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人類在太空中能呆多久為什麼會有「太空適應綜合徵」


- 2018年6月14日08時53分
- 科學文摘 / 獨品一鳴

獨品一鳴

人在太空能呆多久

人類在太空中能呆多久為什麼會有「太空適應綜合徵」圖片

人在太空能呆多久?醫學專家對太空人進行了大量的身體檢查和測試,他們從人體主要的三大生理系統(神經的前庭系統、心血管系統以及肌肉和骨骼系統)在太空產生的各種問題和生理反應中得出結論認為,人在太空連續逗留的時間最好在90天~120天之間,這樣返回地球後,經過一定的恢復時期,還可以再次上天。如果在太空呆的時間過長,將造成後遺症,且終生不能恢復正常。從醫學的觀點看,這是不允許的。


醫學家們發現,人體三大系統中,只有心血管系統能承受太空環境中的各種變化,不受太空時間長短的影響。而另外兩大生理系統要想經受長時間的太空生活,則有需要解決的難題。

內耳石引發的「太空運動病」

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神經的前庭系統是中樞神經系統中專門管理人體在空間的定向和維持平衡功能的系統。這些功能是由眼睛、內耳以及肌肉、關節、肌腱等位置感官向腦神經發出的信息所產生的綜合反應。所有這些信息綜合起來向人體提供確切的位置、姿態和動作。在地球上,這一切都同地球引力和地平線有關。當人體進入太空後,地球引力和地平線就失去了作用。在失重狀態下,神經的前庭系統必須重新適應新的外部環境,進行一系列的調整,從而產生了「太空運動病」。

人體的內耳中有一個平衡感覺的器官,是由三副半規管組成,在半規管附近有一套內耳石器官。內耳石是根據地球引力來發出運動信號的,一旦進入太空,在失重狀態下,它就會發出錯誤的運動信號。因為這些錯誤的信息同視覺、聽覺、位置感覺所發出的信息配合不當,就會引發「太空運動病」。其主要症狀有頭暈、流涎、噁心、嘔吐、瞳孔擴大、換氣過度、焦急憂慮、感覺麻木等。雖然太空人們在地面上進行過多次模擬訓煉,在飛行器中也安裝了許多設施,但依然難以避免「太空運動病」的發生。1961年8月,前蘇聯太空人季托夫首次報告患運動病的情況。在阿波羅登月計劃的早期飛行中,美國太空人首次公布出現了一系列的嚴重病症,被稱做「太空適應綜合徵」。

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這種現象在現代被公認的理論為「感官或中樞神經失配理論」,是由英國生理學家里森提出的。他認為,由於視覺、前庭感官、位置感官三者是根據以往的經驗進行協調配合工作,一旦出現異常情況,三者配合不當,就產生運動病。視覺和半規管比較容易適應,但是內耳石就比較困難,因為在失重狀態下失去了引力,內耳石的功能會受到影響。神經的前庭系統在太空飛行中要經過數天的時間才能適應失重狀態的影響。而當返回地球時,該系統又要重新進行調整,又會出現運動病,表現為走路動作失調,搖搖晃晃,無法保持平衡。如果太空人在太空呆的時間過長,返回地球後,則要經過相當長的時間才能恢復正常。對返回地球後位置感官所出現的異常現象,科學家們認為可能過去嚴重地低估了它的影響。

骨質疏鬆症的難題

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肌肉和骨骼系統是由骨骼和附在它上面的肌肉組成的。骨骼的作用是支持人體並給予力量,而肌肉則控制人體的體形進行活動,完成各種任務。成年人的骨骼由45%的無機物、30%的有機細胞間組織和25%的水分組成,其中最重要的無機物是鈣和磷,它們是骨硬固物質的組成成分。骨骼堅固緻密的外部組織形成骨骼的形狀,其內部由格狀骨壁組成,其中充滿了柔軟的細胞間組織,這些膠性組織由一種叫做骨膠原的蛋白質組成。

肌肉是由幾十萬個細胞或纖維組成。每個細胞或纖維包含1000個~2000個有收縮性的肌纖維,由腦神經控制其活動。骨肌產生的力量受外界物理因素的影響,其中包括地球引力。因此,在四肢和脊椎上必須存在克服地球引力的肌肉以維持人體的正常活動;同時,骨骼本身必須具有一定的力量,以便在地球引力的影響下,支持和保護人體內部的軟組織。所以,地球的引力左右著骨肌所產生的機械力。一旦脫離了地球引力,這些反地球引力的骨肌組織將逐漸消失。肌肉萎縮和骨骼礦物質減少的程度同在太空逗留的時間長短直接相關。因此,防止肌肉萎縮和骨骼礦物質的減少對長時間太空旅行的成敗至關重要,而更重要的是這決定了太空人在經過長時間太空飛行後能否平安返回地球。

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骨骼礦物質的減少主要是其內部的格狀骨壁組織和骨膠原基質。假如格狀骨壁組織僅部分被侵蝕,它能恢復原樣,所需的時間與在太空逗留的時間相同。但如果該組織已被全部侵蝕,它就無法再恢復過來。

人體內鈣質的代謝一般處於平衡狀態,每天正常鈣攝入量平均為800毫克,從糞便中排出720毫克,從尿中排出80毫克。但是在失重狀態下,上述平衡被打破,出現鈣負平衡狀態。從尿中排出的鈣質急遽上升,在一個月內,其排出量達到每天240毫克,糞便中鈣的排出量也有增加。在太空逗留5個~7個月,會得骨質疏鬆症,逗留1年,將損失全身鈣質總量的20%左右,這種損失便無法逆轉。現在去火星航行,來回將花18個~36個月的時間,因此科學家認為,如果不能夠很好地解決這個問題,還是不去為妙。


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