随着高度的增加，大气压力呈近似指数函数式的下降，高度每增加5千米，气压大约降低原值的1/2。随着高度不断增加和大气压力逐渐降低，水的沸点也会不断下降，因此，在高原上烧开水，沸点要比海平面低。当高度达到19.2千米左右时，水的沸点将与人体的体温相同，均为37℃，此时人体内的体液就会“沸腾”。

　　具体来说，低气压和真空会给人体带来三大危害，这就是气压性损伤、体液沸腾和太空减压病。

　　（1）气压性损伤

　　中耳、鼻窦、胃肠道和肺脏，是人体内含气体的空腔器官。当外部环境快速减压时，这些空腔内的气体会急剧膨胀，当气体来不及排出体外时，容易造成器官鼓胀，出现肚子胀痛和耳朵疼，甚至导致空腔器官损伤。

　　与载人航天器座舱压力波动相关的胃肠胀气表现为腹痛、腹胀，严重者可影响呼吸循环功能，这是因为人进食的吞咽动作和食物的分解作用，会使人体胃肠道内存在一定量的气体，当外界压力降低时，气体体积随外界压力变化呈反比增加。如果胃肠道机能较差，通气及排便功能低下，或进食易于产生气体的食物，膨胀的气体不能及时排出，就会刺激胃肠管壁，甚至诱发痉挛，产生胃肠胀痛。

　　在载人航天中，主要通过如下措施来防护这些问题：一是制定合理的压力制度，将航天器内压力变化速率控制在合理的范围内，使体内膨胀的气体及时排出体外；二是改善航天员消化系统功能，使食物得到充分消化，减少气体产生。

图3-1 人耳结构示意图

　　坐过飞机的读者可能会有这样的经历，飞机下降时，耳朵听到的声音会发生变化，甚至会出现耳朵疼痛，尤其是有感冒症状时乘机，这种情况会更加明显，这主要与人的中耳结构有关（图3-1）。中耳通过细长的咽鼓管与鼻咽部相通，其总长约35毫米，最窄处峡部内径约1～2毫米。咽鼓管平时闭合，仅在张口、吞咽、咀嚼、打呵欠或用力擤鼻涕时才开放。人的咽鼓管非意识性开放频率约为1次/分，完成一次有意识开放通气动作约需几秒到十几秒。当外界压力降低，中耳腔正压达到1.33～2.67千帕时，咽鼓管可被冲开，平衡内外压力。当外界压力增高时，中耳腔为负压，咽鼓管峡部反被压紧，内外不通，这时必须借助有意识或无意识的吞咽动作打开咽鼓管，以平衡内外压力。当外界压力变化速率过快，未采取或来不及采取平衡咽鼓管内外压差时，中耳内外压差增加到一定限值，即发生鼓膜充血，产生耳痛、耳聋等症状，甚至出现鼓膜穿孔。

　　载人航天中的防护措施是制定合理的座舱压力制度，限制压力变化速率；检测中耳功能，淘汰功能较差者；对航天员进行咽鼓管开放动作训练，使其掌握动作要领和时机。

　　（2）体液沸腾

　　水的沸点随高度升高及大气压力降低而降低，在19.2千米高度处，大气压力为6.27千帕，这时水的沸点降到与人的体温37℃相同的温度。暴露在该高度或以上时，人的体液就会沸腾。体液沸腾首先开始于暴露部位的眼球结膜、口腔黏膜与鼻黏膜，接着是疏松皮下组织中的体液，继而延及全身，形成“气鼓人”。在此高度上停留时间短于2分钟，只要气压回升，体液沸腾现象便会迅速消失，不会危及航天员的生命。停留时间超过2分钟，肺脏内的饱和水汽会迅速沸腾，水汽压升高，压迫肺组织，使之丧失气体交换能力，进而血管里充满气泡，使大脑、心脏等关键器官因组织细胞得不到血液供应而危及生命。当人暴露在19.2千米以上的空间时，首先危及生命的是暴发性缺氧。暴发性缺氧10多秒钟，人就会丧失意识，即体液沸腾还未来得及发展时，人已经陷入昏迷状态了。预防体液沸腾的办法，是为航天员提供环境压力高于19.2千米高度处的大气压力。

