離心機(jī)在航天工業(yè),特別是對(duì)于飛行員,宇航員有很大影響,宇航員訓(xùn)練過(guò)程,適應(yīng)超重力加速度反映,重力加速度,這些就是依賴離心機(jī)來(lái)完成的。

1.      超重模型     
重力（g）是宇宙中兩個(gè)物體間的一種引力，其值可從零到無(wú)窮大。例如月球上的重力為０.１７ｇ，火星上是０.３ｇ,地球是１ｇ， 離心機(jī)可產(chǎn)生大于１個(gè)ｇ的重力。使用超高速離心器則可以產(chǎn)生103105g的力。航天器在進(jìn)入200英里（321.8公里）高度的地球軌道時(shí)，其重力相當(dāng)于在地球表面的95％，但由于飛船的向心加速度抵消了地球引力，以致于圍繞地球運(yùn)動(dòng)的飛船上的物體處于10-2～10-5個(gè)ｇ的重力狀態(tài)。航天器從發(fā)射-飛行-返回的過(guò)程中，經(jīng)受了超重 -微重力-超重的重力變化。為了把航天器射入不同的軌道，一般采用多級(jí)運(yùn)載火箭的方法，每級(jí)運(yùn)載火箭都會(huì)產(chǎn)生一定的加速度，形成不同ｇ值的超重。早期的火箭形成７～８ｇ的超重，新式的火箭低于５ｇ，航天飛機(jī)發(fā)射時(shí)的峰值控制在３ｇ左右。航天器在返回的過(guò)程中，也遇到超重作用，早期的超重峰值控制在１０ｇ以上，新型的航天器的峰值降低為５～７ｇ，航天飛機(jī)的超重值控制在２ｇ以內(nèi)。

在航天飛行過(guò)程中，生活在航天器中的動(dòng)物、植物和人也會(huì)受到超重和失重的影響。地球上的生物在1g的環(huán)境中進(jìn)化，它們已經(jīng)形成了適應(yīng)1g重力環(huán)境的組織結(jié)構(gòu)。當(dāng)植物和動(dòng)物進(jìn)入另一個(gè)重力環(huán)境時(shí)，它們必須再次適應(yīng)新的重力環(huán)境。它們對(duì)重力的響應(yīng)和重力之間的關(guān)系可以是線性或數(shù)學(xué)函數(shù)。為了適應(yīng)新的重力環(huán)境，生物體中適應(yīng)1g的組織結(jié)構(gòu)會(huì)在超重或低重力環(huán)境中發(fā)生紊亂或退化。宇航員在飛行中出現(xiàn)的心血管功能障礙、肌肉萎縮和骨質(zhì)疏松就是一個(gè)很好的例子。當(dāng)生物體適應(yīng)新環(huán)境后再回到地面1 g，就會(huì)出現(xiàn)不適應(yīng)反應(yīng)，需要一段時(shí)間的重新調(diào)整。因此，有必要研究重力變化對(duì)生物的影響，尤其是微重力。同時(shí)，這項(xiàng)研究對(duì)于理解重力在生物進(jìn)化中的作用也具有重要的理論意義。

研究1g以上的重力很容易，在地球上使用不同類型的離心機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)。在地球上不可能長(zhǎng)時(shí)間研究1g以下的引力，我們只能離開地球，去太空實(shí)驗(yàn)室，或者去地球下面有引力的行星(比如月球、火星)。然而，在太空中進(jìn)行許多生物學(xué)研究是不現(xiàn)實(shí)的。主要原因有:

（１）在太空中進(jìn)行生物學(xué)研究的費(fèi)用很高，每次飛行的任務(wù)也很多，不可能專門進(jìn)行生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的研究。
（２）航天過(guò)程中除微重力因素外，還有超重、振動(dòng)、噪聲、輻射、艙內(nèi)氣體環(huán)境、有害物質(zhì)等對(duì)被測(cè)對(duì)象都有影響，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析。
（３）生物體、尤其是人的個(gè)體差異大，需進(jìn)行多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)才能發(fā)現(xiàn)其規(guī)律性。同時(shí)，需要研究的項(xiàng)目很多。在航天中不可能進(jìn)行這么多的研究。
（４）每項(xiàng)研究需要有此學(xué)術(shù)領(lǐng)域的專家參加，并有各種專門的科學(xué)儀器，航天中不具備此條件。 因此，在地面上建立模擬重力變化的模型是十分必要的。

