航空毒理学

研究如何防治污染空气、有毒物质对航空飞行人员人体危害的一门学科。是军事航空医学的一个分支学科。

航空毒理学aviation toxicology

是研究应用于航空的各种有害物质和在飞行条件下产生的某些物质对人体影响的一门科学。它以工业毒理学为基础，结合航空特点，研究飞行条件下可能遇到的各种毒物及地面常用的各种机械用液的毒理学问题，以制订预防措施，防止或消除有害气体进入座舱造成污染，保障飞行安全。

航空毒理学

航空毒理学是探讨在飞行活动以及维护或修理飞机的劳动过程中所遇到的各种毒理学问题的一门科学，它对保障飞行安全，维护空、地勤人员和旅客健康，以及环境保护等均有重要作用。由于航空工业不断采用新的材料、燃料、技术等，故航空毒理学问题亦层出不穷。航空活动中的毒理学问题有如下特点：
❶中毒环境常具有大气压及氧分压低的特点，可影响毒物的浓度及毒理作用。
❷中毒途径以吸入为主，飞机座舱容积有限可使毒物浓度迅速上升，但对吸入气中毒物的浓度常只能作估计或推算。
❸中毒的方式多样，可有高浓度一过性的意外暴露，每日八小时的工厂接触，或在密闭舱狭小空间内的长时间连续暴露等。
❹涉及的毒物范围广，包括由熟知的普通化学物质到新近研制成功的高能燃料等许多种类。
❺受影响人员较为广泛，可包括机组人员、旅客、地勤人员乃至机场附近的居民等。
据各国航空事故原因调查，约有60～70%系由于“人的因素”所致，其中毒理学原因又占一半以上。座舱的污染往往来源于电子及电器设备、空气压缩机和取暖设备等，又以绝缘物质受热分解产生的一氧化碳、氰化氢及浓烟等较为多见。
航空毒理学是本世纪三十到五十年代期间在工业毒理学基础上逐步形成和发展起来的。在此期间已开展了关于酒精、一氧化碳、汽油蒸气和液压液等的毒理学研究。1949年，美国航空医学会专门设立了航空毒理学委员会，负责收集和出版有关航空毒理学的资料。五十年代起，航空毒理学进入有计划发展的阶段，相继对高能燃料、座舱内热分解产物和燃烧产物等的毒理学问题以及中毒与飞行事故的关系开展了系统研究。1962年，美国空军航空医学研究所首先建成能长期进行吸入中毒实验的大型设备“汤玛斯室”，可用以进行长时间低浓度毒物暴露与致肿瘤、致突变及致畸胎关系的研究。从五十年代起，我国航空医学工作者相继开展了有关军用飞机座舱毒理学问题、航空燃料添加剂、航空用氧污染物、推进剂、密闭人工环境的毒理学以及油料人员劳动卫生等研究工作。
有毒物质虽化学结构各异，但引起的症状和体征却常有共同之处。接触低浓度毒物引起的常见症状有极度疲劳、烦躁、头痛、恶心、食欲减退、心悸、心前区痛、头晕、四肢疼痛或麻木以及稍用力时气喘等。常见体征则有： 脉压变大，肌肉紧张度下降，心动过速，心律失常，心电图T波变低，P-R间期延长，对各种负荷的耐力均降低等。慢性中毒尚可影响发育过程，使体重增长缓慢、消瘦及营养不良。此外，不同毒物中毒还有其独特的症状和病程。
毒物的生物学效应与其进入体内的速度及总量有密切关系，后者又取决于气体环境中毒物的浓度与暴露时间。以一氧化碳为例，Henderson等(1943)曾提出：暴露时间（小时）×浓度(ppm)=K（常数）的关系。当K值为300～599时，无症状；600～899，仅有轻微影响；900～1500，可有头痛和恶心症状；1500以上，危险。据此绘出的一氧化碳时间-浓度曲线如图所示。对其他毒物也多能绘制类似的时间-浓度曲线，这是制订工作场所有毒物质安全限度的基础。
毒理学中常用的容许浓度概念有以下几种：
❶最高容许浓度 (MAC,maximal allowable concentration)，指每日八小时工作场所空气中有害物质所不应超过的最高浓度限值。
❷阈限值(TLV,threshold limit value)，指每日八小时工作场所空气中有害物质的容许平均浓度限值，在该平均浓度下每日反复接触不会产生有害影响。为适应不同需要，尚有“阀限值一时间加权平均值”(TLV-TWA)、“阈限值一短时间暴露限度” (TLV-STEL)及“阈限值一上限值” (TLV-C)等三类阈限值。通常多指TLV-TWA。一些毒物的TLV值不断修订。TLV值并非安全上限，个别人对低于TLV值的浓度已很敏感。有害物质的TLV值大多介于其半数致死浓度(LC50)的1/10到1/1000之间。
❸紧急暴露限值(或称“一次接触限值”、“最高容许峰值”，EEL,emergency expo-sure limit)，指一次临时性意外接触的容许标准，除浓度规定外，还有接触时间的限定。

