沖出地球，進入太空，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家園。也許在遙遠的未來，人類或許真的可以搭乘最新的航天器，逃離地球，沖出太陽系，到達新的宜居家園。

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

如今，一項最新的研究再次證實了太空飛行的危險性。

加拿大卡爾加里大學(xué)的運動科學(xué)家 Leigh Gabel 團隊及其合作者，通過追蹤平均年齡為 47 歲的 17 名宇航員（在太空中生活了 4-7 個月）發(fā)現(xiàn)，在持續(xù) 6 個月或更長時間的太空任務(wù)中，宇航員可能會經(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)報告》（Scientific Reports）上。

帶上你的“啞鈴”

人類一旦脫離地球的重力和磁場，太空中的微重力和輻射，就會成為一個大問題。

長期暴露在微重力下，會導(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，肌肉不會像在地面保持緊繃，就好比失去行動能力的人，缺乏鍛煉以后，腿部肌肉就會顯得很松散，并慢慢萎縮。

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

此外，太空輻射也可能會增加宇航員患癌癥和其他疾病的風(fēng)險。

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

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

如今，科學(xué)家們正在設(shè)計的人造重力服、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，從而保證未來太空旅行者的安全和健康。

在這項工作中，研究團隊通過使用高分辨率外圍定量計算機斷層掃描（HR-pQCT），在 61 微米尺度上（比人類頭發(fā)還要細）測量了宇航員的 3D 骨骼微結(jié)構(gòu)，對小腿脛骨的骨骼結(jié)構(gòu)和小臂的半徑進行成像。

圖｜使用高分辨率計算機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）。細微的細節(jié)可以揭示骨密度和強度的變化。

他們在宇航員太空飛行之前、宇航員從太空返回時，以及返回六個月和一年后的 4 個時間點，分別記錄并計算了骨骼的強度和密度。

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

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

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

對此，論文作者之一、加拿大卡爾加里大學(xué)的運動科學(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，但是沒有重力，骨骼就會失去力量。

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

對于這一現(xiàn)象，卡爾加里大學(xué)運動科學(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。

法國圣艾蒂安大學(xué)的生理學(xué)家 Laurence Vico 認為，未來可能延長的太空飛行時間，會給宇航員造成更多的骨質(zhì)流失，以及更大的恢復(fù)問題。

這尤其令人擔(dān)憂，因為在未來的載人任務(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前往火星執(zhí)行任務(wù)的宇航員。

此外，Vico 還補充說，太空機構(gòu)還應(yīng)該考慮其他骨骼健康措施，比如營養(yǎng)補充，從而減少骨質(zhì)吸收和增加骨骼形成。

未來，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 7 個月后會發(fā)生哪些變化。這一研究是進行中的 NASA 項目的一部分，該項目旨在研究一年的太空飛行對宇航員十幾個身體系統(tǒng)的影響。

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

航天員的努力

要成為一個航天員，著實不容易。

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)過十分殘酷的“魔鬼”訓(xùn)練。

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

他們也會進行前庭功能訓(xùn)練，做 360 度順時針和逆時針的快速運轉(zhuǎn)，同時上下前后擺動，主要目的是提高前庭功能穩(wěn)定性，降低空間運動病的發(fā)生幾率，減輕空間運動病的癥狀。

另外一項，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，進行出艙活動訓(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動作，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，未來的空間站內(nèi)也很有必要配備一些人工重力機器，比如下軀負壓系統(tǒng)（LBNP）。

當(dāng)宇航員的身體從腰部以下被密封時，該裝置會對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)點是，與正在測試的替代品相比，它們可能更容易送入太空。

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

但是，如何把想對笨重的離心機帶上太空，還是一個大問題。

但無論如何，相信隨著科學(xué)技術(shù)的進步，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