在我与宇航员共事的岁月里，经常听到返航乘员被用担架从返回舱中抬出的消息。就在去年，我们看到美国宇航局宇航员苏尼·威廉姆斯和布奇·威尔莫尔在国际空间站上意外度过了长达九个月的任务后终于回家时，也是如此。
尽管成为宇航员需要顶尖的健康水平和体能，且在任务期间要花费数小时锻炼，但在太空度过数月后，有些宇航员可能比地球上许多老年人更虚弱、更难以行走、更容易受伤。
事实上，宇航员的身体在轨道上经历的变化，在某种程度上就像是人类衰老的加速预览。太空任务对脊柱的影响、肌肉的削弱以及平衡系统的失调，正是我们许多人从某些伤病中恢复时、经历住院卧床一段时间后、或仅仅因为长年久坐所经历情况的快进版本。
这意味着，宇航员在任务期间为维持体能而战斗的方式，以及返回地球后努力完全恢复体能的方式，为我们的健康生活和减轻背痛提供了关键线索。它也凸显了我们每天应该进行的抗重力活动的重要性，以抵抗不断向下拉扯我们的力量——而这不全是去健身房做常规锻炼。
人类自1961年起就开始进入太空，并于2000年开始入驻国际空间站。自那以来，我们了解到失重如何损害身体，尤其是肌肉骨骼系统。骨骼每月流失高达2%的质量，其中行走时承重的骨骼流失最多，而手臂骨骼通常不受影响。同样，肌肉力量在短短几周内可减少高达10%，在三到六个月内上升至20%。
为了抵消这些影响，国际空间站上的宇航员现在每天花费约2小时进行锻炼，使用特制跑步机、自行车或为低重力环境设计的阻力训练设备。但对许多人来说，这仍然不足以弥补，多年来对宇航员的研究揭示了微重力影响的更多细节。
太空医学的一个关键教训是我们“被遗忘的”核心肌群的重要性：位于腹部“六块腹肌”深处的稳定肌，它们使腰椎保持稳定并支撑在腹腔内。这些包括多裂肌（位于脊柱两侧，支撑椎骨运动）和腹横肌（像束腹一样水平环绕躯干的肌肉层）。
核心肌群虚弱
在太空的低重力环境中，身体许多肌肉会变小变弱，对于保持我们直立姿态的姿势肌尤其如此，例如多裂肌和腹横肌。例如，2021年由澳大利亚布里斯班格里菲斯大学的朱莉·海德斯领导的一项研究，观察了五名在国际空间站上度过六个月的宇航员，发现他们下背部多裂肌的横截面积缩小了约10%，而腹横肌缩小了34%。
在微重力下，激活这些核心肌群的大脑信号也变得时机不当，这意味着肌肉内的纤维群在需要执行某些动作时无法被及时激活。
肌肉萎缩导致了低重力条件下脊柱的伸长。例如，宇航员的躯干可延长超过6厘米——这是地球上自然日周期中通常变化的两倍多。
所有这些的结果是，许多宇航员出现背痛。2024年的一项综述发现，超过一半的宇航员在太空飞行中报告了中度至重度下背痛，其中一些受影响者一年后仍感到疼痛。
因此，保持深层核心肌群的良好状态现在不仅是太空医学的关键部分，也是慢性背痛患者康复的关键。然而，这些姿势肌对通常用于增强手臂和腿部肌肉的常规举重训练反应不佳，英国泰恩河畔纽卡斯尔诺森比亚大学航空航天医学与康复实验室的柯尔斯蒂·林赛说。这意味着即使是一些训练有素的运动员也可能有薄弱的多裂肌。
脊柱支撑
相反，这些脊柱支撑肌肉需要一种特定的训练模式，即它们几乎持续地以低水平工作，林赛说——这在太空中不会发生。而且，与我们的腹肌或二头肌不同，我们通常很难知道这些肌肉何时“激活”并收缩。这就是为什么任务后宇航员再适应计划（如我在德国科隆欧洲宇航中心参与的项目）强调有目的、受控的运动——物理治疗师称之为运动控制。在这种训练中，受训者学习如何激活多裂肌和腹横肌等肌肉，通常使用超声波提供实时生物反馈，显示肌肉何时收缩。
一旦掌握了这些激活技巧，宇航员就可以进阶到其他练习，例如从坐到站或上下台阶，逐步增加负荷和强度，并注重正确的脊柱姿势。这类练习是美国宇航局和欧洲空间局任务后再适应方案的一部分。事实上，现在已有像FRED（功能性再适应锻炼设备，由诺森比亚大学开发）这样的设备——一种改良的交叉训练机，提供很小的阻力——旨在针对核心稳定肌，并且适用于物理治疗诊所中的虚弱人群以及去适应化的宇航员。
但在太空中也需要新的锻炼方式来维持任务期间的背部健康。在诺森比亚大学，我的同事们正在开发另一种训练深层核心稳定肌的方法，称为低强度连续激活（LICA）运动。其理念是让这些肌肉在太空中以及宇航员返回任务后以正确的方式工作。在地面上，训练包括在受训者平衡受到挑战时进行缓慢、受控的运动，例如在固定式自行车测力计上站起来，然后缓慢地以无阻力方式骑行（还有一种步行版本，可通过FRED等机器复制）。然而，在太空中使用则需要新的锻炼设备。
LICA运动自动招募核心肌群，引起低水平收缩。但与行走或举重时简单地将肌肉开合不同，LICA运动在整个运动中保持肌肉激活，因此使用者无需知道在哪里或如何收缩这些肌肉。
