长期载人航天的三大难题

阿波罗11号航天员奥尔德林

未来航天医学研究的三大问题是宇宙辐射的后效应、骨骼矿物脱失和肌肉萎缩、以及航天员的心理和行为障碍。美国国际空间站建成以后准备进行的生物医学研究也是这三个问题。

难题一：如何减少宇宙辐射的后效应

航天飞行中的环境因素除了微重力以外还有宇宙辐射，宇宙辐射对人体生理系统的影响最严重的是生殖系统。

在男性生殖系统中精原细胞是人体内对辐射最敏感的细胞。辐射暴露水平最低只要10雷姆（人体伦琴当量）就能导致精子生产减少；暴露剂量50雷姆即可导致暂时的不育症。如果一次暴露后在精液中能产生永久性的精子缺乏，这种剂量也可致人死命。长期小剂量的暴露虽然不会致命但可导致不孕症。如果人体的性腺被暴露于辐射，不孕症虽然重要，但更可怕的是遗传后遗症。

女性的卵巢不像男性的睾丸，在睾丸内精原细胞不断更新换代，而卵巢内卵母细胞的供应是固定的，而且从出生后就有。由于卵母细胞不像一般细胞那样积极进行有丝分裂，这种细胞具有酶修复系统。卵巢对辐射引起的遗传效应更敏感，而且辐射对卵母细胞的影响是累积的。一次剂量到达300至400拉德（吸收剂量标准单位），卵巢中的卵母细胞即被杀死，同时雌激素也停止分泌。如果是多次小剂量的暴露，机体对辐射的耐力就增强，卵母细胞也会从累积辐射损伤中得到一定程度的恢复。

对于男性航天员，虽然航天飞行对垂体——性腺轴的影响尚未完全搞清楚，但是已经发现一种可逆的睾丸功能障碍，而且大鼠和人在航天中和航天后均出现睾酮水平下降。因为睾酮是在黄体激素的刺激下由睾丸的间质细胞分泌的，睾酮水平的下降表明垂体——性腺轴的混乱。如果是这种情况，就说明生殖上皮细胞的功能异常，从而减少精子的产生。

反流性行经被认为是子宫内膜异位症和不孕症的病因。在地球重力情况下，反流性行经一般仅限于骨盆；但是在微重力情况下，反流性行经不仅增多而且将扩散到整个腹腔。在地球上，紧张和过度运动可以导致不排卵，还导致持续的雌激素增多，后者又可导致子宫内膜增生和阴道过度出血。而在微重力情况下，紧张和过度运动可能导致性腺机能减退，雌激素水平降低和闭经。因此在长期航天飞行中，安排航天员进行比较剧烈的体育运动可以保持心血管和肌肉骨骼系统的健康，但也增加了性腺机能减退、雌激素水平降低和闭经的风险。当然采用激素疗法、口服避孕药或其他措施可以预防和治疗。

宇宙辐射除了造成人体生殖系统的损伤外，还有致癌的风险，还能导致中枢神经系统的损伤，组织变性，引发心脏病、白内障、呼吸系统病变和消化系统疾病等，如果是受到大剂量照射，还可能导致急性放射病，甚至死亡。

难题二：如何面对肌肉骨骼系统的损伤

太空微重力对人体最明显的生理影响是骨矿物质密度，肌肉质量和肌肉功能的变化。骨矿物质丧失的严重后果是骨折、肾结石和伤口不易愈合。在长期航天中航天员一旦发生骨折，特别是航天员在火星上，对骨折是采取用内固定、外固定或是电刺激？目前还没有定论。由于现在科学家对微重力引起骨矿物质密度丧失的机理尚不清楚，因此没法找到有效的对抗措施。航天员在航天飞行中，每天要丧失250毫克的骨钙，而返回地面后体内骨钙的恢复则缓慢得多。俄罗斯和平号空间站上的航天员，每月骨矿物质密度的丧失是全身的1%，其中主要是承重骨，如股骨头、骨盆、股骨颈和脊椎，而非承重的上肢，骨矿物质密度的丧失不明显。骨矿物质密度的丧失一般都伴有高钙尿症，这是导致肾结石的主要原因。虽然钙代谢与骨密度的变化是可逆的，但是钙代谢与骨密度的恢复，跟其产生相比是比较缓慢的。有人建议，在长期航天中选拔一些骨骼质量较重的航天员，这种方法虽然不能防止骨矿物质的丧失，但由于他们的骨矿物质密度较高，可以降低在航天飞行中发生骨折的风险。

在航天飞行5天后，可以观察到人体肌肉的明显萎缩。不过骨骼肌的这种变化还属于一般的生理失调，即在微重力环境下肌肉功能由于负荷减轻后产生的适应性反应，而不是病理性改变。但如果突然返回地面重力环境，对已经变弱的肌肉施加重负，就可能出现航天飞行后病症，如肌疲劳，肌无力，动作不协调和延迟性肌酸痛等。在动物实验中，发现航天飞行期间大鼠的微循环发生明显变化，主要是体液向头部转移、返回地球重力后又发生水肿和缺血性组织坏死。在微重力条件下机体对低负荷适应后如果重新施加负荷可能会导致肌肉的结构性损伤。

文章来源：《航天医学与医学工程》 网址: http://www.htyxyyxgc.cn/qikandaodu/2020/1120/384.html