CHƯƠNG 44 – HÀNG KHÔNG, ĐỘ CAO VÀ SINH LÝ NGƯỜI TRONGKHÔNG GIAN

CHƯƠNG 44 – HÀNG KHÔNG, ĐỘ CAO VÀ SINH LÝ NGƯỜI TRONG
KHÔNG GIAN

Ngày nay, con người đã chinh phục được nhiều nơi

người khi thích nghi với độ cao có thể tăng thông khí

cao xa, từ leo núi tới việc khám phá vũ trụ. Do đó, sự

lên tới 5 lần, tăng nhịp thở gây giảm PCO 2 xuống

hiểu biết về sự ảnh hưởng của độ cao và áp suất

dưới 7 mmHg.

không khí thấp lên cơ thể con người ngày càng trở

Sự ảnh hưởng của áp suất hơi nước và CO 2 đối với

nên quan trọng. Trong chương này, chúng ta sẽ cùng

oxy phế nang. Ví dụ, áp suất khí quyển giảm từ 760

bàn luận về vấn đề đó, cùng với lực gia tốc, không

mmHg (mặt nước biển) xuống 253 mmHg (đỉnh

trọng lực và những thay đổi cân bằng nội môi xảy ra

Everest). Trong đó, áp suất của hơi nước là 47 mmHg

khi lên những nơi cao hoặc trong các chuyến bay

và áp suất của các khí khác là 206 mmHg . Ở người

ngoài vũ trụ.

đã thích nghi với độ cao, áp suất CO 2 là 7 mmHg, các

TÁC ĐỘNG CỦA ÁP SUẤT OXY THẤP LÊN CƠ

khí khác là 199 mmHg. Nếu như không có sự sử

THỂ

dụng oxy, 1/5 áp suất khí còn lại là của O 2 và 4/5 là

Áp suất khí quyển ở các độ cao khác nhau. (Bảng

của N2. Suy ra, PO2 phế nang trong trường hợp này

44.1)

là 40 mmHg. Tuy nhiên, một phần O2 còn lại trong

Danh sách giá trị khí áp suất khí quyển và áp suất

phế nang tiếp tục được hấp thu vào máu, nên PO 2

oxy ở các độ cao khác nhau. Ở độ cao ngang với mặt

thực trong phế nang chỉ là 35 mmHg. Vậy nên, khi lên

nước biển, áp suất khí quyển là 760 mmHg; ở độ cao

tới đỉnh Everest, chỉ những người có khả năng thích

3000 m, áp suất khí quyển là 523 mmHg. Sự giảm áp

nghi rất tốt mới có thể sống sót ở nơi có áp suất oxy

suất khí quyển khi đi lên cao chủ yếu do sự giảm áp

rất thấp. Tuy nhiên, sự ảnh hưởng sẽ rất khác khi thở

suất oxy và tỉ lệ O 2 giảm dưới 21% thành phần không

khí tinh khiết. Chúng ta sẽ cùng nhau thảo luận ở các

khí. Ví dụ ở độ cao ngang với mặt nước biển, PO 2

phần tiếp theo.

xấp xỉ 159 mmHg, còn ở độ cao 15,2 km, PO 2 chỉ còn

PO2 phế nang ở các độ cao khác nhau. Giá trị gần

18 mmHg.

đúng PO2 phế nang ở các độ cao khác nhau khi hít

PO2 PHẾ NANG Ở CÁC ĐỘ CAO KHÁC NHAU

thở ở những người thích nghi và không thích nghi

CO2 và hơi nước làm giảm oxy phế nang. Thậm

được trình bày ở cột 5, bảng 44-1. Ở mực nước biển,

chí ở những vị trí cao, CO2 vẫn tiếp tục được trao đổi

PO2 là 104 mmHg. Ở độ cao 6100 m, PO2 xuống còn

giữa mạch máu ở phổi vào trong phế nang. Thêm

40 mmHg đối với người không thích nghi được và 53

nữa, nước bốc hơi vào trong khí hít vào từ đường

mmHg ở người thích nghi. Sự khác biệt này là do

thở. Hai loại khí này làm giảm lượng O 2 trong phế

thông khí tại phế nang của người thích nghi tăng

nang, dẫn đến giảm nồng độ O2. Áp suất hơi nước

nhiều hơn so với người không thích nghi.

trong phế nang duy trì ở mức 47 mmHg khi nhiệt độ

Độ bão hòa oxy ở các độ cao khác nhau. Trong

cơ thể bình thường và không phụ thuộc vào độ cao.

bảng 44-1, SaO2 ở các độ cao khác nhau trong hai

Khi lên độ cao rất lớn, áp suất CO 2 trong phế nang

trường hợp: thở khí trời và thở oxy. Ở độ cao 3050 m

giảm xuống dưới 40 mmHg (mặt nước biển). Con

so với mặt nước biển, trong hai trường hợp, SaO 2


luôn duy trì 90% trở lên. Ở độ cao trên 3050 m đối với
thở khí trời, SaO2 giảm nhanh chóng (đường màu
xanh trên biểu đồ) và chạm ngưỡng dưới 70% ở độ
cao 6100 m.


