失重状态人体会如何变化?脸部圆胖腿变纤瘦

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2018年11月27日11:06:56 评论 1669字阅读5分33秒

据SingularityHub报道,美国宇航局(NASA)已经承诺在2030年之前将人类送上火星。这是个雄心勃勃的目标,往返火星的旅程通常需要三到六个月时间,宇航员可能要在这颗红色的行星上待足两年,直到行星再次呈现联珠(planetary alignment)排列时才能返回地球。这意味着,宇航员必须在微重力环境中生活大约三年时间,这远远超过俄罗斯宇航员瓦莱里·波利亚科夫(Valery Polyakov)目前保持的纪录,他连续在太空中停留了438天。

失重状态人体会如何变化?脸部圆胖腿变纤瘦

在太空旅行的早期,科学家们努力研究如何克服重力,使火箭能够不受地球引力的影响而把人类送上月球。如今,重力仍然是科学议程的重中之重,但这次我们更感兴趣的是重力的减弱如何影响宇航员的健康,尤其是他们的大脑。毕竟,我们已经进化到在地球引力(1倍重力)下生存,而不是在太空失重(零重力)或火星微重力(0.3倍重力)条件下生存。

那么,人类大脑究竟是如何应对微重力影响的呢?糟糕的是,大脑被保护在“坚果壳”中,关于这方面的信息非常有限。不过我们知道,宇航员在失重时的脸会变得红肿,这种现象被亲切地称为“查理-布朗效应”(Charlie Brown effect),或者“肿头鸟腿综合症”。这是因为,大部分由血液(细胞和血浆)和脑脊液组成的液体向头部移动,导致他们脸部变得圆胖,腿部则变得纤瘦。

这些液体流动也与太空运动病、头痛和恶心有关。最近,由于血流增加,大脑在颅内向上漂浮,导致血压升高,视力模糊也与此有关,这种情况被称为视力障碍和颅内压综合征。尽管美国宇航局认为这种综合症是任何火星任务的首要健康风险,但要弄清楚导致这种症状的原因,以及如何预防它,仍然是个谜。

对此,南威尔士大学生理学和生物化学教授达米安·贝利(Damian Bailey)认为,大脑的某些部分最终接受了太多的血液,因为一氧化氮(通常漂浮在血流中但却看不见的分子)在血液中积聚。这使供应大脑血液的动脉放松,从而使它们过度扩张。由于血流量激增,血脑屏障(大脑的“减震器”)可能会不堪重负。这使得水慢慢积聚(即出现所谓的水肿),导致大脑肿胀和压力增加,这也可能由于排水能力受限而变得更糟。

你可以把它想象成一条溢出堤岸的河流。最终的结果是,没有足够的氧气以足够快的速度到达大脑相关区域。这是个大问题,也是导致人出现视觉模糊和其他影响的原因,包括音箱宇航员的认知敏捷性(他们如何思考、集中注意力、推理和移动)。为了弄清楚这种想法正确与否,贝利需要测试一下。但他并没有要求美国宇航局前往月球旅行,而是在绰号为“呕吐彗星”(vomit comet)的特殊飞机上模拟失重状态,从而逃脱了地球引力的束缚。

通过爬升,然后在空中俯冲,这架飞机在单次飞行中完成了多达30个这样的“抛物线”动作,以模拟失重的感觉。它们只能持续30秒,但贝利表示,必须得承认,这很容易让人上瘾,而且你真的会有一张浮肿的脸!所有的设备都牢牢地固定住,他们对8名志愿者进行了测量,这些人连续四天时间、每天都要乘坐“呕吐彗星”。

研究人员使用便携式多普勒超声设备测量供血动脉中的血流,这种仪器是通过对血液循环中的红细胞反射高频声波来工作的。贝利等人还测量了取自前臂静脉血液样本中的一氧化氮水平,以及其他不可见的分子,其中包括自由基和脑特异性蛋白(反映大脑结构损伤),这些分子可以告诉我们血脑屏障是否被强行打开。

贝利的初步发现证实了先前的预期。在体验反复失重后,一氧化氮水平会上升,这与血液流动增加相一致,尤其是通过供应大脑后部的动脉。这迫使血脑屏障打开,尽管没有证据表明产生结构性脑损伤。贝利等人现在正计划在这些研究的基础上,利用磁共振等成像技术对大脑中的血液和液体流动进行更详细的评估,以证实他们的发现。

此外,他们还将探索某些对应措施的效果,比如橡胶吸裤,它能在下半身产生负压,以便帮助“吸附”血液离开宇航员的大脑。除此之外,研究人员还计划使用药物来抵消一氧化氮的增加。这些发现不仅能改善太空旅行,还能提供有价值的信息,解释为什么“运动重力”对大脑有益,以及它如何能预防老年痴呆和中风等。

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