载人月球探测任务大气环境压力制度设计与试验验证

针对载人月球探测任务连续出舱需求,综合人体生理学和工程技术要求,兼容国内外当前在用的舱外服压力体制,提出双服压、低服压压力制度建议,以实现连续每日出舱。对压力制度安全性进行试验验证,选取19名健康志愿者,分为4组,其中15名男性志愿者平均分为3组,4名女性志愿者分为1组;利用密闭实验舱模拟载人月球探测任务全包络压力环境,开展了7轮次、每轮次为期9 d、连续4 d、每日8 h全负荷模拟出舱活动的密封舱试验。试验结果表明:2种压力制度方案均无减压病发生,也未观测到回心血流气泡,能够有效防护减压病。

大鼠热损伤时急性生理改变及热休克蛋白70的表达

目的观察热损伤(41.0～41.5℃)状态下大鼠的急性病理生理改变及脑、心、肺组织Hsp70mRNA及蛋白的表达特征。方法清洁级雄性Wistar大鼠测定肛温后持续暴露于41.0～41.5℃的热舱中至动物死亡。采用体温检测仪检测热损伤状态下大鼠的直肠温度动态变化规律;采用遥感测压监测系统检测大鼠热损伤时平均动脉压、心率的动态变化规律;采用RT-PCR及Westernblot技术检测大鼠脑、心、肺组织Hsp70mRNA及蛋白表达情况。结果大鼠持续暴露于高温环境中时,直肠温度持续上升,血压和心率上升到峰值后开始下降,热暴露(35±2)min时发生中暑;大鼠中暑后血压迅速下降、心律失常,直至动物死亡,此时肛温上升到最高峰(约45.0℃)。正常大鼠脑组织和心脏低表达Hsp70,而肺组织Hsp70表达稍高,中暑时大鼠脑、心、肺组织Hsp70表达明显增加,其中Hsp70mRNA表达量分别约为正常组的5.19、6.88和1.80倍(P<0.01);Hsp70蛋白表达量分别为正常组的2.54、1.95和2.33倍(P<0.01)。结论大鼠暴露于高温环境(41.0～41.5℃)时,肛温持续上升,血压和心率发生特征性改变,热损伤35min时发生中暑,中暑时大鼠脑、心、肺组织Hsp70mRNA及蛋白表达明显增加。

头低位卧床对人EEG的影响

目的探讨短期 - 6°头低位卧床模拟失重对人脑EEG的影响。方法记录 1 2名 1 8～ 2 2岁健康男性卧床前、卧床期间 (第 3、4、6天 )及恢复期 (第 3天 )清醒闭眼安静状态的 1 6导EEG ,进行功谱分析。结果卧床期间 ,EEG峰值频率逐渐慢化 (第 6天 ,P <0 .0 5) ,α段活动增强 (α1 :P <0 .0 0 1 ;α2 :第 3、6天 ,P<0 .0 5;第 4天 ,P <0 .0 0 1 ) ,第 4天最显著 ,α1 /α2 上升 (第 6天 ,C3、C4:P <0 .0 2 ;F4、P4、T3、T4、T5:P <0 .0 5) ;θ活动增强 (P <0 .0 0 1 ) ,额区第 3天最显著 ,枕顶区第 4天最显著 ,同时θ/α明显上升 (第 6天 ,P3、O1 :P <0 .0 5) ;此外 ,β1 活动也显著增强 (P <0 .0 0 1 ) ,第 3天最明显。卧床结束后 3dEEG峰值频率已恢复至实验前水平 ,其余指标尚在恢复中。结论头低位卧床导致人脑EEG频谱结构及活动强度明显改变 。

登月返回再入人体卧姿和躺姿超重动态响应实验研究

针对载人探月飞船半弹道式再入时人体姿态对动态响应影响明显,通过载人离心机模拟飞船半弹道式返回再入大气层过载曲线,对比分析躺姿和卧姿状态下之五十百分位HybirdⅢ生物力学假人头部、胸部及臀部力学响应的差异。结果发现:2种姿态下假人的头部、胸部、臀部合加速度响应与输入基本一致,且以胸背向响应为主;卧姿状态下头部响应的+Gz分量较高,且从头部至臀部依次降低;躺姿状态下头盆向载荷的传递可以忽略不计。研究结果可为加速度防护人体姿态设置提供依据。