暴露时间（分）

一氧化碳暴露的时间-浓度曲线1.无症状，2.仅有轻微症状，3.头痛、恶心，4.危险(引自Henderson及Hagaard,1943)

表示空气中毒物浓度的方法，理论上以采用该有毒气体的分压值，或分压值占标准大气压(760mmHg)的百分数值最好，因为无需再注明所在高度，可视为“气体的真实浓度”(true concentration of gas)。但实际常用单位还是“百万分率”(ppm),mg/L、mg/m³等。mg/m³、mg/L与ppm间的换算关系如下：

(以上指760mmHg、0℃，若为25℃则式中22.4应校正为24.45)
飞机座舱中可能出现的有害物质 座舱气体环境可能为下述有害物质污染，如废气、液压液的喷雾、燃料蒸气、致冷液蒸气、润滑油蒸气、防冻液蒸气、灭火剂、货物中的有毒气体、电器绝缘物质的热分解产物、臭氧以及航空用氧的污染物等。介绍主要者如下：
一氧化碳 螺旋桨发动机的废气中，起飞时含一氧化碳8.75%，巡航时3%。故一氧化碳为螺旋桨飞机座舱中常见的有毒物质。喷气发动机废气中含一氧化碳甚少，但各种绝缘物质（特别是酚醛树酯）的热分解产物可使周围空气的一氧化碳含量达200～7000ppm.。一氧化碳与血红蛋白的亲和力很大，碳氧血红蛋白在血液中达3.3%时可使视敏度下降，5%可使被试者数字计算能力下降并对亮度差别的感觉阈提高，7%可影响驾驶汽车的安全。一氧化碳还与高空缺氧有协同作用。飞行人员吸烟可使血中碳氧血红蛋白含量达5～8%，亦可降低其缺氧耐力。一氧化碳还可使氧离曲线左移，使含铁呼吸酶中的铁氧化为高铁而影响向组织供氧。正常生理性溶血过程中，人体每小时约产生0.5ml一氧化碳。所以在密闭的狭小空间（如密闭舱）内，如不注意排除即可积聚引起中毒。
二氧化碳 运输含干冰的鲜货，舱内使用灭火剂以及通风装置或再生装置失效等情况下，皆可造成舱内二氧化碳积聚。喷气发动机废气中含二氧化碳5%，在通风不良的坑道中试车也能使坑道污染。其MAC曾订为0.5%，可能过于慎重，但不宜超过3%，应视具体情况而有不同要求(详见“气体环境”)。
灭火剂及座舱内物质的热分解产物 座舱中常用的灭火剂及其毒性大致如下：
❶二氧化碳。
❷乙二醇和水的混合物，无毒性，但不能扑灭液体油类的火焰。
❸氯溴甲烷，TLV为200ppm。高浓度时使中枢神经系统抑制，可引起头痛、困倦及视力协调机能等障碍以至肺水肿等。其热分解产物有光气(COCl2)及碳酰溴(COBr2)，对肺部有剧烈毒性。
❹新的座舱灭火剂，如溴氯二氟甲烷、三氟溴甲烷等，效果好，毒性小，分别在浓度为40000及150000ppm以上时始有麻醉作用。
润滑油的热分解产物包含刺激性很强的丙烯醛及甲醛等。丙烯醛0.3ppm即对视力有影响，其作用与一氧化碳类似；0.8ppm以上对呼吸道开始有刺激作用；9ppm能引起肺水肿及肝、肾中毒。
座舱中的电器绝缘物多用塑料，化学性质均很稳定。其中又以聚四氟乙烯(特氟隆Teflon)最为稳定，但加热到350℃以上时，其热分解产物有一定刺激性和毒性，能使人产生类似感冒的症状，一二日后自愈；温度更高时，可产生氟光气及八氟异丁烯等剧毒气体，能引起肺水肿。马达线包的绝缘物质，如酚醛树脂在300℃工作96小时能使周围空气含1690ppm的一氧化碳。蜜胺甲醛树脂热分解后，一氧化碳浓度为200ppm; 氰化氢为10ppm，能在30分钟内毒死大白鼠。氨基塑料亦有同样问题。应教育飞行人员，在座舱中出现烟雾、异味或感到不适时，一定要改吸纯氧以防止吸入毒物。
