混合气体及其在飞机机舱失压或当人体换气过度时对人体进行紧急供氧的应用和相关方法

摘要

本发明涉及用于在飞机遇到紧急情况时保障人们供氧呼吸的混合气体。根据不同的密度高度，其包括在飞行高度15,000英尺加入7±5％的CO

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合气体产品，以及这种混合气体在较高密度高度对人体进行紧急供氧时的使用。此外，本发明还涉及一种人体使用该混合气体进行供氧呼吸的方法。具体地，本发明涉及在飞机机舱失压情况下，使用一种特定的混合气体作为给人体供氧呼吸的产品，以保证机上人员获得足够氧浓度，以及在自主呼吸不够或丧失时或者在过度换气时提供支持。

背景技术

由于年龄、环境和疾病的不同，人体需要不同的典型氧饱和度值。该值表示血液中负责运载氧的血红蛋白所占比例，也就是说可以以此看出呼吸能力以及身体中氧输送的效率。周边环境的氧气分压过低(如海拔超过10,000英尺或3048米)和/或有健康问题，则会引起身体供氧不足。由于所造成的原因不同，因而处理措施也会不同。原则上应区分辅助性供氧呼吸和被控制(强制性)的供氧呼吸。辅助性供氧呼吸时，由于自主呼吸不足，呼吸机单纯只是起支持作用，病人自行呼吸和调节呼吸频率。与此相反，被控制的供氧呼吸时，呼吸机完全取代了身体自身的呼吸功能。根据不同需求，人工方式输送的空气中氧气浓度占混合气体的比例在正常浓度21％至100％之间可调。吸入的氧气比例由FiO₂(吸入氧浓度百分比)来表示。已知的是，当长时间供给的FiO₂超过0.5(相对于呼吸的空气中含50％氧气)，会对人体产生伤害。因为氧气是很强的氧化物质，它不仅能对血红蛋白进行氧化，也能对血液中所含其它物质进行氧化。但是人体中的酶能让这种氧化过程具有可逆性。另一方面，如果人体在一定期限内只被供入氧气，由于血红蛋白和其它蛋白质的氧化作用，所谓的高血红蛋白还原酶可能无法修复这种伤害。游离出来的氧自由基在人体自身的抗氧化体系耗尽之后就会导致中央神经系统、肺部和眼睛出现氧中毒症状。但是当病人遇到生命危险时，即使只是短时的，也会为其供给纯氧，也即FiO₂为1。在预充氧、也就是预防性增加肺的氧气储存时，例如在进行麻醉之前，也会让病人吸入百分百的氧气，以便将所呼吸的空气中所含的氮全部从呼吸道洗尽。同样，在机舱失压时也会对机组人员和乘客输送纯氧以供呼吸。主导性的观点认为，这时应该尽快给可能已经缺氧的机体组织输送大量氧气。而忽略了可能产生的副作用，或者认为这时必须忍受副作用。

但是供氧呼吸时的风险不能仅仅归咎于氧气的特性，(动脉)血中的CO₂浓度也是一个很重要的因素。呼吸的调节主要是通过化学感受器和化学传感器进行，它们对CO₂分压非常敏感(对氧气敏感的感受器或其它感受器这里只起次要作用)。因此血液中的CO₂是调节呼吸的一种植物神经性刺激。血液中CO₂含量超过一个特定阈值，身体就会启动呼吸刺激。反之，在过度换气时，会引起血液中CO₂分压降低(低碳酸血症)，呼吸就会反射性地受到限制。为了抑制呼吸原动力，没经验的潜水者经常未加考虑地过度换气，以便呼出CO₂并希望更长时间地呆在水下。这可能带来很大风险，甚至造成昏迷以及可能的溺毙(所谓的浅水黑视)。身体所需的二氧化碳减少可能引发不适甚至危及生命的症状，这在[0025]段中还会逐一描述。过度换气所造成的CO₂含量降低在行动较不自由时会更加强烈，因为这时肌肉产生较少的人体所需的二氧化碳。缺失二氧化碳的症状会很快并且很剧烈地出现。尤其在飞机机舱失压时，这个问题尤为凸显，因为乘客的活动肯定是受限的。在这种情况下对人们供氧呼吸时，对二氧化碳分压必须要做一个检测，如通过测量呼气末二氧化碳分压来进行检测。

