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宇航员太不容易了!研究发现:6个月太空飞行或导致20年永久性骨质流失

作者: 时间: 2022-07-07 08:59 点击: 106次

冲出地球,进入太空,很酷,也令人自豪。

当前,人类一直希望并致力于探索地球之外的第二个家园。也许在遥远的未来,人类或许真的可以搭乘最新的航天器,逃离地球,冲出太阳系,到达新的宜居家园。

但是,已有科学研究证实,人的身体在脱离地球重力磁场之后,会受到太空微重力、辐射等的影响,甚至会出现无法逆转的伤害。

如今,一项最新的研究再次证实了太空飞行的危险性。

加拿大卡尔加里大学的运动科学家 Leigh Gabel 团队及其合作者,通过追踪平均年龄为 47 岁的 17 名宇航员(在太空中生活了 4-7 个月)发现,在持续 6 个月或更长时间的太空任务中,宇航员可能会经历相当于衰老 20 年的永久性骨质流失。

相关研究论文以“ncomplete recovery of bone strength and trabecular microarchitecture at the distal tibia 1 year after return from long duration spaceflight”为题,已发表在科学期刊《科学报告》(Scientific Reports)上。

带上你的“哑铃”

人类一旦脱离地球的重力和磁场,太空中的微重力和辐射,就会成为一个大问题。

长期暴露在微重力下,会导致宇航员大脑肿胀,包围大脑和脊髓的脑脊液增多,甚至影响视力。

同样,在微重力下,肌肉不会像在地面保持紧绷,就好比失去行动能力的人,缺乏锻炼以后,腿部肌肉就会显得很松散,并慢慢萎缩。

1970 年 6 月,当两名宇航员搭乘联盟 9 号从当时创纪录的 18 天太空飞行中返回时,其中一名宇航员身体虚弱,当他走出着陆舱时,甚至无法携带自己的头盔。

此外,太空辐射也可能会增加宇航员患癌症和其他疾病的风险。

自从人类飞离地球、踏入太空以来,科学家们已经无数次改进航天器的设计,也让宇航服穿起来更加舒适,但仍然无法使宇航员的身体免受来自太空的伤害。

尽管失重的宇航员们为保持体力每天都会在空间站内锻炼几个小时,但微重力下生命的其他问题仍未解决。

如今,科学家们正在设计的人造重力服、抗辐射药物和微型医疗工具,有望能在大约 10 年内准备就绪,从而保证未来太空旅行者的安全和健康。

在这项工作中,研究团队通过使用高分辨率外围定量计算机断层扫描(HR-pQCT),在 61 微米尺度上(比人类头发还要细)测量了宇航员的 3D 骨骼微结构,对小腿胫骨的骨骼结构和小臂的半径进行成像。

他们在宇航员太空飞行之前、宇航员从太空返回时,以及返回六个月和一年后的 4 个时间点,分别记录并计算了骨骼的强度和密度。

数据显示,在太空中生活不到 6 个月的宇航员,可以在回到地球 1 年后恢复太空飞行之前的骨骼强度。

而对于那些在太空中生活时间较长的宇航员,他们的胫骨会出现永久性骨质流失,相当于衰老了数十年。

为骨骼提供整体强度的微观组织消失后,即使在宇航员回到地球上后,也无法被重建,但剩余的骨骼组织会在一定程度上变厚。

对此,论文作者之一、加拿大卡尔加里大学的运动科学家 Leigh Gabel 表示,骨骼是一种活的器官,它们充满活力且活跃,并且不断在重塑,但是没有重力,骨骼就会失去力量。

另一个发现是,这些宇航员的小臂骨骼结构和半径几乎没有发生太大变化,一个可能的原因是,小臂骨骼不是承重骨骼。

对于这一现象,卡尔加里大学运动科学家 Steven Boyd 也给出了建议,即“增加在太空中的举重训练可以帮助减轻骨质流失的问题”。

法国圣艾蒂安大学的生理学家 Laurence Vico 认为,未来可能延长的太空飞行时间,会给宇航员造成更多的骨质流失,以及更大的恢复问题。

这尤其令人担忧,因为在未来的载人任务中,即使去往火星也将持续至少两年。

未来,Gabel、Boyd 和他们的同事希望能够深入了解宇航员在太空中停留超过 7 个月后会发生哪些变化。这一研究是进行中的 NASA 项目的一部分,该项目旨在研究一年的太空飞行对宇航员十几个身体系统的影响。

“我们真的希望能发现一个‘停滞期’,宇航员们会在一段时间后停止骨质流失。” Boyd 说。

航天员的努力

要成为一个航天员,着实不容易。

除了在太空中遭受微重力和辐射的伤害,宇航员在地球上,也要经过十分残酷的“魔鬼”训练。

例如,为了在飞船上升和下降的过程中,能够承受巨大的过载,始终保持清醒,正确进行操作,他们会进行超重耐力与适应性训练,在高速旋转的离心机中承受 8 倍的重力加速度。

他们也会进行前庭功能训练,做 360 度顺时针和逆时针的快速运转,同时上下前后摆动,主要目的是提高前庭功能稳定性,降低空间运动病的发生几率,减轻空间运动病的症状。

另外一项,是中性浮力水槽训练,航天员在模拟失重的训练环境下,进行出舱活动训练,特别是舱外行走、出舱装配和维修等舱外作业。

总之,在太空中完成的每一个动作,都是在地球上数倍努力的结果。

此外,为了确保宇航员可以笔直行走,未来的空间站内也很有必要配备一些人工重力机器,比如下躯负压系统(LBNP)。

当宇航员的身体从腰部以下被密封时,该装置会对宇航员下半身施加真空压力,真空重新产生重力的向下拉力,可以使得宇航员的脚牢牢地站在空间站地板上,并将体液吸向腿部。

但这些 LBNP 只是人工重力的早期形式,它们的优点是,与正在测试的替代品相比,它们可能更容易送入太空。

正如前面提到的,离心机可以通过离心力模拟重力,帮助宇航员在微重力环境下更好地工作。

但是,如何把想对笨重的离心机带上太空,还是一个大问题。

但无论如何,相信随着科学技术的进步,人类有能力让宇航员甚至更多人,更舒服地走出地球,在太空生活。

参考资料:

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

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

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