文◎李瑩輝 鞏陶婉

中國人自古以來就有著對外太空的向往，神秘的宇宙里充滿了中國人的浪漫故事，無論是隔著銀河遙遙相望靜待鵲橋相會的牛郎織女，還是服用仙藥奔月成仙的嫦娥，無一不體現(xiàn)著中國古人對星辰的崇拜，對探索太空的向往。實際上，人類進入太空面臨著不小的挑戰(zhàn)。

人類長期生活在地球環(huán)境中，臭氧層、地球引力和地磁場共同維持地球上宜居的生態(tài)環(huán)境。出了大氣層進入到太空環(huán)境中，人類要面臨強輻射、真空、極端溫差、微重力等一系列極端環(huán)境。

載人飛行器的不斷完善已經(jīng)可以為人的生存提供相對穩(wěn)定且良好的溫度、濕度、氣體環(huán)境，并具有一定的輻射屏蔽能力，但卻很難在空間環(huán)境中提供一定的重力。

失重環(huán)境貌似只是造成人和物品在空間中懸浮，沒有太大的影響，但失重環(huán)境一樣會對人體健康產(chǎn)生不良影響。航天員在太空中工作、生活，必須克服失重帶來的不適感。下面就失重環(huán)境會對航天員產(chǎn)生什么樣的負面影響，如何幫助航天員克服失重等相關(guān)內(nèi)容進行簡單介紹。

失重會帶來生理反應(yīng)

大家看到航天員在空間站像超人一樣以“飛行”的姿態(tài)在各個艙中穿梭，常常羨慕不已。實際上，這種失重的狀態(tài)會給人帶來非常不適的體驗。由于人類一直生活在地球表面的重力環(huán)境中，人體已經(jīng)適應(yīng)了重力環(huán)境，所以當航天員進入空間微重力環(huán)境后會出現(xiàn)一系列的生理反應(yīng)。短期失重可能使人產(chǎn)生眩暈、惡心、嘔吐、困倦，以及難以控制身體位置、姿態(tài)等運動病癥狀?？臻g失重環(huán)境下，血液沒有重力的牽引，向下移動的量就會減少，下身血液回流到胸腔、頭部，會造成航天員面部浮腫、頭脹、頸部靜脈鼓脹。

隨著航行時間延長，失重環(huán)境還會引起人體心血管功能降低。長期失重環(huán)境中，肌肉骨骼失去了重力刺激，對抗重力的肌群張力減弱，甚至萎縮。骨骼長期不受力，表現(xiàn)出廢用性退行變化，骨中鈣鹽沉積減少，尿中排出增加，骨小梁等微結(jié)構(gòu)有序性變差，一般稱之為失重骨丟失。嚴重時可引起骨質(zhì)疏松，并可能引發(fā)腎結(jié)石。

如何幫航天員適應(yīng)短期失重

航天員一進入空間失重環(huán)境，最先有生理反應(yīng)的就是前庭神經(jīng)系統(tǒng)，最常見的不適表現(xiàn)就是空間運動病?？臻g運動病主要表現(xiàn)為頭暈、惡心、嘔吐，有暈車、暈船經(jīng)歷的朋友應(yīng)該都有過這種體會?？臻g運動病癥狀在航天員進入失重環(huán)境3 天左右最為明顯，1 周后癥狀基本消失。

為了能更好地適應(yīng)空間失重環(huán)境，預防空間運動病的發(fā)生，航天員在地面就要經(jīng)歷嚴格的前庭功能訓練。地面前庭功能訓練就是利用快速電動轉(zhuǎn)椅進行旋轉(zhuǎn)訓練。電動轉(zhuǎn)椅的刺激程度不亞于過山車，不僅可以做360 度順時針和逆時針快速轉(zhuǎn)動，而且可以同時上下、前后擺動。航天員坐在轉(zhuǎn)椅上戴上眼罩，固定好頭和四肢，經(jīng)歷一番天翻地覆的旋轉(zhuǎn)后，還要能分清東南西北。這種令人頭暈?zāi)X脹的訓練可以增強航天員前庭功能的穩(wěn)定性，提高前庭器官對運動刺激的耐受力，是預防空間運動病的重要措施之一。

