在微重力環境中長期停留如何影響宇航員的身體?

國家空間生物醫學研究所主任傑弗裡·薩頓和美國國家航空航天局空間醫學與健康保健系統辦公室主任尼扎·辛特倫解釋道。

太空是一個嚴酷的環境,以多種方式影響身體。在微重力環境中,骨質流失的速度為每月1%到1.5%,導致與年齡相關的變化加速,類似於骨質疏鬆症。骨密度和強度的降低在一些骨骼區域更為明顯,例如骨盆,儘管大部分流失在返回地球后是可逆的。長期暴露於失重狀態也會增加腎結石和骨折的風險,這兩者都與骨骼脫礦質有關。此外,研究表明,微重力會改變骨骼在骨折後癒合的能力。

在太空長期停留也會影響肌肉。肌肉質量、力量和耐力會下降,尤其是在下肢。肌肉效能的變化,加上微重力對結締組織的影響以及不同強度活動的需求,使宇航員面臨疲勞和受傷的風險。


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心臟是一種獨特的肌肉,心臟功能減退和可能發生的心律失常是在太空飛行中面臨的擔憂。然而,這些心血管變化和風險的細節尚不完全清楚。在微重力環境中,體液會從四肢重新分佈,這會導致飛行期間面部浮腫以及心血管生理學的變化。返回地球后,一些宇航員會出現直立性反應受損,這意味著當他們從躺臥姿勢變為坐姿或站姿時,血壓會異常降低。

同樣,微重力也會影響神經前庭系統——這是一個整合的神經感覺、運動和大腦回路,使人類能夠保持平衡、穩定視覺並理解身體在位置和方向方面的方向。暴露於微重力環境通常會導致從長期任務返回後出現方向障礙和神經肌肉協調能力下降。著陸後,宇航員可能會在站立、穩定視線、行走和轉彎方面遇到問題。

在太空中,晝夜節律會被打亂,因為24小時的晝夜迴圈不存在。睡眠不足、與工作量相關的壓力、高績效期望以及社會心理因素都會在長期任務中影響身體。儘管營養攝入充足,但身體也會出現血容量減少、免疫缺陷和短暫的飛行後貧血(紅細胞水平低)。

太空輻射富含重離子,對長期任務中的人類構成最大的風險之一。輻射可能誘發白內障和癌症,並對許多生理過程產生不利影響。

隨著太空任務變得越來越長,關於太空環境如何改變身體,以及複雜的生理和心理變化如何隨任務時長變化,還有很多東西需要學習。

讀者還詢問醫生建議宇航員採取什麼措施來抵消這些影響。

宇航員和機組人員經過精心挑選、培訓和監控,以最大限度地降低風險並促進健康和安全。航天器、飛行中醫療護理能力和對抗措施協議以及飛行後康復都在不斷改進。在長期任務中,鍛鍊能有效最大限度地減少大肌肉萎縮,宇航員使用功率腳踏車和帶有向下壓力的跑步機來保持健康。某些任務,例如艙外活動,通常不會在體液重新分佈穩定且宇航員有機會適應太空後才執行。在重返地球引力之前,增加液體攝入量有助於最大限度地減少直立性低血壓的影響。

美國國家航空航天局和國家空間生物醫學研究所的醫生和研究人員正在尋求開發和驗證長期太空飛行的醫療技術和風險管理策略的方法。這些團體希望提高機組人員的飛行中診斷和治療能力,使其與當前的醫療保健服務標準相稱。他們還在尋求透過尋找減少微重力不良影響的新方法來提高在太空長期停留能力的方法。

正在實施和進一步研究不同的光照強度和波長,以誘導宇航員的晝夜節律,並調整機組人員的睡眠-覺醒時間表,為關鍵事件做準備,例如航天器之間的對接。航天器(包括國際空間站)上的特殊遮蔽有助於防止太空輻射的有害影響。此外,當輻射暴露特別高時,例如在太陽耀斑期間,會調整任務。

藥物已被證明可有效治療太空運動病和直立性低血壓,其中一些藥物可能有助於減少骨質流失。研究人員繼續尋找新方法來抵消與長期太空飛行相關的身體變化,無論是透過飲食、鍛鍊、藥物還是策略組合。

答案最初發表於2003年10月6日。

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