太空健康研究太空中宇航员会面临哪些风险

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50多年来，美国宇航局的人类研究计划(HRP)一直在研究太空中人体会发生什么变化，以确保宇航员在执行任务期间的安全和健康。

NASA的工程师们利用这些经验教训来更好地设计航天器，并改进宇航服的功能和适用性，制定和评估医疗标准、身体健康计划和标准、生理和心理适应训练、感觉运动训练和营养健康协议。

NASA宇航员克里斯蒂娜·科赫(ChristinaKoch)停下来帮助更换国际空间站的设备

NASA将使用创新技术将第一位女性和第二位男性送上月球，以探索比以往更多的月球表面，收集新数据，同时保持宇航员的健康和安全，这就是Artemis计划。

在月球和火星上执行任务所面临的风险是否相同？

斯科特·凯利（ScottKelly）和克里斯蒂娜·科赫（ChristinaKoch）是第一批在空间站上在太空中度过近一年的美国宇航员，是之前平均水平的两倍。斯科特、克里斯蒂娜和其他七名宇航员在一次太空飞行中在太空中度过了多天。

除了在太空中度过了将近一年的时间，斯科特还参与了独特的双胞胎研究。斯科特参加了空间站上的几项生物医学研究，而他的同卵双胞胎兄弟、退休宇航员马克凯利作为对照对象留在地球上。

与他的兄弟马克相比，这项研究提供了关于斯科特在生理和心理上发生了什么的宝贵数据。预计这些研究将阐明身体如何适应更长时间的太空飞行环境，这对于未来的深空任务至关重要。

在空间站停留六个月的宇航员与可能在火星任务中离开多年的宇航员所面临的风险是否相同？

答案显而易见是：不。美国宇航局正在研究火星任务的风险，这些可风险用首字母缩略词“RIDGE”来概括，是SpaceR辐射、隔离和限制、与地球的距离、重力场和敌对/封闭环境的缩写。这些危害与它们施加在身体上的压力源有关。

宇航员所面临的风险有哪些？

空间辐射

在地球上，从我们吃的食物到我们呼吸的空气，都受到地球磁场和大气的保护，不受太空辐射的影响。

在太空中，宇航员暴露在与地球上更高水平的辐射中。

空间辐射的三个主要来源：被困在地球磁场中的粒子、来自太阳的太阳高能粒子和银河宇宙射线。

降低辐射风险的一大挑战是一些空间辐射粒子（尤其是银河宇宙射线）难以屏蔽。暴露于增加的辐射可能与短期和长期的健康后果有关，这取决于宇航员所经历的总辐射量以及他们经历这种辐射的时间范围。

在地球上，长期辐射的人群中癌症和退行性疾病（如心脏病和白内障）的风险增加。太空辐射对宇航员的健康风险主要由长期影响驱动。

此外，动物和细胞研究表明，与地球上的辐射相比，太空环境中的辐射类型对健康结果的影响更大。宇航员在太空中不仅会比在地球上暴露于更多的辐射，而且他们所暴露的辐射可能会增加风险。

在美国宇航局太空辐射实验室内，研究人员研究模拟宇宙射线对生物标本的影响

关键：目前减少空间辐射的策略是实施屏蔽、辐射监测和具体的操作程序。与典型的六个月空间站任务相比，后来的月球和火星任务平均要长得多。因此，所经历的辐射总量和相关的健康风险可能会增加。

NASA正在开发新的辐射探测器来监测和表征辐射环境，这将更好地估计机组人员所暴露的辐射剂量和类型。科学家和工程师正在优化和实施使用可用车辆装载和材料的操作程序，以有效减少辐射暴露。

为了调查近地轨道以外的空间辐射暴露的健康风险，NASA支持在地面研究设施中分析模拟宇宙射线的生物效应的研究。这些设施的研究有助于美国宇航局了解和降低空间辐射的风险，确保正确测量宇航员在空间站和未来航天器中接受的剂量，并开发先进材料以改善未来任务的辐射屏蔽。

