Advertisement

Cardiopulmonary Effects of Acceleration in Relation to Space Flight

  • Earl H. Wood
  • W. J. Rutishauser
  • N. Banchero
  • A. Clark Nolan
  • A. G. Tsakiris
  • D. E. Donald
Conference paper

Abstract

Cardiopulmonary Effects of Acceleration in Belation to Space Flight. Due to differences in specific gravity, the usual hydrostatic pressure differences which exist at interfaces of the air and blood containing compartments in superior and dependent regions of the lungs at 1 G are multiplied during exposure to acceleration in direct proportion to the G level involved.

Pressure imbalances also develop in the potential intrapleural space which constitutes the interface between the relatively rigid chest wall and the visco-elastic lung parenchyma. The tendency of the fluid contents (air and blood, respectively) of the lungs to redistribute in response to hydrostatic imbalances produced by the changes in weight associated with acceleration is relatively unrestricted and hence results in stresses on the lung parenchyma in proportion to the level of acceleration. These stresses have been demonstrated to be capable of causing physical disruption of the lung structures of primates including man. Furthermore, the disproportionate increase in the weight of the blood in relation to the air containing alveoli results in the collapse of these structures in the dependent portions of the lungs and their over-distention superiorly. The resultant severe disturbances in ventilation-perfusion ratios cause large pulmonary arterial-venous shunts which are responsible for the arterial hypoxemia observed under these circumstances. Concomitant development of dependent pulmonary edema may also play a role.

These results indicate that, exclusive of the danger of equipment or instrumental malfunction, the cardiopulmonary effects of acceleration carry the greatest likelihood of causing a mission limiting or mission failure threat to the functional integrity or welfare of the astronauts.

Keywords

Atrial Pressure Dependent Region Esophageal Pressure Pleural Pressure Arterial Hypoxemia 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

Résumé

Effets cardiopulmonaires de l’acceleration en relation avec les vols spatiaux. A cause des differences de poids specifiques, les differences habituelles de la pression hydrostatique entre les interfaces des compartiments contenant de l’air et du sang dans les regions superieures et dependantes des poumons avec une acceleration de 1 G sont multipliees au cours d’exposition à des accélérations superieures et ce, proportionnellement à G.

Les desequilibres de pression se produisent également dans l’espace potentiel intrapleural qui constitue l’interface entre la paroi relativement rigide de la poitrine et le parenchyme visco-élastique du poumon qui separe ces deux compartiments. La tendance du contenu fluide (air et sang, respectivement) des poumons à se redistribuer en réponse à des déséquilibres hydrostatiques produits par les variations de poids associées à l’acceleration, est relativement peu limitée, et il en résulte des contraintes sur le parenchyme pulmonaire, proportionnelles au degré d’accélération. On a démontré que les contraintes exercées par l’accélération peuvent provoquer une disruption physique des structures du poumon chez les primates l’compris l’homme. En outre, l’accroissement disproportionne du poids du sang par rapport aux alvéoles contenant de l’air provoquent le collapsus dans les parties dépendantes des poumons et leur sur-dilatation dans les parties supérieures. Les troubles graves qui en résultent dans les rapports ventilation-perfusion produisent une forte dérivation artéro-veineuse pulmonaire. Cette dérivation est responsable de l’hypoxénie artérielle qui a été observée dans ces circonstances. Le développement concomitant de l’oedèmepulmonaire pent également jouer un rôle.

Ces resultats indiquent que, hormis le danger d’un mauvais fonctionnement des equipements ou des instruments, les effets cardiopulmonaires de l’accélération présentent la plus grande vraisemblance d’être a l’origine de la limitation ou de l’échec d’une mission eu égard à la menace qu’ils présentent pour l’integrité et le bienetre des cosmonautes.

Аннотации

Влияние ускорения на сердечно-легочную систему в связи с космическими полетами. Благодаря разнице удельного веса обычные различия гидростатистического давления, существующие у поверхностей раздела содержащих воздух и кровь отделов в верхних и нижних районах легких при 1 G, умножаются под влиянием ускорения прямо пропорционально уровню G.

