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太空健康研究｜太空中宇航員會(huì)面臨哪些風(fēng)險(xiǎn)？

來源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2024年12月15日 19:24

50 多年來，美國宇航局的人類研究計(jì)劃 (HRP) 一直在研究太空中人體會(huì)發(fā)生什么變化，以確保宇航員在執(zhí)行任務(wù)期間的安全和健康。

NASA 的工程師們利用這些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)來更好地設(shè)計(jì)航天器，并改進(jìn)宇航服的功能和適用性，制定和評(píng)估醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn)、身體健康計(jì)劃和標(biāo)準(zhǔn)、生理和心理適應(yīng)訓(xùn)練、感覺運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和營養(yǎng)健康協(xié)議。

NASA 宇航員克里斯蒂娜·科赫 (Christina Koch) 停下來幫助更換國際空間站的設(shè)備

NASA 將使用創(chuàng)新技術(shù)將第一位女性和第二位男性送上月球，以探索比以往更多的月球表面，收集新數(shù)據(jù)，同時(shí)保持宇航員的健康和安全，這就是 Artemis 計(jì)劃。

在月球和火星上執(zhí)行任務(wù)所面臨的風(fēng)險(xiǎn)是否相同？

斯科特·凱利（Scott Kelly）和克里斯蒂娜·科赫（ Christina Koch ）是第一批在空間站上在太空中度過近一年的美國宇航員，是之前平均水平的兩倍。斯科特、克里斯蒂娜和其他七名宇航員在一次太空飛行中在太空中度過了 200 多天。

除了在太空中度過了將近一年的時(shí)間，斯科特還參與了獨(dú)特的雙胞胎研究。斯科特參加了空間站上的幾項(xiàng)生物醫(yī)學(xué)研究，而他的同卵雙胞胎兄弟、退休宇航員馬克凱利作為對(duì)照對(duì)象留在地球上。

與他的兄弟馬克相比，這項(xiàng)研究提供了關(guān)于斯科特在生理和心理上發(fā)生了什么的寶貴數(shù)據(jù)。預(yù)計(jì)這些研究將闡明身體如何適應(yīng)更長時(shí)間的太空飛行環(huán)境，這對(duì)于未來的深空任務(wù)至關(guān)重要。

在空間站停留六個(gè)月的宇航員與可能在火星任務(wù)中離開多年的宇航員所面臨的風(fēng)險(xiǎn)是否相同？

答案顯而易見是：不。美國宇航局正在研究火星任務(wù)的風(fēng)險(xiǎn) ，這些可風(fēng)險(xiǎn)用首字母縮略詞“RIDGE”來概括，是Space R輻射、隔離和限制、與地球的距離、重力場(chǎng)和敵對(duì)/封閉環(huán)境的縮寫。這些危害與它們施加在身體上的壓力源有關(guān)。

宇航員所面臨的風(fēng)險(xiǎn)有哪些？

空間輻射

在地球上，從我們吃的食物到我們呼吸的空氣，都受到地球磁場(chǎng)和大氣的保護(hù)，不受太空輻射的影響。

在太空中，宇航員暴露在與地球上更高水平的輻射中。

空間輻射的三個(gè)主要來源：被困在地球磁場(chǎng)中的粒子、來自太陽的太陽高能粒子和銀河宇宙射線。

降低輻射風(fēng)險(xiǎn)的一大挑戰(zhàn)是一些空間輻射粒子（尤其是銀河宇宙射線）難以屏蔽。暴露于增加的輻射可能與短期和長期的健康后果有關(guān)，這取決于宇航員所經(jīng)歷的總輻射量以及他們經(jīng)歷這種輻射的時(shí)間范圍。

在地球上，長期輻射的人群中癌癥和退行性疾?。ㄈ缧呐K病和白內(nèi)障）的風(fēng)險(xiǎn)增加。太空輻射對(duì)宇航員的健康風(fēng)險(xiǎn)主要由長期影響驅(qū)動(dòng)。

此外，動(dòng)物和細(xì)胞研究表明，與地球上的輻射相比，太空環(huán)境中的輻射類型對(duì)健康結(jié)果的影響更大。宇航員在太空中不僅會(huì)比在地球上暴露于更多的輻射，而且他們所暴露的輻射可能會(huì)增加風(fēng)險(xiǎn)。

在美國宇航局太空輻射實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，研究人員研究模擬宇宙射線對(duì)生物標(biāo)本的影響