飞机机舱的压力降到一个危险压力值以下时，座椅上方格层就会打开，固定在机舱顶的氧气面罩会自动脱落至机上人员的脸部之前。纯氧通过输送管输入面罩，并通过呼吸动作进入人们的口鼻。对乘客的供氧来源可以是利用化学反应的氧气发生器，或者是使用压力罐携带氧气，而驾驶舱里的飞行员则是通过一个单独的高压氧气系统来供氧。飞机上的氧气储备的多少，取决于其认证和其使用目的以及所要飞的航线。这时要考虑飞机是否大多飞经陆地和海洋，或是要飞越很长一段高原地带或是高山区域。

机舱失压时留给人们采取有效行动的时间段被称作“有效意识时间”(TUC)或者“有效执行时间”(EPT)。在这之后，机体组织或各器官就会出现明显供氧不足，从而身体处于缺氧状态。在大脑氧浓度低于一定值之后，人们就会失去行为能力，并随之失去意识。TUC按飞行高度变化(术语飞行高度是指大气中的等压面，表示为几百英尺的飞行高度)，且随着飞行高度的增加而减少。下面的表格给出了不同飞行高度层的TUC。

飞行高度TUC高度(米)高度(英尺)FL 150≥30分钟4,57215,000FL 18020-30分钟5,48618,000FL 2205-10分钟6,70522,000FL 2503-6分钟7,62025,000FL 2802.5-3分钟8,53428,000FL 3001-3分钟9,14430,000FL 35030-60秒10,66835,000FL 40015-20秒12,19240,000FL 4309-15秒13,10643,000≥FL 5006-9秒15,24050,000

压力降低的速度同样会影响TUC。气压下降得越快，TUC就越小。因此在面临身体迅速供氧不足时，能否尽快供氧就是生死攸关的，故而在民航航线上方飞行的空军飞行员在整个飞行过程中都随时戴着氧气面罩。对于民航飞行来说则没有这样的必要，因为民航客机的巡航高度较低，也即在FL250到FL450的飞行高度层，相当于25,000英尺到40,000英尺。

出于商业上的考虑，最理想的航线是在两个航空港之间的最短的路线。现今，现代化客机的航程已经可以实现洲际之间的直飞，而在几年前，同样目的地之间还必须通过经停来实现。但是出于安全技术原因，并非所有路线都开放了直飞。例如飞越印度和西藏之间的喜马拉雅、或是中亚的兴都库什山和南美的安迪斯山脉这些高山地区，只能是有限的和在一定前提下进行。关键要区分两种紧急情形：一是发动机失效，二是机舱失压。第一种情形下，由于一个或多个发动机失效导致失去推力的危险，这就迫使飞机降低飞行高度，因为飞机的推力减小后无法保持其巡航高度。通过逃逸路线可以进行补救，在它引导下飞机可飘降至最近位置的跑道。ICAO(国际民用航空组织)、EASA(欧洲航空安全局)、JAA(联合航空局)以及FAA(美国联邦航空管理局)把这些逃逸路线的标准规定为，当发动机失效而采取飘降策略时，或在OEI(一台发动机不工作)时的实用升限，在飞行的一个特定的水平带宽之内必须要有离地至少2,000英尺的垂直距离，以及飞行高度达到平均值时，离地垂直距离要有1,000英尺，而山区则要求离地垂直距离为2,000英尺。关于上述离障碍物高度极限的宽度，则不同部门的有不同规定。

如果仅是发动机故障导致紧急迫降，通过这种竭尽脑汁设计的逃逸路线系统可以实现任意的偏差极小的直飞。但是第二种可能出现的紧急情况，即机舱压力突降，才是对紧急路线限制性很大的一个问题。除了上述条件之外，这里时间因素要比发动机失效时有限得多。原则上可能的逃逸路线的数量减少，因为很多这种路线上，无法在足够小的时间段内达到必要的高度差。ICAO规定了机舱失压时的标准程序，规定飞行员在戴上自己的氧气面罩呼吸之后，要尽快降低飞行高度，将飞机飞到一个人们不需要额外的氧气供给就可以呼吸的安全高度。而这必须在氧气库存允许的时间之内完成。由于飞机的空间和载重能力是有一定限制的，增加氧气库存只能靠减少所带货物或最大乘客数量来实现。因而一个在压力突降时对机上人员供氧呼吸的更好办法可以减少飞机必备的氧气库存，并使得飞机整体重量减小。

