文/ 湯川學(xué)

美國航天員斯科特·凱利在國際空間站

人體是一個(gè)極其復(fù)雜的精密儀器，大自然給予了我們無與倫比的大腦，讓我們可以通過智慧去突破自身肉體的限制，上九天攬?jiān)?，下五洋捉鱉；發(fā)達(dá)的汗腺讓我們可以進(jìn)行長時(shí)間奔跑；靈活的雙手是我們主宰地球最有力的工具，這些都是大自然對(duì)于人類的偉大塑造，但人類自己卻是不屬于太空的生物。

從遠(yuǎn)古的猿人到今天的我們，我們的演化之路一直在g值為9.8米/秒的環(huán)境中進(jìn)行。當(dāng)人類利用智慧脫離大氣層與重力的桎梏來到太空中，準(zhǔn)備在浩瀚的宇宙中一展拳腳的時(shí)候，我們不但要面臨科學(xué)技術(shù)上的阻礙，我們自己的身體還要與殘酷的宇宙環(huán)境進(jìn)行斗爭，而這些并不比開發(fā)出能進(jìn)行星際航行的飛船要來的簡單。

“在我上一次飛往空間站執(zhí)行159 天的任務(wù)中，我的骨量流失，肌肉萎縮，血液在體內(nèi)重新分布，這些使我的心壁緊張和收縮。更令人不安的是，我的視力出現(xiàn)問題，就像許多其他航天員一樣。我所接觸的輻射是地球上一個(gè)人的 30 多倍，相當(dāng)于每天大約接受了10 次胸部 X 光檢查，這種暴露會(huì)增加我在余生中患致命癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。”

這是美國宇航局航天員斯科特·凱利向媒體講述太空旅行對(duì)他身體造成的影響。

我們?cè)诘厍蛏蠒r(shí)，判斷一個(gè)東西是上還是下，最簡單的方法就是拋擲一個(gè)物體，它掉下來的方向就是下，另一邊就是上，一般不會(huì)有人對(duì)這個(gè)事情進(jìn)行細(xì)究。而在空間站里，由于航天員們處在微重力環(huán)境，他們無法通過拋擲物品來分辨“上”與“下”，空間站中的“上”與“下”的概念更多地是人為劃分，從而讓航天員們可以進(jìn)行區(qū)分與描述的。

“暈車”在太空

“Space adaptation syndrome”，簡稱SAS，它是一種發(fā)生在太空中的暈動(dòng)癥（motion sickness），或者說是發(fā)生在太空中的“暈車”。

重力在我們的空間定位中起著重要作用。重力的變化，例如在太空航行期間向失重狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，會(huì)影響我們的空間方向感，并需要我們身體的平衡系統(tǒng)在其中發(fā)揮作用。只要這種適應(yīng)不完整，就會(huì)導(dǎo)致暈車（惡心）、視覺錯(cuò)覺和迷失方向。

格爾曼·斯捷潘諾維奇·季托夫是蘇聯(lián)第二個(gè)進(jìn)入太空的航天員，也是第一個(gè)在太空中因?yàn)閲?yán)重的暈動(dòng)癥而嘔吐的人，被認(rèn)為是第一個(gè)SAS患者。而目前已知的最嚴(yán)重SAS患者為美國載荷專家杰克·加恩。他在1985年執(zhí)行航天飛機(jī)STS-51的飛行任務(wù)中遭遇了極其嚴(yán)重的SAS癥狀，以至于后來美國宇航局開玩笑地使用叫做“加恩量表”來衡量航天員遭遇SAS的嚴(yán)重程度。

美國航天員加恩在太空?qǐng)?zhí)行任務(wù)期間，幾乎完全無法適應(yīng)微重力環(huán)境，肌肉在太空中無法協(xié)調(diào)，前庭系統(tǒng)無法正常工作，無法判斷前方物體與自身的距離，在閉眼的情況下無法確定自己該往哪個(gè)地方飛行，飛多久才能觸碰到目標(biāo)物體，眼睛對(duì)物體的距離的判斷能力變差……訓(xùn)練有素的航天員基本上不會(huì)達(dá)到這種程度，并且這些現(xiàn)象往往會(huì)在3天之內(nèi)隨著身體的逐步適應(yīng)而逐漸消失。