地面建立的模擬航天過(guò)程中超重和微重力的模型有助于實(shí)現(xiàn)以下目的：
（１）了解生物體中的哪些系統(tǒng)是感受重力的，
確定它們的閾值、適應(yīng)重力變化的機(jī)制、適應(yīng)的能力和適應(yīng)時(shí)間。
（２）預(yù)測(cè)已適應(yīng)超重和低重力的機(jī)體是如何重新適應(yīng)１ｇ環(huán)境的。
（３）提出預(yù)防措施以減輕在重新適應(yīng)１ｇ的環(huán)境時(shí)會(huì)發(fā)生的潛在問(wèn)題 

離心機(jī)可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)地球上的超重。平行于地面的離心力是離心機(jī)的向心加速度產(chǎn)生的，與重力形成直角三角形的兩邊，合力是離心機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的重力。因此，1.5g的向心加速度可以產(chǎn)生1.8g的合力，4g的向心加速度可以產(chǎn)生4.1g的合力..離心機(jī)由動(dòng)力系統(tǒng)、中心轉(zhuǎn)軸和剛性轉(zhuǎn)臂組成(圖1)。離心機(jī)的臂長(zhǎng)從1米到8米不等。離心機(jī)的臂長(zhǎng)與轉(zhuǎn)速有關(guān)，臂越長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速越低。短臂可以產(chǎn)生高g值。但如果短臂中的受試者個(gè)子很高，身體不同部位受到的離心力會(huì)有所不同，對(duì)受試者的影響因素也會(huì)比較復(fù)雜。因此，短臂離心機(jī)一般用于小型動(dòng)植物。根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模梢越ㄔ觳煌叽绾托问降碾x心機(jī)。有些離心機(jī)可以根據(jù)不同的試驗(yàn)要求，改變連接臂上的艙室位置，產(chǎn)生不同的重力，而其他離心機(jī)只能固定在機(jī)械臂末端，提供比重。

離心機(jī)的座艙一般可以在臂上自由轉(zhuǎn)動(dòng)，以保持重力分量在地球重力的方向上。有的離心機(jī)的座艙本身就可以改變方向，以適應(yīng)特殊的實(shí)驗(yàn)要求。美國(guó)航宇局一研究中心有一套離心機(jī)，它包括前庭研究專用離心機(jī)（ＶＲＦ，有兩個(gè)０.８米長(zhǎng)的臂，可在３個(gè)軸上旋轉(zhuǎn)），人用離心機(jī)（臂長(zhǎng)７.６米）和旋轉(zhuǎn)屋（臂長(zhǎng)８.１２５米）。ＶＲＦ離心機(jī)用于研究一些復(fù)合因素對(duì)小動(dòng)物如貓、猴子、鳥、魚的影響。在ＶＲＦ離心機(jī)上可進(jìn)行數(shù)小時(shí)至數(shù)天的實(shí)驗(yàn)。其它的動(dòng)物離心機(jī)主要用來(lái)研究超重環(huán)境下嚙齒動(dòng)物的適應(yīng)性反應(yīng)，以及為一些太空試驗(yàn)提供超重條件。

