在幾次握手和簡(jiǎn)短的拍照後，美國(guó)國(guó)家航空暨太空總署（NASA）太空人弗蘭克．魯比歐（Frank Rubio）揮手告別了國(guó)際太空站。這個(gè)美式足球場(chǎng)大小的模塊和太陽(yáng)能電池板的集合體曾是他在過(guò)去371天的家。他離開(kāi)國(guó)際太空站並返回地球，標(biāo)誌著迄今為止美國(guó)人最長(zhǎng)單次太空飛行的結(jié)束。

2023年3月，他和機(jī)組成員原定乘坐的飛船出現(xiàn)冷卻劑洩漏，導(dǎo)致在軌時(shí)間被延長(zhǎng)，這使其在太空的時(shí)間超過(guò)了美國(guó)人此前創(chuàng)下的連續(xù)355天的紀(jì)錄。在太空中多待的幾個(gè)月讓魯比歐總共繞地球飛行了5963圈，行程達(dá)1.574億英里（2.533億公里）。

即便如此，他距人類有史以來(lái)最長(zhǎng)的太空飛行紀(jì)錄還差兩個(gè)月左右——1990年代中期，俄羅斯太空人瓦列里．波利亞科夫（Valeri Polyakov）在「和平號(hào)」空間站上待了437天。

「聯(lián)盟MS-23號(hào)」飛船在哈薩克大草原熱茲卡茲干鎮(zhèn)附近的一片塵土中安全落地，魯比歐帶著燦爛的笑容被抬下飛船。由於他在國(guó)際太空站的低重力環(huán)境中度過(guò)如此長(zhǎng)的時(shí)間，他的身體出現(xiàn)了一定損害，因此他不得不被回收小組抬出太空艙。

魯比歐帶著燦爛的笑容被抬下飛船。在太空待了371天後，魯比歐表示「回家真好」。（NASA TV）

不過(guò)，他延長(zhǎng)的太空之旅將為人類如何應(yīng)對(duì)長(zhǎng)期太空飛行，以及如何最好地應(yīng)對(duì)它可能帶來(lái)的問(wèn)題提供有價(jià)值的見(jiàn)解。他是首位參與研究在健身器材有限的情況下鍛煉會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生何種影響的太空人。

隨著人類將目光投向更深入地對(duì)太陽(yáng)系進(jìn)行載人探索，這些資訊將被證明是至關(guān)重要的。例如，根據(jù)目前的計(jì)劃，返回火星的旅程預(yù)計(jì)將耗時(shí)約1100天（三年多一點(diǎn)）。太空人將乘坐的飛船比國(guó)際太空站小得多，這意味著需要更小的輕型運(yùn)動(dòng)設(shè)備。

但是，撇開(kāi)健身問(wèn)題不談，太空飛行對(duì)人體有什麼影響呢？

肌肉和骨骼

在太空中，沒(méi)有了重力對(duì)我們四肢的持續(xù)拉力，肌肉和骨量就會(huì)迅速減少。受影響最大的是那些幫助我們保持背部、頸部、小腿和股四頭肌姿勢(shì)的肌肉——在微重力狀態(tài)下，它們不再需要像以前那樣努力工作，因此開(kāi)始萎縮。

僅僅兩週之後，肌肉質(zhì)量就會(huì)下降20%，而在三到六個(gè)月的長(zhǎng)期任務(wù)中，肌肉質(zhì)量會(huì)下降30%。

儘管有助推器和降落傘減緩下降速度，但從國(guó)際太空站返回地球的旅程仍然相當(dāng)坎坷。（Nasa／Getty Images）

同樣，由於太空人的骨骼不像在地球引力作用下那樣承受那麼大的機(jī)械負(fù)荷，他們的骨骼也會(huì)開(kāi)始脫鈣並變得脆弱。

太空人在太空中度過(guò)的每個(gè)月都會(huì)損失1至2%的骨量，在6個(gè)月的時(shí)間裡最多損失10%（在地球上，老年男性和女性的骨量損失率為每年0.5%至1%）。這會(huì)增加他們骨折的風(fēng)險(xiǎn)，並延長(zhǎng)骨折癒合所需的時(shí)間。返回地球後，他們的骨量可能需要長(zhǎng)達(dá)四年的時(shí)間才能恢復(fù)正常。

