沖出地球，進(jìn)入太空，很酷，也令人自豪。

(資料圖片)

當(dāng)前，人類一直希望并致力于探索地球之外的第二個(gè)家園。也許在遙遠(yuǎn)的未來(lái)，人類或許真的可以搭乘最新的航天器，逃離地球，沖出太陽(yáng)系，到達(dá)新的宜居家園。

但是，已有科學(xué)研究證實(shí)，人的身體在脫離地球重力磁場(chǎng)之后，會(huì)受到太空微重力、輻射等的影響，甚至?xí)霈F(xiàn)無(wú)法逆轉(zhuǎn)的傷害。

如今，一項(xiàng)最新的研究再次證實(shí)了太空飛行的危險(xiǎn)性。

加拿大卡爾加里大學(xué)的運(yùn)動(dòng)科學(xué)家 Leigh Gabel 團(tuán)隊(duì)及其合作者，通過(guò)追蹤平均年齡為 47 歲的 17 名宇航員（在太空中生活了 4-7 個(gè)月）發(fā)現(xiàn)，在持續(xù) 6 個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間的太空任務(wù)中，宇航員可能會(huì)經(jīng)歷相當(dāng)于衰老 20 年的永久性骨質(zhì)流失。

相關(guān)研究論文以“ncomplete recovery of bone strength and trabecular microarchitecture at the distal tibia 1 year after return from long duration spaceflight”為題，已發(fā)表在科學(xué)期刊《科學(xué)報(bào)告》（Scientific Reports）上。

帶上你的“啞鈴”

人類一旦脫離地球的重力和磁場(chǎng)，太空中的微重力和輻射，就會(huì)成為一個(gè)大問(wèn)題。

長(zhǎng)期暴露在微重力下，會(huì)導(dǎo)致宇航員大腦腫脹，包圍大腦和脊髓的腦脊液增多，甚至影響視力。

同樣，在微重力下，肌肉不會(huì)像在地面保持緊繃，就好比失去行動(dòng)能力的人，缺乏鍛煉以后，腿部肌肉就會(huì)顯得很松散，并慢慢萎縮。

1970 年 6 月，當(dāng)兩名宇航員搭乘聯(lián)盟 9 號(hào)從當(dāng)時(shí)創(chuàng)紀(jì)錄的 18 天太空飛行中返回時(shí)，其中一名宇航員身體虛弱，當(dāng)他走出著陸艙時(shí)，甚至無(wú)法攜帶自己的頭盔。

此外，太空輻射也可能會(huì)增加宇航員患癌癥和其他疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

自從人類飛離地球、踏入太空以來(lái)，科學(xué)家們已經(jīng)無(wú)數(shù)次改進(jìn)航天器的設(shè)計(jì)，也讓宇航服穿起來(lái)更加舒適，但仍然無(wú)法使宇航員的身體免受來(lái)自太空的傷害。

盡管失重的宇航員們?yōu)楸３煮w力每天都會(huì)在空間站內(nèi)鍛煉幾個(gè)小時(shí)，但微重力下生命的其他問(wèn)題仍未解決。

如今，科學(xué)家們正在設(shè)計(jì)的人造重力服、抗輻射藥物和微型醫(yī)療工具，有望能在大約 10 年內(nèi)準(zhǔn)備就緒，從而保證未來(lái)太空旅行者的安全和健康。

在這項(xiàng)工作中，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用高分辨率外圍定量計(jì)算機(jī)斷層掃描（HR-pQCT），在 61 微米尺度上（比人類頭發(fā)還要細(xì)）測(cè)量了宇航員的 3D 骨骼微結(jié)構(gòu)，對(duì)小腿脛骨的骨骼結(jié)構(gòu)和小臂的半徑進(jìn)行成像。

圖｜使用高分辨率計(jì)算機(jī)斷層掃描成像使研究人員能夠研究宇航員骨骼中的 3D 骨骼微結(jié)構(gòu)（此處顯示的脛骨示例）。細(xì)微的細(xì)節(jié)可以揭示骨密度和強(qiáng)度的變化。

他們?cè)谟詈絾T太空飛行之前、宇航員從太空返回時(shí)，以及返回六個(gè)月和一年后的 4 個(gè)時(shí)間點(diǎn)，分別記錄并計(jì)算了骨骼的強(qiáng)度和密度。

數(shù)據(jù)顯示，在太空中生活不到 6 個(gè)月的宇航員，可以在回到地球 1 年后恢復(fù)太空飛行之前的骨骼強(qiáng)度。

而對(duì)于那些在太空中生活時(shí)間較長(zhǎng)的宇航員，他們的脛骨會(huì)出現(xiàn)永久性骨質(zhì)流失，相當(dāng)于衰老了數(shù)十年。

為骨骼提供整體強(qiáng)度的微觀組織消失后，即使在宇航員回到地球上后，也無(wú)法被重建，但剩余的骨骼組織會(huì)在一定程度上變厚。

對(duì)此，論文作者之一、加拿大卡爾加里大學(xué)的運(yùn)動(dòng)科學(xué)家 Leigh Gabel 表示，骨骼是一種活的器官，它們充滿活力且活躍，并且不斷在重塑，但是沒(méi)有重力，骨骼就會(huì)失去力量。

