太空漂浮的“台前幕后”

文◎李莹辉 巩陶婉

中国人自古以来就有着对外太空的向往，神秘的宇宙里充满了中国人的浪漫故事，无论是隔着银河遥遥相望静待鹊桥相会的牛郎织女，还是服用仙药奔月成仙的嫦娥，无一不体现着中国古人对星辰的崇拜，对探索太空的向往。实际上，人类进入太空面临着不小的挑战。

人类长期生活在地球环境中，臭氧层、地球引力和地磁场共同维持地球上宜居的生态环境。出了大气层进入到太空环境中，人类要面临强辐射、真空、极端温差、微重力等一系列极端环境。

载人飞行器的不断完善已经可以为人的生存提供相对稳定且良好的温度、湿度、气体环境，并具有一定的辐射屏蔽能力，但却很难在空间环境中提供一定的重力。

失重环境貌似只是造成人和物品在空间中悬浮，没有太大的影响，但失重环境一样会对人体健康产生不良影响。航天员在太空中工作、生活，必须克服失重带来的不适感。下面就失重环境会对航天员产生什么样的负面影响，如何帮助航天员克服失重等相关内容进行简单介绍。

失重会带来生理反应

大家看到航天员在空间站像超人一样以“飞行”的姿态在各个舱中穿梭，常常羡慕不已。实际上，这种失重的状态会给人带来非常不适的体验。由于人类一直生活在地球表面的重力环境中，人体已经适应了重力环境，所以当航天员进入空间微重力环境后会出现一系列的生理反应。短期失重可能使人产生眩晕、恶心、呕吐、困倦，以及难以控制身体位置、姿态等运动病症状。空间失重环境下，血液没有重力的牵引，向下移动的量就会减少，下身血液回流到胸腔、头部，会造成航天员面部浮肿、头胀、颈部静脉鼓胀。

随着航行时间延长，失重环境还会引起人体心血管功能降低。长期失重环境中，肌肉骨骼失去了重力刺激，对抗重力的肌群张力减弱，甚至萎缩。骨骼长期不受力，表现出废用性退行变化，骨中钙盐沉积减少，尿中排出增加，骨小梁等微结构有序性变差，一般称之为失重骨丢失。严重时可引起骨质疏松，并可能引发肾结石。

如何帮航天员适应短期失重

航天员一进入空间失重环境，最先有生理反应的就是前庭神经系统，最常见的不适表现就是空间运动病。空间运动病主要表现为头晕、恶心、呕吐，有晕车、晕船经历的朋友应该都有过这种体会。空间运动病症状在航天员进入失重环境3 天左右最为明显，1 周后症状基本消失。

为了能更好地适应空间失重环境，预防空间运动病的发生，航天员在地面就要经历严格的前庭功能训练。地面前庭功能训练就是利用快速电动转椅进行旋转训练。电动转椅的刺激程度不亚于过山车，不仅可以做360 度顺时针和逆时针快速转动，而且可以同时上下、前后摆动。航天员坐在转椅上戴上眼罩，固定好头和四肢，经历一番天翻地覆的旋转后，还要能分清东南西北。这种令人头晕脑胀的训练可以增强航天员前庭功能的稳定性，提高前庭器官对运动刺激的耐受力，是预防空间运动病的重要措施之一。

另外，刚进入空间失重环境时，身体会变得没那么“听使唤”。可以想象一下在游泳池底走路的感觉，身体会不受控地扭动，很难前进，需要用比陆地上更大的力量才能控制身体的动作。这是因为浮力与部分重力相抵，人体比较难找到着力点。空间失重环境下也是类似的情况。为了让航天员在空间失重环境中熟练地掌握如何控制身体运动与姿态，需要在地面上利用中性浮力水槽给航天员提供模拟失重的训练环境。顾名思义，水槽训练是在水槽中进行，利用水的浮力模拟失重状态。潜水员通过调节航天员训练服上的配重铅块数量或位置来进行配平，以便调整航天员的姿态，训练航天员的空间适应能力和出舱活动时的操作能力。

以上两种地面训练只是航天员为了适应失重环境所做的一小部分准备训练，在航天员的日常训练中还有很多针对性训练项目，为航天员顺利完成飞行任务提供训练保障。

长期失重会引起哪些生理效应

航天员要在轨飞行6 个月，飞行期间该如何保障身体健康呢？长期空间飞行容易出现骨丢失、肌肉废用性萎缩、心血管功能降低等问题。为什么会出现这些问题，又该如何进行防护呢？

长期处于失重环境中，约2 升体液回流到胸腔、头部，航天员会出现面部浮肿、头胀、颈部静脉曲张、鼻咽部堵塞、味觉不敏感、身体质量中心上移。体内感受器感受到体液增加，人体会通过体液调节系统减少体液，出现反射性多尿，水盐从尿中排出，血容量减少，血红蛋白量也相应减少。由于血浆体积减少、外周阻力降低等因素，航天员的心脏体积会逐渐减小，可能出现心律不齐、心肌缺氧及心肌的退行性变化，并出现相应的心脏功能障碍。尽管随着时间的延长，人体会逐渐达到新的平衡状态，但返回地面后，对重力的不适应会再次导致航天员出现心慌、气短、立位耐力不良等表现。

