CHƯƠNG 44 – HÀNG KHÔNG, ĐỘ CAO VÀ SINH LÝ NGƯỜI TRONGKHÔNG GIAN

ẢNH HƯỞNG CẤP CỦA GIẢM OXY MÁU Một vài ảnh hưởng cấp của giảm oxy máu xảy ra trong những bệnh nhân chưa thích nghi với không khí thở, bắt đầu ở độ cao khoảng 12000 feet, gồm lơ mơ, uể oả

Ngày nay, con người đã chinh phục được nhiều nơi

cao xa, từ leo núi tới việc khám phá vũ trụ Do đó, sự

hiểu biết về sự ảnh hưởng của độ cao và áp suất

không khí thấp lên cơ thể con người ngày càng trở

nên quan trọng Trong chương này, chúng ta sẽ cùng

bàn luận về vấn đề đó, cùng với lực gia tốc, không

trọng lực và những thay đổi cân bằng nội môi xảy ra

khi lên những nơi cao hoặc trong các chuyến bay

ngoài vũ trụ

TÁC ĐỘNG CỦA ÁP SUẤT OXY THẤP LÊN CƠ

THỂ

Áp suất khí quyển ở các độ cao khác nhau (Bảng

44.1)

Danh sách giá trị khí áp suất khí quyển và áp suất

oxy ở các độ cao khác nhau Ở độ cao ngang với mặt

nước biển, áp suất khí quyển là 760 mmHg; ở độ cao

3000 m, áp suất khí quyển là 523 mmHg Sự giảm áp

suất khí quyển khi đi lên cao chủ yếu do sự giảm áp

suất oxy và tỉ lệ O2 giảm dưới 21% thành phần không

khí Ví dụ ở độ cao ngang với mặt nước biển, PO2

xấp xỉ 159 mmHg, còn ở độ cao 15,2 km, PO2 chỉ còn

18 mmHg

PO2 PHẾ NANG Ở CÁC ĐỘ CAO KHÁC NHAU

CO2 và hơi nước làm giảm oxy phế nang Thậm

chí ở những vị trí cao, CO2 vẫn tiếp tục được trao đổi

giữa mạch máu ở phổi vào trong phế nang Thêm

nữa, nước bốc hơi vào trong khí hít vào từ đường

thở Hai loại khí này làm giảm lượng O2 trong phế

nang, dẫn đến giảm nồng độ O2 Áp suất hơi nước

trong phế nang duy trì ở mức 47 mmHg khi nhiệt độ

cơ thể bình thường và không phụ thuộc vào độ cao

Khi lên độ cao rất lớn, áp suất CO2 trong phế nang

giảm xuống dưới 40 mmHg (mặt nước biển) Con

người khi thích nghi với độ cao có thể tăng thông khí lên tới 5 lần, tăng nhịp thở gây giảm PCO2 xuống dưới 7 mmHg

Sự ảnh hưởng của áp suất hơi nước và CO2 đối với oxy phế nang Ví dụ, áp suất khí quyển giảm từ 760 mmHg (mặt nước biển) xuống 253 mmHg (đỉnh Everest) Trong đó, áp suất của hơi nước là 47 mmHg

và áp suất của các khí khác là 206 mmHg Ở người

đã thích nghi với độ cao, áp suất CO2 là 7 mmHg, các khí khác là 199 mmHg Nếu như không có sự sử dụng oxy, 1/5 áp suất khí còn lại là của O2 và 4/5 là của N2 Suy ra, PO2 phế nang trong trường hợp này

là 40 mmHg Tuy nhiên, một phần O2 còn lại trong phế nang tiếp tục được hấp thu vào máu, nên PO2

thực trong phế nang chỉ là 35 mmHg Vậy nên, khi lên tới đỉnh Everest, chỉ những người có khả năng thích nghi rất tốt mới có thể sống sót ở nơi có áp suất oxy rất thấp Tuy nhiên, sự ảnh hưởng sẽ rất khác khi thở khí tinh khiết Chúng ta sẽ cùng nhau thảo luận ở các phần tiếp theo

PO2 phế nang ở các độ cao khác nhau Giá trị gần

đúng PO2 phế nang ở các độ cao khác nhau khi hít thở ở những người thích nghi và không thích nghi được trình bày ở cột 5, bảng 44-1 Ở mực nước biển,

PO2 là 104 mmHg Ở độ cao 6100 m, PO2 xuống còn

40 mmHg đối với người không thích nghi được và 53 mmHg ở người thích nghi Sự khác biệt này là do thông khí tại phế nang của người thích nghi tăng nhiều hơn so với người không thích nghi

Độ bão hòa oxy ở các độ cao khác nhau Trong

bảng 44-1, SaO2 ở các độ cao khác nhau trong hai trường hợp: thở khí trời và thở oxy Ở độ cao 3050 m

so với mặt nước biển, trong hai trường hợp, SaO2

CHƯƠNG 44 – HÀNG KHÔNG, ĐỘ CAO VÀ SINH LÝ NGƯỜI TRONG

KHÔNG GIAN

luôn duy trì 90% trở lên Ở độ cao trên 3050 m đối với thở khí trời, SaO2 giảm nhanh chóng (đường màu xanh trên biểu đồ) và chạm ngưỡng dưới 70% ở độ cao 6100 m

Biểu đồ 44-1 Tác động của độ cao lên SaO2 trong hai

trường hợp

TÁC ĐỘNG CỦA THỞ OXY TOÀN PHẦN LÊN PO2

Ở CÁC ĐỘ CAO KHÁC NHAU

Khi thở oxy toàn phần, phần lớn các khoảng chết

trong phế nang – được lấp đầy bởi ni-tơ, sẽ được

thay thế bằng oxy Ở độ cao 9150m, giá trị PO2 của

một người phi công (thở oxy toàn phần) có thể lên tới

139 mmHg, so với 18 mmHg khi thở khí trời (Bảng

44-1.)

