太空中的人體挑戰(zhàn)

邢堃 康程

人體在太空中闖幾關(guān)

人類身體是為了適應(yīng)地球環(huán)境而生的，身體許多部分已經(jīng)進(jìn)化到能對日出日落或向下拉力等習(xí)以為常的環(huán)境做出調(diào)整，當(dāng)航天員長時間停留在太空軌道時，生物系統(tǒng)就會發(fā)生變化，影響任務(wù)的執(zhí)行甚至危害生命健康。

第一關(guān)：重力環(huán)境變不停重力環(huán)境轉(zhuǎn)換包括微重力（ 空間軌道）、低重力（ 月球和火星表面）、正常重力（ 地球表面） 和超重力（ 航天器發(fā)射與返回過程） 等重力環(huán)境，人體在這些重力環(huán)境中轉(zhuǎn)換都會導(dǎo)致神經(jīng)生理反應(yīng)和適應(yīng)變化。重力變化是最重要也是最具特色的航天環(huán)境因素，是航天員航天飛行中骨質(zhì)疏松、飛行后立位耐力不良發(fā)生的直接原因，也是航天員心血管失調(diào)的主要致病因素。

第二關(guān)：失靈的平衡系統(tǒng)

飛行是人體從二維平面轉(zhuǎn)到三維空間運(yùn)動的過程，此過程中由于人體的不適應(yīng)常會導(dǎo)致運(yùn)動錯覺。運(yùn)動錯覺就是人體感知到的運(yùn)動狀態(tài)和真實(shí)的運(yùn)動狀態(tài)不符。通常情況下，當(dāng)頭部做出傾斜到一側(cè)肩膀的動作時，重力將耳錐晶體牽引至內(nèi)耳的毛發(fā)上向大腦發(fā)送頭部已傾斜的信號。但在微重力環(huán)境下，沒有足夠的引力告訴大腦：頭部已改變了位置。在航天員進(jìn)入太空的頭幾天，他們會迷失方向，長期暴露在微重力下意味著他們返回地球后，需要一段時間恢復(fù)才能重新適應(yīng)地球重力環(huán)境。

第三關(guān)：頻繁的晝夜更迭

在環(huán)繞地球軌道的航天飛行時，航天員大約每1 . 5 小時就要經(jīng)歷一個白天與黑夜的更替。那么航天員飛行前的一晝夜2 4 小時在太空中就相當(dāng)于1 6個晝夜。你出國回來還需要倒時差呢，航天員在如此大的生物節(jié)律變動下，經(jīng)脈氣血的運(yùn)行、臟腑功能的盛衰及陰陽消長變化都會產(chǎn)生重大影響。

第四關(guān)：太空輻射風(fēng)險高

在執(zhí)行航天空間站任務(wù)或深空任務(wù)時，不可避免地會接觸到宇宙的各種電離輻射，這些射線包括太陽粒子事件、宇宙本底射線以及地球輻射帶，主要包含電子、質(zhì)子和重離子。過多地暴露于太空輻射對于航天員來說是一種職業(yè)風(fēng)險，有一定患癌癥和患心臟病的風(fēng)險。

第五關(guān)：外太空的“家”并不“溫馨”

航天器狹小擁擠的環(huán)境，使航天員的活動受到限制，這種狀態(tài)可能影響氣血運(yùn)行，出現(xiàn)氣滯血瘀的表現(xiàn)。另外，航天器的電機(jī)風(fēng)扇、空氣動力、泵維持循環(huán)系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備等會產(chǎn)生大量噪聲，且這些噪聲是持續(xù)的、不可避免的，航天員不能擁有一個真正意義上安靜的環(huán)境使雙耳得到休息，連睡覺都要忍受嘈雜的航天器環(huán)境。

太空里的健身達(dá)人

從1961年第一位航天員進(jìn)入太空開始，科學(xué)家就對航天員的各項生命體征進(jìn)行監(jiān)控。研究表明，航天員普遍存在骨質(zhì)及肌肉質(zhì)量降低、免疫功能下降等問題。