Нарушения равновесия давления также возникают в потенциальном межплевральном пространстве, образующем поверхность раздела между относительно жесткой стенкой грудной клетки и вязко-эластичной паренхимой легких. Стремление этого текучего содержимого (воздуха и крови соответственно) легких к перераспределению в связи с нарушениями гидростатистического равновесия, вызываемыми изменениями в весе, связанными с ускорением, относительно неог-раничено и приводит в связи с этим к увеличению давления на паренхиму легких пропорционально ускорению. Показано, что это увеличение давления может привести к физическому разрыву легочных структур у человекообразных, включая человека. Более того, непропорциональное увеличение веса крови по отношению к содержащим воздух альвеолам приводит к спаданию этих структур в нижних частях легких и к чрезмерному их расширению в верхних частях. Возникающие в связи с этим резкие нарушения соотношения между обменом воздуха и жидкости приводят к сильным артериалыю-венозным сдвигам, вызывающим артериальную гипоксемию, наблюдаемую в этих условиях. Сопутствующее развитие отека нижней части легких также может играть определенную роль.

Эти результаты показывают, что, наряду с опасностью неисправной работы оборудования и аппаратуры, воздействие ускорения на сердечно-легочную систему таит в себе наибольшую вероятность опасности для нормального функционирования организма или здоровья космонавта, которая может привести к частичной или полной неудаче миссии.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. 1.
    Nolan, A. C., H. W. Marshall, L. Cronin, W. F. Sutterer, and E. H. Wood: Decreases in Arterial Oxygen Saturation and Associated Changes in Pressures and Roentgenographic Appearance of the Thorax During Forward (+ G x) Acceleration. Aerospace Med. 34, 798 (1963).Google Scholar
  2. 2.
    Wood, E. H., A. C. Nolan, D. E. Donald, and L. Cronin: Influence of Acceleration on Pulmonary Physiology. Fed. Proc. 22, 1024 (1963).Google Scholar
  3. 3.
    Banchero, N., W. Rutishauser, A. G. Tsakiris, R. E. Sturm, and E. H. Wood: The Effect of Forward, Backward, Right Lateral and Left Lateral Acceleration on Blood Oxygen Saturation in Dogs. Aerospace Med. 36, 136 (1965).Google Scholar
  4. 4.
    Rutishauser, W., N. Banchero, A. G. Tsakiris, R. E. Sturm, and E. H. Wood: Pleural Pressures in Dogs During Transverse Acceleration. Aerospace Med. 26, 161 (1965).Google Scholar
  5. 5.
    Banchero, N., and C. Monge (E.H. Wood): Pericardial Pressures in Different Body Positions During Transverse Acceleration in Dogs Studied Without Thoracotomy. Fed. Proc. 24, 644 (1965).Google Scholar
  6. 6.
    Wood, E. H., A. C. Nolan, D. E. Donald, A. C. Edmundowicz, and H. W. Marshall: Technics for Measurement of Intrapleural and Pericardial Pressures in Dogs Studied Without Thoracotomy and Methods for Their Application to Study of Intrathoracic Pressure Relationships During Exposure to Forward Acceleration (+ G x). Wadd Technical Report 1963, 63-107.Google Scholar
  7. 7.
    Banchero, N., Lucille Cronin, A. C. Nolan, and E. H. Wood: Blood Oxygen Changes Induced by Forward (+ G x) Acceleration. Wadd Technical Report 1964, 64-132.Google Scholar
  8. 8.
    Craig, P. H., K. R. Coburn, R. F. Gray, and E. L. Beckman: The Pathological Changes Produced in Large Primates Exposed to High Positive G While Immersed in a Water Capsule. Aerospace Med. 31, 301 (1960)Google Scholar
  9. 9.
    Alexander, W. C., R. J. Sever, W. E. Fedderson, and F. G. Hoppin: Acceleration (+ G x) Induced Hypoxemia and Crew Performance. Aerospace Med. 35, 257 (1964).Google Scholar
  10. 10.
    Wood, E.H., R.E. Sturm, and J.J. Sanders: Data Processing in Cardiovascular Physiology With Particular Reference to Roentgen Videodensitometry. Mayo Clinic Proc. 39, 849 (1964).Google Scholar
  11. 11.
    Bryan, A.C., and W. D. Macnamara: The Distribution of Pulmonary Blood Flow During Positive Acceleration. Aerospace Med. 36, 139 (1965).Google Scholar
  12. 12.
    Lindberg, E. F., H. W. Marshall, W. F. Sutterer, T. F. McGuire, and E. H. Wood: Studies of Cardiac Output and Circulatory Pressures in Human Beings During Forward Acceleration. Aerospace Med. 33, 81 (1962).Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag Wien 1967

Authors and Affiliations

  • Earl H. Wood
    • 1
  • W. J. Rutishauser
    • 1
  • N. Banchero
    • 1
  • A. Clark Nolan
    • 1
  • A. G. Tsakiris
    • 1
  • D. E. Donald
    • 1
  1. 1.Mayo Clinic and Mayo Graduate School of MedicineRochesterUSA

Personalised recommendations