-Gx作用时，34G即可出现严重的头疼、球结膜充血、鼻衄、红视等危险症状，般以此为安全上限。-4.5Gz以上持续数秒钟，可以引起精神紊乱甚至意识丧失。 侧向超重(±Gy)一般在飞船有偏航、滚转、俯仰等复合飞行时出现，实际飞行中G值作用时间也不长。据研究报道，在

18、77;1G、2G时可影响跟踪动作，在±5Gy时可引起内脏严重的撕裂损伤。 2Stapp曾利用火箭滑车，试验观察了黑熊和猩猩在受到83Gx减速过载，结果发现肺、心脏、肝和脾等脏器发生严重损伤，脊柱骨折、器官破裂引起大出血、出现致命性损伤。 3正常再入时过载较小约4G5G，持续时间约在几十秒至数分钟之间，因此属于持续性超重对人体的影响。 4根据火箭滑车试验，认为人体用安全带良好地固定条件下，可耐受背-胸向减速过载35G，增长率100G/s，作用时间0，150，35s，被试者可能出现血压下降，面色苍白，出冷汗等休克症状，无组织损伤。 5人-舱系统着陆冲击时，冲击力通过座椅传递给人，没有人体

19、自缓冲作用。另外当人-舱系统着陆冲击时，冲击作用时间大于30ms，人体受到的着陆冲击过载要比座椅输入的冲击过载大，由于人体产生了动态超调，所以人坐在舱内着陆与跳伞着陆不同。 6人体坐姿着陆冲击时，冲击过载是通过座舱传给座椅最后传到人，类似臀部着地。主要反应是疼痛，严重时出现内脏损伤与骨骼伤等。 7家犬高G值（30Gz100Gx，10100ms）坐姿坠落冲击实验中，发现造成脑、肺、肝和心脏等脏器充血、出血、水肿以及肝、肺和脾等脏器撕裂伤，胸腹腔积血等。Kazarian报导，猴承受25G900G2-22ms坐姿冲击时，观察到肝、肺和心脏等损伤。脊柱前后韧带撕裂伤，脊柱骨折等。 8家犬取仰卧位（+G

20、x）坠落冲击实验发现，在10Gx60Gx30100ms冲击作用下，造成以肺和心脏损伤为主，少数伴有肝、脾、肾等脏器出血。随G值增加损伤加重，严重时出现脏器破裂性损伤的肋骨骨折。 9人-舱系统着陆冲击致伤的原因，主要由于冲击力直接作用超过了组织强度，由于冲击瞬间脏器位移、变形、牵拉和相互碰撞。 10人-舱系统着陆冲击实验表明，垂直位着陆损伤较重，仰卧位较轻，前倾位易引起心脏损伤，右倾位易引起肝损伤。关于人-舱系统着陆，人体对着陆冲击的耐力，目前没有明确的规定。 11根据冲击时被试者疼痛反应并结合大量生理指标的变化，初步提出人体受到峰值23G、30ms，峰值19G、50ms，峰值16G、80ms，

21、峰值14G、100ms，可做为生理耐受水平；当峰值大于23G、50ms有可能引起脊柱损伤。 12载人飞船的着陆速度，一般在陆地降落不大于6m/s，水上降落不大于10m/s。2、失重引起人的生理功能变化及其影响平衡是我们最常见的物体的一种运动状态。但是，力的平衡与失重完全是两回事。例如，人站在地上，坐在椅子上，躺在床上，乘坐飞机等速飞行等，都是处于力的平衡状态，但并不失重。因为在这些情况下，人体内部各部分之间都存在相互的作用力。 真正的失重模拟，应使人体各部分特别是体内器官、内脏之间互相作用力消失。在这种情况下，人的前庭器官中的耳石由于失重，不再与周围的神经细胞接触而向中枢神经传输信号，从而丧失