Biểu đồ 44-1. Tác động của độ cao lên SaO2 trong hai
trường hợp
TÁC ĐỘNG CỦA THỞ OXY TOÀN PHẦN LÊN PO2

So sánh hai đường cong biểu diễn PaO 2 ở biểu đồ

Ở CÁC ĐỘ CAO KHÁC NHAU

44-1, người thở oxy toàn phần khi đi máy bay không

Khi thở oxy toàn phần, phần lớn các khoảng chết

điều áp có thể lên cao hơn so với người thở khí trời.

trong phế nang – được lấp đầy bởi ni-tơ, sẽ được

Ví dụ, SaO2 của người thở oxy toàn phần ở độ cao

thay thế bằng oxy. Ở độ cao 9150m, giá trị PO 2 của

14325 m là 50%, tương đương với SaO2 của người

một người phi công (thở oxy toàn phần) có thể lên tới

thở khí trời ở độ cao 7010 m. Thêm nữa, vì một

139 mmHg, so với 18 mmHg khi thở khí trời. (Bảng

người kém thích nghi với độ cao thường vẫn tỉnh táo

44-1.).

trước khi SaO2 xuống dưới 50%, tương ứng với các

Đường màu đỏ trong biểu đồ 44-1 biểu diễn SaO 2 ở

độ cao kể trên. Do đó cần dụng cụ cung cấp oxy đầy

các độ cao khác nhau trong trường hợp thở oxy toàn

đủ trong những thời điểm oxy máu hạ dưới 50%.

phần. Chú ý rằng SaO2 luôn đạt mức trên 90% khi ở

ẢNH HƯỞNG CẤP CỦA GIẢM OXY MÁU

độ cao dưới 11900 m, và giảm nhanh xuống 50% ở

Một vài ảnh hưởng cấp của giảm oxy máu xảy ra

độ cao 14330 m.

trong những bệnh nhân chưa thích nghi với không khí

PaO2 “đỉnh” trong thở khí trời và thở oxy toàn

thở, bắt đầu ở độ cao khoảng 12000 feet, gồm lơ mơ,

phần khi đi máy bay không điều áp

uể oải, mệt mỏi tinh thần và cơ bắp, đôi khi đau đầu,
thỉnh thoảng buồn nôn, và đôi khi có trạng thái phởn
phơ. Những ảnh hưởng này tiến tới một giai đoạn co
giật hay động kinh ở độ cao trên 18000 feet và kết
thúc, trên 23000 feet ở người chưa thích nghi, gây
hôn mê, và nguy cơ tử vong ngay sau đó.
Một trong ảnh hưởng quan trọng nhất của giảm
oxy máu là giảm nhận thức, gây nên giảm tư duy, trí
nhớ, và hiệu suất của các vận động phức tạp. Ví dụ,

nếu một phi công chưa quen khí hậu ở lại độ cao
15000 feet trong 1 giờ, nhận thức thường giảm còn
50% bình thường, và sau 18 giờ ở độ cao đó, nhận
thức chỉ còn lại 20%.
SỰ THÍCH NGHI VỚI ÁP SUẤT OXY MÁU THẤP
Một người ở độ cao nhất định trong vài ngày, vài
tuần, hay vài năm sẽ càng thich nghi với khí hậu oxy
loãng, vì vậy nó gây hại ít hơn lên cơ thể. Sau khi
thích nghi, người đó có thể làm việc nhiều hơn mà
không chịu ảnh hưởng của oxy loãng hay có thể lên
độ cao hơn nữa.


Các biện pháp chủ yếu giúp thích nghi khí hậu gồm

học ngoại vi, gây ra bởi sự giảm oxy máu sau khi

(1) tăng đáng kể thông khí phổi, (2) tăng số lượng

thận bù cho nhiễm kiềm.

hồng cầu, (3) tăng dung tích trao đổi của phổi, (4)

Tăng tế bào hồng cầu và nồng độ hemoglobin

tăng tưới máu tới mô ngoại vi, (5) tăng khả năng chịu

trong thích nghi với độ cao. Như đã bàn luận trong

oxy kém ở tế bào mô.

chương 33, giảm oxy máu là kích thích chính làm

Tăng thông khí phổi – Vai trò của các receptor

tăng sản sinh hồng cầu. Trường hợp nồng độ oxy của

nhận cảm hóa học. Tiếp xúc trực tiếp với Po2 thấp

một người ở mức thấp trong nhiều tuần liền,

kích thích các nhận cảm hóa học động mạch, và sự

hematocrit tăng dần từ giá trị bình thường 40-45% lên

kích thích này làm tăng thông khí lên đến 1.65 lần. Do

trung bình 60%, hemoglobin tăng trung bình từ gía trị

đó, sự bù xảy ra trong vài giây ở độ\ cao nhất định, và

bình thường (15 g/dL) lên 20 g/dL. Thêm nữa, thể tích

mình nó cho phép người lên cao vài nghìn feet hơn

máu cũng tăng từ 20- 30 %, nhân thêm với tăng

mức có thể mà không cần tăng thông khí. Nếu người

hemoglobin, suy ra lượng hemoglobin toàn cơ thể

đó ở lại độ cao rất cao trong vài ngày, thụ cảm hóa

tăng tới 50% hoặc hơn nữa.

học sẽ tăng thông khí hơn nữa, lên đến khoảng 5 lần

Tăng dung tích khuếch tán sau thích nghi

bình thường.

