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发信人: champaign (原野), 信区: AerospaceScience
标  题: 太空飞行与人类老化
发信站: 紫丁香 (Sun Jan 23 17:50:47 2000), 转信

太空飞行与人类老化
韩冰
　　60年代初，美国航天局研究人员便开始注意到人们在太空飞行中产生的多种症状与
反映在地球上生活的老年人身上的某些症状很相似。与人类老化相关的健康问题研究结
果显示，人对低引力太空的生理适应过程所产生的症状同样出现在人类老化过程中。因
而，老年学家和太空生命科学家决定联手探索人类如何适应老化过程，如何适应模拟失
重太空并找到可能的解决问题办法。人们相信太空生物医学能够帮助理解人类老化的基
本原理，而老年学家的研究工作则有助于解释人类在太空失重条件下生理变化的原因。

太空飞行
　　早在1951年，即苏联宇航员尤里.加加林创造人类历史首次太空旅行108分钟的10年
前，美国空军航天医药学校的亨氏.哈勃在《科学美国人》上载文预见了太空旅行，特别
是失重情况下的人体反应。尽管大多数医生认为很难预测人体面对一种全新的挑战时可
能作出的反应，一次又一次的太空旅行已经揭示人体对这种新环境奇迹般的有时是十分
微妙的适应能力。但这仅仅是在过去的几年里，随着对700名宇航员在太空逗留大约58个
人年的经验数据积累，科学家才开始明白人体对失重环境会作出下列反应。科学家追踪
这方面的知识不仅是为了提高宇航员的健康水平，同时也是为长期生活在地面的人们着
想。
　　1.感觉上的地心引力
　　太空旅行中影响人类健康诸因素中失重是最重要的、处于主导地位的因素。在太空
飞行的过程中失重直接或间接地产生了一连串相互关联的反应，这些反应主要通过人体
的引力感应器管、体液和重力支撑结构来传递。最终整个人体，从大脑到骨骼全都作出
反应。当宇航员抓住太空飞行器的某个部位并前后拉动时，他们感到人体成了固定站而
飞行器在前后移动。这是因为人们长期以来在地球上依赖地心引力来感觉其它方面的信
息。我们的感官能够精确地提供关于人体质量中心和人体部件的相对位置等信息。这种
定位能力产生于人们将视觉和听觉信号与其它信息的结合，这些信息来自内耳前庭器官
，来自肌肉和关节，来自触觉和压力。许多信号取决于地心引力的规模与方向。
　　2.太空感冒症状
　　第二类失重条件下的影响主要表现在体液。在抵达失重环境最初几分钟内，旅行者
的颈部血管便开始扩张，面部开始浮肿。当体液流经肺部和头部时产生额窦和鼻腔堵塞
。这种症状和地球上的感冒十分相似，并将持续整个飞行过程。重体力活动可以改变体
内的液压并暂时缓和这种症状。不仅如此，在失重环境里人们的味觉和嗅觉都会改变，
只有辛辣食物能较好地表现它的原味。
　　所有这些症状的产生都是因为人的体液在太空飞行过程中失去了重量。人体重量的
大约60％是水，它们储存在人体细胞、血管、以及细胞和血管之间的空间。当人们在地
球上站立时体液的重量会通过人体产生各种力。从流体静力学角度来解释，跟体液柱直
接相关的血管里血压会随之升高。这跟人们潜入深水时的反应是一致的。对于一个静立
的个体而言，这种流体静力学的作用可以相当大。脚部的动脉和静脉压大约能够增加10
0毫米/汞柱，相当于正常动脉压的2倍和正常静脉压的好几倍。
　　3.肌肉与骨骼的反应
　　人们去太空作无论多长时间的旅行，回到地球后都会发现肌肉和骨骼的损失。在失
重状态里人体结构组分之间的各种力产生巨大变化。由于棺骨不再承受压力，人们的
身高增加2英寸左右。同时，在太空旅行过程中肌肉和骨骼发挥的作用与在地面时不尽相
同。人体最大的组织—— 趋肌肉是用来支撑人体直立姿态和支配人体各部分的� 动过
程。但这些用来克服地心引力的支撑系统在太空中却失去了它们原有的功能。另外，宇
航员在太空舱内运动时所需的肌肉与人们下楼时使用的肌肉不同，因此，某些肌肉迅速
萎缩。同时，肌肉自身的性质也发生了变化。这种变化主要体现在某些用来克服地心引
力的缓慢颤抖型纤维变成了能够作出快速反应的收缩型纤维。所有的变化都不会对宇航
员带来麻烦，因为他们只需在太空舱内从事很轻微的工作。但是如何保护宇航员的肌肉
以保证安全返回地面却是一个值得探讨的很现实的研究课题。
　　人体骨骼内含有有机和无机两类物质。有机物质赋予骨骼力量和稳定，而无机物质
则使得骨骼坚硬。同时，骨骼还起到细胞的矿物库作用以保证细胞的正常功能。俄罗斯
和美国的合作研究结果告诉人们：宇航员在太空执行任务期间大约每个月损失1％的上部
股骨、下部脊椎和髋关节。某些部位，如脚跟损失钙的速度比其它部位更快。动物实验
的结果显示，太空飞行过程中骨骼的形成过程亦减缓。
　　4.人体内脏的应变
　　失重环境除了对人的体液、肌肉和骨骼产生影响以外，同时也直接或间接地对人体
内脏器官带来影响。美国圣地亚哥加州大学约翰.维斯特领导的课题组和布鲁塞尔自由大
学在太空对人体肺功能进行合作研究并取得了地面实验室里难以取得的结果。在地面上
肺的上部和下部气流和血流呈不同形式。但人们不清楚这到底是地心引力的作用还是肺