同样，这一发展也可以造福地球上的人们，测试表明LICA运动有助于卧床休息后的再适应，以及缓解下背痛和产后压力性尿失禁。
一些“重力调节”系统也可以帮助临床医生为治疗对象设定合适的重力水平，以提示核心肌群。例如，受伤后，体重支撑或抗重力跑步机可以在逐步重建躯干控制的同时，以体重的50%至80%进行行走或跑步。这些技术最初是为宇航员练习在月球上行走以及经过数月轨道生活后重新适应重力而开发的。
重力剂量技术
最广为人知的这类设备是美国宇航局开发的Alter-G跑步机，它使用一个密封舱包裹下身，通过增加气压来减轻跑步者的体重。研究表明，这类设备可以减轻脊柱、髋部或膝关节手术康复者的疼痛，并改善老年人和神经系统疾病患者的行走信心。
可穿戴技术也能提供帮助。以“重力加载对抗紧身衣”为例，这是一款模仿从头到脚重力拉扯的弹性紧身衣，我曾领导其在欧洲空间局的五年开发工作。这款专为太空使用设计的服装已被证明能减少脊柱伸长和背痛，同时帮助保持正确姿势和深层稳定肌的工作。这一概念现在正被转化为面向地球上人群的服装，形式包括支撑姿势和躯干耐力的衣服，适用于背部虚弱、慢性疼痛或与年龄相关弯腰驼背的人。
然而，抛开这些高科技手段，我们每个人都可以采用许多简单的抗重力习惯。这些包括：无靠背静坐10分钟；接电话时站立代替坐着；选择楼梯而不是电梯；以及我最喜欢的一个：在火车上站立时，轻轻握住扶手或吊环，迫使身体进行许多微小的平衡调整。当我开始因长时间工作而感到下背痛时，我开始定期进行这些活动，并经历了显著改善。还有一些证据表明，像普拉提这样强烈关注核心力量建设的锻炼方案也能有所帮助。
太空时间不仅影响身体，也迷惑我们的平衡系统。在微重力下，内耳的平衡结构不再对头部倾斜或重力的拉动做出正常反应。大脑依赖的肌肉和关节中的感觉感受器（本体感觉，即感知四肢位置的能力）也受到影响。随着时间的推移，大脑减少对这些线索的依赖，更多地依赖视觉。
当宇航员返回地球时，他们在低重力环境中度过的时间使他们步态不稳，行走时容易过度纠正或偏离方向，因为他们的平衡系统需要重新校准。美国宇航局宇航员汤姆·马什伯恩说，在航天飞机任务返回后2小时，他和他的同事在试图走上斜坡时，因脚步抬得过高而大笑。“此外，在走廊转弯时，我往往会误判并撞到远处的墙壁。”一个实际后果是，宇航员返回后一两周内不允许开车。
为了恢复协调性，太空机构会规定所谓的“感觉运动再适应训练”。我曾看到宇航员执行闭眼平衡任务，有些使用摇摆板，或进行结合运动追踪护目镜和转头任务的练习，以重新训练连接平衡和视觉的反射。
我们看到对宇航员有效的训练同样有益于我们其他人。事实上，如果你练习类似的、逐渐增加不稳定性的任务，比如单腿站立同时转头、脚跟对脚尖沿直线行走、或使用平衡板或平衡盘，是可以改善平衡能力的，甚至在晚年也可行。对于老年人来说，这种“神经调谐”可以降低跌倒风险，并提高空间意识。简而言之：用于飞行后康复的训练可以帮助地球上的人们保持直立和独立。
太空时间的另一个身体影响是骨骼的流失和弱化。健康的骨骼是一个动态过程的结果，即骨吸收和骨形成之间的微妙平衡。微重力使这些过程解耦，导致骨骼变得更脆弱，更容易骨折。一种可能的补救措施是振动。这最初是作为一种保护地球上人类骨骼和肌肉的可能方法被研究的，后来演变为全身低强度振动技术，现已被广泛研究作为保护宇航员骨骼健康的方法。
在这里，个人站在一个看起来像浴室秤的机器上，该机器通过脚部向腿部、臀部和下脊柱发送微小振动。这样做，可以刺激骨髓中的干细胞转化为构建骨骼的细胞。现在，短时间的低强度振动正在被临床测试用于治疗骨质疏松症和虚弱，以及术后脊柱或髋部康复，尽管支持其使用的确凿证据尚待确认。
抵抗重力
也许这一切都不应该令人惊讶。人类是双足动物，高度适应在重力拉扯下每天大部分时间保持直立。如果没有这种隐藏的日常锻炼，我们的身体很快就会崩溃。这一点在长期卧床休息影响的研究中得到了强调。尽管身体在躺下时仍然经历重力，但它不再沿着头到脚轴作用，许多后果与宇航员相似。研究表明，就像在太空中一样，长期卧床休息后，姿势肌会变得不成比例地虚弱。这也是为什么卧床休息研究（志愿者一次躺下数月）被用来研究身体如何适应失重。
最后，我在太空医学领域多年的工作让我将重力视为一个训练伙伴，而不仅仅是一个常数。帮助宇航员在微重力中数月后仍然站直的相同原则，可以帮助我们所有人抵抗因时间和不活动带来的缓慢衰退。事实证明，重力既是磨砺我们的挑战，也是支撑我们的良药。
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