太空失重對人體影響大,航天員在太空中是如何健身的?

2021-01-15 中國科普博覽官方

出品:科普中國

製作:健康生活管理師

監製:中國科學院計算機網絡信息中心

Q:太空失重對人體影響很大,那麼太空人在太空中需要做運動保持健康嗎?

A:當然需要!

太空失重對人體的影響

我們知道,生活在地球上,人的肌肉和骨骼總是要不停地對抗重力,支撐自己的身體。然而,在太空中,由於沒有了重力的作用,人體並不需要這些對抗重力的支撐工作,但如果長時間處於這種無重力的環境,那對血液循環、骨骼、肌肉等都會產生不利影響,例如失重會導致血液過多流向上身,還會肌肉萎縮、骨質丟失等。

血液過多流向上身

在地球上,血液循環要對抗重力,所以流向上身的血液,需要心血管系統「分配」更大的力來把血液泵壓上去。由於失重,流向上身的血液不需要更大的力量,但實際上人體的心血管系統還是按照原來比例來分配力量,所以血液就過多流向上身,尤其是腦部。

其實不僅僅是血液,失重時人體的各種體液都會出現這樣的問題。這會破壞人體內環境的穩定,導致頭部發脹、鼻腔堵塞、眼壓增大,味覺和嗅覺可能發生改變,甚至出現頭痛、噁心嘔吐、心率異常、血壓改變等。

肌肉會萎縮

當人體進入失重環境後,肌肉會開始萎縮,尤其是對行走、負重和地面站立起支撐作用的肌肉,例如腿部肌肉,萎縮更甚。具體表現在肌肉纖維尺寸減小、質量減少。

據科學統計,短期飛行課導致肌肉質量丟失10%~20%;如不採取積極健身的對抗措施,在長期飛行中肌肉可能丟失50%!

而另一方面,肌肉通過肌纖維的收縮活動產生力量。在失重環境下,人體的肌肉,包括軀幹、膝蓋和肩部等部位的肌肉,力量會明顯減弱,因為這些肌肉不需要克服重力來做功,幾天不用,就出現「不用則廢」的現象了。

骨質會丟失

通常,骨骼形成、生長和發育依賴於成骨細胞和破骨細胞的動態平衡。成骨細胞可以感受包括重力在內的各種機械應力的刺激,並不斷進行相應的變化。在失重的情況下,肌肉張力降低,骨骼的負荷降低,促使成骨細胞活動的刺激沒有了,而破骨細胞的活動還在繼續,因此,破骨與成骨的平衡被破壞了。骨骼被破壞的多,重建的少,導致骨質流失,使骨骼變得脆弱。

於是,為了減輕或避免這種因失重帶來的對身體的不利影響,航天員除了科學合理地補充營養物質外,在太空健身就很必要。

在地球和在太空運動的異同

多地面上的健身項目,在太空艙狹小的空間和失去重力作用的環境下,是無法開展的。

在太空中,無重力影響,任何人都可以「力大無窮」或「不堪一擊」。因此,有些鍛鍊項目就無法開展。

例如:使用鍛鍊心肺功能的普通跑步機,航天員雙腳和跑臺之間的摩擦力微乎其微,他只要在跑臺上輕輕蹬一下腿,身體就飛起來了。

所以,太空健身要有特殊的器材。研究人員利用彈簧的彈力原理等製造了健身器材,例如拉力器用於鍛鍊肩部和背部肌肉、太空自行車用於鍛鍊下肢肌肉、太空特殊跑步機用於鍛鍊心肺功能等等。

隨著太空科研的進展,一些新的健身器材問世。如用骨丟失對抗儀敲打、刺激骨骼,可以減慢骨丟失速度;用下體負壓筒,對下半身施加負壓,可以促使血液向下半身流動,改變失重環境中血液朝頭部轉移。

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