功能的本质。直到最近太空研究的结果才清楚地证明后者是正确的。即便在失重的环境
里，肺的不同部位的气流量和血流量亦体现出不同的水平。科学实验还证明，在太空飞
行过程中宇航员胸腔内的器官如心、肺都失去了重量而导致肋骨骨架和胸腔放松并向外
扩张。与此相似的是脾、肾、胃、肠的重量随之消失而出现内脏上浮的感觉。
　　5.宇宙射线的影响
　　一个宇航员在倾斜的近地球轨道作太空飞行一年所吸收的射线量相当于地面上的10
倍。在月球上呆一年所吸收的射线量比上述情况高出7倍。不言而喻，飞向火星遭受的宇
宙射线影响可能更严重。从太阳突然流散出来的粒子，就像发生在1972年8月的那次，在
不到一天的时间内释放出的射线量比地球上年吸收量的1000倍还要高。幸运的是，这种
情况不常发生。另外，太空飞行器设计者专门添设了一种特殊庇护间以供宇航员在特殊
情况下作暂时躲避。
　　很明显，射线对于长期太空旅行者来说是十分令人窘迫的。它对健康的危害以及致
癌的威胁都令人担忧。由于几乎不可能在地球上模拟宇宙射线环境，科学家深入研究这
个问题就显得力不从心。尽管如此，研究人员相信通过使用合适的庇护装置和保护药物
，宇宙射线的潜在威胁可以被降低到为人们所接受的限度。
关于人类老化
　　人类一旦脱离地心引力，即便健壮的年轻人也会出现老迈症状。由于人口老龄化是
世界上诸多国家面临的一个现实的社会问题，科学家希望通过把不同年龄层次的人送上
太空以期搞清失重环境究竟是模拟老化过程还是加速老化过程。他们试图通过太空实验
找到控制失重环境对人体组织器官影响的方法并以此探索和改善生活在地球上的老年人
的医疗和健康。出于上述目的，美国航天局再次选中曾于1962年2月20日乘坐“友谊7号
”太空船沿地球轨道飞行的第一位美国宇航员约翰格林来完成这次科学实验。77岁的格
林于1998年10月29日乘坐“发现号”航天飞机再次升空。格林此次太空飞行的任务主要
包括这几方面的实验：
　　1.人体在失重环境下的平衡机能
　　人类长期以来在地心引力影响下进化，人体已习惯于依赖地心引力。人的中耳具有
一滩滩液体，当人的头部处于不同角度时，该液体便能轻触不同的头发细胞。同时，被
称为耳石的钙粒子在耳内充满凝胶的囊中到处滚动。人的身体变换姿势时，它们会刺激
不同的神经纤维。这些所谓前庭信号，加上触觉和视觉，使人们在地球上颇有定向感。
但在失重环境里，上述系统无法起作用。宇航员在太空飞行的头几天感到悬空飘浮、头
晕目眩、失去定向感。这是因为耳石在耳窝内自由浮动所致。
　　在美国约有1250万名老年人患有慢性平衡失常症，且多半病因不明。科学家期盼能
通过观察宇航员失去平衡再复原的过程来弄明白人体究竟如何适应改变了的环境和身体
状况。科研人员将对老太空人格林和另3名宇航员作精细的飞行前后的平衡测验。除他们
4人间相互比较外，还要将4人的测试结果与来自世界各地的健康与不健康民众作比较。
负责这项实验的美国太空总署生理专家查尔斯认为：若人类老化过程与太空飞行过程相
似，应能看到类似的反应。
　　2.失重环境下人体肌骨的应变
　　宇航员在作长期太空飞行期间大约每个月会丧失1％的骨质密度。只要宇航员保持悬
空飘浮状态，骨质便会持续丧失。目前尚不清楚以后是否能完全恢复。假如回答是肯定
的话，对这一过程的详细记述对患有较老年骨质疏松症的人来说将可能是一个福音。在
格林此次短暂的太空旅行过程中，研究人员主要通过监测他与其他同行宇航员尿中的钙
含量来分析他们的骨质流失有多快。
　　人体在失重状态下肌肉萎缩比骨质丧失更快，研究结果显示宇航员在太空飞行5天后
便会出现较严重的肌肉萎缩症。科学家将格林的肌肉消退情况同其余宇航员作对照以观
测特定激素在这一过程中扮演的角色。
　　3.太空旅行对心血管系统的影响
　　设想人的心脏与血管若不能抗拒地心引力，人们在下床时头部的血液会直接落到脚
上。为避免这种情况的发生，心脏在人们起床时加速工作使位于下肢的血管收缩。当宇
航员处于失重状态时这种直立系统的功能并不会消失。在没有阻力的情况下这些系统使
脑部供血过多，导致脸部肿胀，鼻腔堵塞。当宇航员身体开始适应时，全身液体总量会
减少1升之多，整个心血管系统松驰，心肌功能逐渐减弱。因而，当回到地球后没有几个
宇航员稳定站立10分钟而不觉虚弱。这种情况在从未登上太空船的老人中相当普遍。可
以预料格林此行并不能解决心血管循环系统的问题，但能使科研人员明白老化是否会使
这些情况变得更严重。
　　除此之外，科学家还将观测失重环境里人体免疫系统的变化和反应并进行改善宇航
员太空睡眠等多项实验。人类究竟能否在太空飞行中找到自身老化的答案目前尚难定论
。但可以相信，太空生命科学家和老年学家的这一联手行动一定会给生活在地球上的人
类的健康和发展带来有益的信息。

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    感情是一个难以驯服的野马
    理智却是一个严厉的马夫

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