迅速减压与肺损伤

减压速率非常快、多在几秒至几分之一秒钟时间内即完成的座舱压力急剧降低过程称“迅速减压”。飞行期间，若增压座舱的结构突然破损，即可能发生这种减压。仅座舱的密封或增压系统发生故障，虽亦可导致舱内压力降低，但其减压时间较长。三十年代末，开始采用增压座舱时，迅速减压问题即已被同时提出。早期文献中多用“爆炸减压”一词，但从热力学观点考虑，迅速减压时气流通过破口流出的实际速度，不可能超过音速，与“爆炸”时空气冲击波速度超过音速的情况尚不同，故改称“迅速减压”。
迅速减压对人体的主要影响可有：外伤（由于未使用安全带而造成的碰伤或为各种碎片击伤）、肺损伤、高空缺氧、寒冷以及稍长时间停留于低气压环境可能发生的各种减压障碍等。本条目着重讨论肺损伤问题。肺损伤主要由于减压瞬间肺内压力一时性升高所致，可出现肺表面或深部出血、胸膜破裂、气胸、间质性肺气肿、纵隔积气、肺萎陷以及气栓等病理改变。

图1 迅速减压时，座舱压力与肺内压变化的一般过程(引自Boyle,1973)

肺内压力一时性升高的原因及肺损伤机理 当座舱发生迅速减压时，肺内部也随之发生减压。在座舱减压瞬间，由于肺内气体立即膨胀而引起肺扩张，同时膨胀气体又不断通过呼吸道排出，故肺的减压过程颇为复杂，可分为三个时相：
❶惰性期，肺尚未发生被动扩张，肺容积尚未改变。人肺的惰性期约为10毫秒。
❷扩张期，肺已扩张到肺总容量位置（即深吸气后的肺容量位置），肺内压力迅速降低。根据人肺的惰性期及胸廓-肺系统共振频率(约6Hz，其周期约为160毫秒)估计，从座舱减压开始，至肺扩张达肺总容量位置所需的最短时间，约为90毫秒(等于惰性期10毫秒加上半个周期80毫秒的时间)。
❸呼气期，肺内气体大量排出，肺内压与座舱环境压力很快取得平衡。迅速减压过程中，肺内压力降低过程不仅在时间上稍滞后，而且减压速率也比座舱缓慢，于是在肺内部与座舱之间乃形成一时性的压力差（跨胸廓压）。如以座舱压力为参考水平，则肺内压将呈现一时性升高状态，其最大值即是肺内压力升高的峰值，是决定肺损伤严重程度的重要参数。
肺内压力一时性升高的幅度则取决于座舱减压物理条件与当时呼吸道功能状态这两方面的因素。
(1) 减压时间： 指完成减压过程所需的时间。它与减压时的座舱几何学参数（时间常数）及压力参数 （压力因素）有关。几何学参数取决于座舱容积(V) 与座舱破孔有效横截面积(A)。压力参数则取决于减压前座舱压力(初压，即座舱压力Pe)与减压后座舱压力(终压，等于该高度大气压力Pa)。座舱容积越小、破孔面积越大、舱内外压力差越小，减压时间就越短；反之，减压时间就越长。Haber及Clamann (1953)曾确定上述参数间的定量关系如下：
时间常数(tc)的一般形式为：
　t_c＝V/A·C　(1)
式中C为一定温度条件下的音速值。
压力因素(P₁)为初压与终压比值的函数：
　P₁＝f(Pc/Pa)　(2)
总减压时间(t_d)即为上述二者的乘积：
　t_d＝t_c·P₁　(3)
故当压力因素一定时，减压时间即由V/A比值(m3/m²)决定。在减压过程中，也可将肺看作一个类似的系统加以考虑，肺容积(cm3)及气管横截面积(mm²)分别相当于座舱减压系统中的V与A。Luft及Bancroft (1956)确定人气管-肺系统的时间常数平均为0.559秒，相当于V/A比值为200的座舱减压系统的时间常数。他们认为，如座舱减压时的V/A比值小于人气管-肺系统的V/A比值，也即在图2中处于人气管-肺等效线右侧时，肺内将出现显著的一时性压力升高现象；反之，在等效线左侧时，则不论座舱内压力变化如何，肺内压都不会有明显改变。但Boyle (1973)通过模型实验证明：在座舱减压系统的时间常数与人气管-肺系统的时间常数相等时，仍能产生显著的肺内压升高现象；前者大于后者时，亦可引起肺内压一时性升高，只是升高的幅度略低而已。
(2) 减压值：减压值即减压前、后座舱压力值之差，此值愈大，肺内压的一时性升高就愈明显。此外，肺内压升高的峰值还与终压值的大小有一定关系。减压值相等时，终压值愈低，肺内压升高峰值就愈高。