22、定向功能。前庭器官与人体主管呼吸、消化、循环、排泄、发汗等功能的植物神经系统有密切关系。所以，一旦前庭器官不起作用，身体内脏之间正常的相互作用消失，就会引起航天飞行员产生头晕、恶心、呕吐等症状。失重的不利作用很大，失重除了导致宇航员骨质损失外，还会导致宇航员肌肉松弛，免疫力下降和衰老。引发多种空间运动病，近20年载人航天史上，空间运动病频繁发生。下面一组数字足以说明这一点：原苏联上升号宇宙飞船上的航天员发病率约为60%，礼炮号空间站上的发病率为40%，美国阿波罗宇宙飞船上航天员以病率约是37%，天空实验室上为55.5%，航天飞机上为53%，这说明了空间运动病是航天学领域极待解决的问题。失重会使

23、水份在人体内的分布发生变化。由于失去重力的作用，面部水份分布会增多，就会出现眼窝肿胀，面部水肿，眼帘变厚，皱纹消失，血浆容量减少，细胞内液丢失等现象失重还会使人体内心血管功能产生变化。具体变化如下：1.心功能下降。例如：心肌质量减少，收缩力下降等；2.人体心肌的病理性变化；3.冠状动脉和冠脉微血管的组织结构改变，毛细血管血液淤浸，出血，血管内皮细胞肿胀，破裂；4.心肌的生化改变，如蛋白质合成减少，脂质堆积，心肌胶原增加，去甲肾上腺素减少，钾钠离子减少；5.主动脉，腹主动脉有明显的内膜增生，脂质沉积，毛细血管萎缩，内皮细胞肿胀等；6.人体上身器官和组织中血液充盈度上升，下肢静脉血液充盈度下降，长

24、期在失重状态下工作会使脑半球供血不对称（右升左降）而免疫系统呢？我们的身体每时每刻都会受到微生物的侵袭。比如细菌、病毒，一些原生动物等。一般情况下，这些微生物不会对人体造成伤害，甚至有些细菌对人体还是有益的。免疫系统保护着人体。人的免疫系统功能主要归功于人体各种各样的免疫细胞，其中，最重要的是B淋巴细胞和T 淋巴细胞。B淋巴细胞能够分泌抗体、阻止病原菌的入侵并标记致病菌，T淋巴细胞杀灭致病菌。但在太空中，这两种细胞就不那样“勤奋”了。比如，T淋巴细胞在太空中不能很好增殖，它们的数量大大少于在地球上的数量，并且，在体内的迁移以及相互之间的联系信号也不正常，从而使抵御外来致病菌的能力大大降低了。

25、美国约翰逊航天基地微生物研究中心的丹尼尔皮尔森说，宇航员咳嗽所喷出的小液体中所含有的病原微生物要比地球上正常人多8到10倍。这主要是因为失重等原因，使体内荷尔蒙释放异常，从而影响了T淋巴细胞的表现。有的是骨失。我们通常认为骨头是刚性的、不变的，然而事实并非如此。骨骼也是一种组织，它们的新陈代谢活动繁忙，它们的形状会因承受压力的变化而变化。骨骼组织中既有破骨细胞，又有成骨细胞。成骨细胞不断的贮藏磷酸钙，而破骨细胞不断地除去。通常情况下，这两种活动过程互相平衡。一旦你进入太空，重力几乎为零，骨头缺少压力，促使成骨细胞活动的刺激没有了，但破骨细胞的活动还在继续，因此，破骨与成骨的平衡被破坏了，骨骼被

26、破坏的多，重建的少，导致骨骼物质流失，使骨骼变得脆弱。据研究表明，太空旅游者每个月会丢失1到2的骨头重量，到目为止，还没有找到有效防止的方法。研究还发现：太空中的辐射，失重，生物钟的调节以及精神上的压力，都会影响人类在太空中的生殖能力。男性精子染色体会受到影响，发育中的胚胎会被破坏。由于失重和辐射线会使男女内分泌失调，极易造成不孕，而即使能正常生育，孕妇及胎儿的健康也很难完全正常。钙质的流失会使孕妇的骨质疏松，而胎儿的钙质剧烈变化，会使新生儿痉挛，甚至丧命。如何加强太空中的防辐射设备，强化人体骨质，调整男女的内分泌系统，是实现太空移民梦必须克服的难题。除了以上几个重要影响外，失重还对人的味觉发