Đường màu đỏ trong biểu đồ 44-1 biểu diễn SaO2 ở

các độ cao khác nhau trong trường hợp thở oxy toàn

phần Chú ý rằng SaO2 luôn đạt mức trên 90% khi ở

độ cao dưới 11900 m, và giảm nhanh xuống 50% ở

độ cao 14330 m

PaO2 “đỉnh” trong thở khí trời và thở oxy toàn

phần khi đi máy bay không điều áp

So sánh hai đường cong biểu diễn PaO2 ở biểu đồ 44-1, người thở oxy toàn phần khi đi máy bay không điều áp có thể lên cao hơn so với người thở khí trời

Ví dụ, SaO2 của người thở oxy toàn phần ở độ cao

14325 m là 50%, tương đương với SaO2 của người thở khí trời ở độ cao 7010 m Thêm nữa, vì một người kém thích nghi với độ cao thường vẫn tỉnh táo trước khi SaO2 xuống dưới 50%, tương ứng với các

độ cao kể trên Do đó cần dụng cụ cung cấp oxy đầy

đủ trong những thời điểm oxy máu hạ dưới 50%

ẢNH HƯỞNG CẤP CỦA GIẢM OXY MÁU

Một vài ảnh hưởng cấp của giảm oxy máu xảy ra trong những bệnh nhân chưa thích nghi với không khí thở, bắt đầu ở độ cao khoảng 12000 feet, gồm lơ mơ,

uể oải, mệt mỏi tinh thần và cơ bắp, đôi khi đau đầu, thỉnh thoảng buồn nôn, và đôi khi có trạng thái phởn phơ Những ảnh hưởng này tiến tới một giai đoạn co giật hay động kinh ở độ cao trên 18000 feet và kết thúc, trên 23000 feet ở người chưa thích nghi, gây hôn mê, và nguy cơ tử vong ngay sau đó

Một trong ảnh hưởng quan trọng nhất của giảm oxy máu là giảm nhận thức, gây nên giảm tư duy, trí nhớ, và hiệu suất của các vận động phức tạp Ví dụ, nếu một phi công chưa quen khí hậu ở lại độ cao

15000 feet trong 1 giờ, nhận thức thường giảm còn 50% bình thường, và sau 18 giờ ở độ cao đó, nhận thức chỉ còn lại 20%

SỰ THÍCH NGHI VỚI ÁP SUẤT OXY MÁU THẤP

Một người ở độ cao nhất định trong vài ngày, vài tuần, hay vài năm sẽ càng thich nghi với khí hậu oxy loãng, vì vậy nó gây hại ít hơn lên cơ thể Sau khi thích nghi, người đó có thể làm việc nhiều hơn mà không chịu ảnh hưởng của oxy loãng hay có thể lên

độ cao hơn nữa

Các biện pháp chủ yếu giúp thích nghi khí hậu gồm

(1) tăng đáng kể thông khí phổi, (2) tăng số lượng

hồng cầu, (3) tăng dung tích trao đổi của phổi, (4)

tăng tưới máu tới mô ngoại vi, (5) tăng khả năng chịu

oxy kém ở tế bào mô

Tăng thông khí phổi – Vai trò của các receptor

nhận cảm hóa học Tiếp xúc trực tiếp với Po2 thấp

kích thích các nhận cảm hóa học động mạch, và sự

kích thích này làm tăng thông khí lên đến 1.65 lần Do

đó, sự bù xảy ra trong vài giây ở độ\ cao nhất định, và

mình nó cho phép người lên cao vài nghìn feet hơn

mức có thể mà không cần tăng thông khí Nếu người

đó ở lại độ cao rất cao trong vài ngày, thụ cảm hóa

học sẽ tăng thông khí hơn nữa, lên đến khoảng 5 lần

bình thường

Sự tăng thông khí tức thì trong khi lên độ cao nhất

định làm mất đi lượng lớn CO2, làm giảm Pco2 và

tăng pH trong dịch cơ thể Sự thay đổi này làm ức

chế trung tâm hô hấp thân não và điều đó đối lập với

ảnh hưởng của giảm Po2 gây kích thích hô hấp qua

thụ thể hóa học ở xoang động mạch cảnh và quai

động mạch chủ Tuy nhiên, sự ức chế này mất dần đi

sau 2 đến 5 ngày, cho phép trung tâm hô hấp hoạt

động trở lại đáp ứng với đủ nhận cảm hóa học từ sự

giảm oxy máu, và thông khí tăng lên 5 lần so với bình

thường

Nguyên nhân của sự giảm ức chế này được cho là

chủ yếu do giảm nồng độ bicarbonate trong dịch não

tủy, cũng như mô não Sự giảm này kéo theo giảm pH

trong dịch quanh thụ cảm hóa học thần kinh của trung

tâm hô hấp, làm tăng kích thích hô hấp

Một cơ chế quan trọng cho sự giảm dần nồng độ

bicarbonate là sự bù của thận trong nhiễm kiềm hô

hấp, được bàn luận ở chương 31 Thận đáp ứng với

sự giảm Pco2 bằng cách giảm ion H+ bài tiết và tăng

đào thải bircabonat Quá trình bù chuyển hóa cho

nhiễm kiềm hô hấp làm giảm nồng độ bircabonat

huyết thanh và dịch não tủy và pH trở về bình thường

và cắt bỏ một phần ảnh hưởng ức chế hô hấp của

giảm nồng độ H+ Vì vậy, trung tâm hô hấp nhận

nhiều hơn nữa đáp ứng với kích thích thụ cảm hóa

học ngoại vi, gây ra bởi sự giảm oxy máu sau khi thận bù cho nhiễm kiềm

Tăng tế bào hồng cầu và nồng độ hemoglobin trong thích nghi với độ cao Như đã bàn luận trong