如果没有这个供氧的难题，班机就可以在很多情况下通过直飞到达目的地。如果只是发动机失效这个问题，则通过相应的多引擎飞机可以实现任意地区间的乘客输送，因为藉由逃逸系统可以在任何一段路程实现飘降或一台发动机不工作时的实用升限。但是事实上，各逃逸路线设计成能满足上述两种紧急情况中要求更高的那一个，也就是突发性压力降低情况。机舱失压时使用对机上人员更好供氧的方法，也就是用较少氧气就可满足需求的方法，可以延长通常所带氧气库存能达到的时间间隔，从而就可以不必采取发动机失效以外的航线技术性安全预防措施。这样的话，飞越高山地区就不再受额外的限制，也勿需绕行，其结果是节省了成千上万吨航空煤油。通过节省燃油重量，或者可以提高运载能力，或者能减少总的燃油消耗，因为飞机减去了多余的燃料的自重，还为环保作出了贡献。此外还能显著节省飞行时间，这一点带来许多操作性的便利，并且能实现相距较远的目的地之间的飞行。

现今，飞越广阔高山地区的热门飞行航线的设计和实施费用都非常高昂。出现较大技术问题和障碍时，有效采取紧急措施都是飞行员的任务，他们必须即刻作出决定并促成迅速实施。由于这种情形下作出的决定一般都是不可逆的，事情的发展大部分取决于在该紧急状况下人的反应。但这样就会有出现后果可能很严重的经验性失误的风险。如果时间不是那么紧急，或者紧急状态下有较长时间来作出决定，就会少许提高所作决定的质量并因此为安全作出贡献。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种产品和一种方法以及该产品的使用，用以在较高的密度高度或者在过度换气时进行紧急供氧呼吸、保障供氧呼吸和必要时借助更有效的供氧呼吸改善机体功能和行为能力。此外，本发明的目的还在于提供一种产品和一种方法以及该产品的使用，能够延长从开始向机上人员供氧到飞机到达适合人们生存的安全密度高度这段时间，以使得飞行员在机舱失压状况下有更多时间采取措施或作出决定，以便将风险降至最低，提高飞行安全性。此外，本发明的目的还在于提供一种产品和一种方法以及该产品的使用，以使得航线上不会有比发动机失效更难的航线技术任务，这样飞机在机舱失压时就不必下降过快，这一点从航线技术性来讲更为有利，因为这样的话就可以实现飞越高山地区的直航。此外，本发明的目的也是提供一种产品和一种方法以及该产品的使用，使得机舱失压时机上人员比之前需要更少氧气来保障身体功能，并由此降低或避免呼吸纯氧可能造成的健康伤害风险。本发明尤其能帮助例如处于飞机这种环境里的人们有效避免出现危险症状，因为他们较少有机会活动身体，故增大了吸入纯氧带来问题的风险。

首先，该目的的实现是通过飞机遇到紧急情况时或一般情形下过度换气时能保障对人们供氧呼吸的一种混合气体实现的，其特点是，它根据不同密度高度的不同压力，在飞行高度15,000英尺加入7±5％的CO₂组成，且随着密度高度的增加，在飞行高度30,000英尺加入17±5％的CO₂组成，其作用犹如生物增强剂，通过向纯O₂或者向含N₂和含O₂的混合气体中加入二氧化碳供人呼吸，以改善人体内氧气的生物利用度。

其次，该目的的实现是通过一种保障对紧急情况下活动自由受限的人们或对一般情形下过度换气的人们供氧呼吸的方法实现的，其特点是，提供放置于口鼻处的面罩，在人们戴上面罩后会有如权利要求1所述的混合气体不断输送至面罩供其使用。

最后，该目的的实现是通过使用如权利要求1或2所述的混合气体来保障给紧急情况下活动自由受限的人们或一般情形下过度换气的人们供氧呼吸。

附图说明

以下描述公开和阐述了该产品、方法和该产品的使用。通过多次试验和测量，该方法的效应得到了证实。以下会探讨其内容。其中：

图1示出了飞越玻利维亚至阿根廷之间安第斯山脉的改良航线；

图2示出了航线对应的地理高度轨迹和与其叠合的必要的最小离地距离；

图3示出了一次典型的飞机紧急下降至一个降低了的飞行高度的轨迹；

图4示出了拉巴斯和胡胡伊省圣萨尔瓦多之间的一段带逃逸路线系统的航线；

图5示出了发动机失效时的A、B、C三种可选下降方案的过程；

图6示出了使用CFM56-7型发动机的波音737-700在机舱失压时按照波音公司规定的15分钟标准下降以及可选的22分钟下降的紧急下降示意图，与ICAO规定一致；