(ft²)

破孔有效截面积(cm²)

图2 座舱容积、破孔面积与时间常数的关系(引自Luft及Bancroft,1956)

(3) 减压前的肺容积： 肺容积愈大，气管-肺系统的V/A比值就愈大，表示肺的减压时间延长，在一定的座舱减压条件下，肺内压升高程度也就愈严重。用大白鼠进行的实验证明： 在吸气时相或呼气时相的前1/3发生迅速减压时，影响最为严重；而发生于呼气时相末期者，最轻。大白鼠肺损伤的程度，还与胸廓运动方向有关；肺容积一定时，在吸气时相进行减压所造成的损伤，要比发生于呼气时相者严重。
(4) 呼吸道的通畅程度：迅速减压瞬间，若呼吸道正处于声门紧闭状态（如闭气或正做吞咽动作等），则气管-肺系统的V/A比值将趋于无限大，肺的减压时间将远超过座舱的减压时间，故在其它条件皆相同时，肺内压一时性升高的幅度要比呼吸道通畅时大得多。
当升高的肺内压超过肺组织弹性限度时，即可引起肺组织撕裂伤。在胸腔扩张不受限制条件下，足以造成哺乳类动物肺撕裂伤的肺内压临界值范围约为60～80mmHg。若设法限制胸腔扩张，则可短时间耐受100mmHg、甚至170～180mmHg。由此推测，胸腔扩张不受限制时，人肺可以耐受的肺内压峰值约为50～80mmHg。肺组织撕裂伤主要发生于肺组织易于被过度扩张的部位。除撕裂伤外，在减压时间极其短促、胸腔不可能跟随压力变化发生相应扩张的减压条件下，肺组织在压力冲击波作用下也可能因与胸壁撞击而造成挫伤或撞击伤。
安全减压条件 可借助下述两种方法估计：
(1) 计算肺内压升高峰值，看是否超过临界值。曾经提出的一个计算式为：

式中：ΔPL—肺内压升高峰值 (mmHg),P_e、P_a—分别表示初压及终压 (mmHg),V₁—减压前的肺容积(L),V_max—肺总容量 (L)。此式只适用于在声门紧闭条件下发生迅速减压时的肺内压计算，而未将肺内膨胀气体从呼吸道排出的因素估计在内，故计算值偏高；在终压小于47mmHg时也不适用。Boyle (1973) 曾提出以下的计算式：
P_Dmax＝[(P_c-47)(V₁/V₂)-(P_a-47)](1-t_cc/L_c)(5)式中：P_Dmax—肺内压升高峰值(mmHg),V₁、V₂—减压前、后的肺容积(L),t_cc、L_c—座舱及肺的时间常数，其余注解与式(4)同。此式考虑了时间常数比值(1—t_cc/L_c)，即由于气流分别通过相应的孔径 （座舱破孔及呼吸道）时所造成的座舱与肺在减压速率上的差值，故计算结果较为准确。
(2) 计算气体膨胀倍数，看是否超过肺组织耐受限度。计算式见“高空胃肠胀气”。Violette认为膨胀倍数的安全值为2.3，超过此值，将引起肺损伤。
其他严重危害 由动物实验得知，仅上述肺损伤尚不足以造成严重后果，且多在短期内（数小时或数天）自愈。但减压时如出现下列情况，则后果严重。如肺损伤时有气体自损伤部位进入循环系统，栓塞重要器官的血管，则可危及生命。又如，肺内压突然升高，通过反射性影响可引起一时性意识丧失。实践证明，只要在减压瞬间使呼吸道保持通畅，则发生上述危险的可能性就极小。据文献报道，由于迅速减压而引起严重后果的病例，迄今仅有8起。就其减压时间(0.25～2秒)及减压值(0.33～0.47kg/cm²) 而论，本属完全可以耐受范围，但却发生了胸痛、短时间意识丧失及其它一时性的神经系统症状； 其中，7人短期后恢复正常，1人死亡。发生上述严重后果的最主要原因是减压瞬间呼吸道处于闭气状态，个别病例致死原因，则是气体栓塞脑或冠状血管。至于一时性的神经系统症状，如头痛、视觉模糊、恶心、呕吐、面色苍白、皮肤潮湿和体温降低、失语症及局部麻痹等，可能也与脑血管栓塞有关。
防护原则 (1) 在保证安全条件下组织飞行人员进行迅速减压体验，以增强其对空中意外减压的应急能力。注意在呼吸处于呼气时相击发迅速减压装置，减压过程中呼吸道必须保持通畅。
(2) 关于减压后高空缺氧的影响及其防护原则，参见“急性高空缺氧”、“暴发性高空缺氧”及“航空供氧系统”等。