臭氧 (见“臭氧”)
航空用氧的污染 多由于检修制氧机和机上供氧系统等时，管道系统内的气体或防粘剂、除油脂剂等杂质混入所致。氧气所含杂质的毒性虽然不大，但如飞行人员怀疑氧气质量及处置不当 （如在高空放弃吸氧以至离机跳伞），亦可能酿成事故。美国空军(1966)规定航空用氧中杂质最高容许浓度如下(ppm): 二氧化碳10，一氧化二氮2，甲烷50,>C₂的烃类6，乙炔0.1，乙烯0.4，乙烷0.1，致冷剂2，溶剂0.2，其他0.2。
飞机施农药的毒理学问题 飞机施撒的农药主要有以下三类。
氯化环烃 为神经系统毒剂，如滴滴涕 (DDT，亦称“二二三”)、六六六等，毒性不很大(滴滴涕的致死量为25～30g)。但另一种杀虫剂 “毒杀芬” 的浓缩液，口服3～4ml即可致命。滴滴涕主要经口进入身体，而狄氏剂(化合物497)、毒杀芬、高丙体六六六则可经口及皮肤进入人体。中毒症状有恶心、呕吐、头痛、震颤、无力、呼吸困难、紫绀、惊厥及循环系统衰竭等。有积累作用。对肝、肾的慢性蓄积中毒常很难医治。除惊厥可用巴比妥剂缓解外，对其它症状尚无特异解救方法，必须注意早期发现中毒并停止继续接触。
硝基苯酚 有杀虫作用，目前主要用作除草剂。以二硝基邻甲酚(DNOC)为例，其毒性强，少量浓缩液(含2mg)即可致死，可经皮肤进入人体，为氧化磷酸化解偶联剂，有蓄积作用。症状有： 大量出汗，口渴，先有欣快症后转为疲乏、高热等。无适当解毒剂，只能施行对症支持疗法。一经发现或怀疑中毒，需停止继续接触，皮肤沾染须立即用肥皂及水洗消。
胆碱酯酶抑制剂 可分为氨基甲酸酯类和有机磷酸酯类。前者如西维因(Carbaryl)，其杀虫效力大，有较强的选择性，作用迅速，对人畜毒性较低，无体内蓄积中毒作用。后者如敌敌畏(DDVP)、马拉硫磷 (Malathion)、敌百虫(Dipterex)、特普(TEPP)等。两者皆可经口或皮肤吸收中毒，抑制胆碱酯酶，出现副交感神经系统兴奋症状，如瞳孔缩小、对光反应消失、大量流涎、出汗、支气管痉挛和分泌增加引起呼吸困难，先有眼睑、面部和舌肌束颤动而后发展为全身性肌束颤动，食欲减退、恶心呕吐、腹痛、腹泻、头晕、头痛、无力等。氨基甲酸酯类中毒症状出现快、持续时间较短，通常为1～2小时，且较轻。有机磷酸酯类急性中毒症状出现时间和严重程度与毒物侵入途径、毒物量和毒物毒性大小有关：皮肤吸收中毒潜伏期约4～6小时，局部肌束颤动明显，而缩瞳、呼吸道症状不明显；呼吸道及眼染毒则缩瞳、视力模糊、流涎、呼吸困难较明显，潜伏期较短约30分钟左右；误服中毒则于5～30分钟内出现大量流涎、剧烈恶心、反复呕吐、腹部绞痛、腹泻、大汗等；严重中毒病例则出现惊厥、大小便失禁、昏迷以至死亡。急性中毒期间血液胆碱酯酶明显受抑制，抑制程度与症状严重程度平行。一般说来，胆碱酯酶活性为正常值的70%时，出现轻度中毒症状；达40～60%时，为中等中毒症状；达20～30%时，中毒严重，如不及时救治可能致死。急性中毒的急救治疗措施有： 阻止毒物继续吸收，如脱去污染衣服，用温水和肥皂彻底清洗染毒皮肤、头发、指甲等处附藏的毒物；反复洗胃，每次用200～400ml稀肥皂水、2～5%碳酸氢钠溶液或清水洗，直到洗出液中无有机磷农药的气味为止。