正在进行辐射研究对评估宇航员相关的人群的健康风险有益。

隔离和禁闭

选择留在空间站上的探险队人员经过精心挑选、培训和支持，以确保他们能够在6到12个月的任务期间作为一个团队有效地工作。执行月球或火星任务的机组人员将接受更仔细的评估、选择和准备，因为他们将比以前的人类在孤立和封闭的环境中旅行更远，甚至可能更长，只有少数人。此外，机组人员可能是国际化和多元文化的，这使得跨文化敏感性和团队动力对于任务成功至关重要。

确保宇航员获得优质睡眠也很重要；否则，它们的内部生物钟或昼夜节律可能会因不同的黑暗和光明周期、小而嘈杂的环境、长期隔离和禁闭的压力以及在火星上延长7分钟的一天等因素而改变。

考虑到有时工作量大且日程安排多变，为宇航员在太空飞行中可能遇到的疲劳做好准备是很重要的。为了防止机组人员感到无聊，美国宇航局考虑了宇航员在多年的火星往返旅行中将参加的各种活动。

船员之间的沟通和理解对于任务的成功至关重要，随着任务的展开，士气和动力的变化是可能的。这可能与减少刺激、对亲人的渴望或感觉无法协助地球上的家庭紧急情况有关，无论任务持续多长时间。

NASA的研究使用地球上的太空飞行类似物，表明受限和孤立体验的持续时间和类型都是需要考虑的重要因素。空间越受限制，与环境外的人接触越少，人类就越有可能出现行为或认知状况或精神疾病。

克里斯蒂娜·科赫开始在空间站的蔬菜生产系统Veggie上进行Veg-PONDS-02实验

关键：NASA多年来一直在研究处于孤立和封闭环境中的人，并开发出解决可能出现的问题的方法和技术。

NASA科学家正在使用诸如活动记录仪之类的设备，通过记录人们的移动量和周围的环境光来帮助评估和改善睡眠和警觉性。在发光二极管(LED)技术发展的推动下，新的照明被用于空间站，以帮助调整宇航员的昼夜节律并改善睡眠、警觉性和表现。

10分钟的警惕性和注意力自测评估疲劳对表现的影响。宇航员在日记中写作是发泄挫折的安全场所，并为研究人员提供了一种工具来研究在隔离和禁闭中生活和工作的机组人员的行为问题。

研究人员还在研究使用虚拟现实来模拟轻松的环境，以帮助改善孤立的工作人员的情绪。

参与相关的、有意义的活动，包括学习语言或学习新的医疗技能，可以帮助避免抑郁并提高士气。工作人员甚至可能会去太空花园，这除了提供新鲜的食物来源和帮助净化空气外，还可能对行为健康产生积极的影响。

研究人员正在使用基于地球的类似物来研究在较长的任务中需要多少隐私和生活空间，在这些任务中，机组人员将被限制在相对较小的航天器中。NASA还在通过研究个人和团队的属性、组成和动态来确定制定最佳机组人员的策略。

与地球的距离

空间站在地球上方英里处运行。月球距离地球的距离是空间站的倍。相比之下，火星平均距离地球1.4亿英里。由于在火星上的单程通信延迟长达20分钟，宇航员必须能够在没有NASA任务控制部帮助的情况下作为一个团队解决问题并确定解决方案。

在没有进入杂货店或药房的情况下为多年旅行打包的食品和药品类型也很重要。与定期从地球货运航班接收补给的空间站工作人员不同，前往火星的宇航员必须携带所需的所有食物、设备和医疗用品。

美国宇航局宇航员汤姆·马什伯恩对加拿大宇航员克里斯·哈德菲尔德进行超声波扫描

关键：美国宇航局正在利用其在空间站上的载人航天飞行经验来确定随着时间的推移在太空中发生了哪些类型的医疗事件，以及需要哪些类型的技能、程序、设备和用品，以便他们对以下情况有一个很好的了解为未来的月球和火星任务打包什么。