另外，剛進入空間失重環(huán)境時，身體會變得沒那么“聽使喚”?？梢韵胂笠幌略谟斡境氐鬃呗返母杏X，身體會不受控地扭動，很難前進，需要用比陸地上更大的力量才能控制身體的動作。這是因為浮力與部分重力相抵，人體比較難找到著力點。空間失重環(huán)境下也是類似的情況。為了讓航天員在空間失重環(huán)境中熟練地掌握如何控制身體運動與姿態(tài)，需要在地面上利用中性浮力水槽給航天員提供模擬失重的訓練環(huán)境。顧名思義，水槽訓練是在水槽中進行，利用水的浮力模擬失重狀態(tài)。潛水員通過調(diào)節(jié)航天員訓練服上的配重鉛塊數(shù)量或位置來進行配平，以便調(diào)整航天員的姿態(tài)，訓練航天員的空間適應(yīng)能力和出艙活動時的操作能力。

以上兩種地面訓練只是航天員為了適應(yīng)失重環(huán)境所做的一小部分準備訓練，在航天員的日常訓練中還有很多針對性訓練項目，為航天員順利完成飛行任務(wù)提供訓練保障。

長期失重會引起哪些生理效應(yīng)

航天員要在軌飛行6 個月，飛行期間該如何保障身體健康呢？長期空間飛行容易出現(xiàn)骨丟失、肌肉廢用性萎縮、心血管功能降低等問題。為什么會出現(xiàn)這些問題，又該如何進行防護呢？

長期處于失重環(huán)境中，約2 升體液回流到胸腔、頭部，航天員會出現(xiàn)面部浮腫、頭脹、頸部靜脈曲張、鼻咽部堵塞、味覺不敏感、身體質(zhì)量中心上移。體內(nèi)感受器感受到體液增加，人體會通過體液調(diào)節(jié)系統(tǒng)減少體液，出現(xiàn)反射性多尿，水鹽從尿中排出，血容量減少，血紅蛋白量也相應(yīng)減少。由于血漿體積減少、外周阻力降低等因素，航天員的心臟體積會逐漸減小，可能出現(xiàn)心律不齊、心肌缺氧及心肌的退行性變化，并出現(xiàn)相應(yīng)的心臟功能障礙。盡管隨著時間的延長，人體會逐漸達到新的平衡狀態(tài)，但返回地面后，對重力的不適應(yīng)會再次導致航天員出現(xiàn)心慌、氣短、立位耐力不良等表現(xiàn)。

長時間缺乏地球重力的牽引，本應(yīng)承受身體重量的骨骼、骨骼肌與背部肌肉不再進行工作，再加上受到宇宙輻射的影響，航天員會出現(xiàn)空間骨丟失現(xiàn)象，即骨骼質(zhì)量減少、骨密度降低，以及骨質(zhì)疏松等癥狀。航天員的骨密度平均每月丟失1%～2%，相當于地球上中老年人一年流失的骨密度量。骨骼肌體積每月減少2.2%～5.3%，肌肉減少意味著航天員可能無法對抗返回地球時所受到的地球引力。

為什么會發(fā)生空間骨丟失呢？人體骨骼一直處于動態(tài)平衡的狀態(tài)中，由破骨細胞和成骨細胞共同維持平衡狀態(tài)。破骨細胞分解骨中的無機質(zhì)釋放出鈣離子，成骨細胞負責將鈣離子等礦物質(zhì)“拉回”骨質(zhì)中。在空間失重環(huán)境下，破骨細胞與成骨細胞維持的平衡被打破，成骨細胞被抑制，破骨細胞相對更活躍，從而導致失重骨丟失。

航天員的健康該如何保障

針對長期飛行中失重對航天員健康的影響，科研人員進行了大量的科研攻關(guān)，研制出多種對抗/防護的技術(shù)方法和裝備，以保障航天員的健康。我國航天員科研訓練中心的科研人員做了充分研究和準備，研發(fā)了空間站在軌防護鍛煉設(shè)備，其中太空跑臺、自行車功量計、抗阻力鍛煉是開展鍛煉防護的大裝備，還有套袋、企鵝服、拉力器、握力器等多種靈活便捷的“小武器”。

運動鍛煉是對抗多種“航天病”的重要方式，世界各航天大國都采用運動方式來規(guī)避風險。航天員在失重環(huán)境下跑步要穿上特殊馬甲——束縛裝置，給身體施加一定的牽拉力量（模擬地面跑步時的重力刺激），以達到鍛煉效果。跑臺運動可以不斷為骨骼提供沖擊力，刺激骨組織的重建；鍛煉骨骼肌，減緩抗重力肌群萎縮；提高運動協(xié)調(diào)性，減輕返回后行走困難的問題。

