暴发性高空缺氧

发展过程很急骤的极度严重高空缺氧称“暴发性高空缺氧”。高空飞行中，如座舱迅速减压，或者氧气供应突然中断，即可能引起这种类型的缺氧。当人被突然暴露在气体非常稀薄的高空气体环境中时，依据暴露条件的不同，一般只能坚持十几秒至数分钟即丧失意识；最严重的情况下，如暴露时间超过3～4分钟，即可引起急性心衰，慢性可逆或不可逆性脑组织损伤，甚至死亡。根据灵长类动物实验结果，神经病理变化可分为“以皮层损伤为主”和“以皮层下损伤为主”的两种类型；组织坏死多集中发生于主要脑动脉供血范围的交界区域。人被暴露在这类气体环境中可能获救而又不致遗留永久性脑组织损伤的允许暴露时间，估计为2.5分。在地面条件下，可用下述方法模拟这种类型的缺氧：
❶吸入纯氮（或其它惰性气体）。
❷在低压舱内吸纯氧上升至一定高度后再中断氧气供应。
❸利用迅速减压舱进行迅速减压实验。
意识时间与有效意识时间 自缺氧暴露开始至意识完全丧失的这段时间称“意识时间”。大体上在10000m以下，整个意识时间又可进一步区分为两个阶段： 第一阶段，人仍保持清楚的意识，具有一定工作能力；第二阶段，虽尚有残存意识，但已发生智力紊乱，正常工作能力已完全丧失。第一阶段快结束时，还可能出现肌肉痉挛等运动协调功能障碍。意识时间的第一阶段是“有效意识时间”，也称“备用时间”，它表明当发生暴发性高空缺氧时，人能继续操纵飞行器，采取有效应急措施的时间有多长。随着暴露高度的增加，上述两个阶段的区分，越来越不明显，意识丧失皆为突然发生，有效意识时间也即相当于整个意识时间。在高空生理实验工作中，通常即以受试者在极度严重缺氧条件下能够坚持完成一定质量工作任务(如对于刺激信号的应答反应，书写试验等)的时间，作为其有效意识时间。
有效意识时间的长短取决于下述因素：暴露的终高度，暴露方式，暴露前吸入气体的氧浓度以及体内的贮氧量，环境温度，身体一般状况，体力活动程度，年龄，高空生理训练经历，缺氧习服情况，以及所用测定有效意识时间的方法及指标等。高度因素具有决定性意义，高度越高，有效意识时间越短。呼吸空气条件下，以迅速减压方式暴露到不同高度的有效意识时间是： 7000m，约4～5分钟；10000m，约1分钟；14000m以上，已达极限值，约12～15秒。不同暴露方式的影响是： 迅速减压所引起的暴发性缺氧，比在同样高度由于突然中断氧气供应所引起者更为严重。这与迅速减压时，体内氧散失速率较快有关。体力活动，由于肺通气量增加，影响体内氧更快散失，氧耗量增加，故可使有效意识时间进一步缩短。

不同暴露条件下人的有效意识时间（秒）

高度 (m)	中断氧气供应		迅速减压
	安静	中等体力活动	安静	中等体力活动
6500 7500 8500 9000 10500 12000 13500 16500 20000	600 180 90 75 45 30 15 15 12	300 120 60 45 30 18 12 12 12	300 120 60 45 30 23 15 15 12	120 60 30 20 15 15 12 12 12

时间（分）

图1 呼吸空气或纯氧条件下的有效意识时间曲线(仿UC Luft,1974)

