微重力环境对身体的影响-运动生理学

（一）肌肉

研究表明，当肢体用石膏固定或后肢悬吊后，肌肉结构和功能迅速发生变化，表现为肌肉蛋白质合成减少，肌肉萎缩。大鼠实验也证实，不活动后最初数小时，蛋白质合成率下降约35%，数天后下降约50%，肌萎缩可持续很长时间。同样，对人的研究也发现，在卧床或下肢悬吊，肌肉失去负荷的情况下，肌肉质量和蛋白质缓慢损失。不活动与空间的微重力环境有很大的不同。不活动状态下，肌肉处于完全放松或很少的兴奋收缩状态。但在空间飞行过程中，虽然失去重力的作用，但是肌肉是被激活的、缩短的，只是在完成相同工作时，使的力非常小。研究发现，在1996年的一次历时17天的空间飞行中，4名航天员小腿后群肌的肌纤维横断面积减小了8%～11%，但肌力变化很小。空间微重力条件下，发生萎缩的肌肉主要是在重力条件下支持动物直立的慢肌，如腓肠肌和比目鱼肌。慢肌纤维在微重力条件下也可向快肌纤维转化，从而导致慢肌减少，快肌增加。研究发现，严格的运动训练可以有效地减小肌肉体积和功能的损失、减小肌肉协调性下降。

（二）骨骼

身体大多数的长骨依赖于每天的重力负荷。人们注意到18个月或以上的外空探险将引起明显的骨骼退化和钙的丢失，这将增加返回地面时发生骨折的危险性。钙平衡研究表明，空间站中宇航员发生的钙负平衡，归因于尿和便中钙的排出增加。尿中羟脯氨酸的排出增加，说明微重力的环境下骨吸收增强。

一般认为，微重力引起承重骨的骨矿物质大约丢失4%，其丢失的幅度与处于微重力环境的时间长短有关，而且，个体差异很大。主要表现为骨细胞腔隙出现、骨质酥松，以及骨小梁数目减少等。

微重力环境下骨骼变化的机制，至今尚不十分清楚，可能是因为骨生成受阻，或骨破坏增加，或两者都存在。长期微重力环境对骨的影响情况也不清楚。例如，长期微重力环境下骨矿物质能否失而复得，反复处于微重力环境是否造成骨矿物质丢失效应累积，宇航员在以后的空间飞行中是否将进一步丢失骨矿物质等。然而有一点是清楚的，微重力或卧床休息引起的骨变化，是由骨失去了力学负荷所致。另外，由于激素的变化导致钙、磷调节受到影响，血循环紊乱影响骨细胞的血液供应和骨的发育等。

（三）心血管系统

人体处于微重力或模拟微重力环境时发生的反应之一是血浆容量的减少。当身体处于微重力状态，由于静水压的下降，血液不再累积在下肢远端，所以引起回心血量增加，心输出量增加和动脉血压升高，肾动脉血压随之升高，引起尿量增加，血浆容量减少。由肾动脉血压升高引起尿量增加，这种对血压升高的反应被称为血压性利尿。抗利尿激素、醛固酮、血管紧张素和心房利钠素在血容量调节中也发挥作用，但是，血压性利尿对微重力状态下的血容量调节起主要的作用。当宇航员停留在微重力环境中，血容量减少对他们是有利的。但是，当他们回到静水压起作用的正常环境时，血容量的减少就成了一个严重的问题。在宇航员回到正常环境的最初数个小时内，由于血容量不足，常发生体位性低血压和眩晕，另外还可能出现红细胞数量和质量减少，出现类似于临床贫血患者患病时的变化。

观察俄罗斯宇航员航天飞行前、飞行中的心血管功能发现，两种状态下的心率、每搏输出量、心输出量无明显差异，只是飞行中的收缩压略微升高。在对宇航员进行次极限强度的运动试验中，也未发现飞行前、飞行中心率和血压反应的差异。

如上所述，宇航员返回地面后的最初数小时内容易发生体位性低血压。然而，对4次飞行的7名宇航员返回地面后1小时所做的超声心动图显示，心率、平均动脉压、体循环阻力增加，而舒张末期容量减少。舒张末期容量的减少可一直持续到返回地面后的7～14天。这些变化至少部分可以用血容量减少来解释。

此外，失重时体液重新分布，导致头部充血、鼻塞、静脉窦充血，脸变胖和发红，眼睛充血，头颈部静脉扩张；也可因水分丢失，电解质平衡发生紊乱。(www.xing528.com)

（四）感觉和运动功能

航天员出现视力降低、味觉受到影响，会出现不同程度的错觉等。在航天运动或作业时常出现用力过度，肌肉工作不协调，失定向，能量消耗过高，肌肉紧张度过高等现象。这种运动协调障碍通过一段时间适应，将会建立新的协调，运动系统的紊乱也会逐渐消失。这种感觉运动功能的改变主要是失重时视觉、前庭和本体感受器传入信息改变导致。

（五）内分泌系统

内分泌系统通过内分泌腺分泌的多种激素与神经系统一起调节人体的生理活动，对外界环境的变化做出有利于动物体的适应性反应。当动物进入空间环境时，外界环境发生了巨大的变化，内分泌腺体会受到影响，引起激素水平的改变。总体而言，在空间环境中，肾上腺功能增强，而性腺、甲状腺、甲状旁腺和胰岛功能减弱，这些变化可能是内分泌系统对空间环境的适应性反应，以使动物体在空间中保持较好的生理状态。当动物返回地面后，这些变化大多很快恢复至正常水平。

（六）免疫系统

在空间条件下，由于微重力和空间辐射的影响，以及睡眠紊乱，营养缺乏，宇航员免疫系统损害，功能抑制，易诱发感染及肿瘤。Guseva等研究乘坐礼炮5号的宇航员发现，其免疫系统受到明显抑制，血清抗菌活性减弱，唾液内溶菌酶含量下降，免疫球蛋白含量降低。空间微重力条件下，循环免疫细胞总数增加或无明显变化，中性粒细胞数明显增加，辅助T淋巴细胞和自然杀伤（NK）细胞数减低。脾脏中粒细胞数减少，淋巴细胞数明显增加，辅助性T淋巴细胞数减低，导致CD4+/CD8+比率下降。微重力条件下，中性粒细胞产生过氧化氢（H2O2）能力降低，淋巴细胞的运动能力和细胞毒性都有所减弱，而且，T淋巴细胞祖细胞数量减低，淋巴细胞的发育受到抑制。但据报道，尽管动物细胞免疫功能降低，但体液免疫的变化却不明显。空间环境中，免疫系统受到明显抑制，细胞免疫功能的降低尤其明显，这可能增加动物感染病毒和发生肿瘤的危险。

（七）体重和体成分

卧床休息和空间微重力环境可以引起体重和体成分的改变。空间飞行后宇航员的体重可减轻。1～3天的空间飞行所致的体重减轻很大程度上是由体液丧失所致。12天以上空间飞行的体重减轻，体液丧失起了一半的作用，另一半是由脂肪和蛋白质的丧失引起。脂肪的丧失可能是由能量摄入不足造成的。

人长期处于微重力环境中将出现一些健康问题。正如前面所述的肌肉、骨骼和心血管功能的改变，可能影响宇航员的健康。肌肉和心血管的改变似乎是短期的，他们的功能可以在几天或几个星期内恢复到空间飞行前。空间飞行造成的骨质丢失是否可以完全恢复尚不清楚。