自行車功量計對防止航天員的心血管、呼吸系統(tǒng)功能降低和肌肉力量下降有良好的作用，還可以增加循環(huán)血量，改善組織器官的血液供應(yīng)。每位航天員根據(jù)自身狀態(tài)都有一份個性化“運動處方”，以確保健康防護的有效性。

除了運動，企鵝服、套袋在長期失重防護上也有精彩表現(xiàn)。在太空中，航天員運動時身著企鵝服。企鵝服內(nèi)有許多彈性帶，通過人為束縛給肌肉增加壓力，使肌肉得到負荷和刺激，以保持基本結(jié)構(gòu)和功能。企鵝服和企鵝鞋對航天員的軀干和下肢產(chǎn)生壓力負荷，可對抗失重導致的肌肉萎縮。套袋是用在航天員大腿部，通過加壓來防止微重力對人體體液分布的影響。

航天食品也是保障航天員在軌期間身體健康的重要物資。航天食品不僅要美味可口，還要營養(yǎng)均衡。針對長期飛行中可能會出現(xiàn)的一些營養(yǎng)素不足，航天食品都有專項設(shè)計和補充。長期失重會引起航天員的味覺發(fā)生變化，空間站會配備多種調(diào)味劑以增強食欲。此外，空間站還有新鮮水果，富含維生素、優(yōu)質(zhì)蛋白的食品，以保證航天員的營養(yǎng)攝入。

空間生命科學領(lǐng)域的探索

隨著各國載人航天新計劃的實施，太空人體研究領(lǐng)域的科技新賽道正在快速形成。我國空間站建設(shè)逐步完善，為空間生命科學提供了更加充分的空間實驗研究機會，加快了我國空間生命科學研究進程?，F(xiàn)階段空間站上的科學研究主要圍繞制約后續(xù)載人航天發(fā)展的航天醫(yī)學問題和推動空間生命探索兩個方面展開。

航天醫(yī)學研究以載人航天發(fā)展中的問題和需求為導向，結(jié)合前沿熱點科學技術(shù)問題開展創(chuàng)新性研究。例如，中國空間站正在嘗試發(fā)揮傳統(tǒng)醫(yī)學的優(yōu)勢和特點，開展了可穿戴穴位刺激服項目。航天員僅需將穴位刺激服穿在身上，即可通過刺激相關(guān)穴位實現(xiàn)對心血管系統(tǒng)、骨骼及肌肉系統(tǒng)的整體調(diào)理，緩解骨流失和肌肉萎縮。

空間生命探索有助于人類認識生命、突破自身，為人類健康提供重要的基礎(chǔ)科學支撐。歷次飛行任務(wù)已經(jīng)開展了植物細胞骨架分子生物學基礎(chǔ)研究、高等植物的空間發(fā)育與遺傳學研究、干細胞分化研究、哺乳動物胚胎發(fā)育研究，以及多項國際領(lǐng)先的航天醫(yī)學在軌實驗。本次神舟十四號的任務(wù)也將圍繞航天醫(yī)學和空間生命探索兩方面開展，包括肌肉適應(yīng)性、腦功能、骨代謝防護、細胞學、輻射敏感分子、眼手協(xié)調(diào)、節(jié)律監(jiān)測導引等在內(nèi)的20 余項研究。

空間生命科學研究不僅能解決航天員在空間站遇到的醫(yī)學問題，還能推廣到大眾健康中，體現(xiàn)航天科技的民用價值。例如，航天過程中出現(xiàn)的骨質(zhì)疏松、心血管退化等問題，普通大眾中也同樣高發(fā)。針對這些共病問題，利用航天的特殊環(huán)境，在已知誘因、條件可控的條件下，開展相關(guān)病理生理學變化及其發(fā)生機制的全程、縱向研究，尋求可能的防護和對抗措施，將有望給數(shù)以億計的患者帶來福音。

航天飛行任務(wù)中的空間資源寶貴且有限，太空人體研究的檢測設(shè)備應(yīng)具有小型化、自動化、集成化、智能化、高精度、高可靠性、操作便捷、極端環(huán)境適應(yīng)性強等特性。這些太空人體研究設(shè)備有望廣泛應(yīng)用于偏遠地區(qū)、家庭社區(qū)等，提升互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療的末端健康保障能力，同時也可應(yīng)用于特種醫(yī)學的生命科學研究，為實現(xiàn)“健康中國2030”護航。