航天員執(zhí)行航天任務(wù)時發(fā)生的骨質(zhì)丟失主要由微重力引起。人體正常的骨組織不斷進(jìn)行改建活動，包括骨吸收和骨形成兩個方面，且這兩方面彼此平衡。在平衡過程中發(fā)揮作用最大的兩種細(xì)胞分別為成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞。然而，微重力會影響成骨細(xì)胞的功能，并且誘導(dǎo)激動蛋白微絲破壞和骨質(zhì)丟失。成骨細(xì)胞增殖受損在微重力誘導(dǎo)中起著重要作用，并且微重力會引起成骨細(xì)胞細(xì)胞周期不平衡，進(jìn)而導(dǎo)致成骨細(xì)胞異常增殖。在航天飛行中，太空中的電離輻射會損傷骨骼。

人類在地球上的生存方式多數(shù)為站立或者坐著， 骨骼肌肉系統(tǒng)支撐著這些姿勢并驅(qū)動人體運(yùn)動。重力作用于人體產(chǎn)生沿人體縱軸的壓力， 使骨骼肌肉存在機(jī)械力的作用。然而在航天飛行和模擬微重力條件下， 人體縱向的壓力變得很小甚至消失。因此，會出現(xiàn)骨骼的骨質(zhì)流失， 肌肉萎縮的狀況。為此， 航天員每天都需要利用較長時間進(jìn)行運(yùn)動， 以緩解這一系列問題的發(fā)生， 如踩自行車功量計、在微型跑道上跑步、拉彈簧拉力器、做徒手體操、穿負(fù)壓褲等。

太空中沸騰的體液

假如不穿航天服直接暴露在太空中，除了缺氧你的身體還會發(fā)生什么？你的體液會沸騰！想不到吧？

體液沸騰是體液中一種氣泡形式， 是人體由于缺乏大氣壓力而引起的一種可能致命的現(xiàn)象。在初中物理課上我們學(xué)過， 水的沸點(diǎn)取決于氣壓， 且兩者成正相關(guān)， 氣壓越高沸點(diǎn)越高， 氣壓越低沸點(diǎn)越低， 我們平常所說的100 ℃ 的水沸騰， 那是有一個現(xiàn)行條件， 氣壓是一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.325千帕）。這就是為什么到了海拔比較高的地方水很容易燒開的原因，例如在海拔3650米的西藏拉薩， 水的沸點(diǎn)只有88 ℃， 到了這個溫度水就會沸騰汽化不會繼續(xù)加熱， 而在高壓鍋內(nèi)由于氣壓的增加水的沸點(diǎn)能夠達(dá)到125℃。而且當(dāng)氣壓只有6.27千帕（海拔19.2千米處的氣壓）之時， 水的沸點(diǎn)將會降為37 ℃。人的正常體溫大約為37 ℃，如果有人處在氣壓為6.27千帕的低壓環(huán)境中， 那么， 人體內(nèi)的水就會達(dá)到沸點(diǎn)，水會劇烈汽化。

在太空中沒有外部壓力的情況下，體液（唾液、眼淚、汗水等）的沸點(diǎn)大大降低，因此它們立即開始蒸發(fā)。幸運(yùn)的是， 血液不會沸騰，因?yàn)檠貉h(huán)系統(tǒng)能維持血壓穩(wěn)定，防止血液沸騰。然而，溶解在血液中的氮分子可以汽化，導(dǎo)致血液循環(huán)組織膨脹，身體會膨脹至原來的2 倍， 導(dǎo)致一些器官組織嚴(yán)重受損。幸而我們的皮膚擁有足夠的彈性，可使人體內(nèi)部容納蒸汽從而防止在太空環(huán)境下身體膨脹至一定程度。如果恢復(fù)至正常大氣壓，膨脹的身體就會恢復(fù)至正常。

人類對太空的探索從未止步。伴隨著多學(xué)科的發(fā)展， 人們對于航天飛行中人體的研究也越來越全面。