Dung tích khuếch tán (DL) bình thường của oxy đi qua

Sự tăng thông khí tức thì trong khi lên độ cao nhất

màng phế nang là 21 ml/mmHg/phút, và có thể tăng

định làm mất đi lượng lớn CO 2, làm giảm Pco 2 và

gấp 3 lần khi tập thể dục hoặc khi lên các nơi cao.

tăng pH trong dịch cơ thể. Sự thay đổi này làm ức

Một phần nguyên nhân tăng dung tích khuếch tán là

chế trung tâm hô hấp thân não và điều đó đối lập với

do tăng lượng máu mao mạch phổi, làm giãn các

ảnh hưởng của giảm Po2 gây kích thích hô hấp qua

mạch giúp oxy khuếch tán vào máu dễ dàng hơn. Một

thụ thể hóa học ở xoang động mạch cảnh và quai

nguyên nhân khác là tăng dung tích phổi, làm giãn nỡ

động mạch chủ. Tuy nhiên, sự ức chế này mất dần đi

phế nang và tăng diện tích trao đổi phế nang-mao

sau 2 đến 5 ngày, cho phép trung tâm hô hấp hoạt

mạch. Nguyên nhân cuối cùng là tăng áp động mạch

động trở lại đáp ứng với đủ nhận cảm hóa học từ sự

phổi, dẫn tới tăng bơm máu vào các mao mạch phổi

giảm oxy máu, và thông khí tăng lên 5 lần so với bình

hơn so với bình thường, đặc biệt là thùy trên phổi, là

thường.

nơi được cấp máu ít ở tình trạng bình thường.

Nguyên nhân của sự giảm ức chế này được cho là

Thay đổi hệ thống tuần hoàn ngoại biên khi thích

chủ yếu do giảm nồng độ bicarbonate trong dịch não

nghi-Tăng lượng mao mạch ở các mô trong cơ

tủy, cũng như mô não. Sự giảm này kéo theo giảm pH

thể.

trong dịch quanh thụ cảm hóa học thần kinh của trung

Lưu lượng tuần hoàn thường tăng ngay lập tức 30%

tâm hô hấp, làm tăng kích thích hô hấp.

sau khi một người chuyển tới vùng cao nhưng sau đó

Một cơ chế quan trọng cho sự giảm dần nồng độ

sẽ giảm về mức bình thường. Thời gian giảm thường

bicarbonate là sự bù của thận trong nhiễm kiềm hô

kéo dài hàng tuần liền cùng với sự tăng hematocrit.

hấp, được bàn luận ở chương 31. Thận đáp ứng với

Do vậy lượng oxy vận chuyển tói các mô ngoại vi của

sự giảm Pco2 bằng cách giảm ion H+ bài tiết và tăng

cơ thể vẫn giữ ở mức bình thường.

đào thải bircabonat. Quá trình bù chuyển hóa cho

Một thích ứng nữa của hệ tuần hoàn là tăng số lượng

nhiễm kiềm hô hấp làm giảm nồng độ bircabonat

các mao mạch ở các mô ngoài phổi, hay còn gọi là

huyết thanh và dịch não tủy và pH trở về bình thường

tăng sinh mạch. Đặc biệt, sự thích ứng này xảy ra ở

và cắt bỏ một phần ảnh hưởng ức chế hô hấp của

động vật mới sinh và đang còn non sống những nơi

+

giảm nồng độ H . Vì vậy, trung tâm hô hấp nhận

cao. Tuy nhiên, tăng sinh mạch ít gặp khi động vật

nhiều hơn nữa đáp ứng với kích thích thụ cảm hóa

lớn hơn di chuyển lên các vùng cao. Những mô hoạt
động biểu hiện thiếu oxy máu, tăng sinh mạch thường

gặp. Ví dụ, mật độ mao mạch ở cơ tâm thất phải tăng

Có rất nhiều người sinh sống trên các dãy Andes và

bởi sự kết hợp của thiếu oxy máu và tăng gánh của

Himalaya ở độ cao 4000 m. Có một nhóm người Peru

thất phải do tăng áp động mạch phổi ở vùng cao.

sống ở nơi cao 5334 m và làm việc tại một mỏ cao tới

Sự thích nghi của tế bào

5800 m. Nhiều người bản xứ sinh ra và sinh sống ở

Ở động vật sống ở độ cao 4000-5200 m, hệ thống ti

những nơi cao như vậy suốt cả cuộc đời họ. Những

lạp thể và enzym oxy hóa tế bào nhiều hơn một chút

người bản xứ có khả năng thích nghi tốt hơn những

so với động vật số ở gần biển. Do đó, tế bào của

người sống ở đồng bằng. Cho dù những người ở

những người thích nghi với độ cao được cho là sử

đồng bằng có thể chuyển lên sống ở vùng cao trên 10

dụng oxy hiệu quả hơn so với những người sống ở

năm, nhưng vẫn không thể thích nghi tốt với độ cao

gần biển.

băng những người bản xứ xét về mọi khía cạnh.

HIFs (HYPOXIA-INDUCIBLE FACTORS) – “BỘ

Nguyên do ngay từ khi hình thành bào thai, những

CHUYỂN MẠCH CHÍNH” CHO ĐÁP ỨNG CỦA CƠ

người bản xứ đã có sự thích nghi với môi trường

THỂ KHI HẠ OXY MÁU

vùng cao. Vòng

HIFs là một protein kiểm soát quá trình phiên mã tạo
nên đáp ứng khi oxy tự do máu giảm và hoạt hóa một
vài gen mã hóa protein giúp vận chuyển oxy tới mô
đầy đủ và năng lượng cần thiết cho chuyển hóa tế
bào. HIFs được tìm thấy trong hầu hết các sinh vật hít
thở trao đổi oxy, từ những loại sinh vật cổ đại tới con
người chúng ta. HIFs kiểm soát hoạt động của một số

gen, đặc biệt HIF-1 kiểm soát:

•

Gen liên quan tới các yếu tố phát triển của tế bào nội
mô, tăng sinh mạch

•

Gen erythropoietin tăng sinh các tế bào máu

•

Gen ti lạp thể liên quan tới sử dụng năng lượng của
tế bào

•
•

Gen chuyển hóa đường liên quan tới chuyển hóa yếm

ngực phát triển mạnh, và kích cỡ cơ thể giảm, dẫn tới

khí

tăng tỉ số dung tích thông khí/trọng lượng cơ thể. Tim

Gen tăng trữ lượng NO gây giãn mạch phổi
Khi cơ thể được cung cấp đủ lượng oxy, những dướiđơn vị của HIF khi hoạt động đòi hỏi hoạt hóa hàng
loạt gen, sẽ bị điều hòa giảm và bất hoạt bằng những