關(guān)鍵：目前減少空間輻射的策略是實(shí)施屏蔽、輻射監(jiān)測(cè)和具體的操作程序。與典型的六個(gè)月空間站任務(wù)相比，后來的月球和火星任務(wù)平均要長得多。因此，所經(jīng)歷的輻射總量和相關(guān)的健康風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)增加。

NASA正在開發(fā)新的輻射探測(cè)器來監(jiān)測(cè)和表征輻射環(huán)境，這將更好地估計(jì)機(jī)組人員所暴露的輻射劑量和類型?？茖W(xué)家和工程師正在優(yōu)化和實(shí)施使用可用車輛裝載和材料的操作程序，以有效減少輻射暴露。

為了調(diào)查近地軌道以外的空間輻射暴露的健康風(fēng)險(xiǎn)，NASA 支持在地面研究設(shè)施中分析模擬宇宙射線的生物效應(yīng)的研究。這些設(shè)施的研究有助于美國宇航局了解和降低空間輻射的風(fēng)險(xiǎn)，確保正確測(cè)量宇航員在空間站和未來航天器中接受的劑量，并開發(fā)先進(jìn)材料以改善未來任務(wù)的輻射屏蔽。

正在進(jìn)行輻射研究對(duì)評(píng)估宇航員相關(guān)的人群的健康風(fēng)險(xiǎn)有益。

隔離和禁閉

選擇留在空間站上的探險(xiǎn)隊(duì)人員經(jīng)過精心挑選、培訓(xùn)和支持，以確保他們能夠在 6 到 12 個(gè)月的任務(wù)期間作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)有效地工作。執(zhí)行月球或火星任務(wù)的機(jī)組人員將接受更仔細(xì)的評(píng)估、選擇和準(zhǔn)備，因?yàn)樗麄儗⒈纫郧暗娜祟愒诠铝⒑头忾]的環(huán)境中旅行更遠(yuǎn)，甚至可能更長，只有少數(shù)人。此外，機(jī)組人員可能是國際化和多元文化的，這使得跨文化敏感性和團(tuán)隊(duì)動(dòng)力對(duì)于任務(wù)成功至關(guān)重要。

確保宇航員獲得優(yōu)質(zhì)睡眠也很重要；否則，它們的內(nèi)部生物鐘或晝夜節(jié)律可能會(huì)因不同的黑暗和光明周期、小而嘈雜的環(huán)境、長期隔離和禁閉的壓力以及在火星上延長37 分鐘的一天等因素而改變。

考慮到有時(shí)工作量大且日程安排多變，為宇航員在太空飛行中可能遇到的疲勞做好準(zhǔn)備是很重要的。為了防止機(jī)組人員感到無聊，美國宇航局考慮了宇航員在多年的火星往返旅行中將參加的各種活動(dòng)。

船員之間的溝通和理解對(duì)于任務(wù)的成功至關(guān)重要，隨著任務(wù)的展開，士氣和動(dòng)力的變化是可能的。這可能與減少刺激、對(duì)親人的渴望或感覺無法協(xié)助地球上的家庭緊急情況有關(guān)，無論任務(wù)持續(xù)多長時(shí)間。

NASA 的研究使用地球上的太空飛行類似物，表明受限和孤立體驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間和類型都是需要考慮的重要因素?？臻g越受限制，與環(huán)境外的人接觸越少，人類就越有可能出現(xiàn)行為或認(rèn)知狀況或精神疾病。

克里斯蒂娜·科赫開始在空間站的蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng) Veggie 上進(jìn)行 Veg-PONDS-02 實(shí)驗(yàn)

關(guān)鍵： NASA 多年來一直在研究處于孤立和封閉環(huán)境中的人，并開發(fā)出解決可能出現(xiàn)的問題的方法和技術(shù)。

NASA 科學(xué)家正在使用諸如活動(dòng)記錄儀之類的設(shè)備，通過記錄人們的移動(dòng)量和周圍的環(huán)境光來幫助評(píng)估和改善睡眠和警覺性。在發(fā)光二極管 ( LED ) 技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，新的照明被用于空間站，以幫助調(diào)整宇航員的晝夜節(jié)律并改善睡眠、警覺性和表現(xiàn)。

10 分鐘的警惕性和注意力自測(cè) 評(píng)估疲勞對(duì)表現(xiàn)的影響。宇航員在日記中寫作是發(fā)泄挫折的安全場(chǎng)所，并為研究人員提供了一種工具來研究在隔離和禁閉中生活和工作的機(jī)組人員的行為問題。

