人在太空中與在地面上有什么不同

莊祥昌

載人航天與駕駛飛機(jī)有很大不同，主要有兩點(diǎn)：1痹厝撕教斐美國(guó)和前蘇聯(lián)在發(fā)展初期，航天員持續(xù)飛行時(shí)間較短外，以后的持續(xù)飛行時(shí)間都比較長(zhǎng)，最長(zhǎng)的達(dá)到將近438天，大大超過(guò)了飛行員的持續(xù)飛行時(shí)間。2狽苫的飛行高度一般在20公里以下，而載人航天器的飛行高度一般在300公里左右，航天員不僅處于高度真空環(huán)境，還會(huì)受到較強(qiáng)的宇宙輻射、溫度驟變、失重(微重力)、超重等因素影響。為了保證航天員在空間環(huán)境中能正常工作和生活，工程上在載人航天器內(nèi)要設(shè)計(jì)一整套生命保障系統(tǒng)，使航天員在宇宙空間中能處于與在地面上基本一樣的環(huán)境。在載人航天活動(dòng)的諸多不利因素中，失重對(duì)人的生理影響比較突出。

失重是因載人航天器在繞地球軌道飛行時(shí)的離心力與地球的引力(重力)大小相等，但方向相反引起的。嚴(yán)格地講，當(dāng)載人航天器作繞地球軌道飛行時(shí)引起的是微重力狀態(tài)，不是完全失重狀態(tài)，因?yàn)殡x心力與地球引力不可能絕對(duì)相等。

人類一直生活在地球上，受地球引力的影響，已適應(yīng)了這樣的環(huán)境。一旦失去地球引力的影響，人的生理會(huì)發(fā)生很大變化。人處于失重環(huán)境與在地面上有兩大差異：1比蘇駒詰厙蟶希血液和體液容易滯留在下半身和下肢；而在失重時(shí)，會(huì)引起血液和體液再分配，血液和體液將涌向頭部和上半身，而導(dǎo)致一系列生理反應(yīng)。2比嗽詰孛嬪匣疃、行走要靠肌肉用力；而在失重時(shí)，人處于飄浮狀態(tài)，只要用很小的力就可使身體移動(dòng)，久而久之，肌肉就要退化，并且還會(huì)引起骨骼變化。

失重引起的生理變化及其原因

人長(zhǎng)期處于太空重力（微重力)環(huán)境下究竟會(huì)引起哪些重要生理變化呢?

1幣滓起“空間運(yùn)動(dòng)病”或稱“空間適應(yīng)綜合證”。主要癥狀是嘔吐、厭食、頭痛、不適和昏睡。“空間運(yùn)動(dòng)病”常在航天的頭兩三天出現(xiàn)，幾天后會(huì)自動(dòng)消失，而且不會(huì)重復(fù)出現(xiàn)。產(chǎn)生“空間運(yùn)動(dòng)病”與神經(jīng)－前庭系統(tǒng)功能失調(diào)有關(guān)，但發(fā)病機(jī)理至今未能研究清楚。有幾種假說(shuō)：①感覺(jué)矛盾或感覺(jué)重新排列理論：在地面上，人的空間定向能力主要依靠的是耳石器－重力和線性加速度信息感受器、半規(guī)管－角加速度信息感受器、視覺(jué)信息感受器和本體壓力信息感受器。在正常情況下，這些信息是協(xié)調(diào)的、互補(bǔ)的。但在失重情況下，這些信息可能發(fā)生沖突，或者與早先存儲(chǔ)的信息產(chǎn)生矛盾而誘發(fā)“空間運(yùn)動(dòng)病”。

②體液重新分配理論：失重時(shí)，血液和體液涌向頭部，改變了顱內(nèi)壓，內(nèi)耳體液聚積，影響了前庭器官的功能。

③前庭迷路不對(duì)稱或耳石不對(duì)稱理論：內(nèi)耳中的左、右耳石存在著固有的重量差異，但在地面上，人體已習(xí)慣了這種差異，使前庭功能保持穩(wěn)定。但在失重時(shí)，由于耳石重量消失，不存在重量差異，使原先中樞神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)了不適應(yīng)，引發(fā)了“空間運(yùn)動(dòng)病”。