但是這里需要澄清一點(diǎn)，加恩在飛行時(shí)的身體狀況一直很健康，并非是因?yàn)樯眢w健康問題導(dǎo)致的SAS，他在微重力模擬飛機(jī)上進(jìn)行演練時(shí)也沒有出現(xiàn)任何癥狀。

荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的蘇珊娜·努基對(duì)SAS現(xiàn)象進(jìn)行了研究。她使用戰(zhàn)斗機(jī)飛行員訓(xùn)練時(shí)使用的離心機(jī)，發(fā)現(xiàn)長時(shí)間在人體離心機(jī)中的高重力下的人會(huì)出現(xiàn) SAS 癥狀。要體驗(yàn)這一點(diǎn)，人們必須在離心機(jī)中度過一個(gè)多小時(shí)，并承受比地球高出3倍的重力。旋轉(zhuǎn)本身并不會(huì)令人十分難受，但在離開離心機(jī)踏上正常地面后，大約一半的測(cè)試對(duì)象會(huì)出現(xiàn)與SAS相同的癥狀。事實(shí)證明，在太空飛行期間患有太空病的航天員在地球上長時(shí)間旋轉(zhuǎn)后也會(huì)出現(xiàn)這些癥狀。這意味著這些癥狀其實(shí)并不是由失重本身引起，而是由于人體的平衡系統(tǒng)不適應(yīng)不同的重力環(huán)境引起的。

蘇聯(lián)第二個(gè)進(jìn)入太空的航天員格爾曼·季托夫

美國航天員杰克·加恩

努基將她的研究重點(diǎn)放在了人體中用于感受平衡的器官上。它位于內(nèi)耳中，包括對(duì)旋轉(zhuǎn)敏感的半規(guī)管和對(duì)線性加速度敏感的耳石。以前有人提出，左、右耳石功能之間的差異會(huì)導(dǎo)致航天員更容易生病。努基測(cè)試了這個(gè)耳石功能不對(duì)稱假設(shè)，對(duì) 15 名已知易患太空病的受試者測(cè)量了兩側(cè)的耳石和半規(guī)管功能。那些在旋轉(zhuǎn)后患有太空病的人被證明具有高度的耳石不對(duì)稱性和更敏感的耳石和耳道系統(tǒng)。不能僅根據(jù)這種不對(duì)稱性將這些人歸類為敏感或不敏感，而是可以根據(jù)各種耳石和耳道特征的組合來分類。這表明整個(gè)平衡器官都與太空病有關(guān)，并且它可能需要平衡器官各個(gè)部分之間的復(fù)雜相互作用。

即將前往國際空間站的日本富商前澤友作

當(dāng)一個(gè)人處于暈動(dòng)癥狀態(tài)時(shí)，由于對(duì)空間距離的不明晰，在進(jìn)行精密的科學(xué)儀器操作時(shí)很有可能出現(xiàn)誤操作，導(dǎo)致機(jī)器損毀或者更嚴(yán)重的人員受傷的情況，這也是航天員一般要從有著較長的飛行時(shí)長的飛行員中選拔的原因之一。

如果不是一個(gè)職業(yè)航天員，比如世界上第一個(gè)通過商業(yè)手段進(jìn)入太空的人日本TBS記者秋山豐寬，并未進(jìn)行什么訓(xùn)練就進(jìn)入和平號(hào)空間站，在太空第一天就遭受了嚴(yán)重的太空病。一個(gè)普通人如果貿(mào)然進(jìn)入太空，有可能還沒來得及欣賞我們地球的美景就已經(jīng)暈在睡袋里了。

眼下又有一位利用商業(yè)手段將要進(jìn)入太空的日本人——前澤友作。他正在俄羅斯加加林航天員訓(xùn)練中心訓(xùn)練，今年12月將前往國際空間站。也許今后人類進(jìn)入太空的門檻會(huì)隨著商業(yè)航天的發(fā)展逐漸降低，但是除非是只在太空待那么一小會(huì)兒的短程旅游，否則扎實(shí)的太空基礎(chǔ)訓(xùn)練還是必不可少的。