chương 33, giảm oxy máu là kích thích chính làm tăng sản sinh hồng cầu Trường hợp nồng độ oxy của một người ở mức thấp trong nhiều tuần liền, hematocrit tăng dần từ giá trị bình thường 40-45% lên trung bình 60%, hemoglobin tăng trung bình từ gía trị bình thường (15 g/dL) lên 20 g/dL Thêm nữa, thể tích máu cũng tăng từ 20- 30 %, nhân thêm với tăng hemoglobin, suy ra lượng hemoglobin toàn cơ thể tăng tới 50% hoặc hơn nữa

Tăng dung tích khuếch tán sau thích nghi

Dung tích khuếch tán (DL) bình thường của oxy đi qua màng phế nang là 21 ml/mmHg/phút, và có thể tăng gấp 3 lần khi tập thể dục hoặc khi lên các nơi cao Một phần nguyên nhân tăng dung tích khuếch tán là

do tăng lượng máu mao mạch phổi, làm giãn các mạch giúp oxy khuếch tán vào máu dễ dàng hơn Một nguyên nhân khác là tăng dung tích phổi, làm giãn nỡ phế nang và tăng diện tích trao đổi phế nang-mao mạch Nguyên nhân cuối cùng là tăng áp động mạch phổi, dẫn tới tăng bơm máu vào các mao mạch phổi hơn so với bình thường, đặc biệt là thùy trên phổi, là nơi được cấp máu ít ở tình trạng bình thường

Thay đổi hệ thống tuần hoàn ngoại biên khi thích nghi-Tăng lượng mao mạch ở các mô trong cơ thể.

Lưu lượng tuần hoàn thường tăng ngay lập tức 30% sau khi một người chuyển tới vùng cao nhưng sau đó

sẽ giảm về mức bình thường Thời gian giảm thường kéo dài hàng tuần liền cùng với sự tăng hematocrit

Do vậy lượng oxy vận chuyển tói các mô ngoại vi của

cơ thể vẫn giữ ở mức bình thường

Một thích ứng nữa của hệ tuần hoàn là tăng số lượng các mao mạch ở các mô ngoài phổi, hay còn gọi là tăng sinh mạch Đặc biệt, sự thích ứng này xảy ra ở động vật mới sinh và đang còn non sống những nơi cao Tuy nhiên, tăng sinh mạch ít gặp khi động vật lớn hơn di chuyển lên các vùng cao Những mô hoạt động biểu hiện thiếu oxy máu, tăng sinh mạch thường

gặp Ví dụ, mật độ mao mạch ở cơ tâm thất phải tăng

bởi sự kết hợp của thiếu oxy máu và tăng gánh của

thất phải do tăng áp động mạch phổi ở vùng cao

Sự thích nghi của tế bào

Ở động vật sống ở độ cao 4000-5200 m, hệ thống ti

lạp thể và enzym oxy hóa tế bào nhiều hơn một chút

so với động vật số ở gần biển Do đó, tế bào của

những người thích nghi với độ cao được cho là sử

dụng oxy hiệu quả hơn so với những người sống ở

gần biển

HIFs (HYPOXIA-INDUCIBLE FACTORS) – “BỘ

CHUYỂN MẠCH CHÍNH” CHO ĐÁP ỨNG CỦA CƠ

THỂ KHI HẠ OXY MÁU

HIFs là một protein kiểm soát quá trình phiên mã tạo

nên đáp ứng khi oxy tự do máu giảm và hoạt hóa một

vài gen mã hóa protein giúp vận chuyển oxy tới mô

đầy đủ và năng lượng cần thiết cho chuyển hóa tế

bào HIFs được tìm thấy trong hầu hết các sinh vật hít

thở trao đổi oxy, từ những loại sinh vật cổ đại tới con

người chúng ta HIFs kiểm soát hoạt động của một số

gen, đặc biệt HIF-1 kiểm soát:

• Gen liên quan tới các yếu tố phát triển của tế bào nội

mô, tăng sinh mạch

• Gen erythropoietin tăng sinh các tế bào máu

• Gen ti lạp thể liên quan tới sử dụng năng lượng của

tế bào

• Gen chuyển hóa đường liên quan tới chuyển hóa yếm

khí

• Gen tăng trữ lượng NO gây giãn mạch phổi

Khi cơ thể được cung cấp đủ lượng oxy, những

dưới-đơn vị của HIF khi hoạt động đòi hỏi hoạt hóa hàng

loạt gen, sẽ bị điều hòa giảm và bất hoạt bằng những

HIF hydroxylase Khi oxy máu giảm, HIF cũng bị bất

hoạt, cho phép hình thành một phức hợp HIF hoạt

động phiên mã Như đã đề cập, HIF hoạt động như

một “bộ chuyển mạch chính” cho phép cơ thể có

những đáp ứng phù hợp khi oxy máu giảm

SỰ THÍCH NGHI CỦA NHỮNG NGƯỜI BẢN XỨ Ở

CÁC VÙNG CAO

Có rất nhiều người sinh sống trên các dãy Andes và Himalaya ở độ cao 4000 m Có một nhóm người Peru sống ở nơi cao 5334 m và làm việc tại một mỏ cao tới