高温对尾吊大鼠运动耐力及血清睾酮和皮质醇水平的影响

目的探讨高温对尾吊大鼠运动耐力的影响及蛋白质代谢在耐力变化中的作用。方法46只雄性SD大鼠,随机分为对照组、尾吊组、高温组和尾吊后高温组。大鼠对照饲养或尾吊14d后,在正常或38℃环境中进行力竭性运动。测定大鼠的力竭时间、大鼠运动后肛温增值和力竭即刻血清睾酮、皮质醇含量。结果与对照组比较,其它3组力竭时间均显著缩短,睾酮含量和睾酮/皮质醇比值均显著降低;尾吊组和高温组皮质醇含量均无显著差异,尾吊后高温组皮质醇含量显著升高。与尾吊组相比,尾吊后高温组的力竭时间、睾酮含量和睾酮/皮质醇比值显著降低;肛温增值和皮质醇含量显著升高。结论高温环境可明显降低尾吊大鼠的运动耐力,并可能与运动过程中体温调节能力下降及蛋白质合成代谢减弱,分解代谢加强有关。

典型月地返回再入卧姿假人加速度动态响应研究

目的探讨典型月地返回再入方式对人体加速度响应的影响,为载人深空探测再入加速度安全性评估与防护设计提供依据。方法利用HybridⅢ生物力学假人进行超重离心实验,通过大型载人离心机模拟Apollo10号、嫦娥5号T1试验器返回再入过载环境,采集假人头部、胸部及臀部的加速度动态响应数据,对比分析“联盟”座椅卧姿状态下假人身体不同部位的动力学响应规律。结果假人重要部位的动态响应与再入模式下的过载曲线变化趋势基本一致,各部位合成加速度值较为接近;+Gx为主要过载响应,+Gz加速度响应整体水平较低,头部+Gz峰值相对较高,从头部到臀部+Gz峰值依次减小。结论人体重要部位的动态响应与返回再入过载曲线保持一致,且在头部具有较高+Gz分量。在典型月地返回再入模式下,应加强乘员头部防护。

密闭环境人体热学生理指标与主观评分相关性的实验分析

目的探讨密闭环境条件下人体生理和热主观反应的相关性,推荐可以反映主观热反应较敏感的生理指标。方法在密闭气候室设置20℃、23℃、26℃、28℃、31℃和34℃等6种温度环境。以15名青年男性为受试者,测量受试者在气候室60min静坐状态下的皮肤温度、直肠温度(RET)、心率变异性(HRV)和能量代谢率(EMR)等生理指标,同时受试者填写热感觉投票(TSV)主观问卷,分析生理指标与主观热反应的相关程度。结果 TSV随周围实测环境温度而上升,并且与环境温度高度相关(r^2=0.97)。皮肤温度和HRV随环境温度变化较为显著,而RET和EMR随环境温度变化不显著;其中与躯干皮肤温度相比,肢端皮肤温度随环境温度变化更为显著。皮肤温度、HRV和RET分别与TSV具有显著线性相关性(P<0.05),EMR与TSV存在曲线回归关系(r=0.36);其中上肢皮肤温度和平均皮肤温度与TSV的密切程度最高(r>0.82)。结论密闭舱室环境中,人体上肢及平均皮肤温度与主观热反应关系最密切,推荐作为密闭环境评价热舒适的参考生理指标。

载人航天能量代谢研究的回顾与展望

概述了直接测热法、间接测热法和心率法等目前主要的航天能量代谢测量方法,分析了航天环境对能量摄入、能量消耗和日代谢总量的影响,介绍了美国、俄罗斯和我国载人航天能量代谢设计参数的标准及相关内容。在这些基础上根据中国长期载人航天任务的需求,提出了今后能量代谢研究的展望。