經(jīng)過幾十年太空生理實(shí)驗(yàn)的積累，我們目前最好的防止太空病的方法就是服用茶苯海明、使用茶苯海明貼片（Draminate）或者類似可以抑制平衡系統(tǒng)活動(dòng)的藥物。在航天員進(jìn)行艙外活動(dòng)時(shí)，可以將它貼在自己的皮膚上。茶苯海明逐漸釋放進(jìn)血液中，抑制平衡系統(tǒng)的活動(dòng)，能很大程度上減輕SAS的癥狀。

骨質(zhì)與肌肉的流失

俄羅斯加加林航天員訓(xùn)練中心

在我們的身體中，破骨細(xì)胞與成骨細(xì)胞互相作用，互相輔助，維持著人體骨密度的平衡健康，但是到了太空之中，本應(yīng)承受身體重量的骨頭、骨骼肌與背部肌肉不再進(jìn)行作用。

中國航天員在天和號(hào)核心艙準(zhǔn)備鍛煉

美國女航天員蘇妮塔·威廉姆斯在國際空間站使用帶有振動(dòng)隔離穩(wěn)定系統(tǒng)的跑步機(jī)進(jìn)行鍛煉

在地球上，骨骼通過一個(gè)平衡良好的系統(tǒng)不斷脫落和再生，相互之間存在耦合關(guān)系。當(dāng)骨骼被分解時(shí)，新形成的骨層就會(huì)取代被分解的骨層，在我們的身體中形成動(dòng)態(tài)平衡。然而在太空中，由于微重力，破骨細(xì)胞活動(dòng)增加導(dǎo)致破骨細(xì)胞的活躍度快于成骨細(xì)胞，骨骼不再需要為運(yùn)動(dòng)甚至保持身體姿勢(shì)提供支撐，結(jié)果造成很少或沒有應(yīng)力施加到骨骼系統(tǒng)，長期居住在太空的人會(huì)出現(xiàn)漸進(jìn)性骨質(zhì)流失。在地面上，長期臥床的病人們也會(huì)因?yàn)楣趋朗芰Σ蛔愣忌瞎琴|(zhì)疏松癥。

這種破骨細(xì)胞活性增加的作用在重力作用下承載最大負(fù)荷的區(qū)域，如骨盆、脛骨、足部區(qū)域表現(xiàn)得尤為明顯，而從骨頭中流失的鈣會(huì)進(jìn)入體液循環(huán)，而身體中的血漿在經(jīng)過腎小球時(shí)鈣離子會(huì)逐漸沉積在腎臟，腎結(jié)石的風(fēng)險(xiǎn)大大提升。

而關(guān)于肌肉，在太空中所減少的肌肉，美國宇航局的文件中把它們稱為“antigravity muscles”，即對(duì)抗重力的肌肉，比如小腿肌肉、四頭肌、背部和頸部的肌肉，這些肌肉在地球上支撐著我們站立，而由于沒有了重力，這些肌肉在太空中幾乎不會(huì)收縮，沒有定期的鍛煉，這些肌肉就會(huì)變得衰弱和退化。這是一個(gè)萎縮的過程。

研究表明，航天員在持續(xù)5天～11天的太空飛行中肌肉會(huì)減少20%。這對(duì)航天員來說是十分危險(xiǎn)的，因?yàn)檫@意味著他們可能無法對(duì)抗返回地球時(shí)所面臨的地球引力的作用。盡管航天員返回地球后肌肉質(zhì)量和力量可以恢復(fù)，但在太空中保持肌肉是一個(gè)令人擔(dān)憂的問題，尤其是在長期太空任務(wù)中。在太空中減少肌肉萎縮的唯一方法是高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)，特別是力量訓(xùn)練，并結(jié)合適當(dāng)?shù)娘嬍场?/p>

由于骨量逐漸減少而導(dǎo)致骨骼變?nèi)跏茄娱L太空飛行的一個(gè)嚴(yán)重隱患。對(duì)在和平號(hào)空間站度過數(shù)月航天員的研究表明，太空旅行者每個(gè)月可能會(huì)損失 1% 到 2% 的骨量，當(dāng)然，并非沒有辦法來緩解，最直接的辦法就是服用維生素D、雙膦酸鹽、鈣片，并在空間站里進(jìn)行鍛煉。對(duì)在太空中無法受力的肌肉與骨骼進(jìn)行刺激，比如太空自行車與跑步機(jī)、拉力帶、阻力器等等，這些手段被證實(shí)是十分有效的。國際空間站上的航天員每天花兩個(gè)半小時(shí)鍛煉，以對(duì)抗肌肉萎縮的影響。