HIF hydroxylase. Khi oxy máu giảm, HIF cũng bị bất
hoạt, cho phép hình thành một phức hợp HIF hoạt
động phiên mã. Như đã đề cập, HIF hoạt động như
một “bộ chuyển mạch chính” cho phép cơ thể có
những đáp ứng phù hợp khi oxy máu giảm.
SỰ THÍCH NGHI CỦA NHỮNG NGƯỜI BẢN XỨ Ở
CÁC VÙNG CAO

của người bản xứ ngày từ khi sinh ra đã bơm thêm
một lượng máu vào hệ tuần hoàn, và được coi lớn
hơn so với người ở đồng bằng.
Sự vận chuyển oxy qua máu tới mô cũng thuận lợi
hơn ở những người bản xứ. Ví dụ, trong hình 44-2 về
các đường cong biểu diễn phân ly của Hb-O2 của
người sống ở 4000 m và người sống gần biển. Chú ý
PO2 của những người bản xứ vùng cao chỉ khoảng
40 mmHg, tuy nhiên do lượng hemoglobin lớn hơn
nên lượng oxy trong máu động mạch của họ lớn hơn
so với những người sống ở gần biển. PO 2 máu tĩnh
mạch của những người ở vùng cao chỉ nhỏ hơn 15


mmHg so với người sống ở gần biển. Cho dù PO 2

có thể dẫn đến mất định hướng trầm trọng và gây rối

máu động mạch rất thấp, có thể thấy ở những người

loạn các chức năng liên quan.

bản xứ vùng cao, oxy được vận chuyển tới mô rất

2. Phù phổi cấp: Nguyên nhân của phù phổi cấp đế

hiệu quả.

nay vẫn chưa rõ, nhưng có một giả thiết: Sự giảm oxy

GIẢM KHẢ NĂNG HOẠT ĐỘNG CỦA CƠ THỂ Ở

máu trầm trọng gây nên co tiểu động mạch phổi,

VÙNG CAO VÀ NHỮNG TÁC ĐỘNG HIỆU QUẢ

nhưng sự co mạch mạnh hơn ở một vài phần phổi so

CỦA SỰ THÍCH NGHI

với các phần khác, vì thế càng nhiều dòng máu phổi

Trong trạng thái trầm cảm do hạ oxy máu, khả năng

buộc qua càng ít mạch không bị co. Hiển nhiên là áp

hoạt động của toàn bộ cơ (không chỉ các cơ vân mà

lực mao mạch trong các vùng phổi này trở nên đặc

cả cơ tim mạch) giảm mạnh trong trạng thái giảm oxy

biệt cao và phù phổi khu trú xảy ra. Quá trình này mở

máu. Nhìn chung, khả năng hoạt động của cơ thể

rộng sẽ khiến diện phù phổi lan rộng, có thể gây chết

giảm xuống dẫn tới hạn chế tối đa tiêu thụ O2. Để dễ

người. Cho bệnh nhân thở Oxy thường làm đảo

dàng hình dung tầm quan trọng của sự thích nghi khi

ngược quá trình trong vài giờ.

cơ thể tăng khả năng hoạt động, hãy xem sự khác

SAY NÚI MẠN TÍNH

biệt rất lớn dưới đây giữa người thích nghi và không

Thi thoảng, một người ở độ cao quá lâu sẽ bị say núi

thích nghi ở độ cao 5181 m.

mạn, thường sẽ xảy ra các hiện tượng: (1) Khối
Khả năng hoạt
động (% so với
bình thường)
50
68

Không thích nghi
Thích nghi đươc 2 tháng
Người bản xứ sống ở độ
cao 4000m nhưng làm việc
87
ở độ cao 5200 m
Như đã biết, những người bản xứ làm việc ở những
nơi cao có thể đạt hiệu suất tương đương với những
người làm việc ở đồng bằng . Tuy nhiên, những
người đồng bằng có khả năng thích nghi tốt đến mấy
cũng không thể đạt được hiệu suất công việc cao như
vậy.
SAY NÚI CẤP TÍNH (SAY ĐỘ CAO) VÀ PHÙ PHỔI
ĐỘ CAO
Một tỉ lệ nhỏ người lên độ cao nhanh chóng sẽ bị say
cấp và có thể tử vong nếu không cung cấp O2 hay
đưa nhanh chóng xuống độ cao thấp hơn. Cơn say
thường bắt đầu từ vài tiếng đến 2 ngày sau khi leo.
Hai sự kiện thường xảy ra:
1. Phù não cấp: Phù này được cho là kết quả của sự
giãn cục bộ mạch máu não, cái gây nên bởi sự thiếu
giảm oxy máu. Sự giãn tiểu động mạch làm tăng
lượng máu đến mao mạch, gây tăng áp lực mao
mạch, và có thể làm thoát dịch vào mô não. Phù não

lượng hồng cầu và hematocrit tăng cao đặc biệt. (2)
áp lực động mạch phổi tăng cao thậm chí cao hơn
mức tăng bình thường do quen khí hậu, (3) phì đại
thất phải, (4) giảm áp lực động mạch ngoại vi, (5) suy