长时间缺乏地球重力的牵引，本应承受身体重量的骨骼、骨骼肌与背部肌肉不再进行工作，再加上受到宇宙辐射的影响，航天员会出现空间骨丢失现象，即骨骼质量减少、骨密度降低，以及骨质疏松等症状。航天员的骨密度平均每月丢失1%～2%，相当于地球上中老年人一年流失的骨密度量。骨骼肌体积每月减少2.2%～5.3%，肌肉减少意味着航天员可能无法对抗返回地球时所受到的地球引力。

为什么会发生空间骨丢失呢？人体骨骼一直处于动态平衡的状态中，由破骨细胞和成骨细胞共同维持平衡状态。破骨细胞分解骨中的无机质释放出钙离子，成骨细胞负责将钙离子等矿物质“拉回”骨质中。在空间失重环境下，破骨细胞与成骨细胞维持的平衡被打破，成骨细胞被抑制，破骨细胞相对更活跃，从而导致失重骨丢失。

航天员的健康该如何保障

针对长期飞行中失重对航天员健康的影响，科研人员进行了大量的科研攻关，研制出多种对抗/防护的技术方法和装备，以保障航天员的健康。我国航天员科研训练中心的科研人员做了充分研究和准备，研发了空间站在轨防护锻炼设备，其中太空跑台、自行车功量计、抗阻力锻炼是开展锻炼防护的大装备，还有套袋、企鹅服、拉力器、握力器等多种灵活便捷的“小武器”。

运动锻炼是对抗多种“航天病”的重要方式，世界各航天大国都采用运动方式来规避风险。航天员在失重环境下跑步要穿上特殊马甲——束缚装置，给身体施加一定的牵拉力量（模拟地面跑步时的重力刺激），以达到锻炼效果。跑台运动可以不断为骨骼提供冲击力，刺激骨组织的重建；锻炼骨骼肌，减缓抗重力肌群萎缩；提高运动协调性，减轻返回后行走困难的问题。

自行车功量计对防止航天员的心血管、呼吸系统功能降低和肌肉力量下降有良好的作用，还可以增加循环血量，改善组织器官的血液供应。每位航天员根据自身状态都有一份个性化“运动处方”，以确保健康防护的有效性。

除了运动，企鹅服、套袋在长期失重防护上也有精彩表现。在太空中，航天员运动时身着企鹅服。企鹅服内有许多弹性带，通过人为束缚给肌肉增加压力，使肌肉得到负荷和刺激，以保持基本结构和功能。企鹅服和企鹅鞋对航天员的躯干和下肢产生压力负荷，可对抗失重导致的肌肉萎缩。套袋是用在航天员大腿部，通过加压来防止微重力对人体体液分布的影响。

航天食品也是保障航天员在轨期间身体健康的重要物资。航天食品不仅要美味可口，还要营养均衡。针对长期飞行中可能会出现的一些营养素不足，航天食品都有专项设计和补充。长期失重会引起航天员的味觉发生变化，空间站会配备多种调味剂以增强食欲。此外，空间站还有新鲜水果，富含维生素、优质蛋白的食品，以保证航天员的营养摄入。

空间生命科学领域的探索

随着各国载人航天新计划的实施，太空人体研究领域的科技新赛道正在快速形成。我国空间站建设逐步完善，为空间生命科学提供了更加充分的空间实验研究机会，加快了我国空间生命科学研究进程。现阶段空间站上的科学研究主要围绕制约后续载人航天发展的航天医学问题和推动空间生命探索两个方面展开。

航天医学研究以载人航天发展中的问题和需求为导向，结合前沿热点科学技术问题开展创新性研究。例如，中国空间站正在尝试发挥传统医学的优势和特点，开展了可穿戴穴位刺激服项目。航天员仅需将穴位刺激服穿在身上，即可通过刺激相关穴位实现对心血管系统、骨骼及肌肉系统的整体调理，缓解骨流失和肌肉萎缩。

空间生命探索有助于人类认识生命、突破自身，为人类健康提供重要的基础科学支撑。历次飞行任务已经开展了植物细胞骨架分子生物学基础研究、高等植物的空间发育与遗传学研究、干细胞分化研究、哺乳动物胚胎发育研究，以及多项国际领先的航天医学在轨实验。本次神舟十四号的任务也将围绕航天医学和空间生命探索两方面开展，包括肌肉适应性、脑功能、骨代谢防护、细胞学、辐射敏感分子、眼手协调、节律监测导引等在内的20 余项研究。

空间生命科学研究不仅能解决航天员在空间站遇到的医学问题，还能推广到大众健康中，体现航天科技的民用价值。例如，航天过程中出现的骨质疏松、心血管退化等问题，普通大众中也同样高发。针对这些共病问题，利用航天的特殊环境，在已知诱因、条件可控的条件下，开展相关病理生理学变化及其发生机制的全程、纵向研究，寻求可能的防护和对抗措施，将有望给数以亿计的患者带来福音。

航天飞行任务中的空间资源宝贵且有限，太空人体研究的检测设备应具有小型化、自动化、集成化、智能化、高精度、高可靠性、操作便捷、极端环境适应性强等特性。这些太空人体研究设备有望广泛应用于偏远地区、家庭社区等，提升互联网医疗的末端健康保障能力，同时也可应用于特种医学的生命科学研究，为实现“健康中国2030”护航。