失重對(duì)人體生理機(jī)能的影響

失重是一個(gè)物理學(xué)的概念。根據(jù)牛頓的萬(wàn)有引力定律，2個(gè)具有質(zhì)量的物體之間存在相互吸引的作用力，該力的大小與物體之間的距離的平方成反比。在地球上的所有物體都受到地球的吸引力，表現(xiàn)為重力，但當(dāng)物體遠(yuǎn)離地球到達(dá)太空時(shí)，便處于失重狀態(tài)。人類對(duì)失重現(xiàn)象的研究是隨著載人航天的需要而進(jìn)行的，根據(jù)幾十年的研究和實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，失重并不會(huì)危害人體的安全，但或多或少地影響了人體的一些生理活動(dòng)。

1、失重對(duì)人體循環(huán)系統(tǒng)機(jī)能的影響

失重時(shí)人體的流體靜壓?jiǎn)适В汉推渌w液不像重力條件下那樣慣常地流向下身。相反，人體下身的血液回流到胸腔、頭部，可引起宇航員面部浮腫，頭脹，頸部靜脈曲張，鼻咽部堵塞，身體質(zhì)量中心上移。人體的血管容量和壓力感受器受到刺激，機(jī)體通過(guò)神經(jīng)體液調(diào)節(jié)機(jī)制，出現(xiàn)反射性多尿，導(dǎo)致水鹽從尿中排出，血容量減少，體液減少。而體液的減少和水鹽代謝的紊亂還可引起心律不齊、心肌缺氧以及心肌的退行性變化，并出現(xiàn)相應(yīng)的心臟功能障礙，如心輸出量減少、運(yùn)動(dòng)耐力降低等，返回地面后對(duì)重力不適應(yīng)而易于出現(xiàn)心慌氣短以及體位性暈厥等表現(xiàn)。

失重時(shí)還表現(xiàn)為血壓的變化，航天員的收縮壓一般較飛行前高15～20 mmHg，平均動(dòng)脈壓升高10～20 mmHg，而舒張壓則表現(xiàn)為下降。在飛行初期頸靜脈壓增高50％以上，肺動(dòng)脈壓增高20％～50％，1個(gè)月后有的人的頸靜脈壓下降，但也有的始終保持較高的水平，這些變化也是由于失重引起血液的重新分配而引起的。此時(shí)，肺血管血液充盈度增加，心臟內(nèi)腔血液增加，從而影響心臟功能并引起血壓的變動(dòng)。隨著航天飛行的時(shí)間延長(zhǎng)，人體的心血管功能可在新的水平上達(dá)到新的平衡，心率、血壓、運(yùn)動(dòng)耐力以及減少的血容量和血紅蛋白可逐步恢復(fù)到飛行前的水平。

2失重對(duì)人體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)能的影響

在失重初期航天員會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)功能的紊亂。由于重力的消失，由重力引起的肌肉傳人沖動(dòng)減弱，嚴(yán)重影響人的空間定位和運(yùn)動(dòng)控制能力，人必須根據(jù)經(jīng)驗(yàn)不斷地靠意識(shí)和注意來(lái)監(jiān)督和修正自己的所有動(dòng)作。在地面形成的運(yùn)動(dòng)習(xí)慣，在失重空間反而成為一種干擾，使人不能有效地對(duì)新的重力條件產(chǎn)生適宜反應(yīng)。

