فیزیولوژی هوانوردی

بتدریج که انسان در هواپیما ، در کوهنوردی و در سفینه‌های فضایی به ارتفاعات بلندتر و بلندتر صعود کرده است درک اثرات ارتفاع و فشار پایین گازها و نیز چندین عامل دیگر از قبیل نیروهای شتابی و بی‌وزنی بر روی بدن انسان بطور فزاینده‌ای اهمیت بیشتری پیدا کرده است.
● فشار جو در ارتفاعات مختلف
در سطح دریا فشار جو ۷۶۰ میلیمتر جیوه ، در ارتفاع ۳۰۰۰ متری فقط ۵۲۳ میلیمتر جیوه و در ارتفاعات ۱۵۰۰۰ متری ۸۷ میلیمتر جیوه است. این کاهش فشار بارومتریک علت اصلی تمام مسائل ناشی از هیپوکسی در فیزیولوژی ارتفاعات بلند است زیرا بتدریج که فشار بارومتریک کاهش می‌یابد، فشار سهمی اکسیژن به همان نسبت کم می‌شود و در کلیه اوقات اندکی کمتر از ۲۱ درصد فشار بارومتریک کل باقی می‌ماند.
● اثرات حاد هیپوکسی
بعضی از اثرات حاد هیپوکسی با شروع در ارتفاعات تقریبا ۳۶۰۰ متری عبارتند از خواب آلودگی ، بی‌حالی ، خستگی روانی و عضلانی ، گاهی سردرد ، ندرتا تهوع و گاهی احساس خوشی. تمام این علایم در ارتفاع بالاتر از ۵۴۰۰ متری به مرحله پرشهای عضلانی یا تشنجات پیشرفت کرده و در بالاتر از ۶۹۰۰ متری به اغما می‌انجامد. یکی از مهمترین اثرات هیپوکسی کاهش قدرت روانی است که قضاوت ، حافظه و انجام حرکات دقیق را مختل می‌کند.
● سازش با فشار اکسیژن پایین
هرگاه شخصی برای چندین روز ، چندین هفته با برای سالها در ارتفاعات بلند اقامت کند با فشار اکسیژن پایین سازش بیشتر و بیشتری پیدا می‌‌کند. بطوری که فشار اکسیژن پایین موجب اثرات زیان آور کمتر و کمتری در بدن می‌شود و لذا شخص قادر می‌شود که بدون بروز اثرات هیپوکسی کار سخت‌تری را انجام دهد یا به ارتفاعات باز هم بلندتری صعود کند. روشهای اصلی که این مصونیت حاصل می‌شود عبارتند از:
▪ افزایش شدید تهویه ریوی
▪ افزایش گویچه‌های قرمز خون
▪ افزایش ظرفیت انتشاری ریه‌ها
▪ افزایش تعداد رگهای بافتی
▪ افزایش قدرت سلولها برای به مصرف رساندن اکسیژن با وجود فشار پایین اکسیژن.
● نیروهای شتابی در سفرهای فضایی
برخلاف هواپیما ، سفینه فضایی نمی‌تواند چرخشهای سریع انجام دهد. بنابراین ، شتاب گریز از مرکزی اهمیت زیادی ندارد مگر اینکه سفینه فضایی چرخشهای غیر عادی پیدا کند. از طرف دیگر ، شتاب هنگام پرتاب سفینه و آهسته شدن سرعت هنگام فرود سفینه که هر دو از نوع شتاب خطی است ممکن است فوق‌العاده عظیم باشد. هنگام آهسته شدن شتاب در جریان ورود سفینه فضایی به جو نیز مشکلاتی بوجود می‌آید. شخصی را که با سرعت یک ماخ (سرعت سیر صوت و هواپیمای سریع) پرواز می‌کند میتوان بدون خطر شتابش را در یک مسافت ۲۰۰ متری آهسته کرده و به صفر رساند.
در حالی که شخصی که با سرعت ۱۰۰ ماخ پرواز می‌کند، نیاز به مسافتی حدود ۱۶۰۰۰ کیلومتر برای رساندن سرعتش به صفر دارد. دلیل اصلی این اختلاف آن است که مقدار کل انرژی که باید در جریان آهسته شدن سرعت دفع شود متناسب با مجذور سرعت است که به تنهایی مسافت مورد نیاز را در۱۰۰۰۰ برابر می‌کند. اما علاوه بر این ، هرگاه آهسته شدن سرعت مدت زیادی طول بکشد نسبت به هنگامی که آهسته شدن سرعت مدت کوتاهی طول بکشد انسان می‌تواند آهسته شدن سرعت بسیار کمتری راتحمل کند. بنابراین آهسته کردن سرعت از سرعتهای بسیار زیاد بایستی با آهستگی بسیار بیشتری از آنچه برای سرعتهای آهسته‌تر مورد نیاز است، انجام شود.