研究人員還在研究使用虛擬現(xiàn)實(shí) 來模擬輕松的環(huán)境，以幫助改善孤立的工作人員的情緒。

參與相關(guān)的、有意義的活動(dòng)，包括學(xué)習(xí)語言或?qū)W習(xí)新的醫(yī)療技能，可以幫助避免抑郁并提高士氣。工作人員甚至可能會(huì)去太空花園，這除了提供新鮮的食物來源和幫助凈化空氣外，還可能對(duì)行為健康產(chǎn)生積極的影響。

研究人員正在使用基于地球的類似物來研究在較長的任務(wù)中需要多少隱私和生活空間，在這些任務(wù)中，機(jī)組人員將被限制在相對(duì)較小的航天器中。 NASA 還在通過研究個(gè)人和團(tuán)隊(duì)的屬性、組成和動(dòng)態(tài)來確定制定最佳機(jī)組人員的策略。

與地球的距離

空間站在地球上方 240 英里處運(yùn)行。月球距離地球的距離是空間站的 1000 倍。相比之下，火星平均距離地球1.4 億英里。由于在火星上的單程通信延遲長達(dá) 20 分鐘，宇航員必須能夠在沒有 NASA 任務(wù)控制部幫助的情況下作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)解決問題并確定解決方案。

在沒有進(jìn)入雜貨店或藥房的情況下為多年旅行打包的食品和藥品類型也很重要。與定期從地球貨運(yùn)航班接收補(bǔ)給的空間站工作人員不同，前往火星的宇航員必須攜帶所需的所有食物、設(shè)備和醫(yī)療用品。

美國宇航局宇航員湯姆·馬什伯恩對(duì)加拿大宇航員克里斯·哈德菲爾德進(jìn)行超聲波掃描

關(guān)鍵：美國宇航局正在利用其在空間站上的載人航天飛行經(jīng)驗(yàn)來確定隨著時(shí)間的推移在太空中發(fā)生了哪些類型的醫(yī)療事件，以及需要哪些類型的技能、程序、設(shè)備和用品，以便他們對(duì)以下情況有一個(gè)很好的了解為未來的月球和火星任務(wù)打包什么。

空間站宇航員在太空任務(wù)之前和期間已經(jīng)接受了醫(yī)療培訓(xùn)，這些培訓(xùn)教會(huì)他們?nèi)绾螒?yīng)對(duì)出現(xiàn)的健康問題。例如，宇航員學(xué)習(xí)如何使用空間站上的設(shè)備從純凈水中生產(chǎn) 靜脈注射 (IV) 溶液，該溶液可用于醫(yī)療管理。

船員們還互相進(jìn)行超聲波掃描以監(jiān)測(cè)器官健康。如果一名機(jī)組人員在任務(wù)期間生病，機(jī)組人員準(zhǔn)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，以幫助做出正確的診斷和指導(dǎo)治療。

NASA 正致力于為航天器開發(fā)一種醫(yī)療數(shù)據(jù)架構(gòu)，以支持臨床決策支持工具的功能，該工具可以使用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)來進(jìn)一步幫助診斷和治療各種疾病。研究人員還在研究虛擬助手可以發(fā)揮的作用，以幫助機(jī)組人員快速識(shí)別和響應(yīng)太空飛行異常，以完成更遠(yuǎn)的任務(wù)。

此外，該機(jī)構(gòu)正在研究和改進(jìn) 食品配方、加工、包裝和保存系統(tǒng)，以確保營養(yǎng)成分保持穩(wěn)定，并且食品多年來保持可接受。為長期任務(wù) 保持藥物完整性的空間彈性藥物和包裝系統(tǒng)是美國宇航局研究的另一個(gè)重要部分。

重力場(chǎng)

宇航員將在火星任務(wù)中遇到三個(gè)不同的重力場(chǎng)。在行星之間為期六個(gè)月的跋涉中，機(jī)組人員將失重。在火星上生活和工作時(shí)，工作人員將處于地球重力的三分之一左右。最后返回家園后，機(jī)組人員將不得不重新適應(yīng)地球的重力。

從一個(gè)重力場(chǎng)過渡到另一個(gè)重力場(chǎng)比聽起來更棘手。它會(huì)影響空間定向、頭眼和手眼協(xié)調(diào)、平衡和運(yùn)動(dòng)，一些機(jī)組人員會(huì)出現(xiàn)太空暈動(dòng)病。

隨著宇航員適應(yīng)另一個(gè)天體的重力場(chǎng)，在火星上登陸航天器可能具有挑戰(zhàn)性。當(dāng)從失重狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹亓顟B(tài)時(shí)，宇航員可能會(huì) 在飛行后出現(xiàn)直立不耐受，站立時(shí)無法維持血壓，這可能導(dǎo)致頭暈和昏厥。