5800 m Nhiều người bản xứ sinh ra và sinh sống ở những nơi cao như vậy suốt cả cuộc đời họ Những người bản xứ có khả năng thích nghi tốt hơn những người sống ở đồng bằng Cho dù những người ở đồng bằng có thể chuyển lên sống ở vùng cao trên 10 năm, nhưng vẫn không thể thích nghi tốt với độ cao băng những người bản xứ xét về mọi khía cạnh Nguyên do ngay từ khi hình thành bào thai, những người bản xứ đã có sự thích nghi với môi trường vùng cao Vòng

ngực phát triển mạnh, và kích cỡ cơ thể giảm, dẫn tới tăng tỉ số dung tích thông khí/trọng lượng cơ thể Tim của người bản xứ ngày từ khi sinh ra đã bơm thêm một lượng máu vào hệ tuần hoàn, và được coi lớn hơn so với người ở đồng bằng

Sự vận chuyển oxy qua máu tới mô cũng thuận lợi hơn ở những người bản xứ Ví dụ, trong hình 44-2 về các đường cong biểu diễn phân ly của Hb-O2 của người sống ở 4000 m và người sống gần biển Chú ý

PO2 của những người bản xứ vùng cao chỉ khoảng

40 mmHg, tuy nhiên do lượng hemoglobin lớn hơn nên lượng oxy trong máu động mạch của họ lớn hơn

so với những người sống ở gần biển PO2 máu tĩnh mạch của những người ở vùng cao chỉ nhỏ hơn 15

mmHg so với người sống ở gần biển Cho dù PO2

máu động mạch rất thấp, có thể thấy ở những người

bản xứ vùng cao, oxy được vận chuyển tới mô rất

hiệu quả

GIẢM KHẢ NĂNG HOẠT ĐỘNG CỦA CƠ THỂ Ở

VÙNG CAO VÀ NHỮNG TÁC ĐỘNG HIỆU QUẢ

CỦA SỰ THÍCH NGHI

Trong trạng thái trầm cảm do hạ oxy máu, khả năng

hoạt động của toàn bộ cơ (không chỉ các cơ vân mà

cả cơ tim mạch) giảm mạnh trong trạng thái giảm oxy

máu Nhìn chung, khả năng hoạt động của cơ thể

giảm xuống dẫn tới hạn chế tối đa tiêu thụ O2 Để dễ

dàng hình dung tầm quan trọng của sự thích nghi khi

cơ thể tăng khả năng hoạt động, hãy xem sự khác

biệt rất lớn dưới đây giữa người thích nghi và không

thích nghi ở độ cao 5181 m

Khả năng hoạt động (% so với bình thường)

Thích nghi đươc 2 tháng 68

Người bản xứ sống ở độ

cao 4000m nhưng làm việc

Như đã biết, những người bản xứ làm việc ở những

nơi cao có thể đạt hiệu suất tương đương với những

người làm việc ở đồng bằng Tuy nhiên, những

người đồng bằng có khả năng thích nghi tốt đến mấy

cũng không thể đạt được hiệu suất công việc cao như

vậy

SAY NÚI CẤP TÍNH (SAY ĐỘ CAO) VÀ PHÙ PHỔI

ĐỘ CAO

Một tỉ lệ nhỏ người lên độ cao nhanh chóng sẽ bị say

cấp và có thể tử vong nếu không cung cấp O2 hay

đưa nhanh chóng xuống độ cao thấp hơn Cơn say

thường bắt đầu từ vài tiếng đến 2 ngày sau khi leo

Hai sự kiện thường xảy ra:

1 Phù não cấp: Phù này được cho là kết quả của sự

giãn cục bộ mạch máu não, cái gây nên bởi sự thiếu

giảm oxy máu Sự giãn tiểu động mạch làm tăng

lượng máu đến mao mạch, gây tăng áp lực mao

mạch, và có thể làm thoát dịch vào mô não Phù não

có thể dẫn đến mất định hướng trầm trọng và gây rối loạn các chức năng liên quan

2 Phù phổi cấp: Nguyên nhân của phù phổi cấp đế

nay vẫn chưa rõ, nhưng có một giả thiết: Sự giảm oxy máu trầm trọng gây nên co tiểu động mạch phổi, nhưng sự co mạch mạnh hơn ở một vài phần phổi so với các phần khác, vì thế càng nhiều dòng máu phổi buộc qua càng ít mạch không bị co Hiển nhiên là áp lực mao mạch trong các vùng phổi này trở nên đặc biệt cao và phù phổi khu trú xảy ra Quá trình này mở rộng sẽ khiến diện phù phổi lan rộng, có thể gây chết người Cho bệnh nhân thở Oxy thường làm đảo ngược quá trình trong vài giờ

SAY NÚI MẠN TÍNH

Thi thoảng, một người ở độ cao quá lâu sẽ bị say núi mạn, thường sẽ xảy ra các hiện tượng: (1) Khối lượng hồng cầu và hematocrit tăng cao đặc biệt (2)