27、生影响。因此，宇航员普遍抱怨在天上吃饭吃不出味道。那是因为，太空失重环境引起宇航员的味觉失调，如失重使鼻腔充血，导致味觉神经钝化，唾液分泌发生变化失重环境下哺乳动物不能正常繁衍后代日本理化学研究所和广岛大学共同成立的研究小组在2009年8月25日出版的美国公共科学图书馆·综合（PLoS ONE）杂志上发表的一项研究成果指出：在国际空间站、航天飞机等接近失重的环境中，老鼠受精卵的发育会受到抑制，产仔率也大幅下降。 这一结果表明同为哺乳动物的人类可能也很难在太空繁衍后代。理化学研究所发生和再生科学综合研究中心(神户市)的研究小组组长若山照彦表示“通过调查受精卵发育需要多少重力，或许可以知

28、道是否有可能在月面基地培育后代。” 研究人员使用特殊装置通过让实验容器旋转制造出地面重力千分之一的微重力环境，调查其对老鼠体外受精和产仔造成的影响。 结果发现，虽然能正常受精，但在受精卵分裂过程中，胎盘一侧聚集的细胞数少于通常情况，发育速度也有所减慢。将其注入雌鼠子宫之后可以正常产仔，但产仔率下降了将近一半。 过去开展的太空实验表明，鱼类和两栖类可以在太空正常发育。研究小组分析认为“造成这一状况可能是因为哺乳动物特有的胎盘的发育和重力有关”。 失重的科学定律 物体的重量来源于地心的引力，牛顿的万有引力定律，论述了地球的引力场作用于所有的物质。在宇宙星系中，所有的星球都存在一种引力场。失重一词，

29、代表了物质失去了引力场的作用力，比如，人类在太空中脱离了地心的引力，其重量等于零，一切物质都呈现为漂浮状态。物质的重力相对于地心的引力作用，物质的密度和质量越大，相对于的重力就越大。脱离了地心的引力，一切物质都将在失重的状态下。在五维空间中，由于物质运行速度的量变，时间，地心引力，微重力，物质高速运行时所产生的离心力，以及物质的重力和失重都将会产生相对的作用量变。3、超重和失重的应用四 、如何减小超重和失重的影响1、宇航员的防护措施为了保证航天员在航天器上升和返回段的安全，对抗横向超重（+Gx）对人体的作用，航天超重的防护，最有效的方法是从工程努力降低飞船的发射段与返回段的过载，并尽力避免失控

30、应急商过载的发生。在医学防护上，一般是尽量减少超重对人体的影响和提高机体对超重的耐受能力。具体来说，是通过航天员超耐力的选拔、训练以及各种防护措施的综合应用来实现的。航天医学认为，凡能提高人体持续性加速度耐力的措施和技术，都可以增加机体对飞行器返回段遇到的加速度作用及延长在空间飞行的持续时间。以下措施及技术是目前已经采用的或将可能采用的。2、设置理想的座椅和椅垫由于人体生理结构的特点，在不同方向超重作用时，从对+Gx超重作用的耐力最高，因而在载人飞船的发射和返回段，让航天员取仰卧姿态是更为有利的。早在3050年代，人们对不同仰卧位背角(即在飞行中的有效生理背角)对机体耐力的影响，已进行了很多探