人體離心機(jī)主要用于研究航天歸來(lái)、臥床后處于超重狀態(tài)的人的生理反應(yīng)和感受的變化，也可用于航天員超重耐力的選擇和訓(xùn)練。人體離心機(jī)的測(cè)試時(shí)間通常不超過(guò)一小時(shí)。被測(cè)生物抵抗超重的能力與其自身質(zhì)量成反比。植物、昆蟲和嚙齒動(dòng)物比人類更能承受重力。比如，小苗、幼株在30 ~ 40 g的環(huán)境中，很容易堅(jiān)持10分鐘，結(jié)構(gòu)上沒(méi)有明顯變化，甚至幾百g也不會(huì)對(duì)植株結(jié)構(gòu)造成明顯的損傷；老鼠只能承受15 g重力10分鐘，如果重力達(dá)到20 g，就會(huì)全部死亡；人在頭盆方向的耐力只有4 ~ 5g，時(shí)間在10秒左右。

人體離心機(jī)主要用于研究航天歸來(lái)、臥床后處于超重狀態(tài)的人的生理反應(yīng)和感受的變化，也可用于航天員超重耐力的選擇和訓(xùn)練。人體離心機(jī)的測(cè)試時(shí)間通常不會(huì)不超過(guò)一小時(shí)。被測(cè)生物抵抗超重的能力與其自身質(zhì)量成反比。植物、昆蟲和嚙齒動(dòng)物比人類更能承受重力。比如，小苗、幼株在30 ~ 40 g的環(huán)境中，很容易堅(jiān)持10分鐘，結(jié)構(gòu)上沒(méi)有明顯變化，甚至幾百g也不會(huì)對(duì)植株結(jié)構(gòu)造成明顯的損傷；老鼠只能承受15 g重力10分鐘，如果重力達(dá)到20 g，就會(huì)全部死亡；人在頭盆方向的耐力只有4 ~ 5g，時(shí)間在10秒左右。

2. 加速度生理實(shí)驗(yàn)室
 
     始建于1988年，屬于“211工程”、“2110工程”及“三重建設(shè)”項(xiàng)目。自建成以來(lái)，承擔(dān)了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家863-2基金及軍隊(duì)醫(yī)藥衛(wèi)生基金等多項(xiàng)科研任務(wù)，還承擔(dān)我校空軍臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)本科生（《航空航天生物動(dòng)力學(xué)》）和航空航天醫(yī)學(xué)專業(yè)碩士研究生、博士研究生三個(gè)層次的教學(xué)實(shí)習(xí)任務(wù)，已培養(yǎng)博士和碩士多名。
 
 實(shí)驗(yàn)室擁有動(dòng)物離心機(jī)、雙動(dòng)力人體短臂離心機(jī)、多功能旋轉(zhuǎn)床、三維滾輪、抗荷動(dòng)作訓(xùn)練器、人工動(dòng)力下體負(fù)壓訓(xùn)練艙等特色大型設(shè)備，還擁有下體負(fù)壓褲、自行下體負(fù)壓訓(xùn)練器等專項(xiàng)設(shè)備。實(shí)驗(yàn)室配備有完善的微機(jī)化多功能生理記錄儀、心電、血壓和血氧飽和度監(jiān)測(cè)設(shè)備，以及腦血流和心功能監(jiān)測(cè)設(shè)備，可進(jìn)行無(wú)創(chuàng)逐跳血壓、心功能和心率監(jiān)測(cè)、腦血流多普勒監(jiān)測(cè)、基本生理信號(hào)遙測(cè)和心率變異性分析等工作。

該室具有七大功能：
①前庭功能訓(xùn)練；
②立位耐力功能評(píng)價(jià)；
③推拉效應(yīng)的模擬及評(píng)價(jià)；
④航天體液轉(zhuǎn)移地面預(yù)適應(yīng)的評(píng)價(jià)；
⑤抗荷動(dòng)作模擬訓(xùn)練；
⑥抗荷生理訓(xùn)練；
⑦人工重力生理訓(xùn)練。