áp lực động mạch phổi tăng cao thậm chí cao hơn mức tăng bình thường do quen khí hậu, (3) phì đại thất phải, (4) giảm áp lực động mạch ngoại vi, (5) suy tim sung huyết, và (6) tử vong thường xảy ra trừ khi đưa bệnh nhân xuống độ cao thấp hơn

Nguyên nhân của những hiện tượng này do 3 điểm: Thứ nhất, khối lượng hồng cầu trở nên tăng cao gây tăng độ nhớt máu Điều này gây giảm dòng máu tới

mô do vậy giảm Oxy vận chuyển Thứ hai, tiểu động mạch phổi bị co nhỏ do giảm oxy máu sự co mạch là kết quả của giảm oxy máu, cái mà vai trò bình thường vận chuyển Oxy từ nơi dòng thấp đến cao như trong Chương 39 Tuy nhiên, bởi vì tất cả các phế nang đều

có mức Oxy thấp, tất cả tiểu động mạch bị co nhỏ, áp lực động mạch phổi tăng cao, và dẫn đến suy tim phải Thứ ba, sự co thắt tiểu động mạch phế nang làm chuyển hướng dòng máu qua các mạch không thuộc phế nang, điều này gây nên shunt phổi làm máu trở nên nghèo oxy Phần lớn bệnh nhân sẽ phục hồi khi được đưa xuống độ cao thấp hơn sau vài ngày đến vài tuần

ẢNH HƯỞNG CỦA GIA TỐC ĐẾN CƠ THỂ TRONG NGÀNH HÀNG KHÔNG VÀ KHÔNG GIAN SINH LÝ

Bởi những thay đổi nhanh chóng về vận tốc và hướng của chuyển động trong máy bay hoặc tàu vũ trụ, một

loại lực gia tốc đc sinh ra ảnh hưởng đến cơ thể trong

quá trình bay Vì dụ sự tăng tốc tuyến tính xảy ra khi

bắt đầu cất cánh hay sự giảm tốc khi kết thúc chuyến

bay, mỗi khi có sự thay đổi đột ngột của chuyển động

lực ly tâm đều được sinh ra

LỰC LY TÂM

Khi máy bay chuyển động, lực ly tâm được tính bằng

công thức:

f = mv²/r trong đó: f: lực ly tâm

m: khối lượng của vật

v: vận tốc của vật

r: bán kính của chuyển động

Từ công thức này ta nhận thấy lực ly tâm tỷ lệ thuận

với bình phương vận tốc của vật và tỷ lệ thuận với độ

sắc nét chuyển động ( bán kính nhỏ)

Đo gia tốc (G)

Khi một phi công ngồi vào chỗ của mình , lực mà anh

ta tác động lên chiếc ghế là kết quả của trọng lực tác

dụng lên cơ thể của anh ta gọi là trọng lượng cường

độ của trọng lượng là +1G bởi nó chính bằng trọng

lực Nếu lực mà anh ta tác động lên chiếc ghế bằng 5

lần trọng lượng cơ thể thì lực đó là +5G

Nếu chiếc máy bay bay theo một quỹ đạo nhất

định và người trên máy bay được giữ chặt vs chiếc

ghế bằng dây an toàn thì có 1 lực ly tâm G tác động

lên cơ thể; nếu như các lực của dây an toàn tác động

lên cơ thể bằng chính trọng lượng cơ thể thì lực li tâm

G là -1G

ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC LY TÂM LÊN CƠ THỂ (G)

Ảnh hưởng lên hệ tuần hoàn: Ảnh hưởng quan

trọng nhất của lực ly tâm là trên hệ tuần hoàn, bởi vì

sự lưu thông của máu trong cơ thể phụ thuộc vào độ

mạnh của lực ly tâm

Khi một phi công phải chịu 1 lực G, máu luôn có

xu hướng chảy về nơi thấp nhất của cơ thể Do đó

nếu lực ly tâm có giá trị là 5G và người lái ở vị trí bất

động thì áp suất tĩnh mạch chân bị tăng lên rất nhiều

lần (khoảng 450mmHg) ở vị trí ngồi, áp luực khoảng

300mmHg Ngoài ra khi áp lực trong tĩnh mạch chân

tăng lên những mạch thụ động giãn ra nên một lượng

lớn máu trong cơ thể di chuyển vào những mạch ở

vùng thấp của cơ thể Lượng máu về tim ít làm giảm cung lượng tim

Hình 44-3 cho thấy những thay đổi trong huyết áp tâm thu và tâm trương ( tương ứng trên và dưới đường cong) trong phần trên của cơ thể khi có tác động của lực ly tâm có giá trị khoảng 3,3G đột nhiên tác động lên một người ở tư thế ngồi Nhận thấy rằng

áp lực giảm xuống dưới mức 22mmHg trong vòng vài giây đầu tiên sau khi tăng tốc nhưng sau đó quay trở lại mức huyết áp tâm thu khoảng 55mmHg và huyết

áp tâm trương là 20mmHg trong vòng 10-15 giây Sự phục hồi thứ cấp này chủ yếu là do sự kích thích lên các thụ cảm áp lực gây ra các phản xạ tăng áp Khi lực tác động lớn hơn 4-6G gây ra chứng hoa mắt trong vòng vài giây và bất tỉnh ngay sau đó Nếu tốc độ tiếp tục tăng lực ly tâm mạnh hơn có thể dẫn đến tử vong