為解決該問(wèn)題，在軌太空人每天要進(jìn)行2.5小時(shí)的運(yùn)動(dòng)和高強(qiáng)度訓(xùn)練。其中包括使用安裝在國(guó)際太空站「健身房」中的阻力運(yùn)動(dòng)裝置進(jìn)行一系列深蹲、硬舉、劃行和臥推訓(xùn)練，以及定期在跑步機(jī)和健身自行車(chē)上進(jìn)行鍛煉。他們還服用膳食補(bǔ)充劑，以盡可能保持骨骼健康。

然而，最近的一項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)，即便有這樣的鍛煉方式也不足以防止肌肉功能和體積的損失。該研究建議測(cè)試更高負(fù)荷的阻力運(yùn)動(dòng)和高強(qiáng)度間歇訓(xùn)練是否有助於抵消這種肌肉損失。

由於缺乏向下拉身體的重力，太空人在國(guó)際空間站停留期間會(huì)發(fā)現(xiàn)自己長(zhǎng)高了一點(diǎn)，因?yàn)樗麄兊募怪鶗?huì)略微伸長(zhǎng)。這可能會(huì)導(dǎo)致一些問(wèn)題，比如在太空時(shí)背部疼痛，以及回到地球後椎間盤(pán)滑脫。

在返回地球之前，魯比歐本人在國(guó)際太空站上的一次簡(jiǎn)報(bào)會(huì)上說(shuō)，他的脊椎正在生長(zhǎng)，並表示這可以幫助他避免常見(jiàn)的頸部損傷。當(dāng)飛船撞擊地面時(shí)，如果太空人試圖從座位上抬起頭來(lái)看發(fā)生了什麼，就可能會(huì)遭受這種損傷。

「我覺(jué)得我的脊柱已經(jīng)伸展到了足夠的程度，我就好像被卡在座椅襯墊裏了，所以我應(yīng)該不會(huì)動(dòng)太多?！顾f(shuō)。

體重減輕

雖然體重在軌道上意義不大——微重力環(huán)境意味著任何沒(méi)有被拴住的東西都可以在國(guó)際太空站內(nèi)自由地漂浮，包括人體——但在軌道上保持健康的體重是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

儘管美國(guó)國(guó)家航太總署努力確保太空人吃到各種營(yíng)養(yǎng)食品，包括最近在太空站上種植的一些沙拉葉，但這仍然會(huì)影響太空人的身體。

NASA太空人史考特．凱利（Scott Kelly）參加了一項(xiàng)最廣泛的針對(duì)長(zhǎng)期太空飛行影響的研究。他在國(guó)際太空站上待了340天，而他的雙胞胎兄弟則留在地球上。在軌期間，他的體重減少了7%。

「研究人員在史考特．凱利從國(guó)際空間站返回後對(duì)他進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)他腸道中的細(xì)菌和真菌與進(jìn)入太空前相比發(fā)生了很大變化。」

視力

在地球上，重力會(huì)迫使我們體內(nèi)的血液向下流動(dòng)，而心臟則會(huì)將血液重新泵送上來(lái)。

然而，在太空中，這一過(guò)程會(huì)變得混亂（儘管身體在一定程度上會(huì)適應(yīng)），血液會(huì)比正常情況下更多地積聚在頭部。其中一些血液會(huì)積聚在眼球後部和視神經(jīng)周?chē)?，?dǎo)致水腫。

