航天員在太空會遇到什麼危險（航天員執行太空任務超過6個月會導致20年的骨質流失）

2023-04-13 10:56:16

神舟十三號航天員乘組在軌駐留 6 個月後，於今年 4 月返回。「感覺良好。」這是神舟十三號乘組翟志剛、王亞平、葉光富在返回地面出艙後的簡短報告。醫監醫保人員也在現場確認，三名航天員身體狀態正常。

神舟十三號航天員王亞平返回地球

但壞消息是：一項最新研究發現，執行太空任務超過 6 個月的航天員會遭受長達數十年的骨質流失，其中大部分可能是不可逆轉的。這一發現還對未來的載人火星任務構成了嚴重挑戰。

「對於持續 6 個月或更長時間的太空任務，航天員暴露在太空微重力環境中會導致骨質流失，相當於 20 年的衰老。」研究人員發表在《科學報告》上的論文中稱，「在回到地球一年後，只有一半的骨骼能夠恢復。」

骨骼就像肌肉一樣，一直在生長，在地球引力造成的持續機械張力下，它們進化到重塑自己。而且，就像肌肉一樣，如果不使用負重的骨骼——比如在太空中長時間的低重力環境中——它們就會被不可逆轉地削弱。

該研究的主要作者、加拿大卡爾加裡大學運動機能學教授 Leigh Gabel 說：「我們發現，大多數航天員的負重骨骼在返回地球一年後只會部分恢復。太空飛行造成的永久性骨質流失與地球上十年的骨質流失差不多。」

研究人員對 17 名曾在國際空間站工作的航天員的骨骼進行了評估，其中包括 14 名男性和 3 名女性，平均年齡 47 歲。他們在國際空間站駐留的時間從 4 個月到 7 個月不等。為了追蹤航天員骨骼的惡化和恢復情況，研究人員掃描了他們身體的特定部位——比如手腕、腳踝和小腿——在他們前往國際空間站之前和他們返回後。在航天員回到地面 6 個月和 12 個月後，他們還進行了兩次後續掃描。

HR-pQCT

這些掃描使用了一種被稱為高解析度外圍定量計算機斷層掃描（HR-pQCT）的技術，這種技術可以在比人類頭髮直徑更細的尺度上構建人類骨骼結構的三維圖像。通過這些掃描，研究人員計算出了航天員的骨礦物質含量和骨密度——這是骨頭易發生骨折的關鍵指標。

結果顯示，在 17 名航天員中，有 16 人在恢復一年之後沒有恢復到太空前的脛骨強度。此外，在恢復一年之後，曾在太空中待了 6 個月以上的 8 名航天員的脛骨經歷了相當於地球上 10 年的老化，所承受的力比他們執行太空任務之前明顯降低。相比之下，航天員的小臂骨骼（橈骨）幾乎沒有退化，這或許是因為這些骨骼不承重。

骨骼大致可以分為兩層：皮質和骨小梁。骨骼的皮質部分約佔人類骨量的 80%，是骨骼的外軸，決定了骨骼的形狀。其餘 20% 的骨量由骨小梁組成，這是一種由微觀梁和支柱組成的網格狀結構，從內部加強皮質骨。當人們失去骨密度時，蜂窩狀骨小梁就會消失，使骨骼的強度降低。

骨密度流失時蜂窩狀骨小梁示意圖

​此前，科學家曾預測，在往返火星的三年時間裡，33%的航天員將面臨骨質疏鬆症的風險。骨質疏鬆症是一種漸進式疾病，會導致蜂窩狀骨骼的孔和空間變大，更容易造成骨折。

在低重力環境下，不僅僅是骨骼會退化。先前的研究也表明，肌肉、眼睛、大腦、心臟、脊椎，甚至細胞都可能因長時間待在太空中而受損——所有這些都對長時間的太空飛行構成了獨特的挑戰。

這項新研究帶來的希望是，研發比目前國際空間站上配備的阻力運動裝置(ARED)更先進的設備。ARED為航天員提供了在飛行中的硬舉訓練，這可以減緩骨質流失的速度。除了新設備，還要有特定的訓練方案和更具針對性的營養方案，這些都對保持航天員長時間在太空中的健康至關重要。

國際空間站上配備的阻力運動裝置

​科學家建議，阻力訓練尤其是硬舉和下半身訓練仍將是緩解骨質流失的主要方法，將跳躍運動加入在軌療法則能進一步防止骨質流失。但狹窄的空間是太空探索任務的一個限制因素，因此運動設備的體積還需要繼續優化。

​在太空中待的時間越長，骨質流失的就越多。但是，科學家還不知道的是，人體是否會在某個時候達到骨質流失的平臺期，因為骨頭似乎不可能完全「融化」。Leigh Gabel 教授表示，現在正計劃進行一項後續研究，以揭示更長時間在太空駐留對人體骨骼所造成的影響，這也是美國航空航天局「太空對人體十幾個重要部位的長期影響」研究項目的一部分。