Ảnh hưởng lên cột sống: Khi lực ly tâm quá cao dù

chưa tới 1 giây cũng có thể bẻ gãy đốt sống Mức độ gia tốc một người bình thường có thể chiu đc ở tư thế ngồi trước khi gây gãy các đốt sống là khoảng 20G

Phản lực G Những tác động của phản lực G lên cơ

thể ít gây tổn thương hơn lực tác động của lực li tâm

G Một phi công có thể chịu được phản lực khoảng -4 đến -5 G mà không có tồn thương vĩnh viễn nào, mặc

dù có sự sung huyết não tạm thời trong giai đoạn đầu đôi khi có xuất hiện rối lọa tâm thần kéo dài

15-20 ph như là hậu quả của chứng phù não Đôi khi các hản lực G có thể rất lớn (ví dụ -20G) và tăng lượng máu trong các mạch não khiến áp lực trong mạch lên đến 300-400mmHg phá vỡ các mạch máu nhỏ ở vỏ não tuy nhiên các mạch máu não bị vỡ ít hơn so với

dự đoán ban đầu bởi: khi có lực ly tâm tác động lên

khiến máu về não nhiều thì dịch não tủy lại có xu

hướng dịch chuyển ngược lại so với dòng màu, dịch

não tủy như một đệm áp lực cho não để ngăn ngừa

tình trạng vỡ mạch máu trong não Do mắt không

được bảo vệ bởi hộp sọ nên khi tình trạng sung huyết

xảy ra khiến cho mắt bị mù tạm thời với biểu hiện “red

out” (viền mắt đỏ???)

Bảo vệ cơ thể chống lại lực ly tâm

Các quy định riêng và các loại thiết bị được phát triển

để bảo vệ các phi công chống lại các tác động tiêu

cực lên hệ tuần hoàn của lực li tâm Trước hết là việc

các phi công ngồi hơi ngả người về phía trước đồng

thời co cứng cơ bụng thì có thể ngăn chặn việc máu

dồn về phần thấp của cơ thể Ngoài ra bộ trang phục

chống lại lực ly tâm được nghiên cứu và ứng dụng để

ngăn chặn sự tập trung máu về bụng và chân Cách

thức đơn giản nhất để chống lại phản lực G là bơn túi

nén ở chân và bụng về mặt lí thuyết, cơ thể phi công

khi được mặc một bộ quàn áo nước có thể chịu được

sự ảnh hưởng của lực ly tâm lên hệ tuần hoàn của cơ

thể bởi vì áp lực của nước tác động lên bề mặt cơ thể

trong suốt quá trình có lực ly tâm sẽ gần như cân

bằng với các lực bên trong cơ thể Tuy nhiên vẫn luôn

có khí trong phổi và được vận chuyển đến các mô

như tim, phổi và sự tổn thương nghiêm trọng cơ

hoành mặc dù đã được mặc áo nước Vì vậy ngay cả

khi các phương pháp bảo vệ đã được áp dụng, mức

giới hạn an toàn vẫn sẽ chỉ ở mức dưới 10G

ẢNH HƯỞNG CỦA GIA TỐC TUYỀN TÍNH LÊN CƠ

THỂ

Lục gia tốc trong tàu không gian Không giống như

một chiếc máy bay, một tàu không gian không thể tạo

vòng quay nhanh, và do đó gia tốc vòng ít quan trọng

ngoại trừ khi tàu rối loạn xoay Dù vậy, khả tăng tốc

cất cánh và giảm tốc hạ cánh có thể rất lớn, cả hai là

gia tốc thẳng, một gia tốc dương và một âm

Hình 44-4 cho thấy một quá trình gần đúng về sự tăng tốc trong quá trình cất cánh của tàu không gian

ba giai đoạn Giai đoạn đầu tàu được tăng tốc lớn nhất 9G và giai đoạn hai tăng lên cao nhất 8G Trong

tư thế đứng, co người không thể chịu được gia tốc này, nhưng ở tư thế nằm ngả, ngang với trục gia tốc, con người có thể chịu gia tốc dễ dàng mặc dù sự thật

là lực gia tốc vẫn đang rất lớn lúc đó Do đó, ghế ngả được sử dụng cho các phi hành gia

Vấn đề cũng xẩy ra trong quá trình giảm tốc, khi tàu không gian trở vào khí quyển Một người di chuyển ở Mach 1 (tốc độ âm thanh và của máy bay nhanh) có thể giảm tốc an toàn trong khoảng cách tầm 0.12 dặm, trái lại một người di chuyển với tốc độ Mach 100 (tốc độ có thể trong di chuyển giữa các hành tinh) cần khoảng 10000 dặm cho sự giảm tốc an toàn Nguyên nhân chủ yếu của sự khác nhau này là tổng năng lượng cần thải trừ trong quá trình giảm tốc

tỷ lệ với bình phương tốc độ, tương đương với khoảng cách cần để giảm tốc giữa Mach 1 và Mach

100 khoảng 10000 lần Do đó, sự giảm tốc cần được thực hiện chậm hơn từ tốc độ cao hơn là khi đang ở tốc độ thấp hơn

Lực giảm tốc trong nhảy dù Khi phi công nhảy dù

rời máy bay, vận tốc rơi ban đầu của anh ấy là 0 feet/s Tuy nhiên, vì gia tốc của lực hấp dẫn, sau 1 giây tốc độ rơi đó là 32 feet/s (nếu bỏ qua lực cản không khí), sau 2 giây là 64 feet/s, v.v Trong khi tốc

