太空中的人体挑战

邢堃 康程

人体在太空中闯几关

人类身体是为了适应地球环境而生的，身体许多部分已经进化到能对日出日落或向下拉力等习以为常的环境做出调整，当航天员长时间停留在太空轨道时，生物系统就会发生变化，影响任务的执行甚至危害生命健康。

第一关：重力环境变不停重力环境转换包括微重力（ 空间轨道）、低重力（ 月球和火星表面）、正常重力（ 地球表面） 和超重力（ 航天器发射与返回过程） 等重力环境，人体在这些重力环境中转换都会导致神经生理反应和适应变化。重力变化是最重要也是最具特色的航天环境因素，是航天员航天飞行中骨质疏松、飞行后立位耐力不良发生的直接原因，也是航天员心血管失调的主要致病因素。

第二关：失灵的平衡系统

飞行是人体从二维平面转到三维空间运动的过程，此过程中由于人体的不适应常会导致运动错觉。运动错觉就是人体感知到的运动状态和真实的运动状态不符。通常情况下，当头部做出倾斜到一侧肩膀的动作时，重力将耳锥晶体牵引至内耳的毛发上向大脑发送头部已倾斜的信号。但在微重力环境下，没有足够的引力告诉大脑：头部已改变了位置。在航天员进入太空的头几天，他们会迷失方向，长期暴露在微重力下意味着他们返回地球后，需要一段时间恢复才能重新适应地球重力环境。

第三关：频繁的昼夜更迭

在环绕地球轨道的航天飞行时，航天员大约每1 . 5 小时就要经历一个白天与黑夜的更替。那么航天员飞行前的一昼夜2 4 小时在太空中就相当于1 6个昼夜。你出国回来还需要倒时差呢，航天员在如此大的生物节律变动下，经脉气血的运行、脏腑功能的盛衰及阴阳消长变化都会产生重大影响。

第四关：太空辐射风险高

在执行航天空间站任务或深空任务时，不可避免地会接触到宇宙的各种电离辐射，这些射线包括太阳粒子事件、宇宙本底射线以及地球辐射带，主要包含电子、质子和重离子。过多地暴露于太空辐射对于航天员来说是一种职业风险，有一定患癌症和患心脏病的风险。

第五关：外太空的“家”并不“温馨”

航天器狭小拥挤的环境，使航天员的活动受到限制，这种状态可能影响气血运行，出现气滞血瘀的表现。另外，航天器的电机风扇、空气动力、泵维持循环系统和实验设备等会产生大量噪声，且这些噪声是持续的、不可避免的，航天员不能拥有一个真正意义上安静的环境使双耳得到休息，连睡觉都要忍受嘈杂的航天器环境。

太空里的健身达人

从1961年第一位航天员进入太空开始，科学家就对航天员的各项生命体征进行监控。研究表明，航天员普遍存在骨质及肌肉质量降低、免疫功能下降等问题。

航天员执行航天任务时发生的骨质丢失主要由微重力引起。人体正常的骨组织不断进行改建活动，包括骨吸收和骨形成两个方面，且这两方面彼此平衡。在平衡过程中发挥作用最大的两种细胞分别为成骨细胞和破骨细胞。然而，微重力会影响成骨细胞的功能，并且诱导激动蛋白微丝破坏和骨质丢失。成骨细胞增殖受损在微重力诱导中起着重要作用，并且微重力会引起成骨细胞细胞周期不平衡，进而导致成骨细胞异常增殖。在航天飞行中，太空中的电离辐射会损伤骨骼。

人类在地球上的生存方式多数为站立或者坐着， 骨骼肌肉系统支撑着这些姿勢并驱动人体运动。重力作用于人体产生沿人体纵轴的压力， 使骨骼肌肉存在机械力的作用。然而在航天飞行和模拟微重力条件下， 人体纵向的压力变得很小甚至消失。因此，会出现骨骼的骨质流失， 肌肉萎缩的状况。为此， 航天员每天都需要利用较长时间进行运动， 以缓解这一系列问题的发生， 如踩自行车功量计、在微型跑道上跑步、拉弹簧拉力器、做徒手体操、穿负压裤等。

太空中沸腾的体液

假如不穿航天服直接暴露在太空中，除了缺氧你的身体还会发生什么？你的体液会沸腾！想不到吧？

体液沸腾是体液中一种气泡形式， 是人体由于缺乏大气压力而引起的一种可能致命的现象。在初中物理课上我们学过， 水的沸点取决于气压， 且两者成正相关， 气压越高沸点越高， 气压越低沸点越低， 我们平常所说的100 ℃ 的水沸腾， 那是有一个现行条件， 气压是一个标准大气压（101.325千帕）。这就是为什么到了海拔比较高的地方水很容易烧开的原因，例如在海拔3650米的西藏拉萨， 水的沸点只有88 ℃， 到了这个温度水就会沸腾汽化不会继续加热， 而在高压锅内由于气压的增加水的沸点能够达到125℃。而且当气压只有6.27千帕（海拔19.2千米处的气压）之时， 水的沸点将会降为37 ℃。人的正常体温大约为37 ℃，如果有人处在气压为6.27千帕的低压环境中， 那么， 人体内的水就会达到沸点，水会剧烈汽化。

在太空中没有外部压力的情况下，体液（唾液、眼泪、汗水等）的沸点大大降低，因此它们立即开始蒸发。幸运的是， 血液不会沸腾，因为血液循环系统能维持血压稳定，防止血液沸腾。然而，溶解在血液中的氮分子可以汽化，导致血液循环组织膨胀，身体会膨胀至原来的2 倍， 导致一些器官组织严重受损。幸而我们的皮肤拥有足够的弹性，可使人体内部容纳蒸汽从而防止在太空环境下身体膨胀至一定程度。如果恢复至正常大气压，膨胀的身体就会恢复至正常。

人类对太空的探索从未止步。伴随着多学科的发展， 人们对于航天飞行中人体的研究也越来越全面。