31、索性的研究。研究结果表明与坐姿体位相比，后倾45°时，超重耐力稍有提高，77°时提高2.5G，85°时提高3.5G。后来，人们又围绕着高超重防护的需要进行了很多研究，随着背角的增加，人的超重耐力逐步提高。加大后倾背角能够提高人的超重耐力的原因在于后倾时人的眼-心垂直距离随背角的加大而缩短，从而减小了静水压效应。但是，背角过大时，人容易出现呼吸困难和胸疼，以及频发的早搏等现象。所以选择有效的生理背角对提高超重耐力及载人飞船的设计具有十分重要的意义。科学家通过研究观察提出了最佳合理的躺椅体位，即背角75°，腿部的位置与躯干约成100°，双膝略高于头

32、部水平，小腿平放。3、使用抗荷服 抗荷服是一种物理性防护措施：它可以防止超重作用期间由于惯性力和静水压力梯度引起血液流向下肢，增加静脉回流，增加心输出量，改善头部液供应。提高人对超重的耐力。抗荷服在长时间的+Gz分量的加速度作用中特别有效。抗荷服常分囊式和管式两种：囊式抗荷服有5个气囊，其中只有1个腹囊、2个大腿囊和2个小腿囊。在1.52.0Gz时开始向囊内冲气，此类抗荷服可提高2G左右的耐力。管式抗荷服基本结构是使用拉伸系数小的材料制成的紧身裤，裤子的两侧，有二个可充气的侧管，此管充气膨胀时，导压带将衣服面拉紧对肢体加压，此类抗荷服较为复杂。最近俄美开始使用一种无囊式抗荷服，防止航天员在再入

33、段G值增加时出现晕厥。4、 正加压式呼吸正加压呼吸可与呼吸纯氧同时应用。它的防护效应的原理是由于物理对抗压施加到肺血管上，减少了血液在肺循环中的淤积，提高了系统循环回路中的主动脉弓压。与其他防护性的呼吸技术相比，由于这种方法减少了外呼吸的做功，因而降低了能量悄耗，增加了脑血管中的血压，从而减少了视觉紊乱。一些研究表明，在加速度期间应用此方法也能减少对心脏节律失调的诱发。最佳的肺加压方式是23mmHg/G，它可使超重耐受时间延长67，防护效应为1.1±0.2G(+Gz)。 5、采取生理性防护方法一些生理性的防护方法可以明显地提高人的超重耐力。有经验的航天员在执行飞行任务或飞船再入返回时

34、曾使用过下面的两种方法：第一种是持续地紧张腹肌和腿肌，第二种是紧张呼吸技术。这些方法的应用可提高13G的超重耐力。其防护效应来自对腿部深层血管、腹腔和肺循环的加压，减少了血液在身体较低部位的淤积。 6、加强体育锻炼地面体育训练可有效地增强人体的体质。如短距离速跑和速泳可增强心血管的应急调节能力，类举重等训练可以增强腿肌、腹肌的紧张性，这些特殊体育训练都可以提高航天员的超重耐力。此时体训的目的是改善低动力条件下的呼吸和循环调节功能，增加腹肌等的静态持久力和发展抗重力技术，训练的目的是提高人的超重耐力及对航天超重环境的适应能力。般可从两个方面着手，其一，提高身体素质，其二，熟练地应用防护设施和方法

35、以提高防护效果。以使每个航天员处于最佳状态。发射和返回段的超重负荷是突发性的，且高强度的，要求机体的心脏有较强的代偿储备，心血管系统具有快速反应和应激调节能力。这种能力与交感紧张活动性直接有关。为此，应让航天员在坚持日常体育训练的前提下，适当增加短距离速蹿、短距离速泳以及举重和类举重等特殊体质训练。短距离速跑和短距离速泳有助于增强心血管系统的快速代偿反应能力。举重和类举重可以增强机体的交感紧张度，并能减少骨骼肌内的毛细血管，对提高超重耐力有明显作用。 7、进行离心机训练离心机训练是提高超重耐力最有效的方法之一，已广泛地应用于世界各国的航天的训练中。离心机训练可提高+G耐力约1.65.8G。 8