失重對(duì)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也有重大的影響，主要表現(xiàn)為肌肉的萎縮，特別是伸肌肌肉的萎縮，肌肉的變化是腿圍縮小，腿部肌肉的收縮強(qiáng)度下降。肌肉萎縮的可能原因是：由于沒(méi)有必要支持體重以及維持姿勢(shì)使肌肉活動(dòng)減少而引起的；可能是由于失重引起肌肉張力的松弛，工作時(shí)肌肉收縮力明顯減低，本體感受器傳人沖動(dòng)減弱，因此通過(guò)反射弧傳出的沖動(dòng)也減少，因而肌肉的神經(jīng)支配作用也被減弱了，神經(jīng)對(duì)肌肉的營(yíng)養(yǎng)作用也減弱了；在分子機(jī)制上，失重還可使肌肉中的ADP不能有效的形成，影響了線粒體的呼吸和ATP的生成，導(dǎo)致肌肉組織的營(yíng)養(yǎng)及代謝紊亂，肌纖維結(jié)構(gòu)的改變和萎縮；失重還可導(dǎo)致鈣的喪失，而肌原纖維的收縮和ATP酶的活性受肌漿中鈣離子的調(diào)節(jié)，鈣的損失反過(guò)來(lái)影響肌肉的收縮力量。宇航員在長(zhǎng)期的航天飛行中加強(qiáng)肌肉鍛煉可以延緩這種肌肉萎縮，回到地面重力環(huán)境中后，進(jìn)行積極的肌肉鍛煉可以逐步使肌肉萎縮得到一定的恢復(fù)。

長(zhǎng)期失重會(huì)引起人體的骨鈣質(zhì)代謝紊亂。人體失重后，作用于腿骨、脊椎骨等承重骨的壓力驟減，同時(shí)，肌肉運(yùn)動(dòng)減少，對(duì)骨骼的刺激也相應(yīng)減弱，骨骼血液供應(yīng)相應(yīng)減少。在這種情況下，成骨細(xì)胞功能減弱，而破骨細(xì)胞功能增強(qiáng)，使得骨質(zhì)大量脫鈣并經(jīng)腎臟排出體外。骨鈣的丟失會(huì)造成2個(gè)后果：骨質(zhì)疏松和增大發(fā)生腎結(jié)石的可能。機(jī)體鈣每月喪失量約相當(dāng)于體內(nèi)總鈣量的0.3％～0.5％，隨飛行時(shí)間的延長(zhǎng)而持續(xù)進(jìn)行，這種骨質(zhì)疏松一旦形成，回到地面重力環(huán)境下也難以逆轉(zhuǎn)。目前這仍然是航天醫(yī)學(xué)需要解決的難點(diǎn)問(wèn)題。

3、失重對(duì)人體消化系統(tǒng)機(jī)能的影響

地面模擬失重的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，失重時(shí)蛋白質(zhì)和脂肪性食物由胃排出的功能有明顯障礙，并伴有吸收功能異常。進(jìn)入失重狀態(tài)的初期時(shí)，人體常見(jiàn)的消化道反應(yīng)是出現(xiàn)唾液分泌增加，胃有不適感、惡心甚而嘔吐，這些現(xiàn)象雖與前庭反應(yīng)有關(guān)，但胃腸功能的紊亂已屬明顯。失重時(shí)胃上皮細(xì)胞產(chǎn)生黏蛋白的能力顯著降低，表明胃黏膜的保護(hù)作用有所減弱，氨基酸與鈣、鈉、鉀、鎂等主要離子的吸收亦受影響；大腸隱窩杯狀細(xì)胞中唾液酸化多糖和硫化多糖量增加，這可能與大腸運(yùn)動(dòng)功能障礙所引起的分泌液排出減緩有關(guān)。