tim sung huyết, và (6) tử vong thường xảy ra trừ khi
đưa bệnh nhân xuống độ cao thấp hơn.
Nguyên nhân của những hiện tượng này do 3 điểm:
Thứ nhất, khối lượng hồng cầu trở nên tăng cao gây
tăng độ nhớt máu. Điều này gây giảm dòng máu tới
mô do vậy giảm Oxy vận chuyển. Thứ hai, tiểu động
mạch phổi bị co nhỏ do giảm oxy máu. sự co mạch là
kết quả của giảm oxy máu, cái mà vai trò bình thường
vận chuyển Oxy từ nơi dòng thấp đến cao như trong
Chương 39. Tuy nhiên, bởi vì tất cả các phế nang đều
có mức Oxy thấp, tất cả tiểu động mạch bị co nhỏ, áp
lực động mạch phổi tăng cao, và dẫn đến suy tim
phải. Thứ ba, sự co thắt tiểu động mạch phế nang
làm chuyển hướng dòng máu qua các mạch không
thuộc phế nang, điều này gây nên shunt phổi làm
máu trở nên nghèo oxy. Phần lớn bệnh nhân sẽ phục
hồi khi được đưa xuống độ cao thấp hơn sau vài
ngày đến vài tuần.
ẢNH HƯỞNG CỦA GIA TỐC ĐẾN CƠ THỂ TRONG
NGÀNH HÀNG KHÔNG VÀ KHÔNG GIAN SINH LÝ
Bởi những thay đổi nhanh chóng về vận tốc và hướng
của chuyển động trong máy bay hoặc tàu vũ trụ, một


loại lực gia tốc đc sinh ra ảnh hưởng đến cơ thể trong

vùng thấp của cơ thể. Lượng máu về tim ít làm giảm

quá trình bay. Vì dụ sự tăng tốc tuyến tính xảy ra khi

cung lượng tim.

bắt đầu cất cánh hay sự giảm tốc khi kết thúc chuyến
bay, mỗi khi có sự thay đổi đột ngột của chuyển động
lực ly tâm đều được sinh ra.
LỰC LY TÂM
Khi máy bay chuyển động, lực ly tâm được tính bằng
công thức:
f = mv²/r
trong đó: f: lực ly tâm
m: khối lượng của vật
v: vận tốc của vật
r: bán kính của chuyển động

Hình 44-3 cho thấy những thay đổi trong huyết áp

Từ công thức này ta nhận thấy lực ly tâm tỷ lệ thuận

tâm thu và tâm trương ( tương ứng trên và dưới

với bình phương vận tốc của vật và tỷ lệ thuận với độ

đường cong) trong phần trên của cơ thể khi có tác

sắc nét chuyển động ( bán kính nhỏ)

động của lực ly tâm có giá trị khoảng 3,3G đột nhiên

Đo gia tốc (G)

tác động lên một người ở tư thế ngồi. Nhận thấy rằng

Khi một phi công ngồi vào chỗ của mình , lực mà anh

áp lực giảm xuống dưới mức 22mmHg trong vòng vài

ta tác động lên chiếc ghế là kết quả của trọng lực tác

giây đầu tiên sau khi tăng tốc nhưng sau đó quay trở

dụng lên cơ thể của anh ta gọi là trọng lượng. cường

lại mức huyết áp tâm thu khoảng 55mmHg và huyết

độ của trọng lượng là +1G bởi nó chính bằng trọng

áp tâm trương là 20mmHg trong vòng 10-15 giây. Sự

lực. Nếu lực mà anh ta tác động lên chiếc ghế bằng 5

phục hồi thứ cấp này chủ yếu là do sự kích thích lên

lần trọng lượng cơ thể thì lực đó là +5G.

các thụ cảm áp lực gây ra các phản xạ tăng áp.

Nếu chiếc máy bay bay theo một quỹ đạo nhất

Khi lực tác động lớn hơn 4-6G gây ra chứng hoa

định và người trên máy bay được giữ chặt vs chiếc

mắt trong vòng vài giây và bất tỉnh ngay sau đó. Nếu

ghế bằng dây an toàn thì có 1 lực ly tâm G tác động

tốc độ tiếp tục tăng lực ly tâm mạnh hơn có thể dẫn

lên cơ thể; nếu như các lực của dây an toàn tác động

đến tử vong.

lên cơ thể bằng chính trọng lượng cơ thể thì lực li tâm

Ảnh hưởng lên cột sống: Khi lực ly tâm quá cao dù

G là -1G

chưa tới 1 giây cũng có thể bẻ gãy đốt sống. Mức độ

ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC LY TÂM LÊN CƠ THỂ (G)

gia tốc một người bình thường có thể chiu đc ở tư thế

Ảnh hưởng lên hệ tuần hoàn: Ảnh hưởng quan

ngồi trước khi gây gãy các đốt sống là khoảng 20G.

trọng nhất của lực ly tâm là trên hệ tuần hoàn, bởi vì

Phản lực G. Những tác động của phản lực G lên cơ

sự lưu thông của máu trong cơ thể phụ thuộc vào độ

thể ít gây tổn thương hơn lực tác động của lực li tâm

mạnh của lực ly tâm.