độ rơi tăng, lực cản không khí làm chậm sự rơi cũng

tăng Cuối cùng, gia tốc cản của không khí cân bằng

với gia tốc của trọng lực, và sau khi rơi khoảng 12

giây, người đó sẽ rơi ở vận tốc cuối khoảng 109-119

dặm/giờ (khoảng 175 feet/s) Nếu người nhảy dù đạt

vận tốc cuối cùng trước khi mở dù, một shock mở dù

(“opening shock load”) lên tới 1200 pounds có thể xảy

ra trên màn vải dù

Một chiếc dù thông thường làm chậm sự rơi của

người nhảy khoảng 1/9 vận tốc rơi cuối Nói cách

khác, tốc độ hạ cánh khoảng 20 feet/s, và lực va

chạm mặt đất là 1/81 lực va chạm nếu không có dù

Dù vậy, lực va chạm này vẫn đủ lớn gây chấn thương

đáng kể đến cơ thể trừ khi người nhảy dù được huấn

luyện hạ cánh Thực tế, lực va chạm nhảy dù tương

đương với nhảy từ độ cao 6 feet không có dù Nếu

không biết trước, giác quan của người nhảy sẽ bị

đánh lừa trong lúc chạm đất với chân duỗi thẳng, tư

thế này sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng đến khung

xương theo trục cơ thế, gây gãy xương chậu, xương

sống, hay chân Vì vậy, người nhảy dù qua đào tạo

chạm đất với đầu gối cong nhưng căng cơ để tiếp

nhận lực va chạm lớn

“KHÍ QUYỂN NHÂN TẠO” TRONG TÀU KHÔNG

GIAN KÍN

Bởi vì không có khí quyển ngoài không gian, khí

quyển nhân tạo và khí hậu phải được sản xuất trong

tàu không gian Quan trọng nhất, nồng độ O2 phải đủ

cao và nồng độ CO2 đủ thấp để tránh ngạt thở Trong

các tàu trước đây, khoang chứa khí quyển với O2 tinh

khiết khoảng 260mmHg, nhưng trong các tàu hiện

đại, không khí được làm giống như khí quyển bình

thường, với nito gấp bốn lần O2 và tổng áp suất là

760mmHg Sự xuất hiện của nito trong khí trộn làm

giảm đáng kể nguy cơ cháy và nổ Nó cũng bảo vệ

chống lại sự xẹp phổi khu trú, xảy ra khi thở O2 tinh

khiết, vì O2 được hấp thu rất nhanh làm các tiểu phế

quản bị chặn lại bởi các nút nhầy

Trong các chuyến đi kéo dài nhiều tháng, gần như

không thể mang theo O2 suốt cuộc hành trình Vì lí do

này, nhiều công nghệ tái chế đã được đề xuất để sử

dụng O2 tương tự Một vài quá trình tái chế phụ thuộc

hoàn toàn vào định luật vật lý, như điện phân nước

giải phóng O2 Một số khác phụ thuộc vào phương pháp sinh học, như sử dụng tảo để giải phóng O2

thông qua hiện tượng quang hợp Nhưng một hệ thống hoàn thiện về tái chế vẫn chưa thực hiện được

PHI TRỌNG LƯỢNG TRONG KHÔNG GIAN

Một người khi ở trong một vệ tinh quay quanh hoặc một tàu vũ trụ là không trọng lượng, hoặc một trạng thái gần như bằng không đơn vị G, mà đôi khi được gọi là trọng lực Người đó không rút về phía dưới cùng, hai bên hay đầu của tàu vũ trụ mà chỉ đơn giản

là trôi nổi bên trong khoang của nó Nguyên nhân của

sự không trọng lượng này không phải là không có sự tác động của lực hấp dẫn lên cơ thể bởi vì lực hấp dẫn từ bất kỳ thiên thể nào ở gần đó là vẫn còn hoạt động Tuy nhiên, lực hấp dẫn tác động lên cả các tàu

vũ trụ và những người cùng một lúc để cả hai được kéo với chính xác cùng gia tốc và trong cùng một hướng Vì lý do này, người chỉ đơn giản là không bị hút đối với bất kỳ nơi của tàu vũ trụ

Những Thách Thức Sinh Lý khi Mất Trọng Lượng (Trọng Lực)

Những thách thức về sinh lý không trọng lượng đã được chứng minh là không có ý nghĩa miễn là thời gian không trọng lượng không quá dài Hầu hết các vấn đề xảy ra có liên quan đến ba tác động của trọng lượng: (1) say tàu xe trong những ngày đầu tiên của

du lịch, (2) chuyển vị của các chất lỏng trong cơ thể vì mất tác dụng của lực hấp dẫn để gây áp lực thủy tĩnh bình thường, và (3) giảm hoạt động thể chất vì không

có sức mạnh của sự co cơ là lực cần thiết để chống lại lực hấp dẫn

Gần 50% các phi hành gia trải nghiệm say tàu xe, buồn nôn và đôi khi ói mửa, trong 2-5 ngày đầu tiên của chuyến du lịch không gian say tàu xe này có thể

là kết quả từ một mô hình quen thuộc của các tín hiệu chuyển động khi đến các trung tâm cân bằng của não, và tại cùng một thời gian thiếu của các tín hiệu hấp dẫn

