宇航員在長期失重的環境下如何保持健康的體魄？

隨著洞察號火星探測器登陸火星，載人登陸火星已不再遙遠，如果未來登陸火星，必然會暴露在長期失重的環境中，宇航員的健康問題該如何處理。一種新的醫學——空間醫學正在興起。人類還有一種額外的方法來對抗各種各樣的困難疾病。

科學家們發現，在太空環境中執行長期任務時，宇航員是失重的，因為他們的身體不受地球引力的影響(宇宙飛船的引力只有地球引力的百萬分之一，所以科學家們稱之為「微重力環境」)。此時，宇航員的骨骼不再需要支撐他們的全部體重，功能的下降可能導致骨骼鈣的流失。研究表明，長期失重會導致人體每月骨質流失的1%。

事實上，太空飛行中持續失重對宇航員骨骼的影響與骨質疏鬆症類似，骨質疏鬆症是隨著年齡增長而出現的。骨質疏鬆症是一種常見的骨科疾病，患者的骨骼變得非常脆弱，容易骨折。

在一個人的一生中，他或她的骨骼系統經歷了骨骼的不斷增加和減少。人體骨骼由於鈣和各種礦物質的存在而變得強壯和有彈性，這些礦物質負責支撐身體的重量。只要我們堅持體育鍛煉很長一段時間，不僅我們的身體會更好，我們的骨骼也會更健康和強壯。

然而，當人們進入老年階段，他們的運動變得遲緩，不僅不再堅持體育鍛煉，而且變得不活躍。這時你的肌肉和心血管系統開始老化。在失重的太空中，宇航員不再需要站立、行走或舉起重物，他們的肌肉，尤其是下半身的肌肉，由於缺乏鍛煉而處於閑置狀態。由於不需要克服重力將血液泵入大腦，宇航員的心血管系統不再像在地球上那樣強健。

當宇航員進入失重環境時，他們的身體功能可以正常調節，所以上述情況一般不會造成大問題。然而,當宇航員從太空返回地球,他們可能會陷入昏迷由於腦部血液供應不足,或不能正確地站由於骨質疏鬆症,或無法正確操作儀器由於體內肌肉的不平衡等,可能危及宇航員的生活。

科學家為宇航員設計了一系列特殊的運動設備，以將微重力的風險降到最低。目前，國際空間站在太空中裝備有三種運動器材。前兩個是早期的產品，其中一個被稱為「雙輪測力計」。它看起來像一輛健身自行車，

但是有一個特殊的肩帶來防止練習者漂浮。該儀器的主要功能是加強宇航員腿部肌肉的鍛煉和心血管系統的功能。它的優點是容易操作，但缺點是它不能為骨骼提供足夠的重量。另一種被稱為「踩踏板步行者」，旨在增強骨骼。步行者的底部經過特殊的彈性處理，使鍛煉者能夠感受到類似地球引力的拉力。壓力太大了，宇航員不得不每隔五到十分鐘停下來休息一下。

科學家發現，體育鍛煉可以有效增強宇航員的體質，減少骨質流失，延緩骨質疏鬆症的出現。為了保證任務的順利完成，宇航員必須每天至少鍛煉一到兩個小時。此外，宇航員必須服用由專家準備的藥物來預防身體疾病。隨著研究的不斷完善，體育專家希望設計出更高效、更有活力、更令人愉快的運動設備，讓宇航員儘可能少地花時間鍛煉，儘可能有益於健康。

研究宇航員失重狀態下生理變化的科學家們表示，在找到更有效的方法之前，老年人和宇航員都應該堅持體育鍛煉。有規律的體育鍛煉可以提高身體素質，預防心臟病、糖尿病或結直腸癌。

宇航員在太空中，無時無刻不能離開飛船的保護。飛船為宇航員提供了自由呼吸的空氣，提供了合適的溫度，使水循環，並保護他們免受外部真空的影響。從這個角度來看,宇航員在飛船中生活更像胎兒在子宮懷孕,母親的子宮對胎兒的發展提供氧氣和各種營養物質,而且還充當孵化器和廢物處置站,保護胎兒免受外部環境。

我們怎樣才能更好地了解宇航員在太空中的健康狀況?科學家在飛船上裝備了各種生物感測器，目的是能夠隨時收集信息，以艙內各種有機生命，包括宇航員、各種動植物、細胞等生存條件的監測。這些生物感測器測量生命體征和生理指標，包括心率、血壓和體溫。它們可以嵌入被監視的物體中，可以戴在表面上，也可以放置在飛船的各個部分。利用這些感測器，科學家可以隨時收集各種實驗參數，判斷整個航天器生命維持系統的運行情況。

科學家們正在開發一種可穿戴的微生物感測器，以測量宇航員血液中生物化學成分的變化，如酸度、鉀、鈣、二氧化碳和氧氣的變化，看看宇航員能否適應太空飛行。感測器必須儘可能小，以便吞咽時不會危及宇航員的正常生理功能。

事實上，微生物感測器在人類的日常醫療中也非常有用。例如，科學家希望能夠通過微生物感測器對腹部的胎兒進行全面監測，如果發現胎兒有任何異常，立即將信息發送給醫生。科學家們還設想在微小的生物感測器上安裝微型外科設備，這些感測器可以在體內運作。

許多疾病，如腫瘤或病原體感染，是由它們產生的蛋白質引起的，如果了解這些致病蛋白質的分子結構，科學家們也許能夠設計出更多的新葯，在提高藥效的同時盡量減少毒性副作用。

你怎麼知道蛋白質分子的結構?它可以被x射線反覆轟擊。為了獲得準確的信息，整個轟擊過程必須儘可能避免外界的干擾。然而，重力在地球上任何地方都是不可避免的，所以為了擺脫重力的干擾，科學家們現在把他們的實驗室搬到了太空。在那裡，科學家不僅可以精確地獲得蛋白質晶體的三維結構，而且還可以種植一些用於治療疾病。目前，科學家在太空實驗中獲得的蛋白質晶體的三維結構比地球上高出40%以上。

在中美洲和南美洲有一種叫查格斯的疾病。它是由寄生蟲傳播的查格斯病毒引起的惡性感染。它威脅著大約2000萬人的生命。恰加斯病毒寄生在一種可以休眠多年的寄生蟲體內。一旦激活，它攜帶的病毒就會感染人類。查格斯的疾病病毒很容易攻擊心臟，感染者的心肌最終會變弱甚至破裂。在過去，人們錯誤地認為恰加斯患者死於心臟病，而不是病毒感染。

幸運的是，在20世紀90年代初，研究人員從哥斯大黎加的一種熱帶植物中分離並提取了一種蛋白質，這種蛋白質能有效地阻止寄生蟲中的恰加斯病毒。科學家希望進一步了解這種蛋白質材料的結構。先前基於地面的分析蛋白質分子結構的嘗試已經失敗。後來，宇航員在太空中進行實驗，以獲得這種蛋白質的三維結構。治療恰加斯病的機會大大增加了。

到目前為止，在NASA的幫助下，科學家們已經發現了30多種用於治療的蛋白質結構，其中一些已經作為新葯進入了不同階段的臨床試驗。科學家們相信，通過對蛋白質結構的更多了解，可以開發出更多治療流感和糖尿病等疾病的藥物，這些疾病在世界各地更為常見。

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