图7示出了拉巴斯附近高山地区飞行的一架飞机根据12分钟下降轨迹的下降可能性；

图8示出了拉巴斯附近高山地区飞行的一架飞机根据22分钟下降轨迹的下降可能性。

具体实施方式

图1是巴拿马城和布宜诺斯艾利斯之间的一段航线在规划时所隐含的供氧问题示意图。直飞时，大约到一半路程的时候开始飞越玻利维亚的安迪斯山地区和之后的阿根廷的安第斯山地区。这一广阔的极高山地区相应地对紧急情况下的下降可能性有较高要求，因为在广阔的高原地带，如果机舱失压，是不可能足够快地下降至一个乘客重新可以自主呼吸的安全高度的。所以现实中选择的是经由圣克鲁斯的一条长得多的绕行航线，这条线从危险程度高的安第斯山脉边上飞过，主要经过低地区域。这也意味着要放弃经济而效率高的直飞。从巴拿马城直飞布宜诺斯艾利斯的相应高度轨迹在图2中示出。图中看得到两段轨迹，其中下面的轨迹表示地理高度。叠合在之上的是所需最小离地距离，也即飞机在航线的各个点上都必须要遵守的离地距离。而符合规定的下降轨迹因此必须在所需离地距离之上。

图3是发动机失效时紧急下降的典型下降轨迹。图上不仅可以看到本身的飞行路径(净飞行路径)，也可以看到理想化了的、在航线规划中设计的飞行路径(总飞行路径)。在某段航线飞行而发动机失效时，飘降之后，在飞机要(紧急)着陆的机场上空至少1,500英尺的高度上必须达到正梯度爬升。图3中飞行路径最低的点(在所飞越的地区至少垂直距离1,000英尺或高山地区2,000英尺)表示正梯度爬升。如果一架满载的班机不能完成所飞航线每一段给出的标准，则它不允许飞这条线路。

根据安全规定，逃逸系统是为所有飞越高山地区的航线所规划的。图2中画出了从拉巴斯到胡胡伊省圣萨尔瓦多之间飞越安迪斯山脉的逃逸路线系统。黑色区域要么是表示非常高要么是非常低的地区，而白色区域表示中等高度地区。沿航线涂成黑色的条形区域表示玻利维亚至阿根廷的极高的安迪斯山脉带。规划航线时最关键的要考虑开头提到的机舱中供给机组人员和乘客的有限氧气量。沿这个山脉带并一直在其上空飞行的航线因此是不允许的。这条线路在图4中用白色虚线标注。而例如黑色航线则是可以飞的。此外现实中地方因素或与飞行有关的因素，如风、气温、当地气压、重量等会导致航线稍微偏离，因而需特别研究。此处要提到的是，飞越这里黑色标注的这么特殊的一条航线的飞机需装备有相应的高容量氧气紧急系统，这一点在以下段落还会阐述。拉巴斯到胡胡伊省圣萨尔瓦多之间的直飞航线上可以看到两个折向点，他们离苏克雷机场和塔里哈机场距离最短。可行的逃逸路线一是与直飞线路呈直角的线路(最短逃逸路线)，一是等边三角形的两个等边(最长逃逸路线)。这用于确认尽快下降的点(理想折向点)。在这些所谓的理想折向点之间能精确找到一到两个着陆的可能性。至于选择哪一条紧急迫降的路线，则取决于机长的判断。

