N北京日?qǐng)?bào) 新華社

當(dāng)?shù)貢r(shí)間2024年7月28日，美國(guó)女宇航員蘇尼·威廉姆斯在國(guó)際空間站進(jìn)行身體鍛煉

近段時(shí)間，美國(guó)女宇航員蘇尼·威廉姆斯成了地球人頗為關(guān)心的“太空人”。滯留在國(guó)際空間站近半年的她于10月25日返回地球，在最近流傳出來(lái)的照片上變成了“錐子臉”，面容憔悴，有醫(yī)生認(rèn)為她的體重正在迅速下降。11月12日，威廉姆斯通過(guò)視頻回應(yīng)稱，她的健康無(wú)礙，“錐子臉”的原因是由于“體液轉(zhuǎn)移”，其體重與進(jìn)入國(guó)際空間站時(shí)一樣，還通過(guò)健身增加了肌肉。

關(guān)于威廉姆斯的實(shí)際健康狀況不得而知，但人在地球和在太空的身體情況和生理機(jī)制的確是大不相同的。針對(duì)這方面的科學(xué)研究已有一些結(jié)果，同時(shí)仍有很多謎題有待科學(xué)家解開(kāi)。

“體液轉(zhuǎn)移”會(huì)不會(huì)形成“錐子臉”

雖然威廉姆斯發(fā)視頻稱自己一切正常，但有媒體報(bào)道，美國(guó)航空航天局（NASA）一名“直接參與此次任務(wù)”的匿名員工透露，威廉姆斯滯留國(guó)際空間站期間“無(wú)法滿足宇航員必須攝入的高熱量飲食，現(xiàn)在她瘦得皮包骨，當(dāng)務(wù)之急是幫助她穩(wěn)定體重，并希望扭轉(zhuǎn)這種局面”。

太空環(huán)境具有超低溫、強(qiáng)輻射、微重力和高真空等特點(diǎn)，還有高速運(yùn)動(dòng)的塵埃、微流星體和流動(dòng)星體，對(duì)于人類而言是特別危險(xiǎn)的環(huán)境。首先，長(zhǎng)時(shí)間身處太空，無(wú)論是在飛船還是空間站上，宇航員的肌肉、骨骼和器官都會(huì)受到超低溫、強(qiáng)輻射、微重力和高真空等環(huán)境因素的影響，隨著滯留時(shí)間延長(zhǎng)，體重的減少是必然的，只是或多或少而已。

威廉姆斯說(shuō)她看起來(lái)消瘦只是因?yàn)椤绑w液轉(zhuǎn)移”，那么，“體液轉(zhuǎn)移”是怎么一回事呢？

體液轉(zhuǎn)移在太空中經(jīng)常發(fā)生。地球上的重力環(huán)境會(huì)使人的體液主要集中在下半身，但在太空的微重力環(huán)境中，體液會(huì)更多地分布于上半身，可能導(dǎo)致臉部腫脹和腿部消瘦。也就是說(shuō)，體液轉(zhuǎn)移會(huì)讓頭面部更大，顯得更胖，卻不太可能形成“錐子臉”。

說(shuō)到胖瘦，在太空中，傳統(tǒng)的壓力式體重秤是無(wú)法使用的，宇航員通常用一種特殊的質(zhì)量測(cè)量?jī)x來(lái)稱重。質(zhì)量測(cè)量?jī)x采用直線加速度原理，依據(jù)牛頓第二定律來(lái)確定航天員的質(zhì)量。測(cè)量時(shí)，航天員要固定在人體支架上，然后被推至特定位置，支架在復(fù)位過(guò)程中，由恒力機(jī)構(gòu)（由凸輪、彈簧、定滑輪和鋼絲繩等部件構(gòu)成）施加一個(gè)恒定的力，促使航天員進(jìn)行勻加速直線運(yùn)動(dòng)。在已知恒力的情況下，通過(guò)公式來(lái)計(jì)算質(zhì)量。如果威廉姆斯在空間站使用這種測(cè)重方法，發(fā)現(xiàn)體重并沒(méi)有大幅降低，則大概率表明她的身體沒(méi)有大問(wèn)題。

此前有研究表明，由于宇航員的骨骼不像在地球引力作用下那樣承受重力負(fù)荷，所以骨骼會(huì)慢慢脫鈣并變得脆弱。平均來(lái)看，宇航員在太空中每個(gè)月會(huì)損失1%至2%的骨量，6個(gè)月最多損失10%（在地球上，老年男性和女性的骨量損失率為每年0.5%至1%）。這種情況可能增加宇航員骨折的風(fēng)險(xiǎn)，并延長(zhǎng)骨折愈合時(shí)間。返回地球后，部分宇航員的骨量可能需要長(zhǎng)達(dá)4年才能恢復(fù)正常。

宇航員可能面臨哪些太空風(fēng)險(xiǎn)

目前在太空連續(xù)停留時(shí)間最長(zhǎng)的宇航員是蘇聯(lián)的列里·波利亞科夫，為438天，美國(guó)宇航員弗蘭克·盧比奧連續(xù)停留了371天，緊隨其后的是美國(guó)宇航員斯科特·凱利，連續(xù)停留了340天。斯科特還有一位孿生哥哥馬克·凱利，他們的基因相同。因此，科學(xué)家通過(guò)對(duì)這四人和其他宇航員的對(duì)比，完善了“天上”“地下”的對(duì)照研究，獲得的研究結(jié)果更有說(shuō)服力，科學(xué)證據(jù)也更強(qiáng)。