空间站宇航员在太空任务之前和期间已经接受了医疗培训，这些培训教会他们如何应对出现的健康问题。例如，宇航员学习如何使用空间站上的设备从纯净水中生产静脉注射(IV)溶液，该溶液可用于医疗管理。

船员们还互相进行超声波扫描以监测器官健康。如果一名机组人员在任务期间生病，机组人员准备进行实验室测试，以帮助做出正确的诊断和指导治疗。

NASA正致力于为航天器开发一种医疗数据架构，以支持临床决策支持工具的功能，该工具可以使用人工智能和机器学习来进一步帮助诊断和治疗各种疾病。研究人员还在研究虚拟助手可以发挥的作用，以帮助机组人员快速识别和响应太空飞行异常，以完成更远的任务。

此外，该机构正在研究和改进食品配方、加工、包装和保存系统，以确保营养成分保持稳定，并且食品多年来保持可接受。为长期任务保持药物完整性的空间弹性药物和包装系统是美国宇航局研究的另一个重要部分。

重力场

宇航员将在火星任务中遇到三个不同的重力场。在行星之间为期六个月的跋涉中，机组人员将失重。在火星上生活和工作时，工作人员将处于地球重力的三分之一左右。最后返回家园后，机组人员将不得不重新适应地球的重力。

从一个重力场过渡到另一个重力场比听起来更棘手。它会影响空间定向、头眼和手眼协调、平衡和运动，一些机组人员会出现太空晕动病。

随着宇航员适应另一个天体的重力场，在火星上登陆航天器可能具有挑战性。当从失重状态转变为重力状态时，宇航员可能会在飞行后出现直立不耐受，站立时无法维持血压，这可能导致头晕和昏厥。

NASA了解到，在没有地球重力影响人体的情况下，在太空飞行期间，负重骨骼平均每月会损失1%至1.5%的矿物质密度。回到地球后，骨质流失可能无法通过康复完全纠正；然而，他们骨折的风险并不高。如果没有适当的饮食和锻炼程序，宇航员在微重力环境下的肌肉质量也会比在地球上更快地流失。

此外，体内的液体在微重力下向上移动到头部，这可能会对眼睛造成压力并导致视力问题。如果不采取预防或对策，船员可能会因脱水和骨骼中钙的排泄增加而患肾结石的风险增加。

美国宇航局宇航员史蒂夫斯旺森在联合运行承载外部阻力跑步机(COLBERT)上进行锻炼

关键：通过分析身体在失重状态和返回地球重力后如何变化，美国宇航局正在为火星任务制定针对这些变化的保护措施。

功能性任务测试已到位，以帮助检测和改善降落在重力表面后的平衡控制。进行精细运动技能测试以检测宇航员与基于计算机的设备交互的能力的任何变化。

密切监测体内液体的分布，以帮助评估与视力变化的任何联系。戴在大腿上的压缩袖口有助于保持下肢的血液，以抵消这些液体转移。下半身负压装置也可以帮助将液体从头部吸入腿部。

一些宇航员报告说在太空飞行期间经历过的背痛是通过获得脊柱超声波来监测的。在飞行前后使用MRI和高分辨率成像技术评估肌肉大小和骨密度是否恶化。机组成员定期进行健康自我评估，以帮助研究人员更好地了解太空飞行过程中可能发生的心脏功能下降。

NASA正在研究的药物，例如柠檬酸钾，可能有助于对抗可能增加患肾结石风险的生理变化。美国国家航空航天局的研究表明，双膦酸盐药物可有效预防骨质流失。

NASA还设计了一种有效的方法来收集和测量宇航员在太空中产生的尿液量，这对于人类研究至关重要，因为它揭示了有关个人健康的关键信息。例如，研究人员可以分析宇航员尿液中不同水平的某些物质，以确定他们在太空中是否有患肾结石的风险，并通过调整饮食、锻炼习惯和饮水量作为预防措施。