NASA 了解到，在沒有地球重力影響人體的情況下，在太空飛行期間，負(fù)重骨骼平均每月會(huì)損失 1% 至 1.5% 的礦物質(zhì)密度?；氐降厍蚝螅琴|(zhì)流失可能無法通過康復(fù)完全糾正；然而，他們骨折的風(fēng)險(xiǎn)并不高。如果沒有適當(dāng)?shù)娘嬍澈湾憻挸绦颍詈絾T 在微重力環(huán)境下的肌肉質(zhì)量也會(huì)比在地球上更快地流失。

此外，體內(nèi)的液體在微重力下向上移動(dòng)到頭部，這可能會(huì)對(duì)眼睛造成壓力并導(dǎo)致視力問題。如果不采取預(yù)防或?qū)Σ?，船員可能會(huì)因脫水和骨骼中鈣的排泄增加而患腎結(jié)石的風(fēng)險(xiǎn)增加。

美國宇航局宇航員史蒂夫斯旺森在聯(lián)合運(yùn)行承載外部阻力跑步機(jī) (COLBERT) 上進(jìn)行鍛煉

關(guān)鍵：通過分析身體在失重狀態(tài)和返回地球重力后如何變化，美國宇航局正在為火星任務(wù)制定針對(duì)這些變化的保護(hù)措施。

功能性任務(wù)測(cè)試已到位，以幫助檢測(cè)和改善降落在重力表面后的平衡控制。進(jìn)行精細(xì)運(yùn)動(dòng)技能測(cè)試以檢測(cè)宇航員與基于計(jì)算機(jī)的設(shè)備交互的能力的任何變化。

密切監(jiān)測(cè)體內(nèi)液體的分布，以幫助評(píng)估與視力變化的任何聯(lián)系。戴在大腿上的壓縮袖口有助于保持下肢的血液，以抵消這些液體轉(zhuǎn)移。下半身負(fù)壓裝置也可以幫助將液體從頭部吸入腿部。

一些宇航員報(bào)告說在太空飛行期間經(jīng)歷過的背痛是通過獲得脊柱超聲波來監(jiān)測(cè)的。在飛行前后使用 MRI 和高分辨率成像技術(shù)評(píng)估肌肉大小和骨密度是否惡化。機(jī)組成員定期進(jìn)行健康自我評(píng)估，以幫助研究人員更好地了解太空飛行過程中可能發(fā)生的心臟功能下降。

NASA 正在研究的藥物，例如檸檬酸鉀，可能有助于對(duì)抗可能增加患腎結(jié)石風(fēng)險(xiǎn)的生理變化。美國國家航空航天局的研究表明，雙膦酸鹽藥物可有效預(yù)防骨質(zhì)流失。

NASA 還設(shè)計(jì)了一種有效的方法來收集和測(cè)量宇航員在太空中產(chǎn)生的尿液量，這對(duì)于人類研究至關(guān)重要，因?yàn)樗沂玖擞嘘P(guān)個(gè)人健康的關(guān)鍵信息。例如，研究人員可以分析宇航員尿液中不同水平的某些物質(zhì)，以確定他們?cè)谔罩惺欠裼谢?腎結(jié)石的風(fēng)險(xiǎn) ，并通過調(diào)整飲食、鍛煉習(xí)慣和飲水量作為預(yù)防措施。

有氧運(yùn)動(dòng)和抗阻運(yùn)動(dòng)已被證明可以保持心臟健康、骨骼和肌肉強(qiáng)壯、頭腦清醒、保持更積極的態(tài)度，甚至可能有助于平衡和協(xié)調(diào)。軟件生成的鍛煉伙伴可用于幫助激勵(lì)宇航員定期鍛煉以完成更長的太空任務(wù)。NASA 甚至完成了一項(xiàng)基于地球的聯(lián)合臥床研究，以確定離心人工重力是否可能是對(duì)抗失重生理影響的有效方法。

敵對(duì)/封閉環(huán)境

美國宇航局了解到，航天器內(nèi)部的生態(tài)系統(tǒng)在宇航員的日常太空生活中發(fā)揮著重要作用。微生物可以改變空間中的特性，自然生活在人體上的微生物更容易在空間站等封閉棲息地中從一個(gè)人轉(zhuǎn)移到另一個(gè)人。壓力荷爾蒙水平升高，免疫系統(tǒng)發(fā)生改變，這可能導(dǎo)致對(duì)過敏或其他疾病的易感性增加。