其中，對(duì)斯科特雙胞胎的對(duì)照研究是全方位的，且持續(xù)了3年多。2019年4月12日《科學(xué)》雜志發(fā)表了NASA一份長(zhǎng)達(dá)20頁(yè)的研究報(bào)告。該研究設(shè)計(jì)了10個(gè)項(xiàng)目，包括雙胞胎宇航員的認(rèn)知能力、生化水平、表觀遺傳學(xué)、基因表達(dá)、免疫系統(tǒng)、代謝能力、微生物組、蛋白質(zhì)組、生理學(xué)和端粒長(zhǎng)度，有來(lái)自12所大學(xué)的80多名科學(xué)家共同參與。

研究總體結(jié)果表明，宇航員長(zhǎng)期生活在太空環(huán)境下，從微觀的分子和基因到具體的生理和行為都會(huì)產(chǎn)生種種改變，而且，這些變化大多是有風(fēng)險(xiǎn)的。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的大小，由高到低可分為3級(jí)。

在太空中的高級(jí)風(fēng)險(xiǎn)是基因和分子變化。比如，斯科特一些細(xì)胞里的染色體片段發(fā)生了突變、倒置，特別是與免疫系統(tǒng)有關(guān)的基因表達(dá)出現(xiàn)了異常。另外，他的染色體上的端粒也發(fā)生了變化，在太空期間端粒明顯延長(zhǎng)，在回到地球后端粒又加速縮短。斯科特回到地球后，基因中大約90%的變化復(fù)原。

太空中的輻射、零重力環(huán)境等是造成斯科特基因突變的重要原因，尤其是能穿過(guò)細(xì)胞的高能宇宙粒子。斯科特在2015年至2016年完成任務(wù)的太空站，正好處于高能帶電粒子范艾倫輻射帶下方，輻射量是地球的48倍。在地球上造成對(duì)斯科特這樣的基因損傷大約要50年，但在太空的輻射環(huán)境中，只需不到1年時(shí)間。而且，在太空中出現(xiàn)端粒變長(zhǎng)，并不意味著斯科特的壽命可能延長(zhǎng)（在地球上，端粒決定細(xì)胞分裂的周期和長(zhǎng)度，端粒長(zhǎng)壽命也長(zhǎng)），因?yàn)檫@是一種受太空環(huán)境影響的突然變化。斯科特在返回地球后，其端粒迅速?gòu)?fù)原并縮短，但科學(xué)家認(rèn)為他仍有加速衰老的風(fēng)險(xiǎn)。

在太空中的中級(jí)風(fēng)險(xiǎn)是有心血管方面的改變和未來(lái)潛在的病變。宇航員處于失重狀態(tài)時(shí)，體液分布與在地球上有很大不同，可能影響到心血管的生理功能。研究發(fā)現(xiàn)，斯科特的頸動(dòng)脈出現(xiàn)擴(kuò)張，頸動(dòng)脈壁的最內(nèi)兩層出現(xiàn)增厚；視網(wǎng)膜脈管系統(tǒng)也有一定異常變化，可能會(huì)導(dǎo)致未來(lái)潛在的心腦血管疾病和視力障礙風(fēng)險(xiǎn)。

在太空的低級(jí)風(fēng)險(xiǎn)主要體現(xiàn)在腸道菌群變化、體重變化、認(rèn)知能力下降等方面。

研究人員認(rèn)為，由于這些變化都是太空環(huán)境造成的，所以研究這些變化，有助于制定在太空較長(zhǎng)期駐留的應(yīng)對(duì)措施，從而為人類能否長(zhǎng)駐太空提供更多更扎實(shí)的科學(xué)依據(jù)。

對(duì)男宇航員的基因活動(dòng)干擾更多

那么，男性和女性在太空中誰(shuí)的“反應(yīng)”更大呢？

2024年6月發(fā)表的一項(xiàng)研究提示，男性和女性宇航員的免疫系統(tǒng)在太空中會(huì)有不同變化。研究人員利用2021年秋天在太空飛行不到3天的SpaceX公司“靈感4號(hào)”任務(wù)人員身上獲得的基因樣本數(shù)據(jù)，確定了與免疫系統(tǒng)、衰老和肌肉生長(zhǎng)相關(guān)的18種蛋白質(zhì)變化。

研究人員將他們的基因與之前執(zhí)行任務(wù)的其他64名宇航員的基因進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，與飛行前相比，3種在炎癥中發(fā)揮作用的蛋白質(zhì)表達(dá)有所變化。其中，男性體內(nèi)的白介素6和白介素8受到的影響比女性更大。其中，白介素6的功能是控制炎癥，白介素8的功能是把免疫細(xì)胞輸送到感染部位。男宇航員體內(nèi)一種參與凝血的蛋白質(zhì)纖維蛋白原，也比女宇航員受到的影響大。這些結(jié)果提示，男性在太空中的基因活動(dòng)會(huì)受到更多干擾，返回地球后需要比女宇航員更長(zhǎng)的時(shí)間才能恢復(fù)常態(tài)。

此外，從太空返回地球后，男宇航員的精子數(shù)量會(huì)減少，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間能恢復(fù)正常水平。至于太空輻射是否影響女性生育力，根據(jù)女宇航員們返回地球后的生育情況來(lái)看，目前大部分觀點(diǎn)認(rèn)為是不影響的。還有研究表明，在太空環(huán)境中女性身體應(yīng)對(duì)壓力的主要方式是減少血漿含量，而男性身體主要靠增加血管阻力來(lái)應(yīng)對(duì)壓力。血漿含量的減少會(huì)增加女宇航員的基礎(chǔ)代謝水平，也就相應(yīng)要求提高能量攝入，否則體重會(huì)快速減輕，以彌補(bǔ)熱量缺口。

編輯：一醉

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