4、失重時(shí)人體前庭功能的變化

前庭器官是感受空間位置、維持平衡和調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)的感覺(jué)器官。生活在地球上的人無(wú)論處于靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，前庭器官的耳石總是受到地心引力的作用，在航天中人處于失重狀態(tài)，耳石受到的刺激發(fā)生改變，引起一系列前庭反應(yīng)(眩暈、反旋轉(zhuǎn)感覺(jué)和位置錯(cuò)覺(jué))、前庭軀體反應(yīng)(眼震、平衡失調(diào))和前庭植物神經(jīng)反應(yīng)(面色蒼白、出汗、惡心和嘔吐等)。在失重狀態(tài)下，即刻出現(xiàn)的有漂浮感、下落感、頭倒位錯(cuò)覺(jué)、傾斜錯(cuò)覺(jué)等，除這些錯(cuò)覺(jué)外，還可出現(xiàn)眼球震顫。比較嚴(yán)重的癥狀有上腹部不適、食欲減退、厭食、惡心和嘔吐等，導(dǎo)致航天運(yùn)動(dòng)病。引起航天運(yùn)動(dòng)病的主要原因是失重和在失重條件下作頭部運(yùn)動(dòng)。在發(fā)病機(jī)理中，前庭器官起主要作用，視覺(jué)、本體感覺(jué)和心理因素也有一定的影響，前庭功能喪失的人不發(fā)生運(yùn)動(dòng)病，限制頭部的運(yùn)動(dòng)可緩解這些癥狀。

失重時(shí)前庭器官的功能的變化還表現(xiàn)為其敏感性降低，姿勢(shì)平衡能力下降。在失重環(huán)境下，前庭器官的耳石的形態(tài)發(fā)生改變，鈣含量降低。

5、失重對(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)機(jī)能的影響

在失重狀態(tài)下，神經(jīng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)、感覺(jué)和高級(jí)功能都有所下降。失重狀態(tài)下，各種感覺(jué)功能，尤其是感受重力刺激和參與空間定向的感覺(jué)功能產(chǎn)生不同程度的變化，視覺(jué)系統(tǒng)的各種功能的下降程度在5％—30％以內(nèi)，較復(fù)雜的視覺(jué)功能在失重初期有較明顯下降，其中紅色敏感度下降值最大，眼球的運(yùn)動(dòng)也有所改變。

失重時(shí)，航天員的工作效率受到不同程度的影響，人的記憶能力和注意能力有明顯的下降，據(jù)俄羅斯航天員報(bào)告，在飛行的前半個(gè)月，出現(xiàn)緊張、有效記憶力減退，忘記5min前發(fā)生的事情，遺忘地面上已掌握的知識(shí)的現(xiàn)象。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中表明航天條件對(duì)高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)有影響，大白鼠神經(jīng)組織化學(xué)研究表明失重條件下與生物應(yīng)激功能有關(guān)的下丘腦視上核分泌神經(jīng)元的活動(dòng)增強(qiáng)，細(xì)胞漿中分泌顆粒呈彌散式分布，而脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中的蛋白質(zhì)濃度和核糖核酸濃度下降，與運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)有關(guān)的小腦蒲肯野細(xì)胞中核糖核酸含量也明顯的下降。

在航天條件下，人的睡眠也受到明顯的影響，表現(xiàn)為睡眠困難，睡眠時(shí)間少，產(chǎn)生該變化的原因更可能的是太空環(huán)境和人體的生物鐘的不吻合。

6失重對(duì)人體免疫機(jī)能的影響

失重狀態(tài)下，人體的免疫功能減弱。俄國(guó)學(xué)者在國(guó)際空間站的研究結(jié)果表明，人的單個(gè)免疫細(xì)胞并不受失重狀態(tài)的影響，仍然具有尋找、識(shí)別并攻擊“異類”細(xì)胞的能力，但是整體的免疫系統(tǒng)在失重狀態(tài)下會(huì)發(fā)生功能減退。

人體的結(jié)構(gòu)和機(jī)能保證了人對(duì)地球環(huán)境的適應(yīng)。載人航天實(shí)踐證明，失重對(duì)人體的生理機(jī)能有很大影響，但不像原先想象的那樣嚴(yán)重。人在失重條件下連續(xù)生活工作365d，返回地球后經(jīng)短期休息，可完全地恢復(fù)健康，并未發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的生理變化。隨著航天醫(yī)學(xué)的發(fā)展，人們會(huì)發(fā)現(xiàn)更多有效的方法和措施來(lái)防治失重對(duì)人體的不利影響。