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在空间站里,航天员的身体会发生哪些变化

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「本文来源:北方新报」

中国的3位航天员入驻天和核心舱工作生活已经一个多月了,科研人员竭尽所能,为航天员们提供了良好的生活环境,并屏蔽了宇宙辐射与粒子流。不过有一些危害却难以避免,例如失重引发的种种问题。   让人“又爱又恨”的微重力

失重又叫微重力状态,它对身体的影响表现在很多方面。

短期暴露于微重力会导致空间适应综合征,即由前庭系统紊乱引起的自限性恶心。由于人类突然失去重力的影响,原本的头上脚下的位置感变成了什么方向都可以,人始终处于漂浮状态,这会引起恶心感。不过经过一段时间的适应后,这种感觉是可以克服的。

长期处于微重力环境则会对人体产生较大的影响。比如肌肉骨骼系统的退化、体液分布的变化和本体感觉的丧失等。此外,漫长的外太空之旅可能会严重影响航天员的胃肠组织,并可能会严重损害航天员的大脑。

不过微重力也不是没有好处,比如在地球上劳损的背部腰部等处肌肉,在这里可以自由伸展,解决了肌肉疼痛的问题。

另外,微重力还会使航天员的身体产生点“附加”的小变化。在空间站里待上两个月,航天员脚底因很少磨损,老茧会因不使用而脱落,留下柔软的新皮肤。而与之相对的是,脚的顶部会变得粗糙且疼痛敏感。

“本末倒置”的肌肉组织

在长期失重导致的诸多健康问题中,最重要的问题之一是肌肉质量的下降。

没有重力的影响,骨骼肌不再需要保持姿势,而且在失重环境中移动所用的肌肉群与陆地运动所需的肌肉群不同。在地球上,对抗地心引力、用于站立的背部肌肉或腿部肌肉,在失重环境中几乎用不到,所以这些肌肉会逐渐变弱并最终变小,一些肌肉会迅速萎缩。

如果没有定期进行锻炼,航天员可能会在5~11天内损失多达20%的肌肉量。肌肉中肌纤维类型也会发生变化,用于维持姿势的慢肌(耐力纤维)被不能承受任何繁重劳动的快肌(快收缩纤维)所取代。所以航天员在空间站中要定期进行针对性运动,并补充激素和服用药物,以维持肌肉和体重。

可以恢复的“骨质疏松”

人体的骨代谢在微重力环境中也会发生变化。航天员进入太空后,在一个月内,人体骨骼在失重状态下会完全伸展,导致身高增加大约2.54厘米。不过这种不正常的身高增加是要付出代价的。

骨骼通常沿机械应力方向分布。然而在微重力环境中,机械应力非常小,这就导致人体每月大约1.5%的骨组织损失,尤其是下脊椎骨、臀部和股骨。

在微重力环境中,骨骼负荷减少,骨质流失会迅速增加。一个健康的成年人每10年的骨流失为3%,而在微重力环境中,他每个月要面对大约1%的骨流失。骨密度快速降低,会使骨骼脆弱,类似于骨质疏松症。

在地球上,骨骼通过一个平衡良好的系统不断降解和再生,该系统涉及成骨细胞和破骨细胞的信号传导。每当骨骼被分解时,新形成的层就会取而代之。然而,在太空中,由于微重力,破骨细胞活动增加,导致骨骼不断减少而无法恢复。

不过与患有骨质疏松症的人不同,航天员返回地球后最终会恢复骨密度。在太空旅行3~4个月后,航天员大约需要2~3年来恢复丢失的骨密度。

体液变化引发的各种麻烦

由于人体主要由液体组成,重力往往会迫使体液进入身体的下半部分。我们的身体有许多系统来平衡这种情况,而当摆脱重力的拉力时,这些系统还会继续工作,导致体液重新分布到身体的上半部分。这就是航天员出现圆脸“浮肿”的原因。

“浮肿”还不是大问题,麻烦的是体液重新分配会导致平衡障碍、视力扭曲,以及味觉和嗅觉丧失等问题。

对名男性和女性航天员的调查显示,大约23%的短途飞行航天员和49%的长途飞行航天员,在执行任务期间遇到了近距和远距视力问题。而且,对于某些人来说,视力问题在多年后仍然存在。

不过对航天员视力造成影响的,也不只是微重力,在宇宙射线的影响下,会产生宇宙射线可视现象。

空间站建设几十年来,在太空中值守过的航天员已经有不少了。有的航天员味觉变化不明显,但是不少航天员报告说他们在太空中味觉发生了变化。一些航天员觉得他们的食物乏味,还有些人发现他们最喜欢的食物味道不再那么令人愉悦,有些航天员却喜欢吃他们通常不会吃的某些食物。

另外,在太空中,航天员身体中液体的变化会使他们失去体液量,其中包括高达22%的血量。返回地球后,血液再次开始聚集在下肢,又会导致直立性低血压。

虎视眈眈的射线和病毒

太空中的环境恶劣而复杂,会对人体产生威胁的当然不仅是微重力,宇宙射线就是威胁航天员生命的重要杀手。太阳耀斑事件(虽然很少见)可以在几分钟内产生致命的辐射剂量。

高水平的辐射会损伤淋巴细胞,导致航天员的免疫力降低;辐射也与航天员白内障的高发病率有关;宇宙射线还威胁人类太空飞行的安全,暴露于宇宙射线10年或更长时间将明显增加患癌症的机会。此外,美国宇航局一项研究报告称,辐射可能会伤害航天员的大脑并加速阿尔茨海默病的发作。

不过,宇宙射线造成的辐射问题可以在一定程度上被解决。通过防护罩和防护药物,科学家可以将风险降低到可接受的水平。

虽然进入太空后航天员基本处于密封环境,但是人体自身的问题也成为风险的来源,比如体内潜伏的病毒在太空任务中可能被激活。航天员选拔过程中对身体素质要求很高,但随着航天技术的迅猛发展,这一限制正在逐渐被放宽,很可能会给航天员在未来的深空任务中增加更多风险。

(据《中国航天报》)




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