在第四次国际空间站任务进行到五个月时,资深NASA宇航员迈克·芬克(Mike Fincke)正在一次例行太空行走的前一天吃晚餐。突然,他发现自己无法说话。这次一月份的事件只持续了20分钟,虽然芬克没有感到疼痛,但他变得焦虑不安。
"这完全是出乎意料的。发生得非常迅速,"芬克最近在接受美联社采访时说。
"我的同伴们显然看到了我处于困境中。在短短几秒钟内,所有人都行动起来了,"他说。
芬克的同伴宇航员和一系列紧急协议使他得以安全,但NASA仍然做出了前所未有的举动:该机构提前结束了SpaceX Crew-11任务,让芬克和另外三名宇航员提前一个月返回地球,使空间站仅由三人维持运行。现在,这一事件可能会对未来任务的设计产生影响。
NASA局长贾里德·艾萨克曼(Jared Isaacman)在返回地球后的新闻发布会上表示,提前返回是由于"严重的医疗状况"。他补充说,虽然宇航员接受了广泛的医疗培训,但在某些情况下,回家是最好的选择,这就是为什么这种可能性被纳入该机构的飞行计划中。
"这是我们训练的内容。它已被纳入我们的计划中。执行得非常好,"艾萨克曼补充道。"我们将总结任何相关经验教训,为后续任务的准备工作提供参考。"
但随着NASA追求更长时间、更远距离的太空任务,如果不能简单地返回地球,该怎么办?
太空中的健康问题
SpaceX Crew-11于1月15日安全返回地球,事件发生后八天——这意味着这不是紧急撤离,紧急撤离会在几小时内完成。尽管如此,芬克是国际空间站290多名访客中第一个因健康问题提前返回地球的人。
迈克·芬克(左起第二位)与国际空间站远征74号任务的其他成员在一起,这是他经历医疗事件前几周拍摄的照片。
NASA没有透露关于这一事件的许多细节,这符合其保护宇航员隐私和保密所有医疗事务的一贯做法。即使在研究分析宇航员健康的特定方面时,研究通常也不会披露身份。芬克后来透露,提前返回是出于对其健康的担忧,但没有披露任何正式诊断,尽管他告诉美联社,这些症状可能与太空环境有关。
虽然对他情况的应对是独特的,但芬克绝不是第一个在太空中经历健康问题的人。
太空旅行中经历的强大作用力和失重状态对人类身体有多种影响。NASA已经研究这些影响超过50年,并将它们分为五个关键危害领域:辐射、隔离、距离、微重力和恶劣环境。这些力量可能导致包括骨质和肌肉流失、心血管问题、免疫功能障碍和视力损害在内的疾病。
失重影响的一个关键过程是血液流动。远离地球重力,血液和其他体液从腿部和躯干向上流向头部,导致上半身肿胀。2019年,一项针对11名健康宇航员(九名未透露身份的男性和两名女性,平均年龄46岁)进行的研究显示,其中六人经历了停滞或反向血液流动,一人经历了血栓,另一人经历了部分血栓。
多伦多大学医学院副教授法汉·阿斯拉尔(Farhan Asrar)博士说:"太空环境可能会使人失去能力,太空的压力几乎会影响身体的每个方面。太空会影响你的肌肉质量和骨骼健康。我们知道,体液转移也导致了许多问题。"
他补充说,某些血液流动问题也可能导致暂时性的言语障碍。"有一种称为TIA,或短暂性脑缺血发作的情况,基本上是一次短暂的神经功能障碍发作,通常是由于流向大脑的血液流动中断引起的,"阿斯拉尔说。"它往往会自行解决,不会留下任何永久性损伤。"TIA症状还可能包括头晕、困惑和平衡感丧失。
SpaceX龙飞船"奋进号"在搭载Crew-11宇航员泽娜·卡德曼(Zena Cardman)、迈克·芬克(Mike Fincke)、汤川木也(Kimiya Yui)和奥列格·普拉托诺夫(Oleg Platonov)返回地球后不久。
然而,目前尚不清楚芬克是否经历了其他症状,或者他的状况是否与血液流动有关。机组人员使用空间站的超声波机器评估芬克的状况,可能是根据任务控制中心的指导进行的。
四次航天飞机任务的老兵、同时也是医生的斯科特·帕拉津斯基(Scott Parazynski)说:"我认为他们可能查看了心脏的整体功能以及一些其他结构。你可以评估颈动脉是否存在任何阻塞或部分阻塞。如果我在船上,我会这样做。"
