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1、1/11 航空航天生理学教案首页 第 14 次课 授课时间 2009-03-17 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
2、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 第二节课：第二节 生理性体温调节 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 2/11 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，同时低气压有利于迅速蒸发。（一）
3、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 bulb temperature,Tdb)来表示。(二）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)两支完全相同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
4、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/m3）。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(saturation humidity)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 015min 3/11 个水汽含量的上限，达
5、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，饱和湿度就越大，见附表 7。4相对湿度(relative humidity,RH)指空气中实际水汽含量和同温度下饱和空气中水汽含量的百分比值，由于在温度相同时，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 movem
6、ent)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 radiation,thermal radiation)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
7、传递的热量谓之辐射热(radiant heat)。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。4/11 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
8、层空气，体内热量通过皮肤不断地与这些接触皮肤的空气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。（三）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(potential 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
9、体蒸发量增加，传导对流作用减弱，使人体对高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落，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。为了维持正常身体热平衡，创造气体的人工对 1530min 5/11 流条件是十分必要的。由于航天员在不同状态代谢产热量不同，因此载人舱的通风系统设计时应该选择分配式通风方案，以便根据各人的不同需要，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
10、。三、热平衡方程 人体不能直接利用太阳能、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
11、定，维持热平衡（thermal balance）。机体与环境间的热交换过程，由下式表示：H=MW=KCR+E HKCR ES 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；H必须耗散到环境中去的热功率（W）；S身体热含量的变化值（Wm2）；K传导热（Wm2）；C对流传递的热量（Wm2）；R辐射热交换量（Wm2）；E蒸发散热量（Wm2）。从上式不难看出，当人体产热量与散热量相等时，S0；当产热多于散热量时，S0，人体热含量增加，可导致体温升
12、高；当散热量多于产热量时，S0，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=KCRE。3040min 6/11 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+CE 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
13、特征 体 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
14、温度数值，按各部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 331。实际测定应根据不同要求，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：TSK0.07T额0.50T胸0.05T手0.18T大腿0.20T小腿 第二节课开始 010min 7/11 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 0.67；高温
15、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=0.33TSK0.67Tre 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 15或高于 45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）调节中枢(
16、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左右的温度环 1035min 8
17、/11 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(counter-current heat exchange)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，回流的静脉血则提高了温度。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，皮肤温度升高，可使受热减少或散
18、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 30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 34.5（发汗的温度阈值）时，多数人开始发汗，称“显性发汗”。
19、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 9/11 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 34.5
20、（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。3肌肉活动 当气温在 1525时，代谢率保持在基础水平。当气温低于15时，机体代谢率也增强，随着环境温度的下降，机体在减少散热量的同时，不断增加其产热量。后者主要是通过肌肉活动增强来实现的。在人类，不论是通过增强随意肌活动，还是不随意的寒颤所增高的代谢热，都是主要的热调节效应器机制。人体受冷时，初期可发生局部颤抖，可能是小群肌肉的同步
21、收缩；进而扩展成为全身性的反应，由于系拮抗肌群同时收缩，故不做外功，全部能量均转化为热能。最强的寒颤(shivering)每小时可产生 350400 kcal 热能，使代谢水平提高为静止时的 5 倍。归纳总结本次课 2 学时的课程框架，强调主要内容。3540min 10/11 11/11 小 结 本次大课主要介绍温度环境基本概念与生理性体温调节机制，要求了解温度环境各构成要素、人体与环境间热交换途径和热平衡方程，了解人体温度空间分布特征，掌握人体温度调节机制。重点讲解体温调节效应器的作用。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，又一起梳理了全部内容。复习思考题，作业题 1 温度环境有哪些组成因素？2 表示湿度的各物理量间的关系。3 人体与环境热交换的途径 4 高温环境或寒冷环境中，人体如何保持体温恒定？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。