有少数客机和公务喷气式飞机会装有高容量氧气紧急系统，也就是已知的燃烧系统(基于化学反应发热作用在机舱产生氧气)。同样有少量飞高山地区航线的班机也装备有这样的高容量氧气设备。但是这样一来氧气罐和必要的安装设备也会增加额外重量，这就必须牺牲飞行能力，尤其是在发动机失效时，这时推力只来自于动力装置的一部分。这种情形下的有效OEI(一台发动机不工作)实用升限取决于一系列因素，例如剩下的正常运转的发动机数量，而且尤其取决于飞机的重量。紧急下降时，机组人员必须尽可能精确地让整个过程适应这些情况。图5中描述了几种可能的选择。每种情况下，当一个发动机失效时都要即刻设置最大的、能持续保持的推力(最大持续推力)，并紧接着以一定的飘降速度开始紧急下降飞行。人们根据情况决定在飘降之后保持飞行速度，并持续消耗燃料在一个较高的飞行高度层飞行(A)。另一种情况是在剩下的飞行时间保持飞行高度(B)，或者较大幅度降低高度(C)，并且最终加速到发动机失效远程巡航速度。如果由于高山地区而使得飘降之后不能以所必需的高度、也即至少(C)的高度继续飞行，则必须减少飞机的运载重量，例如倾空或燃烧掉燃油，以此来达到一个较高的飞行高度(A)。但是这样做的前提是在可预见的距离有紧急迫降可能性。飞机发动机失效时，飞机的重量总是起到负面影响。机舱失压时解决供氧的问题和必需的下降飞行之间存在着目标的矛盾性。如果在一定的航线上对机上人员的供氧更为重要，为了加强供氧设备的效率，就必须忍受飞机在重量上这个不足。当机舱失压时，由此争取到的每米高度上的额外时间可以让逃逸路线的距离变长，这就使得人们可以开发更多的逃逸路线。而相反，如果不能承受飞机重量这个缺点，则不能飞这段航线，飞越高山地区的长航线就是这种情况。

机舱失压时，应执行ICAO的特别规定。在此基础上人们制定了各飞机制造商以及航空公司的下降飞行规则。原则上ICAO对特殊航线各制定两个下降规定：一个标准下降规定以及一个可选的下降规定。图6示出的是以波音为例的两个规定，即一个12分钟标准下降和一个可选的22分钟下降。这些数值大小规定对所有的飞机制造商以及航空公司都是相同的。在出现机舱失压时，波音制造商(波音公司)的一架飞机必须按照规定的12分钟，或者22分钟内下降到14,000英尺。过程中要考虑到各轨迹中给出的间隔高度和间隔时间。在选择航线的时候必须使得这些高度和时间在任何时候都能被遵守。因此，飞越宽阔的高山地区时，只能选择绕飞，以便任何时候遇到机舱失压时都能应用下降飞行规定并因此足够快地下降。飞越宽阔的高山地区的直飞线路如今几乎只有货机在飞，因为货机可以比客机携带更多可紧急供给机组人员的氧气。如前所述，制定航线规划时同样要考虑到可能出现发动机失效，这时图3的下降方案是关键。现代化的班机在一个发动机失效后仍然可以在比机舱失压时限定的飞行高度高得多的高度飞行。因此根据图6所显示的紧急下降方案，在选择航线时首先要考虑由于潜在的机舱失压带来的限制。原则上所有机舱失压时可行的逃逸路线在遇到发动机失效时都可以考虑，但是反过来在发动机失效时可行的逃逸路线必须满足机上紧急供氧库存的时间条件。由此就大大减少了潜在的逃逸路线的数量。所以在高山地区，如中亚的山区或者安迪斯山脉带，只能有限地开放客机飞行。图7示出的是一架根据供氧能力带有许可的飞机在飞越玻利维亚安第斯山区遇紧急情况如何在12分钟内下降。这里规定的12分钟方案是无法实现飞机按照该方案所规定的间隔高度和间隔时间在拉巴斯机场降落的。这一点由拉巴斯以东的虚线所表示的下降路径看得出来，它甚至都低于地理高度轨迹。所以只可能往西边方向下降，只要前提是飞机是位于例如相应下降飞行线上标注的位置，或者是更西的位置。基于这个原因，如图7描述的西边方位的飞机，有12分钟紧急下降许可的飞机不可能飞越拉巴斯。相反，如果飞机可以飞越该地区，则必须装备有一个高容量的供氧系统，以便在机舱失压时根据其22分钟许可进行下降。即使在这样一种情形下也必须遵守间隔高度和间隔时间。图8中画出了想要在拉巴斯紧急迫降而无法遵守这些要求的一个危险点。如果带有22分钟紧急下降许可的飞机在此高度或者甚至低于这个危险点，飞机只能启动往西的逃逸路线，因为拉巴斯以东是高山区域，下降轨迹将低于地理高度。总之可以说，飞行中因机舱失压问题会带来很多限制。

虽然遇到传统的机舱失压时，发动机完全可以在功能上适应该情况，故而原则上飞行速度可以大于发动机失效时的速度。因此飞机能够在规定的时间间隔内已经飞越如高山这种障碍，这也就意味着在航线规划时所受限制较少。但是事实上在机舱失压时人们首先会想到是结构性故障，从而立刻调整也就是减低飞行速度。因此不能够无限制的、而又同时遵照上述下降方案飞越广阔的高山地区。