天空實(shí)驗(yàn)室第四組航天員使用了太空跑步機(jī)進(jìn)行鍛煉，其效果十分顯著

在太空中待了上百天的航天員回到地面后還會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重?zé)o法適應(yīng)重力的情況。他們剛返回地面時(shí)，會(huì)被人抬著進(jìn)行移動(dòng)。

全身體液再分配

在重力的作用下，血液和其他體液被拉向下半身。在太空中，當(dāng)重力消失時(shí)，血液往往會(huì)聚集在上半身，導(dǎo)致面部和上半身的浮腫等，而身體會(huì)進(jìn)行適配，使身體的狀態(tài)達(dá)成一種新的平衡。這時(shí)候你會(huì)發(fā)現(xiàn)，航天員們?cè)谔罩锌偸浅尸F(xiàn)浮腫。

中國航天員王亞平在地面上和在空間站的對(duì)比圖片

航天員在回到地球后，血液再次開始在下肢聚集，導(dǎo)致體位性低血壓，有點(diǎn)類似于你早上起床時(shí)突然一起身，或者蹲久了突然站起來的感覺，但是身體會(huì)慢慢恢復(fù)正常。在太空中，航天員的血液量也會(huì)減少，血液量減少使得心臟跳動(dòng)力度低下，并誘發(fā)低血壓。航天員在進(jìn)入太空時(shí)不會(huì)感到體位性低血壓，但在重返大氣層和著陸后，會(huì)明顯感覺到血液回流到下半身，頭部的血壓突然降低，于是頭暈?zāi)垦＃粫r(shí)之間無法適應(yīng)直立行走。

人類腿部就像一顆小“心臟”，會(huì)把下肢的血液向上輸送至心臟，從而維持血壓，而下肢肌肉收縮是促使靜脈血液向心臟流動(dòng)的重要條件，所以，下肢靜脈又被稱為“第二心臟”。但是在太空中沒有可以刺激下肢靜脈的活動(dòng)，因此靜脈中的那些微小肌肉很少使用。重新返回地表后，這些肌肉再次被調(diào)動(dòng)起來，但它們暫時(shí)“忘記”了如何收縮，即它們暫時(shí)無法將血液推回心臟和大腦。在長時(shí)間的太空飛行后，這種影響更加嚴(yán)重。而這個(gè)現(xiàn)象也是因人而異的，一些航天員幾乎沒有受到影響，而另一些人則感到頭非常暈。大約20%的短期太空旅行者和83%的長期太空旅行者在重新進(jìn)入或著陸后會(huì)出現(xiàn)癥狀。不過并不會(huì)有后遺癥，在著陸后進(jìn)行康復(fù)治療即可恢復(fù)正常。

腿部的血管十分密集，為了將靜脈血重新泵回上半身，下肢靜脈也需要發(fā)力

失重長高帶來的疼痛

人類大約在25歲之后，因?yàn)榧怪凶倒侵g的海綿狀椎間盤收縮，導(dǎo)致骨骼靠得更近，人的身高會(huì)逐漸降低；40歲以后，背部開始向前彎曲。從20歲到70歲，女性可能會(huì)縮小約5厘米，而男性可能會(huì)減少約2厘米。在地球上，我們的脊椎骨之間由于重力的壓縮，之間貼合得十分緊密，而在太空中，因?yàn)椴辉儆兄亓肯蛳峦茐杭怪?，每?duì)椎骨之間的間距略有增加，導(dǎo)致脊柱更長，從而使航天員“長個(gè)兒”。在過去的美國太空飛行中，超過三分之二的航天員報(bào)告背部疼痛。這種背痛可能與脊柱的伸展有關(guān)。在過去的太空任務(wù)中，進(jìn)行脊柱測(cè)量，發(fā)現(xiàn)航天員的身高比地球上的身高最多能增加6～8厘米，并且正常的脊柱曲線變平。