另一個(gè)發(fā)現(xiàn)是，這些宇航員的小臂骨骼結(jié)構(gòu)和半徑幾乎沒(méi)有發(fā)生太大變化，一個(gè)可能的原因是，小臂骨骼不是承重骨骼。

對(duì)于這一現(xiàn)象，卡爾加里大學(xué)運(yùn)動(dòng)科學(xué)家 Steven Boyd 也給出了建議，即“增加在太空中的舉重訓(xùn)練可以幫助減輕骨質(zhì)流失的問(wèn)題”。

圖｜腿部力量鍛煉有助于減輕由于微重力環(huán)境導(dǎo)致的骨質(zhì)流失。

法國(guó)圣艾蒂安大學(xué)的生理學(xué)家 Laurence Vico 認(rèn)為，未來(lái)可能延長(zhǎng)的太空飛行時(shí)間，會(huì)給宇航員造成更多的骨質(zhì)流失，以及更大的恢復(fù)問(wèn)題。

這尤其令人擔(dān)憂，因?yàn)樵谖磥?lái)的載人任務(wù)中，即使去往火星也將持續(xù)至少兩年。

圖｜科學(xué)家們正在研究如何在醫(yī)療設(shè)備空間有限的情況下保護(hù)前往火星執(zhí)行任務(wù)的宇航員。

此外，Vico 還補(bǔ)充說(shuō)，太空機(jī)構(gòu)還應(yīng)該考慮其他骨骼健康措施，比如營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充，從而減少骨質(zhì)吸收和增加骨骼形成。

未來(lái)，Gabel、Boyd 和他們的同事希望能夠深入了解宇航員在太空中停留超過(guò) 7 個(gè)月后會(huì)發(fā)生哪些變化。這一研究是進(jìn)行中的 NASA 項(xiàng)目的一部分，該項(xiàng)目旨在研究一年的太空飛行對(duì)宇航員十幾個(gè)身體系統(tǒng)的影響。

“我們真的希望能發(fā)現(xiàn)一個(gè)‘停滯期’，宇航員們會(huì)在一段時(shí)間后停止骨質(zhì)流失。” Boyd 說(shuō)。

航天員的努力

要成為一個(gè)航天員，著實(shí)不容易。

除了在太空中遭受微重力和輻射的傷害，宇航員在地球上，也要經(jīng)過(guò)十分殘酷的“魔鬼”訓(xùn)練。

例如，為了在飛船上升和下降的過(guò)程中，能夠承受巨大的過(guò)載，始終保持清醒，正確進(jìn)行操作，他們會(huì)進(jìn)行超重耐力與適應(yīng)性訓(xùn)練，在高速旋轉(zhuǎn)的離心機(jī)中承受 8 倍的重力加速度。

他們也會(huì)進(jìn)行前庭功能訓(xùn)練，做 360 度順時(shí)針和逆時(shí)針的快速運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)上下前后擺動(dòng)，主要目的是提高前庭功能穩(wěn)定性，降低空間運(yùn)動(dòng)病的發(fā)生幾率，減輕空間運(yùn)動(dòng)病的癥狀。

另外一項(xiàng)，是中性浮力水槽訓(xùn)練，航天員在模擬失重的訓(xùn)練環(huán)境下，進(jìn)行出艙活動(dòng)訓(xùn)練，特別是艙外行走、出艙裝配和維修等艙外作業(yè)。

總之，在太空中完成的每一個(gè)動(dòng)作，都是在地球上數(shù)倍努力的結(jié)果。

此外，為了確保宇航員可以筆直行走，未來(lái)的空間站內(nèi)也很有必要配備一些人工重力機(jī)器，比如下軀負(fù)壓系統(tǒng)（LBNP）。

當(dāng)宇航員的身體從腰部以下被密封時(shí)，該裝置會(huì)對(duì)宇航員下半身施加真空壓力，真空重新產(chǎn)生重力的向下拉力，可以使得宇航員的腳牢牢地站在空間站地板上，并將體液吸向腿部。

圖｜LBNP

但這些 LBNP 只是人工重力的早期形式，它們的優(yōu)點(diǎn)是，與正在測(cè)試的替代品相比，它們可能更容易送入太空。

正如前面提到的，離心機(jī)可以通過(guò)離心力模擬重力，幫助宇航員在微重力環(huán)境下更好地工作。

但是，如何把想對(duì)笨重的離心機(jī)帶上太空，還是一個(gè)大問(wèn)題。

但無(wú)論如何，相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類有能力讓宇航員甚至更多人，更舒服地走出地球，在太空生活。

參考資料：

https://www.nature.com/articles/s41598-022-13461-1

https://www.sciencenews.org/article/astronauts-mars-space-health-survival

標(biāo)簽： 太空飛行 卡爾加里 科學(xué)家們