在地球軌道飛行中，由于離心力抵消了地球引力的作用，使航天器內(nèi)原本的重力環(huán)境轉為一種微重力環(huán)境。該環(huán)境中的人體及其他生物體的生命過程，以及許多物理過程都會發(fā)生一系列變化，這些變化被稱之為微重力效應，即失重效應。在航天飛行期間，航天員因處于失重環(huán)境，也會由此引發(fā)失重生理效應。何謂失重生理效應？相應的防護措施有哪些？
一、什么是失重生理效應？
就像人體各生理系統(tǒng)功能按照組織結構和調(diào)控機制，被分為不同的層次一樣，失重環(huán)境對人體產(chǎn)生的生理效應也可以分為三個層次：
1. 第一層次效應
主要發(fā)生在神經(jīng)系統(tǒng)，機體內(nèi)存在直接和間接感知重力變化的器官，當重力變化信息作用于人體時，首先影響到的是機體姿態(tài)維持和空間定向功能，表現(xiàn)為眩暈、惡心等運動病反應，即“空間運動病”。這種效應在進入失重環(huán)境后的三天內(nèi)較為明顯。該層次效應的特點是時間短、適應速度快。
2. 第二層次效應
主要是機體內(nèi)環(huán)境的重新調(diào)整，因失重后體液的頭向轉移，涉及循環(huán)、體液調(diào)節(jié)、血液和內(nèi)分泌等系統(tǒng)，主要表現(xiàn)為壓力感受器反射功能改變、血容量和循環(huán)系統(tǒng)引發(fā)相應調(diào)整等。該層次效應的特點是需重新建立新的平衡，一般需要數(shù)周的時間。
3. 第三層次效應
主要是失重的低動力效應，涉及肌肉和骨骼系統(tǒng)等方面，即重力消失而引起的肌肉和骨骼負荷及做功減少的狀態(tài)，主要表現(xiàn)為骨骼肌萎縮，長期失重環(huán)境可改變肌纖維的比例和骨代謝的過程。該層次效應的特點是持續(xù)時間長，應及時采取適當干預，避免對健康造成影響。
二、航天飛行的失重防護措施有哪些？
失重引起的生理效應在本質上是人體對微重力環(huán)境的適應性變化。為了減小失重環(huán)境對機體的影響、維持航天員的身體健康，幫助其更好地適應太空環(huán)境，以及返回地面后更快地適應于1G的重力環(huán)境，必須制定和采取科學有效的防護措施，對于保障長期飛行中航天員的健康、開展航天醫(yī)學研究都是十分重要的。在空間站階段，針對我國航天員采取的失重防護措施主要為：
1. 運動鍛煉防護措施
在飛行前，航天員通過體質訓練以及前庭功能、超重耐力適應性等航天環(huán)境適應性訓練，在提高和保持身體基本素質的同時，提高對外層空間環(huán)境的適應能力，幫助減少空間運動病的癥狀反應。
在飛行中，運動鍛煉是對抗失重生理效應的主要防護措施。為此，科研人員根據(jù)在軌乘組每日需要的鍛煉時間和鍛煉強度研發(fā)制造了系統(tǒng)的鍛煉設備，供航天員鍛煉肌肉、心肺功能，促進中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能協(xié)調(diào)，維持失重環(huán)境下肌肉功能和骨骼力量，防止心血管功能失調(diào)、骨質疏松和肌肉萎縮等，為他們在空間站工作和生活，以及返回地面后直立姿勢下的協(xié)調(diào)能力、運動能力的改善提供了強有力的保障。
（1）太空跑臺
位于天和核心艙的太空跑臺類似于地面上的跑步機，是最重要的失重效應防護設備，當航天員站立在跑臺上時，由彈性束縛帶將航天員固定在跑臺上，給航天員的下肢施加一定作用力，主要用于有氧耐力鍛煉，同時也可達到對骨骼的高沖擊性鍛煉。保持一定量的跑步鍛煉可以減少體液頭向轉移，提高航天員的運動耐力。
△?神舟十八號乘組使用太空跑臺鍛煉
（2）太空自行車功量計
位于問天實驗艙的太空自行車類似于地面上的自行車，是一種可計量運動做功量的設備，由帶有摩擦阻力的飛輪與腳踏聯(lián)動組成，該設備主要用于鍛煉腿部肌肉，維持上下肢肌耐力，提高機體有氧工作能力，與太空跑臺均為綜合鍛煉心血管功能的重要裝置，也可作為研究和評價航天員心血管功能改變的實驗設備。
△?神舟十八號乘組使用太空自行車鍛煉
（3）微重力抗阻鍛煉裝置
位于夢天實驗艙的抗阻鍛煉裝置是一種不依賴于重力的鍛煉裝置，由可自由選擇配重的飛輪組成，以飛輪進行旋轉時產(chǎn)生的慣性作為航天員的鍛煉負荷，航天員可以通過飛輪進行離心與向心運動鍛煉，進行更大負荷、全身或單一關節(jié)的高級抗阻訓練，解決了長期航天飛行中失重性肌肉萎縮和骨丟失的問題。
△?神舟十八號乘組使用微重力抗阻裝置鍛煉
（4）拉力器
拉力器與抗阻鍛煉裝置都是針對力量的訓練措施。拉力器是一種簡單易行的鍛煉設備，以橡皮繩或彈簧制成，航天員通過克服這些彈性物品的阻力，可以對頭頸、四肢、腰部等部位的部分肌肉起到鍛煉作用，有效預防肌肉群萎縮和力量減弱。
△?神舟十八號乘組使用微重力抗阻裝置鍛煉
除上述最主要的防護設備外，空間站內(nèi)還配備了其他針對身體局部的鍛煉設備，例如手部握力器、腕力球，以及呼吸肌鍛煉器等，對于維持對應肌群的力量和耐力都非常有效。
△?神舟十八號航天員使用握力器鍛煉
2. 非運動鍛煉防護措施
除上述防護措施，航天員還可以通過以下方法對抗失重生理效應。
（1）企鵝服
企鵝服是一種特殊的對抗失重效應的防護設備，航天員在太空穿著它如同穿了緊身衣一樣。服裝的夾層中設計有多個彈性帶，航天員穿在身上活動時必須克服衣服的彈性阻力，通過這些彈性阻力的作用，可以模擬地面上的運動拉力，通過力刺激使肌肉保持張力。
△?神舟十三號航天員在軌展示企鵝服
（2）藥物
藥物是對抗失重環(huán)境影響的有效措施之一?？蒲腥藛T會給航天員準備一些安全常用的藥品，如預防空間運動病的藥物（如地芬尼多、茶苯海明等），以及預防骨質疏松的藥物等。此外，還會結合中醫(yī)藥來改善失重環(huán)境對航天員身體的影響。
（3）其他
在飛行中，航天員需保持良好的飲食和營養(yǎng)，及時補充體液，從整體上提高對失重影響的能力；對身體局部采取束縛加壓，可調(diào)節(jié)血液分布并減輕失重狀態(tài)下血液重新分配所產(chǎn)生的影響；使用“太空針灸”等電刺激裝置，可預防心律失常、骨質疏松等問題。
△ “太空針灸”開箱
航天飛行中多樣化的失重防護措施共同構成了一個綜合的防護體系。這些措施不僅保障了航天員的健康，也體現(xiàn)了人類對太空環(huán)境適應能力的不斷探索和進步。隨著載人航天技術的發(fā)展和對太空環(huán)境理解的深入，未來的失重防護措施將為人類在太空的長期居住和工作提供更堅實的健康保障。
來源：中國載人航天官方微信公眾號
轉載時間：2024.8.21
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