航天毒理学

航天时，航天员生活和工作在与外界基本隔绝的人工气体环境之中，这种狭小特殊环境给毒理学带来新的课题。
飞船实际航行和地面模拟实验结果表明，船舱大气化学污染问题不容忽视。美国阿波罗7～17号飞船返回地面后，从舱内有害气体吸附剂中共测定出148种有机和无机化合物。在一项为期27天地面模拟实验的舱内气体中，共检出99种气态化合物。有的地面模拟航行人体实验，曾因有害气体污染而中途停止。控制船舱有害气体污染来源，制订有害气体航天容许浓度以及对舱内气体环境进行有害气体卫生学监督是须解决的基本问题。
控制污染来源 与地面条件不同，人体代谢产物已成为船舱重要污染来源之一。呼出气中有二氧化碳、一氧化碳、氨、甲烷、甲醇、挥发性脂肪酸等有机和无机化合物；胃肠气中主要含有甲烷、氢、硫化氢、甲硫醇、吲哚；汗液中也含有挥发性产物，主要如氨、胺、苯酚、醛、酮和脂肪酸等化合物。在地面条件下，这些气态代谢产物排出后立即为周围大气所稀释，不会影响人体健康。但在狭小的密闭环境中，如无净化措施，任其蓄积，达一定浓度时即可对人体产生毒性影响。例如，一不吸烟的正常青年人一昼夜约排出10mg以上的一氧化碳；如果一航天员的自由活动空间为1m³，则只要一昼夜舱内一氧化碳即可达到对人体产生不良影响的水平。再如，一青年人一昼夜的丙酮平均排出量不少于10mg，而人体在10mg/m₃的浓度下生活6小时即可出现血中胆碱酯酶活性和能量代谢的改变。大小便也是污染来源之一，如处理不当也会污染船舱大气，对人产生不良作用。
在船舱里，各项装置设备和部件使用很多非金属材料，如各种类型塑料、橡胶、涂料、粘合剂、滑润剂，等等。有时还要使用清净剂。这些非金属材料即使在常温、常压条件下也会释出化合物，污染舱内大气。如温度升高，气压降低，则可加快有害气体释出速率。一组实验结果表明，在模拟环境中98种非金属材料共排出19类、94种有机和无机化合物。有的学者强调，这类非金属材料可能是更为重要的污染来源。
船舱中另一种有害气体污染来源是舱内设备。如温度控制系统中的致冷剂以及灭火器中的灭火剂均可能因泄漏而污染舱内大气。舱内氧、氮等气源如含有杂质也会成为污染来源。
上述三种污染来源中，人体排出的有害物质难以避免，对另外两种污染来源一定程度上可加以控制。美国阿波罗飞船对所使用的非金属材料曾进行严格筛选，要求在68℃、纯氧、气压为253mmHg的条件下，非金属材料存放于密闭容器中72小时，有机化合物和一氧化碳排出总量应分别小于100和10μg/g，否则不予选用。实际航行结果表明，这种筛选对减少舱内有害气体污染十分有效。另外，用非金属材料排出的有害气体进行人体气味实验和动物实验，按气味的性质、强度和动物反应判定其毒性，对非金属材料筛选也有重要意义。
制订航天容许浓度 严格筛选非金属材料以及其它控制污染来源的措施不可能完全消除舱内有害气体污染。仍需规定船舱有害气体容许浓度，作为舱内生命保证系统净化装置设计依据和毒理学评价标准。
对载人飞船舱内有害气体实际测定的结果表明，舱内气体污染物大都是地面常见有机或无机化合物。其容许浓度多已有具体规定。但这些规定不宜直接用于船舱。主要理由是：
❶工业卫生学标准是按一天暴露八小时、每周工作5～6天的条件制定的，而航天飞行是数天、数周，长则数月的连续暴露。
❷工业容许浓度以一种成分单独存在为依据，而船舱内有害气体是多种同时存在。
❸工业标准按地面工作条件制订，而航天飞行中有超重、噪声、失重、活动受限等环境因素，如船舱压力制度与地面条件不同，还应一并考虑低气压、高浓度氧对有害气体毒性作用的影响。
制订有害气体航天容许浓度是一项复杂课题。最好根据动物实验，甚至人体实验结果来确定。由于舱内有害气体种类繁多，一般在几十种甚至上百种以上，而且在地面条件下难以模拟航天飞行的全部实际情况，故完全由通过实验制订航天容许浓度不切合实际。有人主张在工业容许浓度基础上制定航天容许浓度。下述外推公式有一定代表性，但各项系数难以确定，可作为定性关系表述看待：
航天阈限值=工业阈限值×压力系数/连续暴露系数×温度系数×活动受限系数×高氧系数×疲劳系数×相互作用系数
有人建议把工业容许浓度的1/10定为航天标准。阿波罗飞船设计中以工业阈限值的1/5作为净化装置设计的基本依据，是否合理，还待证实。
船舱有害气体的卫生学监督 对船舱有害气体进行卫生学监督是航天毒理学的另一重要课题。主要内容是：在飞船起飞前、航天过程中和返回地面后，对舱内气体进行有害气体定性、定量分析。气相色谱、质谱、红外分析方法不断完善，浓缩取样装置的改进和广泛应用，为工作的开展创造了良好条件。
航天前对船舱有害气体的分析测定，一般在地面太空模拟舱中进行，即在类似实际航行的内部和外界条件下进行舱内有害气体的全面分析测定，以了解船舱有害气体的污染水平，评价净化系统的净化效果。如超出容许浓度则应寻找原因并及时解决，以保证航天安全。
航天过程中船舱内有害气体污染情况，一般要在返回地面后通过对吸附剂脱附产物的分析测定了解。对长期航行来说，应该配备一定的分析装置，对一些重要的有代表性的化合物进行现场测定，以便及时发现和解决有关问题。