呼吸纯氧条件下的有效意识时间 即使呼吸纯氧，当被以迅速减压方式突然暴露于压力极低的气体环境中时，也会发生暴发性高空缺氧。其有效意识时间大致如下：在14000m高度为1分钟左右；15000m，约20秒；16000m,12～15秒。图1给出呼吸空气或氧气条件下的有效意识时间曲线，这两条曲线在16000m处相交，表明16000m是有效意识时间已达极限值的高度，自此以上，无论吸入气中的氧浓度为若干，人的有效意识时间均为12～15秒。根据近年动物实验资料推测，在17000m以上高度，人的有效意识时间将进一步缩短为9～10秒。
体内气体运输功能的特殊变化 当人被突然暴露于气压极低的气体环境中时，肺泡气的总压力及其各组成气体的分压力也立即降到很低水平； 但此时由右心室进入肺循环的混合静脉血的气体张力却仍保持减压前水平。这样，当减压的终高度超过一定高度范围时，肺毛细血管血液的氧分压反而超过肺泡气氧分压，驱使氧由血液大量弥散入肺泡，再经气道呼出而散失体外。又因血液贮氧量有限，很快被“真空抽提”殆尽，故肺内氧的“反方向流动”也只能是一个短暂过程，此后，肺泡气氧分压将进一步降低。
在此种暴露条件下，肺泡气二氧化碳分压也立即降至极低水平，由于血液中二氧化碳含量最高，约为氮的50倍，氧的3～4倍，故短时间内被“抽提”入肺泡的二氧化碳量大增，引起“原发性缺二氧化碳”（即不是由于代偿性过度通气所引起），并促使血液pH值迅速升高。
迅速减压后，肺泡气氧分压变动的幅度及过程取决于：减压条件(减压前、后的高度与减压时间)，减压前吸入气体的含氧浓度，减压后应急供氧的方式以及开始时间等因素。由图2所示实验例得知，超过一定高度范围，即使在减压以后很快供给纯氧，也难避免肺泡气氧分压出现暂短降低过程，造成机体一过性严重缺氧(或称“缺氧冲击”)，其严重程度与肺泡气氧分压降低幅度及持续时间有关。如肺泡气氧分压的最低值介于30～35mmHg，持续时间不超过15～30秒，则虽有一过性缺氧，但对工作能力影响不大；如肺泡气氧分压曾短暂地降至30mmHg临界水平以下，则依其严重程度，将引起一过性的脑功能障碍，甚至意识丧失。肺泡气氧分压低于30mmHg的幅度及持续时间可用“P₃₀面积”(或“脱氧积分指数”)表示，即肺泡气氧分压曲线与30mmHg临界值水平线所包围的面积（图中带线条区域），单位是“mmHg·s”。如P₃₀面积超过140mmHg·s，几乎肯定会引起一过性意识丧失；如低于此数值，则将引起一过性严重脑功能障碍，表现为稍后出现的一过性工作能力下降及脑电图波形变化。

减压后时间 （秒）

图2 迅速减压后的肺泡气氧分压变化(引自Ernsting,1978)减压条件，由2400m至13400m高度。虽于减压开始后分别经2、8秒钟开始供氧，仍难避免肺泡气氧分压短时间低于临界水平

由肺泡气氧分压开始降低到出现脑缺氧临床症状，中间尚有一定错后时间，此与肺-脑循环时间、脑组织备用时间等有关。在有效意识时间已达极限值的高度(16000m)，减压开始后约经10秒钟，脑组织始处于完全不能由血液得到任何氧供应的状态，而脑组织在完全无氧的条件下，尚能维持功能约5秒钟（脑组织的备用时间），故一般都在减压开始后15秒钟左右发生意识丧失。同理，由肺泡气氧分压开始升高至脑功能恢复，也需经历近似的时间过程。故突然暴露到这样的高度，虽有效意识时间为十几秒钟，但必须在第6秒钟左右开始应急加压，始能防止出现一过性意识丧失。就是说，在有效意识时间已达极限值的高度，其“安全暴露时间”实际只有5～6秒钟。
其它生理功能变化 意识丧失前可有气促、视野发暗等主观感觉。在意识丧失的片刻，行为近似癫痫小发作时的临床表现，经历
❶自动症期、
❷呆滞期及
❸肌紧张消失期三个阶段。脑电图的改变与急性高空缺氧时相似，但时间上有些滞后。如在上述第一个时期，脑电图开始有α及β波激活现象，或间断出现θ波群；第二期，脑电波频率继续变慢；第三期，出现2～3Hz的δ波，甚至脑电活动完全静息。
应急防护措施 根本性应急防护措施是立即下降到安全高度，但同时还应采取对飞行人员及乘员个人应急供氧，对座舱进行应急加压等措施。有的作者提出，对飞行人员进行应急供氧的要求应是： 在迅速减压开始后的供氧方式转换过程中（如改吸纯氧或以加压方式供氧）必须保持肺泡气氧分压不低于30mmHg的临界水平。