2毖液、體液、電解質(zhì)發(fā)生變化：航天后許多航天員都紅細(xì)胞減少，但每個(gè)人減少量不完全相同，有的可減少200毫升，但航天員無(wú)不適感。飛行11～20天的航天員血蛋白約下降12.7％，飛行21～50天約下降33％。紅細(xì)胞減少的原因主要有兩種假說(shuō)：①與呼吸高濃度氧量有關(guān)。美國(guó)在載人航天初期階段，航天器艙內(nèi)曾采用1/3大氣壓，100％純氧。生活在高氧量環(huán)境下, 可直接影響與正常紅細(xì)胞功能有關(guān)的酶系統(tǒng)的作用，縮短紅細(xì)胞生存時(shí)間。②由于失重使紅細(xì)胞生成受到抑制，導(dǎo)致紅細(xì)胞減少。

人在航天后可看到白細(xì)胞增加。航天員的身體水份、細(xì)胞外體液、細(xì)胞內(nèi)體液和組織間隙液體的含量在航天后都有所減少。

電解質(zhì)是維持人體正常生理功能不可缺少的物質(zhì)。電解質(zhì)主要指氧、鈉、鉀、鈣、鎂等元素。人在航天后，這些電解質(zhì)有不同程度的減少。這可能與航天過(guò)程中食量減少，攝入的電解質(zhì)也相應(yīng)減少，加上體液丟失，排尿增多，電解質(zhì)隨之排出增多有關(guān)。

3斃難管調(diào)節(jié)功能變差：失重初期，航天員心率加快很多，以后心率逐漸下降，但仍較在地面時(shí)高。有的航天員可出現(xiàn)心律不齊等癥狀。飛行中做下體負(fù)壓試驗(yàn), 心率平均增加54％～57％，說(shuō)明下體負(fù)壓試驗(yàn)引起的反應(yīng)加重了，耐力下降，容易引起血壓突然下降發(fā)生暈厥。

4奔∪馕縮：失重時(shí)由于體力負(fù)荷相對(duì)減少(但出艙進(jìn)行勞動(dòng)時(shí)，體力負(fù)荷要增加)，骨骼肌產(chǎn)生萎縮，下肢萎縮程度大于上肢，抗重力肌(與保持直立姿勢(shì)有密切關(guān)系的肌肉)萎縮程度大于非抗重力肌。飛行后用肌力計(jì)測(cè)量航天員上、下肢的伸屈運(yùn)動(dòng)力量，基本上都下降了，下降程度與飛行時(shí)間長(zhǎng)短以及在太空中體育鍛煉強(qiáng)度大小而有所不同。一般講，上肢屈肌力量約下降5％，伸肌力量變化不大。下肢屈肌力量約下降15％，伸肌力量約下降20％。因此，航天員返回地面后感到無(wú)力、疲勞、站立和行走困難，有時(shí)感到肌肉疼痛。

5憊趨勞迅疲漢教旌螅航天員骨質(zhì)密度都有不同程度的下降，說(shuō)明骨質(zhì)中礦物質(zhì)(主要是鈣)有所減少，可喪失0.5％～8％。如不采取防治措施，脫鈣嚴(yán)重可引起一系列問(wèn)題：①骨質(zhì)疏松，易引起骨折；②由于脫鈣，可影響肌肉功能；③血和尿中鈣的成分如果過(guò)高有可能引起腎結(jié)石或尿結(jié)石，特別是長(zhǎng)時(shí)間航天，可能性更大；④由于身體內(nèi)電解質(zhì)成分改變，影響體內(nèi)環(huán)境的平衡，神經(jīng)傳導(dǎo)受到影響，也可能引起凝血障礙。所以，失重引起骨骼脫鈣廣泛受到航天醫(yī)學(xué)界的重視。

人對(duì)失重的適應(yīng)過(guò)程

載人航天就要發(fā)揮人的作用，因此保證航天員身體健康是航天醫(yī)學(xué)的重要任務(wù)。為了減輕失重(微重力)對(duì)人體不利影響，一方面應(yīng)對(duì)不同生理機(jī)能反應(yīng)采取不同的防護(hù)措施，另一方面也要靠人體發(fā)揮自身的適應(yīng)能力。由于人體各生理系統(tǒng)功能上的差別，適應(yīng)過(guò)程的快、慢有所不同。大體上人對(duì)失重的適應(yīng)過(guò)程可分三個(gè)時(shí)期：

