火星计划远超500天之旅，身体答应吗？

人体心血管示意图。

　　最近，火星计划正在如火如荼地展开，但是这个远超500天的天空之旅，人类的身体能不能适应呢？美国研究人员的报告指出，宇航员在国际空间站长时间生活，其实对身体损伤很严重，不做弥补性的锻炼修复，会引起严重的肌肉萎缩、心血管功能失调等问题，而骨质疏松目前看来更是不可逆转的伤害。

　　宇航员在太空变年轻？

　　曾经有种说法，认为上了太空的宇航员变得年轻。第四军医大学航空航天医学系航空航天生物动力学教研室主任孙喜庆告诉记者，我们看空间站里的宇航员传回来的影像，会发现他们脸上的皱纹比在地球上少多了，确实会有觉得他们变年轻了的错觉。其实，这是因为失重造成的面部浮肿。在飞行过程中，宇航员的血液和其他体液不像重力条件下那样惯常地流向下身。相反，下身的血液回流到胸腔、头部，可引起宇航员面部浮肿、头胀，、颈部静脉曲张、头痛、鼻咽部堵塞、身体质量中心上移。是血液倒流到头部引起了这种“皮肤光滑”的错觉。短时间的作用不是很明显，但如果在外太空长时间生活，对在地球上土生土长惯了的人而言，身体上的伤害其实是很严重的。

　　失重与辐射

　　外太空设下的最大障碍

　　孙喜庆告诉记者，在外太空，对人体造成伤害的主要是失重和辐射问题。空间站的密闭空间可以解决真空的问题，保证氧气的供应。但失重和外太空的辐射，却是不能解决的问题。在外太空，高能离子辐射更为严重，宇航员要面对比地球上严重得多的太阳质子爆发的影响。虽然现在还没有发现宇航员得癌症，但超越地球人的辐射量会增加他们患癌症的几率。免疫系统功能有可能会下降，更容易得病。而且有基因突变和后代致畸的可能。

　　失重的影响更是全方位的。肌肉、骨骼、内脏功能、免疫系统，都会受到严重的影响。失重造成的空间运动病，影响神经前庭功能，这种病有点类似晕电梯、晕车、晕飞机。快速空间运动让我们的内耳前庭平衡感受器受到过度运动刺激，出冷汗、恶心、呕吐、头晕。在宇航员刚上太空的头3天，空间运动病造成的头晕、呕吐症状最严重。不过，1周以后，人体会逐渐适应失重的状态，不适感会消失。孙喜庆指出，相比之下，骨质疏松、肌肉萎缩、心血管疾病是比空间运动病严重得多的问题。失重还会造成心血管功能失调。科研发现，太空旅行引发的心血管问题，在发病头3周内会有比较快速的病程发展。但是，通过吃养心药、保健等医疗手段，心血管问题并不会一路恶化下去，在3周以后，会进入比较平稳的维持状态。而肌肉萎缩、骨质疏松的问题则更难对付。

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人体骨质疏松图解。

　　太空生活6个月后肌肉萎缩

　　据美联社报道，去年，美国研究人员以9名美国和俄罗斯宇航员为研究对象，发现长时间的空间站生活，其实给他们带来了严重的肌肉萎缩问题。这些宇航员2002年至2005年间到国际空间站停留6个月时间，在离开空间站前给研究者留下了小腿肌肉活组织切片。研究人员首次从细胞层面研究长期飞行对宇航员身体的影响。研究人员分析后发现，宇航员小腿肚肌肉中低收缩纤维失去了超过40%的活力。因为长期处在失重的环境中，肌肉不再承受压力，不管宇航员进入太空前肌肉有多发达，他们都遭遇相同的肌肉萎缩。这意味着太空中40岁的宇航员身体状况和地球上80岁的老人差不多。为了对抗这种萎缩，宇航员在太空必须强制性的每天锻炼一到两个小时，国际空间站中也配备了各种健身设备。然而，现在看来这样还是不够。研究人员们也在研发新的更有效的锻炼设备。回到地球后，宇航员们还要进行长时间的物理治疗，来扭转肌肉萎缩的问题。