对于健康的人来说，如果机体出现缺氧，首先可能会归结于周边环境缺氧。飞机机舱失压是致使健康的普通人急性缺氧的最大风险。如果飞机在高空突遇机舱气压下降，由于分压很小会致使机体供氧不足(低氧症)。低氧症会导致器官严重受损，甚至致死。低氧症的一个潜在危险在于，患者自己并非总是能认识到问题，或者较晚才认识到，而在患者采取应对措施之前其行为能力已经受限。低氧症的症状包括错误的自我评估、亢奋、疲倦、丧失方向感、直至昏迷。航空中低氧症是尤其要重视的一个身体状况，它有可能带来严重后果，尤其是对于机组人员。

如果给人体供给百分之百的氧气，则氧分压的值会增加至五倍。根据亨利的气体定律，气体的分压与该气体(物理性)溶解在溶液内的浓度成正比。因此，在供给纯氧时，溶解在血液里的氧的份额会增加至五倍。但是亨利定律并不适用于化学性结合在红血球的血红蛋白上的氧。正常呼吸空气的情况下，血液氧浓度在95-100％之间。因此在供氧时主要是增加以物理形式溶解的氧的份量，它也受到压力因素制约。如果周围气压为2.5bar，人们吸入纯氧，溶解在血液中的氧与一般条件相比高达20倍。当病人机体缺氧阻碍了其治愈进程，或者心血管或肺部紧急情形下需要输氧来救命时，就会应用到所谓的系统性高压供氧疗法(高压氧疗法)。但是迄今为止高压氧疗法在临床并未广泛采用，这主要是出于对高浓度氧以及超压所带来的副作用的考虑。这种强化治疗式的高压供氧属于氧中毒的主要原因。

所呼吸的空气的气压是一个具有很强调节作用的参数。它可以在血液氧浓度增加时起到缓冲作用。当使用连续供给的纯氧呼吸时，例如在宇航领域，人们会大幅压缩周围的气压，大约在0.3bar。这样输送的呼吸空气的气压以及氧分压就降低了(与正常气压下0.21bar的氧分压相比)。如果人体连续呼入纯氧，在超过上述的0.3bar这个值之后就会有氧中毒风险。

虽然可以通过不同情况下调节周围气压来实现纯氧的呼吸，但是由于竞争特性而无法做到只输入所缺剂量的氧而不产生副作用。在做实验和测试时，令人意外地发现在突遇身体紧急缺氧时，在飞行高度为15,000英尺时吸入含7±5％二氧化碳的混合气体，然后一直递增直到在30,000英尺的飞行高度吸入含17±5％二氧化碳的混合气体时，无一例外地改善了身体和意识的功能性。

如果出现身体缺氧，则呼吸频率会加快。通过提高呼吸频率，同一时间单元内就会有更多氧气通过呼吸进入体内，而同时也会呼出更多的二氧化碳。二氧化碳在人体内结合为碳酸(H₂CO₃)的。从化学平衡式

可以看出，在体内CO₂减少时，血液中的H₃O⁺离子数量也相应减少。由于血液的碱性增加，因而导致酸碱平衡紊乱。在极端情况下这会引起呼吸系统碱中毒，其症状为肌肉痉挛、意识障碍直到昏迷。同时，血液PH值升高也会使自由溶解的离子钙浓度减少(低血钙症)，从而导致肌肉组织和神经易受刺激，并伴随痉挛症状。反之，血液中CO₂浓度升高会导致血液PH值偏酸。很多器官的血管里都有CO₂受体。根据器官不同，当CO₂浓度升高时，血管会收缩或者扩张，从而血液流量增加，单位时间到达细胞的氧含量也随之增加。身体试图通过这种方式来平衡缺氧，并对脑部尽可能长时间供给足够氧。人们认识到，其负面效果是，当身体吸入过量O₂时，同时CO₂就会减少。低碳酸血症，也即动脉血中CO₂分压降低，会导致脑部血管收缩，造成血液和氧的输入减少，在机舱失压时导致身体供氧不足，身体就会开始强力呼吸。即使机上人员能较快够着氧气面罩，但是紧张会使得人们更倾向于大力呼吸。而这会加快人们呼出二氧化碳，从而身体内的二氧化碳含量减少。由于这里所描述的情形下人们的身体活动很小，肌细胞产生的二氧化碳也很少，这就更加快了二氧化碳减少。对于遭遇紧急情况大部分被固定在座椅上的机上人员，这种活动限制会带来严重后果，因为这样的话人体所制造的二氧化碳很少。因此迅速下降至一个安全高度则是生死攸关的。