1庇激期：開(kāi)始于進(jìn)入失重環(huán)境，表現(xiàn)為定向反應(yīng)、空間錯(cuò)覺(jué)和運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)障礙，出現(xiàn)前庭－植物神經(jīng)反應(yīng)不適感，還有心血管功能減退、肌肉萎縮、骨骼脫鈣等現(xiàn)象也相繼發(fā)生。這一時(shí)期持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短隨不同的生理功能而有所不同，有的延續(xù)約一晝夜，有的約一周或更長(zhǎng)些時(shí)間。

2筆視ζ冢嚎始出現(xiàn)感覺(jué)和功能偏離的現(xiàn)象逐漸消失，機(jī)體出現(xiàn)代償反應(yīng)，因失重引起的變化逐漸減弱。到目前為止還不能準(zhǔn)確地測(cè)定該時(shí)期持續(xù)時(shí)間有多長(zhǎng)，這要取決于機(jī)體的個(gè)體特征和各生理系統(tǒng)的功能。一般來(lái)說(shuō)，大約持續(xù)4～6周。

3幣咽視ζ冢菏侵干理反應(yīng)在新的環(huán)境下基本上達(dá)到穩(wěn)定, 此時(shí)期多數(shù)生理反應(yīng)趨向穩(wěn)定。各子系統(tǒng)的生理反應(yīng)雖仍會(huì)有波動(dòng)，但波動(dòng)范圍較小，隨著空間飛行時(shí)間的延長(zhǎng)，生理變化會(huì)越來(lái)越小。

圖一是航天員在太空飛行時(shí)，各生理系統(tǒng)適應(yīng)過(guò)程示意圖。從圖中可見(jiàn)神經(jīng)－前庭系統(tǒng)的適應(yīng)過(guò)程最快。體液和電解質(zhì)的變化在航天頭半個(gè)月較明顯，以后變化逐漸不明顯，經(jīng)幾個(gè)月還不能恢復(fù)到飛行前狀態(tài)。心血管系統(tǒng)在航天時(shí)也有明顯變化，經(jīng)一個(gè)月左右變化有所減輕，但也不能完全恢復(fù)到飛行前狀態(tài)。紅細(xì)胞變化速度較心血管、體液和電解質(zhì)等要慢，而恢復(fù)卻比較快，經(jīng)數(shù)月后可基本恢復(fù)到飛行前狀態(tài)。骨骼脫鈣和肌肉萎縮是隨航天時(shí)間的延長(zhǎng)而越來(lái)越嚴(yán)重，航天數(shù)月也不能使癥狀停止發(fā)展，盡管到后期脫鈣和萎縮速度有所減慢。

當(dāng)飛行結(jié)束，航天員返回地面，又會(huì)出現(xiàn)不適應(yīng)現(xiàn)象，要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后才能重新適應(yīng)地面環(huán)境，這稱為“再適應(yīng)”。再適應(yīng)過(guò)程與飛行時(shí)間長(zhǎng)短、人體機(jī)能狀態(tài)、是否采取有效防護(hù)措施等而有所不同，但其一般規(guī)律可用圖二示意圖表示。

航天員返回地面后，特別是降落在海面上遇到顛簸時(shí)，更易出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)病。此外還會(huì)出現(xiàn)平衡功能不穩(wěn)，下肢無(wú)力，行走不穩(wěn)，想躺下，感到似乎有重量壓在身上的現(xiàn)象，一般經(jīng)兩三天后癥狀可有很大好轉(zhuǎn)。

絕大多數(shù)航天員返回地面后，體重要比飛行前平均減輕2～3公斤。體重下降與水份、血漿減少、骨骼肌肉萎縮有關(guān)。肌肉重量的恢復(fù)大約需經(jīng)一個(gè)月。失重引起的脫鈣經(jīng)數(shù)周才能恢復(fù)。返回地面后，心血管調(diào)節(jié)功能下降也比較明顯，做立位和下體負(fù)壓試驗(yàn)表明，耐力普遍下降，要經(jīng)數(shù)日到兩周左右才能恢復(fù)。紅細(xì)胞也要經(jīng)一個(gè)月左右的時(shí)間才能恢復(fù)。■