躺姿半弹道式再入假人动态响应研究

为了探索躺姿半弹道式再入时的人体动态响应,模拟Apollo10返回再入过载环境,采集Hybrid III生物力学假人头部、胸部及臀部的加速度动态响应数据,对比分析阿波罗再入躺姿状态下假人不同部位的动力学响应规律。结果显示假人重要部位的动态响应与再入模式下的过载曲线变化趋势基本一致,各部位合成加速度值较为接近。+Gx为主要过载响应,且胸部响应过载值较大,应加强乘员胸背向加速度防护。该实验研究为载人深空探测工程实践提供了数据基础,并给出明确的工程指导意见,为载入加速度耐限制定及安全防护设计提供指导。

仿自然风对模拟失重体温调节反应的影响

航天飞行和模拟失重可抑制人体热调节反应,主要表现为机体静息和运动状态下皮肤血管舒张反应能力下降和核心体温的升高。载人航天器内采用恒速机械风(CAF)保持舱内大气环境的均匀,地面研究发现仿自然风(SNAF)可较CAF显著加强机体的冷感觉。为探讨SNAF是否可以较CAF一定程度上缓解失重状态导致的体温调节能力下降,以30天-6°头低位卧床模拟微重力的生理效应,7名男性被试者分别在卧床前和卧床第29天,暴露于对照无风、CAF和SNAF气流模式下,周围环境温度为23℃,后两种气流模式的平均风速为0.2 m/s。记录实验中被试者的直肠温度(Tre)、皮肤温度和皮肤血管传导率(CVC)及其热感觉(TSV)。经过卧床,对照环境Tre显著升高;卧床后,与CAF相比,SNAF下的Tre的降低程度更多,且更接近对照水平;平均皮肤温度、CVC和TSV均显著降低。卧床后SNAF下的TSV接近"热中性"。实验结果表明,与恒速通风相比,仿自然通风可更为有效地维持卧床状态下的核心体温。

30min吸氧排氮对模拟出舱活动减压病发生率影响的研究

为研究30min吸氧排氮对模拟出舱活动减压病发生率的影响，通过高空减压病易感性选拔了17名健康成年男性，在低压舱3km高度条件下吸氧排氮30min后，在7．2km高度上模拟出舱活动，观察记录受试者心前区回心血流减压气泡和减压病发生率。发现除高空暴露期间检测到1～2级心前区回心血流气泡信号外，未发生减压病。证实了在3km低压条件下30min吸氧排氮能有效预防模拟出舱活动减压病发生。

MGA-1100质谱计在低压实验人体呼吸氧浓度监测中的应用

The mass spectrometer and the method of measuring concentration of oxygen in the region of mouth and nose in vivo experiment under low pressure were developed. A mass flow controller was assembled through the inlet capillary of MGA-1100 mass spectrometer. The mass flow controller was controlled by a computer controlled the operating pressure in MGA -1100 to make operating in its linear region. The measuring value is not affected from the pressure of inlet. MGA-1100 mass spectrometer with improved inlet system can reach the demand of most human experiment under low pressure.

头低位卧床模拟失重对人体吸氧排氮效率影响的研究

目的探讨头低位卧床模拟失重环境因素对人体吸氧排氮效率的影响,为评估航天员出舱活动减压病风险提供依据。方法以8名健康男性青年为受试者,分为对照组(Con组),受试者安静坐位吸纯氧3 h;模拟失重3天组(3 d组),受试者在卧床模拟失重第3天吸纯氧3 h;模拟失重7天组(7 d组),受试者在卧床模拟失重第7天吸纯氧3 h。分别测试和计算受试者肺通气量、呼出气氮浓度、排氮速率和累积排氮量。结果与Con组相比,3 d组和7 d组的肺通气量无显著性变化,呼出气氮浓度、吸氧排氮速率和累积排氮量显著增加(P<0.01)。与3 d组相比,7 d组的肺通气量、呼出气氮浓度、排氮速率和累积排氮量均无显著性变化。结论头低位卧床模拟失重3 d和7 d可提高人体吸氧排氮效率。

