人在太空中与在地面上有什么不同

庄祥昌

载人航天与驾驶飞机有很大不同，主要有两点：1痹厝撕教斐美国和前苏联在发展初期，航天员持续飞行时间较短外，以后的持续飞行时间都比较长，最长的达到将近438天，大大超过了飞行员的持续飞行时间。2狈苫的飞行高度一般在20公里以下，而载人航天器的飞行高度一般在300公里左右，航天员不仅处于高度真空环境，还会受到较强的宇宙辐射、温度骤变、失重(微重力)、超重等因素影响。为了保证航天员在空间环境中能正常工作和生活，工程上在载人航天器内要设计一整套生命保障系统，使航天员在宇宙空间中能处于与在地面上基本一样的环境。在载人航天活动的诸多不利因素中，失重对人的生理影响比较突出。

失重是因载人航天器在绕地球轨道飞行时的离心力与地球的引力(重力)大小相等，但方向相反引起的。严格地讲，当载人航天器作绕地球轨道飞行时引起的是微重力状态，不是完全失重状态，因为离心力与地球引力不可能绝对相等。

人类一直生活在地球上，受地球引力的影响，已适应了这样的环境。一旦失去地球引力的影响，人的生理会发生很大变化。人处于失重环境与在地面上有两大差异：1比苏驹诘厍蛏希血液和体液容易滞留在下半身和下肢；而在失重时，会引起血液和体液再分配，血液和体液将涌向头部和上半身，而导致一系列生理反应。2比嗽诘孛嫔匣疃、行走要靠肌肉用力；而在失重时，人处于飘浮状态，只要用很小的力就可使身体移动，久而久之，肌肉就要退化，并且还会引起骨骼变化。

失重引起的生理变化及其原因

人长期处于太空重力（微重力)环境下究竟会引起哪些重要生理变化呢?

1币滓起“空间运动病”或称“空间适应综合证”。主要症状是呕吐、厌食、头痛、不适和昏睡。“空间运动病”常在航天的头两三天出现，几天后会自动消失，而且不会重复出现。产生“空间运动病”与神经－前庭系统功能失调有关，但发病机理至今未能研究清楚。有几种假说：①感觉矛盾或感觉重新排列理论：在地面上，人的空间定向能力主要依靠的是耳石器－重力和线性加速度信息感受器、半规管－角加速度信息感受器、视觉信息感受器和本体压力信息感受器。在正常情况下，这些信息是协调的、互补的。但在失重情况下，这些信息可能发生冲突，或者与早先存储的信息产生矛盾而诱发“空间运动病”。

②体液重新分配理论：失重时，血液和体液涌向头部，改变了颅内压，内耳体液聚积，影响了前庭器官的功能。

③前庭迷路不对称或耳石不对称理论：内耳中的左、右耳石存在着固有的重量差异，但在地面上，人体已习惯了这种差异，使前庭功能保持稳定。但在失重时，由于耳石重量消失，不存在重量差异，使原先中枢神经系统出现了不适应，引发了“空间运动病”。

2毖液、体液、电解质发生变化：航天后许多航天员都红细胞减少，但每个人减少量不完全相同，有的可减少200毫升，但航天员无不适感。飞行11～20天的航天员血蛋白约下降12.7％，飞行21～50天约下降33％。红细胞减少的原因主要有两种假说：①与呼吸高浓度氧量有关。美国在载人航天初期阶段，航天器舱内曾采用1/3大气压，100％纯氧。生活在高氧量环境下, 可直接影响与正常红细胞功能有关的酶系统的作用，缩短红细胞生存时间。②由于失重使红细胞生成受到抑制，导致红细胞减少。

人在航天后可看到白细胞增加。航天员的身体水份、细胞外体液、细胞内体液和组织间隙液体的含量在航天后都有所减少。

电解质是维持人体正常生理功能不可缺少的物质。电解质主要指氧、钠、钾、钙、镁等元素。人在航天后，这些电解质有不同程度的减少。这可能与航天过程中食量减少，摄入的电解质也相应减少，加上体液丢失，排尿增多，电解质随之排出增多有关。

3毙难管调节功能变差：失重初期，航天员心率加快很多，以后心率逐渐下降，但仍较在地面时高。有的航天员可出现心律不齐等症状。飞行中做下体负压试验, 心率平均增加54％～57％，说明下体负压试验引起的反应加重了，耐力下降，容易引起血压突然下降发生晕厥。