G. Một phi công có thể chịu được phản lực khoảng -4

Khi một phi công phải chịu 1 lực G, máu luôn có

đến -5 G mà không có tồn thương vĩnh viễn nào, mặc

xu hướng chảy về nơi thấp nhất của cơ thể. Do đó

dù có sự sung huyết não tạm thời trong giai đoạn

nếu lực ly tâm có giá trị là 5G và người lái ở vị trí bất

đầu. đôi khi có xuất hiện rối lọa tâm thần kéo dài 15-

động thì áp suất tĩnh mạch chân bị tăng lên rất nhiều

20 ph như là hậu quả của chứng phù não. Đôi khi các

lần (khoảng 450mmHg). ở vị trí ngồi, áp luực khoảng

hản lực G có thể rất lớn (ví dụ -20G) và tăng lượng

300mmHg. Ngoài ra khi áp lực trong tĩnh mạch chân

máu trong các mạch não khiến áp lực trong mạch lên

tăng lên những mạch thụ động giãn ra nên một lượng

đến 300-400mmHg phá vỡ các mạch máu nhỏ ở vỏ

lớn máu trong cơ thể di chuyển vào những mạch ở

não . tuy nhiên các mạch máu não bị vỡ ít hơn so với


dự đoán ban đầu bởi: khi có lực ly tâm tác động lên
khiến máu về não nhiều thì dịch não tủy lại có xu
hướng dịch chuyển ngược lại so với dòng màu, dịch
não tủy như một đệm áp lực cho não để ngăn ngừa
tình trạng vỡ mạch máu trong não. Do mắt không
được bảo vệ bởi hộp sọ nên khi tình trạng sung huyết
xảy ra khiến cho mắt bị mù tạm thời với biểu hiện “red
out” (viền mắt đỏ???)
Bảo vệ cơ thể chống lại lực ly tâm
Các quy định riêng và các loại thiết bị được phát triển
để bảo vệ các phi công chống lại các tác động tiêu
cực lên hệ tuần hoàn của lực li tâm. Trước hết là việc
các phi công ngồi hơi ngả người về phía trước đồng

Hình 44-4 cho thấy một quá trình gần đúng về sự

thời co cứng cơ bụng thì có thể ngăn chặn việc máu

tăng tốc trong quá trình cất cánh của tàu không gian

dồn về phần thấp của cơ thể. Ngoài ra bộ trang phục

ba giai đoạn. Giai đoạn đầu tàu được tăng tốc lớn

chống lại lực ly tâm được nghiên cứu và ứng dụng để

nhất 9G và giai đoạn hai tăng lên cao nhất 8G. Trong

ngăn chặn sự tập trung máu về bụng và chân. Cách

tư thế đứng, co người không thể chịu được gia tốc

thức đơn giản nhất để chống lại phản lực G là bơn túi

này, nhưng ở tư thế nằm ngả, ngang với trục gia tốc,

nén ở chân và bụng. về mặt lí thuyết, cơ thể phi công

con người có thể chịu gia tốc dễ dàng mặc dù sự thật

khi được mặc một bộ quàn áo nước có thể chịu được

là lực gia tốc vẫn đang rất lớn lúc đó. Do đó, ghế ngả

sự ảnh hưởng của lực ly tâm lên hệ tuần hoàn của cơ

được sử dụng cho các phi hành gia.

thể bởi vì áp lực của nước tác động lên bề mặt cơ thể

Vấn đề cũng xẩy ra trong quá trình giảm tốc, khi

trong suốt quá trình có lực ly tâm sẽ gần như cân

tàu không gian trở vào khí quyển. Một người di

bằng với các lực bên trong cơ thể. Tuy nhiên vẫn luôn

chuyển ở Mach 1 (tốc độ âm thanh và của máy bay

có khí trong phổi và được vận chuyển đến các mô

nhanh) có thể giảm tốc an toàn trong khoảng cách

như tim, phổi và sự tổn thương nghiêm trọng cơ

tầm 0.12 dặm, trái lại một người di chuyển với tốc độ

hoành mặc dù đã được mặc áo nước. Vì vậy ngay cả

Mach 100 (tốc độ có thể trong di chuyển giữa các

khi các phương pháp bảo vệ đã được áp dụng, mức

hành tinh) cần khoảng 10000 dặm cho sự giảm tốc an

giới hạn an toàn vẫn sẽ chỉ ở mức dưới 10G.

toàn. Nguyên nhân chủ yếu của sự khác nhau này là

ẢNH HƯỞNG CỦA GIA TỐC TUYỀN TÍNH LÊN CƠ

tổng năng lượng cần thải trừ trong quá trình giảm tốc

THỂ

tỷ lệ với bình phương tốc độ, tương đương với

Lục gia tốc trong tàu không gian. Không giống như

khoảng cách cần để giảm tốc giữa Mach 1 và Mach

một chiếc máy bay, một tàu không gian không thể tạo

100 khoảng 10000 lần. Do đó, sự giảm tốc cần được

vòng quay nhanh, và do đó gia tốc vòng ít quan trọng

thực hiện chậm hơn từ tốc độ cao hơn là khi đang ở

ngoại trừ khi tàu rối loạn xoay. Dù vậy, khả tăng tốc

tốc độ thấp hơn.

cất cánh và giảm tốc hạ cánh có thể rất lớn, cả hai là

Lực giảm tốc trong nhảy dù. Khi phi công nhảy dù

gia tốc thẳng, một gia tốc dương và một âm.

rời máy bay, vận tốc rơi ban đầu của anh ấy là 0
feet/s. Tuy nhiên, vì gia tốc của lực hấp dẫn, sau 1
giây tốc độ rơi đó là 32 feet/s (nếu bỏ qua lực cản
không khí), sau 2 giây là 64 feet/s, v.v.. Trong khi tốc
độ rơi tăng, lực cản không khí làm chậm sự rơi cũng


tăng. Cuối cùng, gia tốc cản của không khí cân bằng

giải phóng O2. Một số khác phụ thuộc vào phương

với gia tốc của trọng lực, và sau khi rơi khoảng 12

pháp sinh học, như sử dụng tảo để giải phóng O2

giây, người đó sẽ rơi ở vận tốc cuối khoảng 109-119

thông qua hiện tượng quang hợp. Nhưng một hệ

dặm/giờ (khoảng 175 feet/s). Nếu người nhảy dù đạt

thống hoàn thiện về tái chế vẫn chưa thực hiện được.

