足也到太空凑热闹

航天员在进行“Foot 实验”

在太空进行的航天医学研究中，一向唱主角的是人体的心脏、脑、血管、前庭器官、骨骼、肌肉、内分泌等器官。但是，这次“足”也露面了，它也来凑热闹，最近在国际空间站的医学研究计划中头一次露脸，过了一把“当主角”的瘾。

2002-2006年，在国际空间站第6、8、11、12宇航组执行任务期间，航天员们完成了美国航宇局的一项名为“太空中足/地反作用力” 的实验（简称Foot实验）。这项实验不仅是航天医学家们十分感兴趣的一个研究课题，也是美国航宇局对学生进行航天知识教育的一项实验。参加此实验的有12年级的中学生、大学生和研究生，他们参与了数据运算法则的研发和一些实验技术工作，也参与了地面的硬件试验和医学实验，以及后期的结果分析和总结。下面就让我们来了解一下“足”能够在太空实验这个大舞台中占一席之地的理由和它是如何完成这项重要任务的。

“足”登上太空实验舞台的原因

航天员在地球轨道飞行时，都是生活在特别为他们设计的座舱里，即便到舱外，也是在舱外航天服的保护下，太空的真空、辐射、高低温等致命恶劣环境危害不到他们。但是，他们却逃脱不了太空微重力环境的“威胁”，微重力已成为“危害”航天员健康的主要凶手。50多年的航天飞行实践和研究证明，微重力是航天员健康的“杀手”，会影响到航天员的各个器官。当然，肌肉-骨骼系统也无法逃脱。对于肌肉-骨骼系统来说，由于失重, 人在太空中维持姿势和进行运动不再需要对抗重力的作用，可以“飘飘然”地从一个地方“飞”到另一个地方，也可以不费吹灰之力就将一个人或重物举起，这使得肌肉-骨骼系统处于一种“废用”状态。时间一长，就出现肌肉萎缩和骨质疏松，飞行时间越长，这种变化越大。

航天引起的肌肉-骨骼改变，十分类似人进入老年时的改变。航天员返回地球后，会像老年人一样手脚不灵活，运动能力下降，跑不动，走不快。这对于执行短期飞行任务的航天员来说影响还不十分大，最多返回地球后适应一段时间就能恢复到飞行前的状态。但是，对执行长期飞行任务的航天员来说，不仅影响到航天任务的执行（例如，出舱活动和需要消耗体力的任务），在返回地球后，也需要很长时间恢复，甚至几年还不能恢复。进入21世纪后，人类要到月球建立长期栖息地、到火星探险，微重力引起的肌肉-骨骼变化和功能下降的问题就变得突出了。

为此，航天医学家们一直以来都十分重视微重力对肌肉-骨骼系统影响的研究，在地面和太空中进行不少研究，制定了许多防护措施，不惜工本地研制了很多小巧玲珑的运动器材，送到太空供航天员使用。航天员也在太空花费了不少宝贵的时间来实施这些措施，例如，长期飞行的航天员每天要花费2个小时左右来运动，结果成效不大，他们在返回地球后仍出现肌肉萎缩和骨质丧失。这说明目前采用的防护措施还不足以对抗微重力对肌肉-骨骼系统的影响，航天中的防护措施有待改进。

为什么会出现这个现象呢？在地面运动可以明显地提高人体的肌肉-骨骼系统功能，防止肌肉萎缩和骨质疏松，为什么在太空同样负荷量的运动就“失灵”了呢？一些航天医学研究者们认为可能是由于航天员在太空日常生活中（其中包括每日的运动和工作），作用在下肢骨骼和肌肉的力小于在地球上，使得航天员在太空日常生活和运动时作用在下肢的负荷量低于在地球上的负荷量，故引起肌肉-骨骼系统的“废用性”改变。可是，到目前为止，到底航天员在太空时足部受力有多大，还是个未知数。要制定有效的太空防护措施，必须首先知道太空中航天员在日常生活中足部受力的大小。这样，“足”就被请出来，在国际空间站的“Foot 实验”中扮演了主角。“Foot实验”不仅是研发今后微重力防护措施的重要基础，对认识、预防和治疗地球上的骨质疏松症和肌肉萎缩也有重要意义。

实验的实施

与地面试验不同，“Foot 实验”是一项在太空中进行的实验，地面实验即使失败了，还可以进行第二次、第三次……，最多多花些经费，研究人员多付出些时间。太空实验可是“一锤子买卖”，如果失败了，可能永远没有机会再进行这项实验了。所以，研究人员十分珍惜这次宝贵的机会，他们经过大量的调研，周密的实验设计，确定不仅要比较航天员飞行前和飞行中指定实验日里“足部”的受力大小，还要测量膝关节的活动范围、下肢肌肉容积、肌肉力量和骨密度的变化，这样才能很好地了解航天中下肢的运动状态和足部受力大小，比较出天地差别，为今后防护措施的制定提供实验数据。

文章来源：《航天医学与医学工程》 网址: http://www.htyxyyxgc.cn/qikandaodu/2021/0329/475.html