太空飞行给人体带来诸多危险:骨骼和肌肉质量流失等

太空飞行给人体带来诸多危险:骨骼和肌肉质量流失等
2019年03月08日 08:21 新浪科技
图为美国宇航员布鲁斯·麦坎德利斯二世1984年拍摄的照片图为美国宇航员布鲁斯·麦坎德利斯二世1984年拍摄的照片

  新浪科技讯 北京时间3月8日消息,据国外媒体报道,我们已经知道,太空飞行会为人体带来诸多危险,如骨骼和肌肉质量流失、眼球大小和功能改变、还有辐射等等。在零重力环境中生活会带来大量健康问题,以上只是简单列举了几种。但有一个研究领域近年来开始愈发引人关注:太空环境对大脑的影响,以及微重力本身对大脑形状和结构的影响。本周发表在期刊《美国医学学会杂志神经学》(JAMA Neurology)上的一项新研究介绍了一些航天飞行对大脑印象的新细节。这些研究发现凸显了我们对太空对大脑健康和安全的了解之浅薄。随着我们准备将更多宇航员送入太空,这些发现将引发更多的忧虑情绪。

  “这些大脑变化的方向和衰老一致,但发生的速度更快。”美国佛罗里达大学应用生理学和运动机能学教授、此次发表论文的共同作者拉切尔·赛德勒(Rachael Seidler)指出,“航天任务持续时间越长,大脑的变化越大,人体平衡感也下降得越多。”

  此次研究发现主要围绕头骨内部的脑脊液展开,并首次分析了航天飞行对大脑白质的影响。灰质主要由神经元细胞构成,在肌肉控制和感官感知中扮演了重要作用。而白质则主要由被脂肪覆盖的神经纤维构成,负责在不同脑区和神经系统之间传递信息。

  灰质发育在20多岁时到达顶峰,而白质则会继续发育,一直到中年时期才到顶。这使得人们更加担忧航天飞行可能会明显遏制或干扰年轻宇航员的脑部发育。

  有许多记录表明,宇航员在返回地球后会失去方向感,并且运动控制、平衡感、功能灵活性和认知能力都有所减退。我们已经知道,在太空飞行期间,大脑会向头骨上方移动,体觉皮质(负责处理感官信息)的灰质体积也会有所增减。但科学家一直不清楚各类脑部变化之间的联系。更重要的是,我们一直不知道太空飞行对大脑白质有何影响。

  赛德勒和她的团队开发了一种新技术,利用扩散核磁共振造影(dMRI)追踪宇航员大脑中水分子的运动,从而量化大脑中的液体变化。水分子在大脑中的运动受白质纤维限制,可帮助研究人员更好地判断白质结构受太空飞行影响发生的变化。

  2010至2015年间,NASA对15名宇航员的大脑做了飞行前和飞行后dMRI扫描。其中七人参加了时长不到30天的航天飞机任务,另外八人则在国际空间站上停留了近200天。宇航员的年龄中位数为47.2岁,共有12名男性和3名女性。

  扫描结果不算出人意料:太空飞行会使大脑顶部周围的液体减少,并使大脑底部周围的液体大量减少,说明随着大脑向头骨上方移动、大脑的液体分布也会随之改变。此外,该团队还发现大脑中处理视觉与空间信息、平衡感、垂直感知、以及运动控制的通路周围的白质发生了变化。而白质变化最大的宇航员在这些方面受到的影响也最明显。

  “这些结果能够极好地反映出经历过太空飞行的啮齿动物体内发生的变化。”赛德勒表示。

  有一些积极迹象显示,人体能够对此做出适应。只要多参与几次太空飞行任务,无论任务时长或累积时长多少,宇航员的脑脊液变化就会有所减少。研究人员认为,这一迹象说明人体或许能够适应微重力环境,但需要在地球和太空环境中经历多次过渡,才能充分适应。

  毫无疑问,NASA和其它航天机构都希望能让宇航员免受太空飞行带来的种种身体变化,尤其是脑部变化。然而,我们现在掌握的数据还太少,无法充分评估这些变化的严重性。进入过太空的宇航员数量还很少,而且大多数宇航员单次在轨时间都很短。

  “这些脑部变化的后果目前还不得而知,”赛德勒表示,“因此长期跟进研究非常重要,可以帮我们分析这些脑部变化随着年龄衰老的发展情况、以及这些变化随着时间流逝的复原情况。”赛德勒和她的团队正在收集后续MRI扫描数据,借此研究宇航员的大脑复原过程。但可能要再过几个月、乃至数年时间,科学家才能从中学到实质信息。

  此外,虽然脑脊液流动和白质变化对地球生活存在一定问题,《美国医学学会杂志神经学》上发表的另一篇文章指出,这些变化可能是大脑适应太空环境的方式,是“对太空飞行环境做出的有益神经适应性反应。”

  不幸的是,这一研究领域目前也陷入了左右两难的境地。要想进一步弄清航天飞行引发的大脑变化,就需要对准备参加航天任务的宇航员开展大量研究,但航天飞行时间越长、越频繁,对宇航员的恶性影响又越大。随着这些研究向前推进,NASA也只能评估研究风险、小心行事,除此之外能做的并不多。但我们希望,随着将人类送入太空的目标不断拓展,分配给这些领域的研究和资源也会与日俱增。(叶子)

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