眼污染可用2%碳酸氢钠或生理盐水冲洗数分钟。可用阿托品治疗： 根据症状轻重，每次1、3或5mg，皮下、肌肉、静脉注射均可；如不见好转可每10分钟或半小时重复给药一次，每昼夜可达10～40mg或更多。近年由于强调“阿托品化”，出现不少阿托品过量、甚至阿托品中毒事例，应引以为戒。肟类化合物是胆碱酯酶的复能剂，如氯磷定(2-PAM-CL)即为特效解毒药，与阿托品合用，每次剂量400～600mg，静脉或肌肉注射，最大剂量可达1500～2000mg，严重中毒病例可连续给药3天。此外还可用解磷定(2-PAM)，双解磷(TMB-4)或双复磷(LüH6)等。呼吸困难，呼吸道不通畅可给氧或用加压面罩给氧。
航空燃料 碳氢化合物（烃类）具有一定毒性，螺旋桨飞机用的航空汽油中含芳香族烃尤多，故毒性有所增加。汽油中的抗爆剂四乙铅毒性更大。喷气机用航空煤油中加有保护发动机的添加剂，也有一定毒性。航空燃料中的毒物，一般情况下对飞行人员并不构成威胁。其毒理学危害主要见于油料工作人员。
汽油浓度在160～270ppm时，人开始嗅到气味。易感的人在300ppm即可出现症状，有的在160ppm即有眼及喉部刺激症状。在11200ppm浓度下则数分钟后感头晕，5分钟后有明显醉态，进而头痛、失去定向能力、语言迟钝、昏迷、惊厥以至死亡。饮用被汽油污染的水能引起胃肠道症状和神经系统症状。汽油对皮肤亦有刺激作用，并可引起过敏性反应。慢性中毒的症状有营养不良、脸色苍白、食欲下降、贫血、淡漠、健忘、性情改变、肌肉无力或震颤，以及呼吸道刺激症状等。
油料添加剂以四乙铅(Pb[C₂H₅]₄)毒性最大，具有苹果样气味，蒸气比空气重11倍，易溶于脂肪，可通过皮肤及吸入途径进入人体。潜伏期由数小时至几个星期不等。中毒症状与铅中毒不同，以神经系统症状为主。早期症状为植物神经功能障碍，如心动过缓(每分钟50次以下)、血压降低(80/40mmHg以下)、体温降低、流涎、多汗、皮肤划纹症等。其他症状有头痛、头晕、注意力不集中、无力等，其中以睡眠障碍为最典型，有入睡困难和多梦。此外还有性格改变、幻觉(如主诉“舌尖有头发”等)，眼睑及面部等处肌肉震颤、步态不稳、语言障碍等。严重者有精神症状，可有自杀倾向，最后死于衰竭及肝功能障碍。慢性中毒易被忽视，除上述症状外还有疲劳、淡漠、消瘦、食欲减退、贫血及口中有金属味等。航空汽油中每升含四乙铅1.2ml，一般接触不致中毒，但如用口吸吮油料以致误服，或用汽油洗皮肤或其他用具，或移作杀虫等用，即有中毒可能。油料工作人员常在通风不良的油库中停留，尤其刷洗或维修油罐时，易发生中毒。
对油料工作人员应进行定期健康检查，强调卫生习惯（包括饭前洗手），在进入油罐或接触添加剂原液(含四乙铅54%)时，应有他人在场监护，并使用防毒面罩、防护衣、防护手套及靴鞋等。
高能燃料（火箭推进剂） 其防护问题原只限于有关工程部门及火箭发射场地，但新一代战斗机已开始采用推进剂（如肼）作为机上应急电源燃料，故应重视。航空毒理学工作者不仅须制订由“紧急暴露限值”至每天8小时的TLV等作为防护工作的依据，还应参与推进剂工厂、导弹发射场地的选点，以及发生漏出事故后的应急工作，如确定警戒区的范围等。平时应对有关人员进行职业医学