如果能如之前所提到的，在呼吸用的气体中根据不同气压加入一定量的CO₂，就可以控制如上所述的影响。因为对人体主动输入了二氧化碳以舒缓脑部血管，机体的供氧在氧供应减少情况下会更高效。由此氧可以更快并范围更广地被吸收，并提供给机体或细胞。本发明的紧急情况下保障人们呼吸的混合气体提高了氧的生物利用度，特别是口部的生物利用度，因为根据二氧化碳的作用方式，它是作为适当剂量的生物增强剂来生效的。最后由于身体借助本发明中含部分传统氧气剂量的混合气体在很长一个时间段内维持了生理性二氧化碳，这在飞机机舱失压时尤其有利。

飞行医学试验令人意外地表明，呼吸加入CO₂的空气可以达到符合航空标准规定的值：如果供支配时间最多为一分钟，按规定血液氧气饱和度为84％，如果供支配时间超过一分钟，则为90％。受试者在不同密度高度被供给能让他们血液中生理性CO₂分压达到40mmHg的CO₂剂量。其中在密度高度15,000英尺时，在所呼吸的空气中加入8％的CO₂，在20,000英尺加入11％的CO₂，在30,000英尺加入16.5％的CO₂。同时减少了氮气含量。因此，这种用来做人造空气的混合气体总体上按以下配方组成：

在15,000英尺密度高度：21％的O₂，8％的CO₂，71％的N₂

在30,000英尺密度高度：21％的O₂，16.5％的CO₂，62.5％的N₂

每位受试者两次经历符合ICAO规定的从37,000英尺到10,000英尺的模拟紧急迫降。一次受试者呼吸的是迄今通用的100％的O₂，第二次呼吸的是上面所说的加了CO₂的混合气体。该试验采取的是随机和双盲的方式，试验者和受试者都不知道受试者在哪一个下降过程中呼吸了哪种气体。试验结果表明可以实现下列很重要的优势：

1.可以减少飞机需携带的机舱氧气的量。

2.在调整飘降程序基础上可以实现直飞航线，从而节省大量费用和时间。

3.由于现在飞机携带的燃油量减少，飞机的运载容量增加。

4.较低的燃油消耗是对环境的保护。

符合本发明加入CO₂剂量方法一个特别完美的配方是，乘客自行制造他所需的CO₂以及O₂。正常气压下正常呼吸的空气是由约78％氮(N₂)，约21％氧(O₂)以及约1％其它气体组成。呼气时约78％氮(N₂)，16％氧(O₂),4％二氧化碳(CO₂)和约2％其它气体。这些二氧化碳和氧气都可以回收。这样在配制符合本发明的混合气体时可以有一定份额的二氧化碳和氧气直接由接受供氧呼吸的人提供，并由他重新吸入，而剩下的部分由人工配制，也就是说密度高度越大，就需要在减少氮的剂量基础上加入更多的CO₂。

附图标记说明

1 有效航线

2 不可飞的直线

3 最小所需离地距离

4 航线的高度轨迹

5 下降飞行轨迹(飘降)

6 总飞行路径

7 净飞行路径

8 正梯度爬升开始

9 不可飞的路线

10 危险点1

11 理想折向点1

12 危险点2

13 理想折向点2

14 危险点3

15 高地

16 低地

17 南美西海岸

18 发动机失效

19 可选的22分钟系统

20 标准的12分钟系统

21 最小所需离地距离

22 高度轨迹

23 下降轨迹低于地理高度轨迹22

24 危险点

核对表(图5)

1.设置最大持续推力(MCT＝最大持续推力)

2.保持高度，减速，直到达到下降飞行速度

3.保持下降飞行速度

4.三种可供选择的方案(飘降选择)

A.保持飞行速度，爬升直至燃油耗尽

B.保持高度，无动力情况下加速至最佳下滑道速度(EOLRC＝发动机失效远程巡航)

C.下降，无动力情况下立刻加速至下滑道速度(EOLRC＝发动机失效远程巡航)。