該實(shí)驗(yàn)室整體達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

主要研究方向?yàn)榧铀俣壬韺W(xué)。在航空醫(yī)學(xué)方面開展了超重生理學(xué)研究，主要進(jìn)行了高G致意識(shí)喪失的發(fā)生機(jī)理及其監(jiān)測(cè)、高性能戰(zhàn)斗機(jī)飛行員高G防護(hù)措施的研究，
①建立了快速下體負(fù)壓模擬G-LOC的大鼠模型，為深入研究G-LOC的機(jī)理提供了一個(gè)有用的動(dòng)物模型。首次提出以頸總動(dòng)脈血流量降為零作為動(dòng)物發(fā)生意識(shí)喪失的監(jiān)測(cè)指標(biāo)。
②系統(tǒng)地揭示了高G暴露后大鼠學(xué)習(xí)記憶功能和腦皮層神經(jīng)元形態(tài)學(xué)改變的性質(zhì)、時(shí)程及其恢復(fù)情況。
③提出了高G致腦損傷和學(xué)習(xí)記憶障礙的多重機(jī)制假說(shuō)：即高G暴露引起的腦缺血是導(dǎo)致腦損傷和學(xué)習(xí)記憶障礙的主要原因，其生物化學(xué)及分子生物學(xué)機(jī)制涉及腦能量代謝降低、腦離子平衡紊亂、血腦屏障通透性增加、腦一氧化氮合酶和c-fos表達(dá)增加及HSP70的保護(hù)作用；顱內(nèi)壓力劇烈變化和應(yīng)力增加是高G致腦損傷的重要因素之一；血液流變學(xué)特性改變?cè)诟逩致腦損傷中起一定作用。
④提出低G預(yù)適應(yīng)對(duì)高G所致的腦損傷和學(xué)習(xí)記憶障礙具有保護(hù)作用。
⑤提出了高性能戰(zhàn)斗機(jī)飛行員下體負(fù)壓抗荷訓(xùn)練方案。
⑥建立了仿真立位應(yīng)激下心血管系統(tǒng)反應(yīng)的數(shù)學(xué)模型對(duì)指導(dǎo)飛行員訓(xùn)練；在航天醫(yī)學(xué)研究方面主要開展了失重生理學(xué)研究，主要進(jìn)行了中長(zhǎng)期失重的生理影響及防護(hù)措施的研究，闡明了模擬失重致立位耐力不良的機(jī)理涉及心血管功能改變、腦血流降低及內(nèi)分泌改變等，首次提出了我國(guó)載人航天飛行時(shí)航天員下體負(fù)壓對(duì)抗方案，應(yīng)用所建立的模型對(duì)航天飛行后心血管功能失調(diào)的機(jī)理問(wèn)題進(jìn)行了仿真研究，為我國(guó)載人航天飛行時(shí)航天員的醫(yī)學(xué)保障提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
以上部分研究成果達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先和國(guó)際先進(jìn)水平。

為了克服長(zhǎng)期失重對(duì)人機(jī)體的影響，最有效的方法是給載人航天器設(shè)置人工重力。 前蘇聯(lián)在“宇宙”系列生物衛(wèi)星上的研究結(jié)果表明，人工重力可以有效防止失重對(duì)人的生理系統(tǒng)的影響。 但是，在宇宙飛船離心機(jī)中的小鼠中，觀察到了動(dòng)物大腦皮質(zhì)的作用下降，大腦相關(guān)區(qū)域特別是運(yùn)動(dòng)區(qū)域的蛋白質(zhì)代謝受到抑制，同時(shí)動(dòng)物半規(guī)管的敏感性和反應(yīng)能力也下降。 這可能是因?yàn)殡x心機(jī)的臂太短，轉(zhuǎn)速太快。

高速離心機(jī)中的人也會(huì)產(chǎn)生一些前庭器官的反應(yīng)和幻覺(jué)。因此，在設(shè)計(jì)人工重力環(huán)境時(shí)，必須考慮離心機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)半徑對(duì)人體的影響，旋轉(zhuǎn)半徑和旋轉(zhuǎn)速度之間的邏輯對(duì)應(yīng)，以及將副作用降低到可接受的水平的自適應(yīng)訓(xùn)練。人工重力保護(hù)措施的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，除了進(jìn)行人體實(shí)驗(yàn)之外，還需要進(jìn)行空間動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。

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