● نیروهای کاهش دهنده شتاب در پرش با چتر نجات
هنگامی که یک چتر باز از هواپیما بیرون می‌پرد، سرعت او در ابتدا دقیقا صفر متر در ثانیه است. اما سرعت سقوط او به علت نیروی شتاب ثقل پس از یک ثانیه ۹.۸ متر در ثانیه و پس از دو ثانیه ۱۹.۶ متر در ثانیه خواهد بود و به همین نسبت افزایش خواهد یافت (اگر هیچگونه مقاومت هوا وجود نداشته باشد). نیروی کاهش دهنده شتاب ناشی از مقاومت هوا که تمایل دارد سرعت سقوط را کاهش دهد نیز زیاد می‌شود. سرانجام نیروی کاهش دهنده شتاب ناشی از مقاوت هوا دقیقا با نیروی شتاب ثقل متعادل می‌شود، بطوری که بعد از سقوط برای حدود ۱۲ ثانیه و طی مسافتی حدود ۴۲۰ متر ، شخص با سرعت نهایی ۱۷۵ تا ۱۹۰ کیلومتر در ساعت در حال سقوط خواهد بود.
● محیط مصنوعی در سفینه فضایی مسدود
چون در فضای کیهانی هوا وجود ندارد لذا باید یک اتمسفر مصنوعی توام با سایر شرایط اقلیمی در سفینه بوجود آورده شود. مهمتر از همه ، غلظت اکسیژن باید به اندازه کافی بالا و غلظت کربن دی‌اکسید باید به اندازه کافی پایین باقی بماند تا از بروز خفگی جلوگیری شود. در بعضی سفرهای فضایی اولیه یک جو داخل سفینه ای محتوی اکسیژن خالص با هوای طبیعی ۲۶۰ میلیمتر جیوه بکار میرفت. اما در سفینه رفت و برگشت یا شاتل فضایی گازهایی تقریبا برابر با هوای طبیعی یعنی با نیتروژن به میزان ۴ برابر اکسیژن و فشار کل ۷۶۰ میلیمتر جیوه بکار می‌روند.
‌در مورد سفرهایی که بیشتر از چندین ماه طول می‌کشند حمل ذخیره کافی اکسیژن و مقدار کافی ماده جذب کننده کربن دی‌اکسید غیر عملی است. به این دلیل تکنیکهای گردش مجدد برای استفاده از اکسیژن مصرفی پیشنهاد شده‌اند. پاره‌ای از روشهای استفاده مجدد بستگی به اعمال فیزیکی خالص از قبیل تقطیر و الکترولیز آب برای آزاد کردن اکسیژن دارد. روشهای دیگر بستگی به اعمال بیولوژیک از قبیل استفاده از جلبکها با ذخیره کلروفیل زیادشان برای تولید مواد غذایی و همزمان با آن آزاد شدن اکسیژن از کربن دی‌اکسید بوسیله فتوسنتز دارند.
● بی‌وزنی در فضا
کسی که در یک ماهواره مداری یا سفینه بدون شتاب قرار دارد احساس بی‌وزنی خواهد کرد. به این معنی که به سوی کف ، اطراف یا سقف سفینه کشیده نمی‌شود، بلکه صرفا در محفظه داخل سفینه شناور باقی می‌ماند. دلیل این امر وارد نشدن کشش نیروی ثقل بر روی بدن نیست. زیرا نیروی ثقل هر جسم آسمانی نزدیک کماکان بر روی بدن عمل می‌کند.
اما باید دانست که نیروی ثقل توسط نیروی گریز از مرکزی گردش مداری سفینه که بطور همزمان بر روی سفینه و شخص هر دو عمل می‌کند متعادل می‌ شود. بطوری که هر دو توسط نیروی شتاب دهنده دقیقا یکسان ودر یک جهت واحد کشیده می‌شوند. به این دلیل شخص صرفا به سوی هیچیک از جدارهای سفینه فضایی کشیده نمی‌شود.