36、、采用综合的抗荷措施载人航天飞行中，经常采用综合的防护和预防措施。目前，飞行中采用生理防护技术和抗荷服已成常规。在长期太空飞行中，航天员是在已适应失重环境后，遇到再入段的加速度作用，更需要采用综合性的防护装置及技术。据报道，赋型垫的椅背倾斜与加压呼吸综合应用，能将超重耐力提高到+26.5Gx(1G/s)。所以，中长期飞行中人们更加注意防护措施的综合应用。这些综合性的对抗措施使航天员在失重环境中，以及再入段暴露到超重期间都能维持较高水平的工效。 9、对宇航员进行超耐力选拔人体对超重作用的耐受能力存有很大的个体差异，有的人在+6Cx左右即出现明显的心率减慢，而有的人在+12Gx时尚无不良反应。为使

37、航天员能耐受发射段和返回段的超重作用，从载人航天初期起，人们就一直十分重视航天员超重耐力的选拔。超重耐力的选拔通常在载人离心机上进行。航天员超重耐力检查一般包括+Gz耐力检查和+Gx耐力检查。在检查中，对受试者的耐受G值、主观感觉和包括视觉、呼吸、心血管系统、前庭、血氧饱和度等各项生理反应进行评价。通常将超重耐力分为“良、中、差”三类，“良”者为上选，“中”者为合格，“差”者为超重耐力不合格。训练的目的是提高人的超重耐力及对航天超重环境的适应能力。般可从两个方面着手，其一，提高身体素质；其二，熟练地应用防护设施和方法以提高防护效果。 10、低氧的适应性训练在航天员训练中，适当穿插对低氧的适应性

38、训练是一种有效的、非特异性的提高加速度耐力的方法。据报道，暴露加速度前经过低氧适应的小鼠、大鼠和荷兰猪比未经低氧适应训练的对照组存括率提高了1520。低氧加运动的适应性训练则更有效。当人暴露到高山后，其+Gx耐力比对照组提高2.4±0.2G。低氧适应的防护效能在于提高了心虹血系统的再适应能力，即增加了神经细胞对由循环紊乱引起的组织缺氧及血氧饱和度降低的耐受性。五、结论地球上的人类是以10N/kg的地球重力适应过来的（从微生物到人类），超重，就会对人体的各种器官带来超负荷，比如，皮肤衰老更快（重力更大），心脏也会感到难受，很容易血管膨胀，尤其是脚，血液难以回流，也会影响到脑部，思考缓慢

39、，反应迟钝。失重，人会一下子觉得很轻，并有长高的趋势，如果在失重状态下呆的太久，再回到正常重力下，就会变矮。无论是在生活中，还是涉及到航天领域，最重要的是在医学领域中，超重和失重都扮演了很重要的角色，了解了二者的机理与医学、人体等的关系，就能避免一些疾病的发生，并更好的运用到生活中。六、问题与讨论1、人类能够利用失重的条件做些什么？2、如何能更好的避免失重与超重？3、超重和失重最初是如何出现的？4、人类是何时发现超重与失重这一物理现象？5、医学方面，医生是如何很好的运用超重和失重的？参考文献：余志斌,张立藩,陈杰;模拟失重大鼠心肌收缩性能降低的过程及其可逆性J;中华航空航天医学杂志;1994年

40、03期余志斌,张立藩;失重/模拟失重对心肌结构与功能的影响J;航天医学与医学工程;1995年04期马进，张立藩，余志斌;长期尾部悬吊对大鼠左心室乳头肌等长收缩性能的影响J;航天医学与医学工程;1996年01期余志斌，张立藩，陈杰;模拟失重可能损害心内膜内皮J;航天医学与医学工程;1994年03期赵琦.模拟失重下动脉血管结构、功能及神经支配的可塑性变化航天医学与医学工程,1998年 Zhang LF,Buckey JC,Gaffney FA. Mechanisms of postflight orthostatic inthostatic intolerance.Journal of Gravitati