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密闭舱室条件下生命支持系统中微环境调控实验研究

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摘要

前言

第一部分常温常压条件下缺氧实验模型的建立

第二部分密闭舱室中常温常压缺氧条件下动物的部分生理指标变化

第三部分密闭舱室微环境调控系统设计

全文总结

致谢

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参考文献

文献综述人机工程学在高原室内空气富氧中的应用

攻读硕士学位期间参加的学术会议和发表的论文

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摘要

现代高技术战争中,人员直接暴露于外界空气中的机会越来越少,大多数时候都处于各种作战及运输装备的舱室内。装甲车辆及飞机舰艇的驾乘舱、车载机载舰载运兵工具等的舱室在作战或通过核化生沾染区时均处于相对密闭的状态,空气不流通,且与外部空气交换甚少,加之人员本身、发动机、火力系统、配置设备等均可释放大量有毒有害气体,因此舱室微环境内除了氧、氮和水蒸气等必要的成分之外,还存在着有害的化学污染物质。时间稍长即会造成舱室内空气质量逐步变差、氧浓度急剧下降、二氧化碳浓度急剧攀升的状况。 生理气体是参与生理活动的气体,氧与二氧化碳属于此类。氧来自体外,二氧化碳是体内物质代谢的产物,二者参与重要的生命有关活动。人体内物质与能量来源的三大营养素(蛋白质、脂肪、糖)在组织细胞里都是在氧的作用下进行氧化分解的,最终产生二氧化碳,从中释放出能量;氧与二氧化碳通过神经和化学两种机理来对呼吸及循环进行调节,从而保证人体各项功能活动的顺利进行。人类经过长期进化,已完全适应于海平面上大气环境的含氧量,当组织细胞得不到代谢活动所必需的氧时,便会产生缺氧症,它广泛存在于人类的生活和工作之中,带来不同程度的缺氧危害。二氧化碳对人体的作用具有双重性:一方面,当其含量超过2kPa(15mmHg)时,对机体会产生毒性作用如头痛、恶心等,称为高二氧化碳症,即属于有害气体;另一方面是主要生理功能正常活动必不可少的要素,即属于生理气体,在体内含量须保持最佳水平,当其含量低于正常水平时,又会对生理功能(特别是脑功能)产生不良作用,严重时产生如同缺氧的不良反应,称为低二氧化碳症。 研究表明:适当增加局部空气中的氧浓度,控制二氧化碳浓度,改善空气组分比例,营造相对舒适的舱室空气环境,对于改善各种舱室内驾乘人员的生理状况,提高其作业能力具有重要意义。因此,本研究课题以密闭舱室为研究对象,重点探讨常压缺氧环境下由于呼吸和循环系统机能代谢方面代偿性反应及代偿障碍所引起的狗部分生理学指标变化,以及改善舱室微环境的方法和措施,为提供空气质量优良、兼具富氧与通风(降低二氧化碳浓度)的舱室微环境奠定应用基础。本研究的主要结果与结论如下: 1.本研究致力于海平面地区各种与作战及运输装备的舱室相类似的环境下,由于缺氧而导致的动物生理机能改变,从此目的出发建立的常温常压缺氧实验模型具有以下特点:模拟密闭舱室环境生物实验舱密封性、可视性较好;能承受一定空气压力;与实验中所用集氧器和便携式测氧仪配合使用操作简便、氧浓度容易控制且准确性与可重复性较好;动物放置其中可较方便地进行部分无创和有创生理指标检测。 2.在常温常压缺氧的模拟密闭舱室环境生物实验舱中,随着氧浓度从21%逐渐下降到14%,狗的血氧饱和度(Sp02)、脉率/心率(PR)、动脉血氧分压(P02)、潮气末二氧化碳(EtC02)呈持续降低趋势;血压、动脉血二氧化碳分压(PC02)、总二氧化碳(tC02)、气道呼吸率/呼吸频率(AwRR)呈持续增高趋势。值得注意的是,与相关文献中所述人在缺氧时PR加快的反应症状相反,狗的PR随氧浓度降低而减慢。而当氧浓度从低值恢复正常时,上述生理指标均有不同程度的改善。由此可见,在常压缺氧的密闭舱室环境下进行供氧可有效地提高空气品质,对于改善其中人与动物的生理状况与机能代谢活动具有重要意义。 3.为满足各种类似常温常压缺氧的密闭舱室内人员对相对舒适工作、生活环境条件的要求,探讨改善舱室微环境的方法和措施,在创造空气质量优良、兼具富氧与通风的舱室微环境方面奠定应用基础,设计研制了密闭舱室条件下的微环境调控系统,硬件主要以89C51单片机、氧及二氧化碳浓度传感变送器为核心,软件采用汇编语言来编程,功能包括氧和二氧化碳浓度的智能化自动实时监测与反馈控制调节。

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