　　不可逆转的骨质疏松

　　可能没飞到火星就骨折瘫痪

　　孙喜庆说，目前研究发现，心血管损伤、肌肉萎缩等问题是可以通过药物治疗和强制康复锻炼来弥补和逆转的。但是，唯有骨质疏松的问题，目前是难以逆转的。人体的骨组织有正常的钙化、钙盐与基质呈正常比例，但骨质疏松表现为骨组织量的减少、骨骼中钙的丢失。随着年龄的增长，中老年人骨质疏松逐渐多见。表现为腰背等处的骨痛，容易骨折，以及引发褥疮、泌尿系统感染等并发症。美国每年有约37500患者死于骨质疏松骨折引起的相关并发症。

　　“在外太空失重环境下，人体骨骼每个月丢失的钙达到人体骨骼钙总量的1.5%~2%。这种流失，目前很难用药物补钙的方式加以弥补。”孙喜庆说。也就是说，骨质疏松的问题会一路恶化下去。他分析，原因有可能是骨骼在地球上所承受的压力，在失重状态下就消失了。没有了压力刺激的骨骼，骨质流失的过程加快，而生长的过程则大大放缓。目前，空医人员采取的一种保健方式是让宇航员用类似“甩脂机”一样的设备锻炼，用震动的方式，外在地给骨骼加以刺激。这虽然不能阻止骨质疏松的发展，但不失为未来探索的一个方向。

　　登火星计划要想实现，必须先要挑战的是宇航员能不能在失重状态下长期飞行。目前科学家计算预计，乘航天器到达火星的时间大约需要250天。在火星上等待最佳返程时间，需要在火星上停留30天，回程可能需要240天。这样计算出来的结果是，宇航员需要在密封、失重的空间里挑战520天的新纪录。目前俄罗斯宇航员创下的最高纪录是438天。孙喜庆告诉记者，1周到1个月以内的中期宇宙航行，就要用每天4小时以上的高强度锻炼来对抗肌肉萎缩。像火星这种更长期的飞行，可能还没到达火星，宇航员都已经因肌肉萎缩和骨质疏松，而骨折瘫痪了。先不说能不能在失重状态下存活500天，在密闭空间中待上500天，对人的身心都会是很巨大的挑战。孙喜庆希望随着科研的进步，我们能够找到对付宇宙航行下，对身体伤害的有效避免方案。目前，“火星500”实验，还没有结束，究竟宇航员能不能挑战成功，现在还不能下结论。

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血液输送示意图

　　宇航员魔鬼训练换来适应力

　　接受过专门训练以及有宇宙旅行经验的宇航员是否在身体机能上更容易发生适应性的变化？成为未来远途星际航行的“潜力股”？孙喜庆认为，相比普通人，宇航员身体的适应能力确实比较强。而这种适应能力，是通过魔鬼般的训练得到的。

　　中国航天员训练需要经过8大类58个专业的磨炼。超重耐力适应性训练对飞行员的要求是，最大做到5倍于自己体重的加速度，持续时间仅3秒，而杨利伟、翟志刚、聂海胜他们要做到8倍于自己体重的加速度，持续时间达40秒。低压缺氧训练，航天员要以相当于15米/秒的速度，经受迅速提升到5000米高空瞬间带来的缺氧和减压的考验，并持续30分钟。血液重新分布适应性训练，航天员持续多天保持负15度卧姿，再转到正70度的立姿。转椅试验，航天员坐在转椅上，变换各种角度进行飞速旋转。如果不训练，人在太空连一般生活中的动作都极难完成。说千里挑一，对宇航员而言一点也不过分。

　　我国宇航员选拔的相关调研、报道资料显示：选拔通常要经过基本资格审查、临床医学检查、生理机能选拔、心理选拔、特殊环境因素耐力和适应性选拔。要求要有良好的体格，身体表面没有畸形，以免影响穿戴航天服，影响仪器操作，不能有外伤及后遗症、潜在慢性病、精神与神经疾病，喜欢抽烟和喝酒的人也排除在外。还要有良好的心理品格，胆大心细，遇事不慌。中国第一代宇航员都选自空军战斗机飞行员。他们都有近千小时的飞行经历，具有高超的飞行技术、强健的身体、良好的心理素质和反应能力。100名参选的飞行员精英中，才能挑选出1名宇航员。这个比例与美国和俄罗斯的挑选概率基本一致。美国航空航天局规定，任何在科学及工程方面具有高级技能的人才均可以提出参选宇航员的申请，但差不多也是千人里头选出三四个的样子。职业宇航员需要完成三四年的专业训练，载荷专家需要两年半，太空游客则需要半年的基本训练。