有氧运动和抗阻运动已被证明可以保持心脏健康、骨骼和肌肉强壮、头脑清醒、保持更积极的态度，甚至可能有助于平衡和协调。软件生成的锻炼伙伴可用于帮助激励宇航员定期锻炼以完成更长的太空任务。NASA甚至完成了一项基于地球的联合卧床研究，以确定离心人工重力是否可能是对抗失重生理影响的有效方法。

敌对/封闭环境

美国宇航局了解到，航天器内部的生态系统在宇航员的日常太空生活中发挥着重要作用。微生物可以改变空间中的特性，自然生活在人体上的微生物更容易在空间站等封闭栖息地中从一个人转移到另一个人。压力荷尔蒙水平升高，免疫系统发生改变，这可能导致对过敏或其他疾病的易感性增加。

基于地球的类似物不能完美地模拟太空飞行环境，这使得它们不足以在地面研究人类免疫系统在太空中的反应。然而，美国宇航局资助的南极模拟研究可以深入了解某些太空飞行压力源如何影响人体免疫系统。众所周知，太空飞行会改变免疫系统，尽管宇航员在返回地球时不会生病。尽管宇航员的后天免疫是完整的，但需要更多的研究来研究太空飞行引起的免疫改变是否会导致自身免疫问题，即免疫系统错误地攻击体内存在的健康细胞、器官和组织。

除了环境对免疫系统的影响之外，生活和工作区的每一寸和细节都必须经过深思熟虑和设计。没有人希望他们的房子太热、太冷、狭窄、拥挤、吵闹或光线不好，也没有人会喜欢在这样的太空栖息地工作和生活。

斯科特凯利给自己注射了流感疫苗以了解太空飞行环境如何影响人体免疫系统

关键：美国宇航局正在使用技术来监测空间站的空气质量，以确保大气可以安全呼吸，并且不受甲醛、氨和一氧化碳等气体的污染。热控制系统的功能是维持空间站的温度并让宇航员保持舒适。

分析血液和唾液样本以识别免疫系统的变化和太空飞行期间潜伏病毒的重新激活。NASA使用先进的分子技术来评估可能导致机组人员生病的微生物的风险。定期对身体和空间站的各个部位进行擦拭，以分析居住在环境中的微生物种群。工作人员更换空气过滤器、清洁表面并处理水，以防止可能因污染物积累而导致的疾病。

建议宇航员接种流感疫苗以增强免疫力，并在执行任务前进行隔离，以避免在发射前感染任何疾病。在双胞胎研究和一年任务期间，斯科特凯利给自己接种了流感疫苗，而他的兄弟在地球上接种了流感疫苗。事实证明，这种免疫接种在太空中的效果与在地球上一样好，这对于更长时间的月球和火星任务来说是一个很好的发现。

生活区和工作环境经过精心规划和评估，以确保设计平衡舒适度和效率。得益于新的LED照明系统，空间站上的照明与地球上的自然体验相似。

NASA正在针对所有这些风险采取行动，并与各自领域中一些最杰出的人才一起努力解决载人航天的挑战。从实验室、地面模拟和空间站任务中获得的结果将为这些适应提供更多的洞察力，并为更长的任务提供垫脚石。

在即将到来的月球轨道和月球表面的阿尔忒弥斯任务中，随着这项工作的继续，将收集更多数据。在未来更长时间的月球和火星任务中，宇航员将受益于多年的研究，这将确保他们不仅能够生存，而且能够在他们的航天任务中茁壮成长。

NASA的人类研究计划(HRP)追求最好的方法和技术来支持安全、高效的人类太空旅行。

通过在实验室、陆基类似物和国际空间站进行的科学研究，HRP仔细研究了太空飞行如何影响人体和行为。随着太空旅行扩展到月球、火星和其他地方，此类研究推动HRP寻求创新方法，以保持宇航员的健康和任务准备。

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