4奔∪馕缩：失重时由于体力负荷相对减少(但出舱进行劳动时，体力负荷要增加)，骨骼肌产生萎缩，下肢萎缩程度大于上肢，抗重力肌(与保持直立姿势有密切关系的肌肉)萎缩程度大于非抗重力肌。飞行后用肌力计测量航天员上、下肢的伸屈运动力量，基本上都下降了，下降程度与飞行时间长短以及在太空中体育锻炼强度大小而有所不同。一般讲，上肢屈肌力量约下降5％，伸肌力量变化不大。下肢屈肌力量约下降15％，伸肌力量约下降20％。因此，航天员返回地面后感到无力、疲劳、站立和行走困难，有时感到肌肉疼痛。

5惫趋劳迅疲汉教旌螅航天员骨质密度都有不同程度的下降，说明骨质中矿物质(主要是钙)有所减少，可丧失0.5％～8％。如不采取防治措施，脱钙严重可引起一系列问题：①骨质疏松，易引起骨折；②由于脱钙，可影响肌肉功能；③血和尿中钙的成分如果过高有可能引起肾结石或尿结石，特别是长时间航天，可能性更大；④由于身体内电解质成分改变，影响体内环境的平衡，神经传导受到影响，也可能引起凝血障碍。所以，失重引起骨骼脱钙广泛受到航天医学界的重视。

人对失重的适应过程

载人航天就要发挥人的作用，因此保证航天员身体健康是航天医学的重要任务。为了减轻失重(微重力)对人体不利影响，一方面应对不同生理机能反应采取不同的防护措施，另一方面也要靠人体发挥自身的适应能力。由于人体各生理系统功能上的差别，适应过程的快、慢有所不同。大体上人对失重的适应过程可分三个时期：

1庇激期：开始于进入失重环境，表现为定向反应、空间错觉和运动协调障碍，出现前庭－植物神经反应不适感，还有心血管功能减退、肌肉萎缩、骨骼脱钙等现象也相继发生。这一时期持续时间长短随不同的生理功能而有所不同，有的延续约一昼夜，有的约一周或更长些时间。

2笔视ζ冢嚎始出现感觉和功能偏离的现象逐渐消失，机体出现代偿反应，因失重引起的变化逐渐减弱。到目前为止还不能准确地测定该时期持续时间有多长，这要取决于机体的个体特征和各生理系统的功能。一般来说，大约持续4～6周。

3币咽视ζ冢菏侵干理反应在新的环境下基本上达到稳定, 此时期多数生理反应趋向稳定。各子系统的生理反应虽仍会有波动，但波动范围较小，随着空间飞行时间的延长，生理变化会越来越小。

图一是航天员在太空飞行时，各生理系统适应过程示意图。从图中可见神经－前庭系统的适应过程最快。体液和电解质的变化在航天头半个月较明显，以后变化逐渐不明显，经几个月还不能恢复到飞行前状态。心血管系统在航天时也有明显变化，经一个月左右变化有所减轻，但也不能完全恢复到飞行前状态。红细胞变化速度较心血管、体液和电解质等要慢，而恢复却比较快，经数月后可基本恢复到飞行前状态。骨骼脱钙和肌肉萎缩是随航天时间的延长而越来越严重，航天数月也不能使症状停止发展，尽管到后期脱钙和萎缩速度有所减慢。

当飞行结束，航天员返回地面，又会出现不适应现象，要经过一段时间后才能重新适应地面环境，这称为“再适应”。再适应过程与飞行时间长短、人体机能状态、是否采取有效防护措施等而有所不同，但其一般规律可用图二示意图表示。

航天员返回地面后，特别是降落在海面上遇到颠簸时，更易出现运动病。此外还会出现平衡功能不稳，下肢无力，行走不稳，想躺下，感到似乎有重量压在身上的现象，一般经两三天后症状可有很大好转。

绝大多数航天员返回地面后，体重要比飞行前平均减轻2～3公斤。体重下降与水份、血浆减少、骨骼肌肉萎缩有关。肌肉重量的恢复大约需经一个月。失重引起的脱钙经数周才能恢复。返回地面后，心血管调节功能下降也比较明显，做立位和下体负压试验表明，耐力普遍下降，要经数日到两周左右才能恢复。红细胞也要经一个月左右的时间才能恢复。■