　　不同族群适应不同的地域环境，他们的身体因自然选择而发生了一些适应性的变异，并遗传成为人种上的特征。中山大学人类学系从事体质人类学研究的陈华副教授举了几个有趣的例子：

　　不少比较研究发现，北方一些族群，体型比较敦实；而生活在赤道附近较热地区的人则看起来比较纤细苗条。这其实就跟气候有关，苗条纤长的体型，相比矮胖的体型更容易散热。众所周知，紫外线的照射尽管对人类的生命活动具有相当重要的意义，但过量的照射却会造成人体组织、细胞的损伤。因此，生活在日光强烈、日照时间长的低纬度地区的居民，为了适应热带的极端环境，皮肤中含有较多的黑色素，皮肤黝黑，可以使他们皮肤内部的重要组织、器官免受过量的紫外线的损害。赤道人种的口裂通常很宽阔，口唇也很厚。宽阔的口裂与很厚并且外翻的唇黏膜能够增大通气量，同时扩大了水分的蒸发面积，从而有助于冷却吸入的空气。研究证明，生活在亚高原环境中的人群，耐缺氧的能力也较为突出。

　　生活在极地寒冷地区的爱斯基摩人，蔬菜水果很少，海豹、鱼是营养和能量的重要来源。体质人类学家在研究他们的新陈代谢系统时就发现，他们在生理上有一些适应性的变异，爱斯基摩人对高蛋白、高脂肪的代谢率很高，以肉食为主，并不影响他们的消化。在冰雪世界中生存，也练就了他们在文化上的适应。他们的语言中有上千个词汇来区分和形容不同类型的雪，对他们而言，这是在充满危险的恶劣环境中认知环境信息的文化适应。非洲的一些部族能够辨识家族中不同人的脚印，对现代社会中生活的人而言，这无异于“超能力”了。

　　即便宇航员们是精挑细选出来的精英，对外太空航行有着良好的适应能力，这并不意味着宇航员们可以变身百毒不侵的“宇宙超人”。也许有一天，在火星上出生的一代，相比地球人有更强的适应宇宙生活的能力。对土生土长的地球人而言，生命的适应潜力不是无限的。“无论在何处生存繁衍，保障生命存活的氧气、水等基本条件，是必须要满足的。人类不可能超越生命存活的基本条件去适应。”陈华说。

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　　链接：挑战心理的“火星500”实验

　　2010年6月3日，在俄罗斯科学院莫斯科生物医学问题研究所的模拟太空舱内，一场全球瞩目的模拟火星探索之旅520天的实验开始了。6名志愿者（其中包括来自中国的王跃）进入太空舱，开始了长达520天的挑战实验。实验想要知道的是人类在“星际旅行”中所能承受的身心极限。如果试验顺利，志愿者们将于2011年11月出舱。

　　火星之旅开始后，宇航员须在一个半月内习惯失重、宇宙辐射量增大、地磁场作用消失、舱内空间狭小等环境并完成工作任务。经过漫长飞行即将进入绕火星轨道前，宇航员会日益紧张。届时应降低工作强度，队内医生要对宇航员加强心理辅导，相关训练也要跟上。比如，充分的离心机训练有助于宇航员登上火星后适应火星引力作用。火星引力可能使长期失重的人体及其适应性出现一定紊乱；火星磁场微弱，大气稀薄，不能像地球那样抵御宇宙射线的侵袭；飞船内的地球微生物可能“登上”火星，造成污染。宇航员须按计划解决这些问题。

　　而完成火星表面考察任务的宇航员会有强烈疲劳感，此时急需相关药物、器械和心理辅导帮助他们恢复。在返回地球的航程结束前2周至4周内，宇航员会异常激动，这种情绪也会转变成焦虑，这时需要采取必要的疏导防范措施。