vận tốc cuối cùng trước khi mở dù, một shock mở dù

PHI TRỌNG LƯỢNG TRONG KHÔNG GIAN

(“opening shock load”) lên tới 1200 pounds có thể xảy

Một người khi ở trong một vệ tinh quay quanh hoặc

ra trên màn vải dù.

một tàu vũ trụ là không trọng lượng, hoặc một trạng

Một chiếc dù thông thường làm chậm sự rơi của

thái gần như bằng không đơn vị G, mà đôi khi được

người nhảy khoảng 1/9 vận tốc rơi cuối. Nói cách

gọi là trọng lực. Người đó không rút về phía dưới

khác, tốc độ hạ cánh khoảng 20 feet/s, và lực va

cùng, hai bên hay đầu của tàu vũ trụ mà chỉ đơn giản

chạm mặt đất là 1/81 lực va chạm nếu không có dù.

là trôi nổi bên trong khoang của nó. Nguyên nhân của

Dù vậy, lực va chạm này vẫn đủ lớn gây chấn thương

sự không trọng lượng này không phải là không có sự

đáng kể đến cơ thể trừ khi người nhảy dù được huấn

tác động của lực hấp dẫn lên cơ thể bởi vì lực hấp

luyện hạ cánh. Thực tế, lực va chạm nhảy dù tương

dẫn từ bất kỳ thiên thể nào ở gần đó là vẫn còn hoạt

đương với nhảy từ độ cao 6 feet không có dù. Nếu

động. Tuy nhiên, lực hấp dẫn tác động lên cả các tàu

không biết trước, giác quan của người nhảy sẽ bị

vũ trụ và những người cùng một lúc để cả hai được

đánh lừa trong lúc chạm đất với chân duỗi thẳng, tư

kéo với chính xác cùng gia tốc và trong cùng một

thế này sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng đến khung

hướng. Vì lý do này, người chỉ đơn giản là không bị

xương theo trục cơ thế, gây gãy xương chậu, xương

hút đối với bất kỳ nơi của tàu vũ trụ.

sống, hay chân. Vì vậy, người nhảy dù qua đào tạo

Những Thách Thức Sinh Lý khi Mất Trọng Lượng

chạm đất với đầu gối cong nhưng căng cơ để tiếp

(Trọng Lực).

nhận lực va chạm lớn.

Những thách thức về sinh lý không trọng lượng đã

“KHÍ QUYỂN NHÂN TẠO” TRONG TÀU KHÔNG

được chứng minh là không có ý nghĩa miễn là thời

GIAN KÍN

gian không trọng lượng không quá dài. Hầu hết các

Bởi vì không có khí quyển ngoài không gian, khí

vấn đề xảy ra có liên quan đến ba tác động của trọng

quyển nhân tạo và khí hậu phải được sản xuất trong

lượng: (1) say tàu xe trong những ngày đầu tiên của

tàu không gian. Quan trọng nhất, nồng độ O2 phải đủ

du lịch, (2) chuyển vị của các chất lỏng trong cơ thể vì

cao và nồng độ CO2 đủ thấp để tránh ngạt thở. Trong

mất tác dụng của lực hấp dẫn để gây áp lực thủy tĩnh

các tàu trước đây, khoang chứa khí quyển với O 2 tinh

bình thường, và (3) giảm hoạt động thể chất vì không

khiết khoảng 260mmHg, nhưng trong các tàu hiện

có sức mạnh của sự co cơ là lực cần thiết để chống

đại, không khí được làm giống như khí quyển bình

lại lực hấp dẫn.

thường, với nito gấp bốn lần O2 và tổng áp suất là

Gần 50% các phi hành gia trải nghiệm say tàu xe,

760mmHg. Sự xuất hiện của nito trong khí trộn làm

buồn nôn và đôi khi ói mửa, trong 2-5 ngày đầu tiên

giảm đáng kể nguy cơ cháy và nổ. Nó cũng bảo vệ

của chuyến du lịch không gian. say tàu xe này có thể

chống lại sự xẹp phổi khu trú, xảy ra khi thở O 2 tinh

là kết quả từ một mô hình quen thuộc của các tín hiệu

khiết, vì O2 được hấp thu rất nhanh làm các tiểu phế

chuyển động khi đến các trung tâm cân bằng của

quản bị chặn lại bởi các nút nhầy.

não, và tại cùng một thời gian thiếu của các tín hiệu

Trong các chuyến đi kéo dài nhiều tháng, gần như

hấp dẫn.

không thể mang theo O2 suốt cuộc hành trình. Vì lí do

Các hiệu ứng quan sát được một kỳ nghỉ kéo dài

này, nhiều công nghệ tái chế đã được đề xuất để sử

trong không gian của những điều sau đây: (1) giảm

dụng O2 tương tự. Một vài quá trình tái chế phụ thuộc

thể tích máu, (2) giảm khối lượng tế bào hồng cầu,

hoàn toàn vào định luật vật lý, như điện phân nước

(3) giảm sức mạnh cơ bắp và khả năng làm việc, (4)


giảm cung lượng tim tối đa và (5) mất canxi và

dài hơn để chuẩn bị cho công cuộc phát hiện của con

phosphate từ xương, cũng như mất khối lượng

người về sự tồn tại của các hành tinh khác, chẳng

xương. Hầu hết các hiệu ứng tương tự cũng xảy ra ở

hạn như sao Hỏa, những tác động của trọng lực kéo

những người nằm trên giường trong một thời gian

dài có thể gây ra một mối đe dọa rất nghiêm trọng đối

dài. Vì lý do này, các chương trình tập thể dục được

với các phi hành gia sau khi họ tiếp đất, đặc biệt là

đưa ra cho các phi hành gia nếu phải thực hiện ở

trong trường hợp hạ cánh khẩn cấp. Do đó, nỗ lực

ngoài không gian trong 1 thời gian dài.