载人航天废弃物的空间辐射防护性能研究

针对载人深空探索中的空间辐射,特别是大规模太阳粒子事件对航天员的威胁,需要在载人航天器内建立空间辐射应急防护区,为航天员在遭遇太阳粒子事件的时候提供必要的保护。考虑热融化压实技术在降低废弃物的空间占用率、高温杀菌和回收水分的同时能在不增加额外载荷的情况下为航天员空间辐射应急防护区的建设提供材料,在载人航天废弃物模型的基础上,利用Monte Carlo方法对其热融化压实产物的质子防护能力进行了计算,结合太阳粒子事件能谱和组织器官剂量计算转换因子,对不同屏蔽条件下太阳粒子事件造成航天员组织器官剂量的变化进行了研究。结果表明,在10 g/cm^2屏蔽厚度下,皮肤、脑、心脏以及红骨髓的辐射剂量都大大降低,均在剂量限值之下;除了需要对眼采取额外的局部防护措施以外,5 g/cm^2铝屏蔽+5 g/cm^2载人航天废弃物热融化压实产物基本上可以满足对太阳粒子事件的防护需求。

己酮可可碱对热暴露大鼠的保护作用

目的:观察非特异性磷酸二酯酶抑制剂己酮可可碱对热暴露大鼠的保护作用。方法:实验于2005-04/09在军事医学科学院基础医学研究所脑保护与可塑性研究实验室完成。选择清洁级Wistar大鼠20只,随机分2组,热暴露组,己酮可可碱组,各10只。动物禁食12h后开始实验。热损伤方法:使用超级恒温水浴,连接有机玻璃夹层水循环仓,控制室温23～24℃,水浴锅内水温42.0～42.5℃,稳定1h以上,保持热循环仓实测温度41.0～41.5℃。大鼠测定基础体温(直肠温度)后,置入热仓中,入热仓后每5min测定1次直肠温度,至动物死亡。记录大鼠在热仓中的存活时间。己酮可可碱组在腹腔注射己酮可可碱(100mg/kg)后1h进热仓。观察肛温变化及大鼠在热仓中的存活时间。结果:纳入动物20只,均进入结果分析。①己酮可可碱对热暴露条件下大鼠肛温变化的影响:进入热仓后,大鼠肛温快速上升,到达42.1℃的时间约为26min。给予己酮可可碱腹腔注射后1h,大鼠肛温较基础体温有所下降(P<0.01);己酮可可碱组大鼠进入热仓后体温上升速度较热暴露组缓慢,入仓后5,10,15,20,25min,大鼠肛温分别较热暴露组下降1.1℃(P<0.01),1.2℃(P<0.01),1.4℃(P<0.01),0.8℃(P<0.01),1.0℃(P<0.05);肛温到达42.1℃的时间延长至32min(P<0.01)。②己酮可可碱对热暴露条件下大鼠存活时间的影响:热暴露组大鼠进入热仓后存活时间约为2678s,给予己酮可可碱预处理后,己酮可可碱组大鼠在热仓中存活时间延长16%(P<0.01),达到3206s。结论:己酮可可碱对热暴露大鼠具有保护作用。

负荷运动和低压环境暴露对人体吸氧排氮效率的影响

针对与航天员出舱活动吸氧排氮方案关系重大的负荷运动和低压环境对吸氧排氮的影响问题,以7名健康男性青年(年龄18~22岁,身高173.8±4.2 cm,体重72.3±5.3 kg)为被试,进行了19人次实验;分为安静对照组(CN组,7人次,受试者安静坐位吸纯氧3 h)、20 W运动组(20 W组,6人次,受试者脚踏自行车吸纯氧连续2.5 h,自行车功率设置为20 W,速率为60 r/min)和3 km低压组(3 km组,6人次,受试者在低压舱模拟3 km高度安静坐位吸纯氧3 h)。分别测试和计算肺通气量、呼出气氮浓度、排氮速率和累积排氮量。实验发现:与CN组相比,20 W组和3 km组的排氮速率均在吸氧排氮期间前105 min有所增加,部分时间点增加显著;20 W组累积排氮量在吸氧排氮前120 min增加显著,3 km组的累积排氮量在吸氧排氮各时间段均显著增加;与3 km组比,20 W组的排氮速率和累积排氮量均无显著性变化。实验说明负荷运动和低压能有效提高吸氧排氮效率。

