Hazards associated with hypoxia in commercial aviation

• Autorzy: Uchman Zbigniew

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0055.1557

Warianty tytułu

PL

Zagrożenia związane z hipoksją w lotnictwie komercyjnym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Modern jet-powered commercial aircraft operate at altitudes of approximately 40,000 feet (12,192 m). The environmental conditions at these altitudes prevent normal human functioning. The primary hazard is the excessively low air pressure, and consequently, the partial pressure of oxygen in the air, as well as the very low temperature. Insufficient oxygen in the inhaled air causes hypoxia in the human body, which is a generalized oxygen deficiency in the tissues. The brain is the most sensitive organ to oxygen deficiency, as it requires about 20-25% of the body's resting energy demand. The onset and intensity of hypoxia symptoms and compensatory responses depend on the altitude reached, the rate of ascent, the partial pressure of oxygen in the inhaled air, and the duration of exposure. The initial phase of hypoxia is referred to as the time of useful consciousness. This is the period during which operational tasks can be performed effectively and safely, after which mental confusion and loss of consciousness occur. Experimental medical studies indicate that at an altitude of 30,000 feet (9,144 m), the time of useful consciousness is approximately 60-120 seconds, but in the case of explosive decompression, it is halved. In real-world conditions, the time available for analysing and assessing the situation and implementing appropriate emergency procedures may be even shorter. To ensure the environmental conditions required for the proper functioning of the human body at medium and high altitudes, appropriate overpressure and temperature are maintained in the pressurized cabin space of commercial aircraft. The cabin pressure increases with the altitude of the flight and at the operational ceiling, it is approximately 8.30 psi (pound-force per square inch). In the event of a breach in the pressurized space, such a significant pressure difference on both sides of the fuselage causes a rapid and dangerous decompression. Depending on the circumstances and conditions of its occurrence, it can be gradual, rapid, or explosive. This article discusses the various types of decompression and the associated hypoxia hazards, based on real incidents in commercial aviation.

PL

Nowoczesne odrzutowe samoloty pasażerskie operują na wysokościach ok. 40 000 stóp (12 192 m). Warunki środowiskowe na tych wysokościach uniemożliwiają normalne funkcjonowanie ludzkiego organizmu. Główne zagrożenie stanowi zbyt niskie ciśnienie atmosferyczne, a co za tym idzie — niskie ciśnienie parcjalne tlenu w powietrzu oraz bardzo niska temperatura. Niedobór tlenu we wdychanym powietrzu powoduje hipoksję, czyli ogólnoustrojowy niedobór tlenu w tkankach. Mózg jest najbardziej wrażliwym narządem na niedotlenienie, ponieważ zużywa ok. 20–25% zapotrzebowania energetycznego organizmu w stanie spoczynku. Pojawienie się i nasilenie objawów hipoksji oraz reakcje kompensacyjne zależą od osiągniętej wysokości, szybkości wznoszenia, ciśnienia parcjalnego tlenu we wdychanym powietrzu oraz czasu ekspozycji. Początkowa faza hipoksji to tzw. czas użytecznej przytomności – jest to okres, w którym możliwe jest skuteczne i bezpieczne wykonywanie czynności operacyjnych, po którym następuje dezorientacja i utrata przytomności. Badania medyczne wskazują, że na wysokości 30 000 stóp (9 144 m) czas użytecznej przytomności wynosi ok. 60–120 sekund, jednak w przypadku dekompresji eksplozyjnej czas ten skraca się o połowę. W warunkach rzeczywistych czas dostępny na analizę sytuacji i wdrożenie odpowiednich procedur awaryjnych może być jeszcze krótszy. Aby zapewnić odpowiednie warunki środowiskowe niezbędne do prawidłowego funkcjonowania organizmu ludzkiego na średnich i dużych wysokościach, w przestrzeni kabiny pasażerskiej utrzymuje się odpowiednie nadciśnienie i temperaturę. Ciśnienie w kabinie wzrasta wraz z wysokością lotu i na pułapie operacyjnym wynosi ok. 8,30 psi (funtów na cal kwadratowy). W przypadku naruszenia przestrzeni ciśnieniowej tak duża różnica ciśnień po obu stronach kadłuba powoduje szybkie i niebezpieczne rozprężenie. W zależności od okoliczności i warunków jego wystąpienia, może mieć ono charakter stopniowy, szybki lub eksplozyjny. Niniejszy artykuł omawia różne typy dekompresji i związane z nimi zagrożenia hipoksją, opierając się na rzeczywistych incydentach w lotnictwie komercyjnym.

Słowa kluczowe

EN

aircraft; crew; decompression; hypoxia; pressurization

PL

samolot; załoga; dekompresja; hipoksja; presuryzacja

• Wydawca: Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych
• Czasopismo: Journal of KONBiN
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 55, iss.2
• Strony: 51--67
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Uchman Zbigniew

• Poznan University of Technology (Politechnika Poznańska), Poland

Bibliografia

• 1. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Państwowy Instytut Badawczy, https://imgw.pl/, (Accessed: Dec. 30, 2024).
• 2. Fundacja Edukacji Klimatycznej, https://naukaoklimacie.pl/, (Accessed: Dec. 30, 2024).
• 3. D.M. Shaw, G. Cabre, and N. Gant, “Hypoxic Hypoxia and Brain Function in Military Aviation: Basic Physiology and Applied Perspectives”, Front Physiol. 2021, May 17; 12:665821. DOI: 10.3389/fphys.2021.665821.
• 4. F.W. Ganong, Fizjologia [orig. Review of Medical Physiology], Warszawa: PZWL, 2017.
• 5. P. Kowiański, G. Lietzau, Z. Karwacki, A. Steliga, and J. Moryś, „Uwarunkowania morfologiczne i czynnościowe regulacji mózgowego przepływu krwi”, Forum Medycyny Rodzinnej 2013; 7(6), p. 316-327.
• 6. J.W. Turner, Civilian Training in High-Altitude Flight Physiology, Office of Aviation Medicine, Final Report, AD-A241 296, DOT/FAA/AM-91/13, USA 1991.
• 7. Ministério das Obras Públicas, Transportes e Comunicações, Gabinete de Prevenção e Investigação de Acidentes com Aeronaves, Accident Investigation Final Report All Engines-out Landing Due to Fuel Exhaustion Air Transat Airbus A330-243 marks C-GITS Lajes, Azores, Portugal 24 August 2001, Portugal, 2004.
• 8. Z. Uchman, Geneza wypadków w lotnictwie komunikacyjnym, Poznań: Wydaw-nictwo Politechniki Poznańskiej, 2023.
• 9. Ministry of Transport & Communications, Air Accident Investigation & Aviation Safety Board (AAIASB), Aircraft Accident Report Helios Airways Flight HCY522 Boeing 737-31S at Grammatiko, Hellas on 14 August 2005, Hellenic Republic, 2006.
• 10. National Transportation Safety Board, Aircraft Accident Brief, Accident No.: DCA00MA005, Sunjet Aviation, Learjet Model 35, N47BA, Aberdeen, South Dakota, October 25, 1999, USA, 2000.
• 11. Australian Transport Safety Bureau, Transport Safety Report Aviation Occurrence Investigation AO-2008-053, Final, Oxygen cylinder failure and depressurisation 475 km north-west of Manila, Philippines, 25 July 2008, Boeing Company 747-438, VH-OJK, Australia, 2010.
• 12. National Transportation Safety Board, Aircraft Accident Report, Aloha Airlines, flight 243 Boeing 737-200, N73711, near Maui, Hawaii April 28, 1988, NTSB/AAR-89/03, USA, 1989.