Các hiệu ứng quan sát được một kỳ nghỉ kéo dài trong không gian của những điều sau đây: (1) giảm thể tích máu, (2) giảm khối lượng tế bào hồng cầu, (3) giảm sức mạnh cơ bắp và khả năng làm việc, (4)

giảm cung lượng tim tối đa và (5) mất canxi và

phosphate từ xương, cũng như mất khối lượng

xương Hầu hết các hiệu ứng tương tự cũng xảy ra ở

những người nằm trên giường trong một thời gian

dài Vì lý do này, các chương trình tập thể dục được

đưa ra cho các phi hành gia nếu phải thực hiện ở

ngoài không gian trong 1 thời gian dài

Trong một thí nghiệm về 1 cuộc thám hiểm không

gian , trong đó chương trình tập luyện đã không được

áp dụng và kết quả là các phi hành gia đã giảm

nghiêm trọng năng lực làm việc trong vài ngày đầu

tiên sau khi trở về Trái đất Họ cũng có xu hướng ngất

xỉu (và vẫn làm, chừng mực nào đó) khi họ đứng dậy

trong ngày đầu tiên hoặc sau khi trở về trọng lực vì

khối lượng máu giảm đi và phản ứng của các cơ chế

kiểm soát huyết áp giảm

Giảm hoạt động (Deconditioning) của Tim Mạch,

Cơ Bắp, Xương Trong Thời Gian Phơi Sáng Và

Không Trọng Lượng Kéo Dài

Trong các chuyến bay không gian rất dài và tiếp xúc

với ánh sang kéo dài , dần dần hiệu ứng

“Deconditioning” xảy ra trên hệ thống tim mạch, cơ

xương, và xương mặc dù tập thể dục nghiêm ngặt

trong suốt chuyến bay Nghiên cứu của các nhà du

hành trên các chuyến bay không gian kéo dài vài

tháng đã cho thấy rằng họ có thể mất nhiều 1,0 phần

trăm khối lượng xương của họ mỗi tháng mặc dù họ

vẫn tiếp tục tập luyện, teo đáng kể của cơ tim và

xương cũng xảy ra trong thời gian dài tiếp xúc với

một môi trường không trọng lực

Một trong những ảnh hưởng nghiêm trọng nhất là

tim mạch "deconditioning", trong đó bao gồm giảm

khả năng lao động, giảm thể tích máu, phản xạ phận

nhận cảm áp lực kém, và giảm khả năng chịu áp thế

đứng Những thay đổi này rất hạn chế khả năng của

các phi hành đứng thẳng hoặc thực hiện các hoạt

động bình thường hàng ngày sau khi trở về trái đất

Các nhà du hành trở về từ chuyến bay không gian

kéo dài 4-6 tháng cũng dễ bị gãy xương và có thể yêu

cầu một vài tuần trước khi họ trở về, họ cần tập luyện

như trước khi bay cho tim mạch , xương, và tập thể

dục cơ bắp Như các chuyến bay không gian trở nên

dài hơn để chuẩn bị cho công cuộc phát hiện của con người về sự tồn tại của các hành tinh khác, chẳng hạn như sao Hỏa, những tác động của trọng lực kéo dài có thể gây ra một mối đe dọa rất nghiêm trọng đối với các phi hành gia sau khi họ tiếp đất, đặc biệt là trong trường hợp hạ cánh khẩn cấp Do đó, nỗ lực nghiên cứu đáng kể đã được phát triển hướng về biện pháp đối phó, ngoài việc tập thể dục, có thể ngăn ngừa hoặc làm giảm bớt hiệu quả hơn những thay đổi này Một trong những biện pháp đối phó đang được thử nghiệm là việc áp dụng liên tục "trọng lực nhân tạo" gây ra bởi thời gian ngắn (ví dụ, 1 giờ mỗi ngày) của gia tốc ly tâm của các phi hành gia khi

họ ngồi trong thiết kế đặc biệt máy ly tâm ngắn tay

mà tạo ra lực lượng lên đến 2-3 G

Tài liệu tham khảo

Basnyat B, Murdoch DR: High-altitude illness Lancet 361:1967, 2003.

Brocato J, Chervona Y, Costa M: Molecular responses to hypoxiainducible factor 1α and beyond Mol Pharmacol 85:651, 2014 Hackett PH, Roach RC: High-altitude illness N Engl J Med 345:107, 2001.

Hargens AR, Richardson S: Cardiovascular adaptations, fluid shifts, and countermeasures related to space flight Respir Physiol Neurobiol 169(suppl 1):S30, 2009.

Imray C, Wright A, Subudhi A, Roach R: Acute mountain sickness: pathophysiology, prevention, and treatment Prog Cardiovasc Dis 52:467, 2010.

Naeije R, Dedobbeleer C: Pulmonary hypertension and the right ventricle in hypoxia Exp Physiol 98:1247, 2013.

Penaloza D, Arias-Stella J: The heart and pulmonary circulation at high altitudes: healthy highlanders and chronic mountain sickness Circulation 115:1132, 2007.

Prabhakar NR, Semenza GL: Adaptive and maladaptive cardiorespiratory responses to continuous and intermittent hypoxia mediated by hypoxia-inducible factors 1 and 2 Physiol Rev 92:967, 2012.

San T, Polat S, Cingi C, et al: Effects of high altitude on sleep and respiratory system and theirs adaptations Scientifc World Journal 2013:241569, 2013.

Semenza GL: HIF-1 mediates metabolic responses to intratumoral hypoxia and oncogenic mutations J Clin Invest 123:3664, 2013.

Sibonga JD: Spaceflight-induced bone loss: is there

an osteoporosis risk? Curr Osteoporos Rep 11:92, 2013

Smith SM, Heer M: Calcium and bone metabolism during space