三种推进剂的阈限值(TLV)及紧急暴露限值(EEL)

推进剂	TLV (ppm)	5分钟	EEL(ppm)
			15分钟	30分钟	60分钟
四氧化二氮 偏二甲基肼 戊硼烷	5 0.5 0.005	35 600 25	25 200 8	20 100 4	10 50 2

(根据美国政府工业卫生学者会议，ACGIH,1966)

教育、急救和自救训练。操作时应着防护装备。中毒后应立刻脱离现场。皮肤染毒时应立即用清水冲洗，故须就近设置冲洗设备。还应注意设置灵敏耐用的浓度警报器。可造成危害的毒物常不仅限于推进剂本身，还包括其燃烧产物及与洗消剂反应后的产物等。应有专门车辆和配备齐全的化学分析仪器，以便及时开赴事故现场进行检测。
现就有代表性的三种推进剂简述如下。
(1) 四氧化二氮(N₂O₄): 为强氧化剂，可与偏二甲基肼或混肼₅₀组成“双组元”推进剂。N₂O₄本身无色，但与棕色的二氧化氮(NO₂)形成动态平衡的混合物。故N₂O₄在常温下为呈棕色的液体，温度越低，棕色越浅； 在室温时为有毒气体，由无色至棕色不等。直接接触立即可引起严重烧伤。吸入后果亦极为严重，引起肺水肿，有咳嗽、紫绀等症状，可致死。我国制定的NO₂最高容许浓度为5mg/m³。N₂O₄的TLV为5ppm。慢性接触可引起口鼻溃疡、牙釉质被腐蚀、气管炎、支气管扩张和继发性肺气肿。发生暴露事件后应尽快撤离现场。对中毒者须严密观察，勿使走动或作任何体力活动。已知严重暴露者应卧床休息，必要时吸氧，镇静剂应慎用。
(2) 偏二甲基肼 ((CH₃)₂N·NH2,unsymmetricaldimethyl hydrazine,UDMH):为无色液体，有氨或鱼腥气味，是强还原剂，能与水互溶。经呼吸道及皮肤进入人体，对眼睛及皮肤有刺激性，主要影响神经系统，引起呕吐、震颤及惊厥。慢性中毒引起贫血，肝、肾及心肌脂肪沉积。TLV为0.5ppm。维生素B₆是重要的解毒剂，每kg体重25mg之剂量一般可防止惊厥，必要时可重复给药一次，总剂量可达每天10g。维生素B₆还可使动物承受两倍LD50的UDMH而免于死亡。经肾脏排泄迅速也是UDMH的一个特点，24小时可排除体内总量的50%。
(3)戊硼烷(B₅H₉ pentaborane): 为容易蒸发，具有特殊臭味的黄色液体。能与氧化剂或肼剧烈反应。可通过吸入及经皮肤进入体内。接触后，潜伏期长短不一。起初呈微醉状态及丧失记忆，随后有头痛、恶心、神经质、肌肉紧张、震颤，由易激惹转为抑制，间有阵发性兴奋，判断力明显低下，脑电图出现慢波，间有电活动猛增的发作。中毒更甚者可出现共济失调及惊厥。TLV为0.005ppm。只有支持及对症治疗，可用镇静药如巴比妥等控制肌肉紧张等神经症状。