基于地球的類似物不能完美地模擬太空飛行環(huán)境，這使得它們不足以在地面研究人類免疫系統(tǒng)在太空中的反應(yīng)。然而，美國宇航局資助的南極模擬研究可以深入了解某些太空飛行壓力源如何影響人體免疫系統(tǒng)。眾所周知，太空飛行會(huì)改變免疫系統(tǒng)，盡管宇航員在返回地球時(shí)不會(huì)生病。盡管宇航員的后天免疫是完整的，但需要更多的研究來研究太空飛行引起的免疫改變是否會(huì)導(dǎo)致自身免疫問題，即免疫系統(tǒng)錯(cuò)誤地攻擊體內(nèi)存在的健康細(xì)胞、器官和組織。

除了環(huán)境對(duì)免疫系統(tǒng)的影響之外，生活和工作區(qū)的每一寸和細(xì)節(jié)都必須經(jīng)過深思熟慮和設(shè)計(jì)。沒有人希望他們的房子太熱、太冷、狹窄、擁擠、吵鬧或光線不好，也沒有人會(huì)喜歡在這樣的太空棲息地工作和生活。

斯科特凱利給自己注射了流感疫苗以了解太空飛行環(huán)境如何影響人體免疫系統(tǒng)

關(guān)鍵：美國宇航局正在使用技術(shù)來監(jiān)測(cè)空間站的空氣質(zhì)量，以確保大氣可以安全呼吸，并且不受甲醛、氨和一氧化碳等氣體的污染。熱控制系統(tǒng) 的功能是維持空間站的溫度并讓宇航員保持舒適。

分析血液和唾液樣本以識(shí)別免疫系統(tǒng)的變化和太空飛行期間潛伏病毒的重新激活。NASA 使用先進(jìn) 的分子技術(shù) 來評(píng)估可能導(dǎo)致機(jī)組人員生病的微生物的風(fēng)險(xiǎn)。定期對(duì)身體和空間站的各個(gè)部位進(jìn)行擦拭，以分析居住在環(huán)境中的微生物種群。工作人員更換空氣過濾器、清潔表面并處理水，以防止可能因污染物積累而導(dǎo)致的疾病。

建議宇航員接種流感疫苗以增強(qiáng)免疫力，并在執(zhí)行任務(wù)前進(jìn)行隔離，以避免在發(fā)射前感染任何疾病。在雙胞胎研究和一年任務(wù)期間，斯科特凱利給自己接種了流感疫苗，而他的兄弟在地球上接種了流感疫苗。事實(shí)證明，這種免疫接種在太空中的效果與在地球上一樣好，這對(duì)于更長時(shí)間的月球和火星任務(wù)來說是一個(gè)很好的發(fā)現(xiàn)。

生活區(qū)和工作環(huán)境經(jīng)過精心規(guī)劃和評(píng)估，以確保設(shè)計(jì)平衡舒適度和效率。得益于新的LED 照明系統(tǒng)，空間站上的照明與地球上的自然體驗(yàn)相似。

NASA 正在針對(duì)所有這些風(fēng)險(xiǎn)采取行動(dòng)，并與各自領(lǐng)域中一些最杰出的人才一起努力解決載人航天的挑戰(zhàn)。從實(shí)驗(yàn)室、地面模擬和空間站任務(wù)中獲得的結(jié)果將為這些適應(yīng)提供更多的洞察力，并為更長的任務(wù)提供墊腳石。

在即將到來的月球軌道和月球表面的阿爾忒彌斯任務(wù)中，隨著這項(xiàng)工作的繼續(xù)，將收集更多數(shù)據(jù)。在未來更長時(shí)間的月球和火星任務(wù)中，宇航員將受益于多年的研究，這將確保他們不僅能夠生存，而且能夠在他們的航天任務(wù)中茁壯成長。

NASA 的人類研究計(jì)劃(HRP) 追求最好的方法和技術(shù)來支持安全、高效的人類太空旅行。

通過在實(shí)驗(yàn)室、陸基類似物和國際空間站進(jìn)行的科學(xué)研究，HRP 仔細(xì)研究了太空飛行如何影響人體和行為。隨著太空旅行擴(kuò)展到月球、火星和其他地方，此類研究推動(dòng) HRP尋求創(chuàng)新方法，以保持宇航員的健康和任務(wù)準(zhǔn)備。

原文鏈接：https://www.nasa.gov/hrp/bodyinspace

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