重力生理学

人类整个进化与发展过程都是在地球引力场影响下进行的，人体结构和生理功能已经高度适应地球表面的重力条件。然而在航空和航天活动中，由于飞行器作各种机动飞行，人体的“重量”可发生大幅度的变化——从完全“失去”重量到重量“增大”几倍甚至几十倍，这将对人体造成一系列严重影响。重力生理学是航空和航天医学的一个分支，主要研究重力改变对人体的影响，其中包括即时的生理效应和病理变化、长时间的生理生化反应以及代谢和内分泌等方面的改变，并且找出切实可行的防护措施以保证航空和航天任务的实现。
航空与航天活动中的重力变化及其生物学效应 一般认为，在地球引力场中一个受外力承托而静止的物体的重量取决于地球对它的引力。而当一个物体受机械外力推动作各种加速运动时，它的重量还与该物体的惯性力有关，即物体的重量为地球对它的引力与惯性力的矢量和。在重力生理学，惯于用改变后的重量与处于地面静止条件下的重量的比值G来表示机动飞行时的重力状态，即：

当G=1时为物体静止（匀速运动）时的重力状态，G>1时为“超重”状态，G=0时为“失重”状态。
当物体受外力影响而发生重量变化时，物体各部分或各质点间将产生相互作用的力。这种作用力可因各部分的密度、质量、弹性等力学性质以及整体结构情况的不同而不一致。因此，几何尺寸、质量、密度、结构等方面不同的物体对重力作用的敏感性也不同。例如，使蛋白质大分子破坏约需10⁵G，而使细胞器在细胞内部移位约需10³G。动物身体由亿万个细胞组成，结构也复杂得多，在较低的G值作用下就可造成损伤或生理功能失调。例如，以心脏功能失调为耐力指标，小白鼠可以耐受几十或上百个G，狗约可耐受10～20G，而人则只能耐受10G左右。
人体是一个具有复杂结构的有机整体。骨胳系统构成刚性的中心支架，周围附有肌肉，体腔充有密度、质量、弹性不同的各种器官。各部分之间又由强度和弹性不同的结缔组织联结在一起，而血管中还有流动的血液。因此，重量改变对人体的影响可因G值大小、作用方向、持续时间以及它的变动情况等而有很大差别。在重力生理学，常用矢量符号表示重力作用的大小和方向。例如，作用方向为由头指向骨盆、相当于3倍地面静止重力的超重可写为“+3G_z”(见“加速度”)。G_z方向的重力与身体长轴，也即与大血管的走行方向一致，故对头部血液供应的影响最为严重；G_x或G_Y是胸—背方向或左—右方向，影响比较轻。
重力的影响除与G值大小、作用方向有关外，还与作用时间和变化率(G值增长率)有密切关系。例如，+6G_z作用10秒钟，能导致脑部供血不足；如果作用时间不超过2～3秒钟，则因血液还来不及转移而不致发生明显影响。又如，当G值增长率为1G/s时，人可以耐受+3.7G_z （以视觉障碍为终点指标）；而当G值增长率为0.07G/s时，人就可以耐受+5.6G_z。

作用时间

航空航天活动中的重力变化

重力作用的分类 在航空和航天活动中，重力改变的情况非常复杂，G值大小、作用方向、作用时间以及G值增长率都可有很大的不同，对人的影响以及必须采取的防护措施也各不相同。一般将它分为如图所示的几种类型。图中曲线1代表高G值短时间的超重，峰值在10～20G左右，持续时间约100～200毫秒，最多不超过1秒，一般在弹射救生或宇宙飞船回收着陆（或溅落）时发生。曲线2为4～6G起伏波动的超重，持续约数十秒钟，其中还可以间有8～10G的短暂峰值，多发生在高性能飞机作机动飞行时。曲线3为类似正弦波的超重，峰值约8～10G，总持续时间约200～300秒，是典型的宇宙飞船再入大气层时由于气动减速而引起的超重.曲线4一般包括2～3个锯齿波，每段持续约100秒左右，峰值约6～8G，是用多级火箭发射宇宙飞船时主动段的超重曲线。曲线1所表示的超重类型对人的影响主要是组织损伤，解决的办法主要是通过工程手段，一般都在生物力学和人体工程学范畴内研究解决。曲线2～4所表示的超重类型的G值不算很高，但持续时间较长，对人的影响主要表现在生理功能、工作效率等方面，是重力生理学的主要研究内容之一。另外，“失重”也是重力生理学的重要内容，主要发生在航天飞行的轨道段。失重对人体的即时效应并不严重，持续一定时间以后人体的心血管系统功能、代谢、内分泌等都可以发生适应变化，而当人体长期处于失重状态以后返回地面重力条件时，却需要一个“再适应”过程。