在不同重力條件下的脊柱間伸展情況示意圖

脊椎之間的間隔變大導(dǎo)致肌肉受到拉扯導(dǎo)致航天員出現(xiàn)背痛

這種疼痛，美國航天員克萊頓·安德森把它形容為一種類似于肌肉拉傷的疼痛。他的做法是通過手撐著“天花板”，腳踩著“地板”來雙向受力，努力讓脊柱恢復(fù)地面上的狀態(tài)，緩解因?yàn)榧∪饫鞄淼谋惩?。值得注意的是，這種疼痛可以使得航天員們可以在睡夢(mèng)中醒來。

味覺的改變

味覺的改變就像每個(gè)人對(duì)食物的品味不同一樣，無法具體描述出來這種變化。一個(gè)航天員本來在地面上很愛喝咖啡和茶，但是在太空里嘗起來完全是另外一個(gè)味道，導(dǎo)致他返回地球之后對(duì)這個(gè)東西有了心理陰影，不想再去碰它，哪怕他的味覺又恢復(fù)到了正常。

航天員在太空中味覺會(huì)發(fā)生變化的主要理論依據(jù)之一是許多航天員在太空中會(huì)感受到“頭悶”。在微重力環(huán)境下，通常聚集在腿部的血液會(huì)均勻地分布在全身，這會(huì)導(dǎo)致航天員覺得他們感冒了。這種鼻塞感會(huì)影響航天員的味覺。當(dāng)你感冒的時(shí)候，可以稍微留意一下，感冒前所喜歡的食物的味道會(huì)否因?yàn)楦忻岸l(fā)生變化，如果有的話那應(yīng)該和一些航天員的感受相似。

視力的改變

根據(jù)美國宇航局贊助的一項(xiàng)研究，持續(xù)6個(gè)月或更長時(shí)間的太空飛行會(huì)導(dǎo)致航天員的眼睛和視力發(fā)生變化。該研究深入檢查了7名航天員，發(fā)現(xiàn)他們所有人的眼睛結(jié)構(gòu)和視力都出現(xiàn)異常。最常見的結(jié)構(gòu)變化是眼球后部變平，視網(wǎng)膜、眼睛后部的感光區(qū)域和視神經(jīng)也發(fā)生了變化，并且一些航天員在返回地球后，這些變化仍然存在了很長時(shí)間。

一種理論認(rèn)為，在7名航天員身上發(fā)現(xiàn)的異常是由于長時(shí)間生活在微重力條件下而導(dǎo)致的液體向頭部移動(dòng)造成的。根據(jù)美國眼科學(xué)會(huì)的專家學(xué)者的研究，航天員們視神經(jīng)和眼部變化可能是長時(shí)間暴露在微重力下引起的頭側(cè)液體轉(zhuǎn)移所致。因?yàn)轶w液的重新分布，體液在頭部聚集，引起顱內(nèi)壓升高，壓迫了航天員的視神經(jīng)。根據(jù)該學(xué)會(huì)在2011年10月發(fā)布在其雜志《眼科》的論文，其中總結(jié)了航天員們填寫的300 份的視力調(diào)查記錄，分別有大約 30%執(zhí)行短期任務(wù)的航天員和60%執(zhí)行長期任務(wù)的航天員出現(xiàn)視力下降，前庭眼反射出現(xiàn)變化。其中一些視力變化在飛行多年后仍未解決。

還有一個(gè)問題，就是空間站中的灰塵、金屬碎屑、塑料碎片，甚至航天員自己的頭皮屑和皮膚碎屑等并不會(huì)“掉在地上”，而會(huì)漂浮在空中，有時(shí)會(huì)直接碰到航天員的眼睛，造成眼部感染。

以上這些不良反應(yīng)都是由失重環(huán)境帶來的，但這些還只是人體在失重環(huán)境中面臨的挑戰(zhàn)中的一部分。除此之外，宇宙輻射所帶來的癌癥風(fēng)險(xiǎn)也是不可預(yù)料且無法計(jì)算的風(fēng)險(xiǎn)。

航天員是值得尊敬的。他們作為人類的先行者進(jìn)入宇宙，用身軀探索未知，將勇氣與堅(jiān)毅銘刻于星空之上。在此文最后，讓我們向航天員們致以最崇高的敬意。