体液转移是宇航员经常经历的其他类型状况的原因。其中之一是SANS,或太空飞行相关神经眼综合征。它表现为眼睛后部肿胀和视力下降,NASA估计约70%的国际空间站宇航员都曾遭受过这种影响。SANS是SpaceX发射的为期五天的私人载人太空飞行"北极星黎明"(Polaris Dawn)任务期间研究的课题之一。艾萨克曼在担任NASA职位前部分资助并担任了该任务的指挥官。
在太空中停留超过六个月还伴随着其他潜在的健康风险,包括骨骼削弱和流失以及肌肉萎缩。由于漂浮不需要太多努力,心脏也不必费力泵血,宇航员还会经历血容量减少、免疫系统减弱和心血管功能退化。
"深空有它自己的一系列挑战,"阿斯拉尔说。"我们在探索深空的更远距离方面相对较新,我们正在从阿耳忒弥斯二号(Artemis II)中学习并进一步推进。但我们知道,辐射暴露是一个问题——不仅是暴露时间,还有深空中穿透性更强的辐射类型。"
根据NASA的说法,暴露于辐射(以接近光速运动的高能粒子和原子)的宇航员面临更高的终身癌症风险、中枢神经系统影响和退行性疾病。
因医疗原因提前返回的Crew-11是国际空间站历史上的第一次。
深空紧急情况的规划
帕拉津斯基表示,NASA以非常专业和审慎的方式处理了芬克的医疗紧急情况,他补充说,空间站靠近地球的一个优势是,可以在让患者经历相当紧张的地球返回过程之前先稳定其病情。
"有时最好在当地评估患者,提供他们所需的任何支持性护理,然后再决定是否将宇航员送回家。"
然而,未来的深空任务将面临更多的健康挑战。"国际空间站几乎可以全天候与地球保持联系,"阿斯拉尔说。"因此,如果宇航员接受的任何培训都不够充分,他们还可以从地球获得专业知识。然而,在深空中,我们知道通信延迟可能是一个问题。"
阿耳忒弥斯二号机组在月球后方穿越时经历了约40分钟的通信中断。在潜在的未来火星任务中,一旦到达目的地,宇航员需要等待20分钟才能使任何传输到达地球,再等待20分钟才能收到回复,这是因为信号往返地球所需的时间。
从阿耳忒弥斯二号飞船内部看到的月球景象。
解决这一问题的一种方法是将医生作为机组成员,这并不太难,因为许多宇航员也是医生。第一位成为宇航员的美国医学博士是1973年的约瑟夫·克尔温(Joseph Kerwin),自那以后大约有三十六位NASA医生成为了宇航员。在其他国家也很常见:九位进入太空的加拿大人中有四位是医生。
在芬克的医疗事件发生时,国际空间站上没有医生,但NASA局长艾萨克曼表示,他认为即使有医生在场,事情也不会有太大不同。不过,他确实指出,当NASA执行火星任务时,船上拥有医疗专业人员将是有益的。
机组人员最终也可能能够预测和规划太空中的医疗保健。例如,NASA在阿耳忒弥斯二号上存放了"器官芯片"——来自宇航员的骨髓样本,以评估深空条件(包括辐射)对人类健康的影响。从实验中获得的见解可能会导致个性化治疗,如个性化的医疗包,这将有助于宇航员执行更长时间的任务——或许更深入宇宙。
NASA生物与物理科学部主管丽莎·卡内尔(Lisa Carnell)表示,目标是有一天能够提前为选定执行深空任务的宇航员发送器官芯片,这样机组人员可以在潜在健康问题在远离家园的地方成为问题之前做好准备。
"我们喜欢说,'出发前先了解'。就这么简单,"卡内尔在之前的采访中告诉CNN。"例如,我们如何在发送他们之前知道如何确保他们健康返回并且尽可能安全?这是一种非常简单……优雅的方式来做到这一点。"
根据帕拉津斯基的说法,即使在60年的太空任务之后,关于人体如何对失重做出反应以及如何在长期太空飞行后将人们恢复到完全健康状态,仍有待解开的谜团。
"进入太空是一种加速衰老的过程,"他补充道。"当我们开始考虑将宇航员长时间送往月球和火星时,我们如何在他们到达那里后支持他们?我们如何在离家一年或更长时间后安全地将他们带回地球重力?这是太空医学开始回答这些问题的一个激动人心的时刻。"
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