模拟失重对苯吸入染毒大鼠细胞免疫及微核形成的影响

目的探讨模拟失重对苯吸入染毒大鼠免疫系统及遗传毒性的影响。方法将60只雄性SD大鼠随机分为空白对照组、15 mg/m3苯组、30 mg/m3苯组、尾吊对照组、15 mg/m3苯尾吊组,30 mg/m3苯尾吊组,每组10只。非染毒大鼠吸入新鲜空气,染毒大鼠放入0.9 m3透明染毒柜中,分别吸入苯15 mg/m3和30 mg/m3,连续染毒30天。结果尾吊可使体重明显降低,并可减少苯对脾脏器系数的影响;加剧苯对白细胞、淋巴细胞、NK细胞活性和巨噬细胞功能的影响;可促进苯对外周血淋巴细胞和骨髓细胞微核率升高。结论模拟失重可促进苯吸入染毒大鼠机体的细胞免疫紊乱和遗传毒性作用。

模拟长期载人航天飞行中典型身体活动代谢率测量与负荷分级研究

目的测量模拟长期载人航天飞行中不同典型身体活动的能量代谢率,并使用代谢当量进行活动负荷分级。方法使用能量代谢测试舱测量23名受试者模拟航天飞行中的典型活动的能量代谢率,并计算代谢当量,通过与国内外标准比较与方差分析结果进行负荷分级讨论。结果"阅读"、"网页浏览"、"医监医保"、"仪表监视"、"舱室日常照料"、"平板电脑游戏"代谢范围在444.45~650.06 k J/h,6种锻炼活动代谢范围在1104.59~1748.99 k J/h,6种锻炼后个人卫生整理代谢范围在524.04~624.17k J/h。方差分析表明,"阅读"、"网页浏览"、"平板电脑游戏"3种活动代谢当量间无统计学差异,中等强度与低强度锻炼方案无统计学差异,同一锻炼项目不同方案的个人卫生整理间代谢当量无统计学差异。结论根据代谢测量与代谢当量的比较结果建议将航天飞行典型动作分为"轻松状态"、"轻度负荷活动"、"中度负荷活动"三个等级,其中锻炼活动的代谢等级应根据个人测量情况设计。

典型返回再入体位对HUMOS假人动态响应影响研究

为探索飞船返回再入加速度过载下人体姿态对乘员动力学响应的影响,本文利用Pro-E和HyperWorks软件建立了仰姿和躺姿两种典型人体姿态的假人–座椅系统模型。模型中使用了HUMOS II (Human Model for Safety Version II)人体生物力学模型。根据实际离心试验数据对假人–座椅系统模型进行了标定和验证。论证并分析了在高加速度过载(峰值为6.4 g)条件下,人体姿态对人体关键器官包括心脏、肺、膈肌、肝脏和腹部脏器过载响应的影响。仿真结果表明,膈肌的位移和变形是影响人体对再入过载耐受力的最重要因素。膈肌在卧姿时受到其他器官的作用力大于躺姿时的作用力。因此,飞船设计人员应更多地关注人体内部器官的受力状态,选择一个在飞船返回时对乘员具有更好保护作用的体位姿态,本文建议飞船乘员的姿态设计应优先选择躺姿。

应用双标记水法测量人体20 d能量消耗的剂量方案优化

目的分析不同双标记水法实验方案在测量20 d能量消耗时结果的可靠性。方法 18名受试者随机均分为3组,分别采用普通剂量(A组)、追加服用(B组)、增加剂量(C组)3种实验方案对其20 d(其中前15日为卧床状态)能量代谢进行测量。通过"国际原子能机构人体健康系列第三部分"中对实验结果判别标准进行可靠性判断。结果普通剂量组20 d尿样同位素丰度及原子比浓度均达不到标准,15日尿样结果各项判别标准均达标;追加服用组和增加剂量组20 d尿样结果均符合各项标准。结论使用双标记水法测量20 d人体能量代谢时,可以使用追加服用次数或者增加服用剂量的方法,不能使用普通剂量的方法。