　　（3）太空减压病

　　太空减压病是机体所处环境气压下降过快或下降幅度过大，溶于体内的惰性气体超过饱和极限，气体逸出，形成气泡导致的病症。
太空减压病症状有以下5种类型。

　　1）皮肤型：气泡发生在皮肤，产生瘙痒、冷热感和蚂蚁爬感等。
　　2）关节型：又称屈肢痛，气泡发生在关节及其周围组织，引起关节疼痛。
　　3）呼吸型：气泡发生在肺小动脉或肺毛细血管，引起胸骨下不适，咳嗽及呼吸困难等。
　　4）中枢神经型：气泡发生在中枢神经系统，该型少见，但属于严重型。
　　5）混合型：该型是上述4种类型部分存在，较为多见。

　　从症状严重程度划分，可分为Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型表现为皮肤、关节等症状；Ⅱ型表现为呼吸、循环、中枢神经系统等症状。

　　在地球表面时，人体受到大气层的压力为一个大气压。人体处在这样的压力下，不仅生活正常，与外界气体交换也正常。此时，各种气体均以饱和状态溶解在组织和体液中，其中约有4%溶解于血液里，其余96%溶解在脂肪等组织中，氮气不和体内物质发生反应。当体外环境压力下降时，组织、体液中溶解的氮气呈过饱和状态，同时由于体内外存在压力差，过饱和气体会经循环系统、呼吸系统排出体外，此过程称为脱饱和。如果体外环境压力下降速率较低，脱饱和过程自然完成，不会在体内形成气泡，此时不会引发任何不良症状。

　　在出舱过程中，气闸舱泄压时，体外环境减压速率较快，机体组织绝对压力下降的速率比组织中溶解气体张力的下降速率大，使脱饱和过程来不及完成，过饱和气体在体内形成气泡的倾向随之增加。在各种组织中形成的气泡，可能会压迫、刺激局部组织；血管内的气泡，则可能成为气体栓子堵塞血管，或与血液成分发生相互反应。根据形成气泡的多少，压迫或堵塞部位的不同，以及与血液成分发生反应的性质，引起继发性反应的特点各异，会导致各种不同的症状。

　　如果外界气压下降过大过快，人体组织内的气体因外界压力降低大量往外逸出。氧气是人体需要的，逸到哪里都可以。但氮气逸出人体组织，就会使人体产生皮肤发痒、关节与肌肉疼痛、咳嗽和胸闷等症状。如果载人航天器密闭舱采用的是接近地面大气压力的压力制度，航天员进入载人航天器时，就不必采取任何预防措施。如果采用的是低于半个大气压力的压力制度时，航天员进入载人航天器之前，就需采取措施，把体内多余的氮气排出，用氧气代替它，这是因为在通常的大气环境中，人体中氧气只占21％左右，而氮气约占79％。

　　同样，航天员在进行出舱活动时，如果舱内采用一个大气压的压力制度，那么舱外航天服内的压力比舱内压力低，航天员在穿低压航天服之前，必须把体内多余的氮气排出。目前，国际上一般采用阶段减压、吸氧排氮或者是二者兼用的方法来解决出舱活动时引发的太空减压病。第一种方法由于耗时很长，一般不单独采用；第二种方法所需时间较短；第三种方法效果更好，为当代大多数出舱活动所采用。

　　载人航天器的舱内气压维持在一个什么样的水平才合适，是经过长时间的探索才逐渐深刻认识到的。美国早期在水星号、双子星座、阿波罗飞船中，采用1/3大气压和100％氧气的压力制度，这种压力环境防止了减压病的发生，但存在高氧效应及火灾隐患。美国曾经为此付出过惨重的代价：阿波罗飞船在进行地面试验时，曾发生舱内火灾事故，由于舱内是100%的纯氧环境，导致火势迅速蔓延，在舱内进行试验的3名航天员丧生。我国早期在论证载人飞船的过程中，曾考虑采用1/2大气压力、42％氧气的压力制度，并且进行了模拟压力应急人体实验及1/2大气压力环境下8昼夜飞船环境模拟舱实验，结果显示该压力制度具有较好的减压病防护作用和较轻的低压应激反应，同时，发生舱内火灾事故的可能性也比较小。

　　经过多年的载人航天实践，舱内大气环境的主要参数如总压、气体成分、氧分压等，目前各国已经基本趋于一致，即采取接近地面的常压、常氧气体环境。至于出舱活动中减压病的防治，则主要通过吸入高浓度氧气，将体内的氮气置换并排出体外等措施，以预防和控制减压病的发生。