nghiên cứu đáng kể đã được phát triển hướng về

Trong một thí nghiệm về 1 cuộc thám hiểm không

biện pháp đối phó, ngoài việc tập thể dục, có thể

gian , trong đó chương trình tập luyện đã không được

ngăn ngừa hoặc làm giảm bớt hiệu quả hơn những

áp dụng và kết quả là các phi hành gia đã giảm

thay đổi này. Một trong những biện pháp đối phó

nghiêm trọng năng lực làm việc trong vài ngày đầu

đang được thử nghiệm là việc áp dụng liên tục "trọng

tiên sau khi trở về Trái đất. Họ cũng có xu hướng ngất

lực nhân tạo" gây ra bởi thời gian ngắn (ví dụ, 1 giờ

xỉu (và vẫn làm, chừng mực nào đó) khi họ đứng dậy

mỗi ngày) của gia tốc ly tâm của các phi hành gia khi

trong ngày đầu tiên hoặc sau khi trở về trọng lực vì

họ ngồi trong thiết kế đặc biệt máy ly tâm ngắn tay

khối lượng máu giảm đi và phản ứng của các cơ chế

mà tạo ra lực lượng lên đến 2-3 G.

kiểm soát huyết áp giảm.

Tài liệu tham khảo

Giảm hoạt động (Deconditioning) của Tim Mạch,

Basnyat B, Murdoch DR: High-altitude illness. Lancet 361:1967,

Cơ Bắp, Xương Trong Thời Gian Phơi Sáng Và

2003.

Không Trọng Lượng Kéo Dài

Brocato

J,

Chervona Y, Costa M:

Molecular

responses to

hypoxiainducible factor 1α and beyond. Mol Pharmacol 85:651, 2014.

Trong các chuyến bay không gian rất dài và tiếp xúc

Hackett PH, Roach RC: High-altitude illness. N Engl J Med 345:107,

với ánh sang kéo dài , dần dần hiệu ứng

2001.

“Deconditioning” xảy ra trên hệ thống tim mạch, cơ

Hargens AR, Richardson S: Cardiovascular adaptations, fluid shifts,
and countermeasures related to space flight. Respir Physiol

xương, và xương mặc dù tập thể dục nghiêm ngặt

Neurobiol 169(suppl 1):S30, 2009.

trong suốt chuyến bay. Nghiên cứu của các nhà du

Imray C, Wright A, Subudhi A, Roach R: Acute mountain sickness:

hành trên các chuyến bay không gian kéo dài vài
tháng đã cho thấy rằng họ có thể mất nhiều 1,0 phần

pathophysiology, prevention, and treatment. Prog Cardiovasc Dis
52:467, 2010.
Naeije R, Dedobbeleer C: Pulmonary hypertension and the right

trăm khối lượng xương của họ mỗi tháng mặc dù họ

ventricle in hypoxia. Exp Physiol 98:1247, 2013.

vẫn tiếp tục tập luyện, teo đáng kể của cơ tim và

Penaloza D, Arias-Stella J: The heart and pulmonary circulation at

xương cũng xảy ra trong thời gian dài tiếp xúc với
một môi trường không trọng lực.
Một trong những ảnh hưởng nghiêm trọng nhất là
tim mạch "deconditioning", trong đó bao gồm giảm
khả năng lao động, giảm thể tích máu, phản xạ phận

high altitudes: healthy highlanders and chronic mountain sickness.
Circulation 115:1132, 2007.
Prabhakar

NR,

Semenza

GL:

Adaptive

and

maladaptive

cardiorespiratory responses to continuous and intermittent hypoxia
mediated by hypoxia-inducible factors 1 and 2. Physiol Rev 92:967,
2012.
San T, Polat S, Cingi C, et al: Effects of high altitude on sleep and

nhận cảm áp lực kém, và giảm khả năng chịu áp thế

respiratory system and theirs adaptations. Scientifc World Journal

đứng. Những thay đổi này rất hạn chế khả năng của

2013:241569, 2013.

các phi hành đứng thẳng hoặc thực hiện các hoạt
động bình thường hàng ngày sau khi trở về trái đất.
Các nhà du hành trở về từ chuyến bay không gian

Semenza GL: HIF-1 mediates metabolic responses to intratumoral
hypoxia and oncogenic mutations. J Clin Invest 123:3664, 2013.

Sibonga JD: Spaceflight-induced bone loss: is there
an osteoporosis

kéo dài 4-6 tháng cũng dễ bị gãy xương và có thể yêu

risk? Curr Osteoporos Rep 11:92, 2013.

cầu một vài tuần trước khi họ trở về, họ cần tập luyện

Smith SM, Heer M: Calcium and bone metabolism

như trước khi bay cho tim mạch , xương, và tập thể

during space

dục cơ bắp. Như các chuyến bay không gian trở nên

flight. Nutrition 18:849, 2002.
Taylor CT, McElwain JC: Ancient atmospheres and
the evolution of
oxygen sensing via the hypoxia-inducible factor in
metazoans.
Physiology (Bethesda) 25:272, 2010.
West JB: Man in space. News Physiol Sci 1:198,
1986.
West JB: High-altitude medicine. Am J Respir Crit
Care Med 186:1229,
2012