這會(huì)導(dǎo)致視力變化，如銳度下降和眼睛本身的結(jié)構(gòu)變化。這些變化可能在兩週後開(kāi)始出現(xiàn)。隨著時(shí)間的推移，風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增加。有些視力變化會(huì)在太空人返回地球後的一年內(nèi)逆轉(zhuǎn)，但有些則可能是永久性的。

暴露於銀河宇宙射線和高能太陽(yáng)粒子也會(huì)導(dǎo)致其他眼疾。地球的大氣層有助於保護(hù)我們免受這些傷害，但一旦進(jìn)入國(guó)際太空站軌道，這種保護(hù)就會(huì)消失。

雖然太空船可以攜帶屏蔽裝置來(lái)幫助阻擋多餘的輻射，但國(guó)際太空站上的太空人報(bào)告說(shuō)，當(dāng)宇宙射線和太陽(yáng)粒子擊中他們的視網(wǎng)膜和視神經(jīng)時(shí)，他們的眼睛會(huì)看到閃光。

神經(jīng)變化

研究人員發(fā)現(xiàn)，在國(guó)際太空站上長(zhǎng)時(shí)間停留後，凱利的認(rèn)知能力變化不大，與他兄弟在地面上的認(rèn)知能力相對(duì)持平。不過(guò)，研究人員確實(shí)注意到，凱利認(rèn)知能力的速度和準(zhǔn)確性在他落地後的大約六個(gè)月內(nèi)確實(shí)有所下降，這可能是由於他的大腦重新適應(yīng)了地球重力，以及他回家後截然不同的生活方式。

2014年，對(duì)一名在國(guó)際太空站停留169天的俄羅斯太空人進(jìn)行的研究顯示，在軌道上，人類大腦本身似乎也發(fā)生了一些變化。研究發(fā)現(xiàn)，大腦中與運(yùn)動(dòng)功能有關(guān)部分的神經(jīng)連通性水平發(fā)生了變化，前庭皮質(zhì)也發(fā)生了改變，前庭皮質(zhì)在定向、平衡和感知我們自己的運(yùn)動(dòng)中起著重要作用。

考慮到太空失重的特殊性，這也許不足為奇；太空人通常必須學(xué)會(huì)如何在沒(méi)有重力的情況下有效地移動(dòng)，將他們固定在任何物體上，並適應(yīng)一個(gè)沒(méi)有上下的世界。

最近一項(xiàng)研究引起了人們對(duì)太空人長(zhǎng)期進(jìn)行太空任務(wù)期間大腦結(jié)構(gòu)可能發(fā)生其他變化的擔(dān)憂。大腦中被稱為右外側(cè)腦室和第三腦室的空腔（負(fù)責(zé)儲(chǔ)存腦脊液、為大腦提供營(yíng)養(yǎng)和處理廢物）會(huì)膨脹，並需要長(zhǎng)達(dá)三年的時(shí)間才能縮小到正常大小。

友善細(xì)菌

近年來(lái)的研究表明，保持身體健康的一個(gè)關(guān)鍵是生活在我們體內(nèi)和體表微生物的組成和多樣性。這些微生物群可以影響我們的消化食物方式，影響體內(nèi)發(fā)炎的水平，甚至改變我們大腦的工作方式。

研究人員在凱利的國(guó)際太空站之旅後對(duì)他進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)他腸道中的細(xì)菌和真菌與進(jìn)入太空前相比發(fā)生了很大變化。這也許並不完全令人驚訝，因?yàn)?strong>他吃的食物與以前大不相同，而且與他朝夕相處的人也發(fā)生了變化（我們從生活在一起的人身上獲得了數(shù)量驚人的腸道和口腔微生物）。但是，暴露於輻射和使用循環(huán)水，以及他身體活動(dòng)的變化也可能是原因之一。

史考特．凱利前往國(guó)際太空站進(jìn)行了為期340天的旅行，研究人員借此研究了太空對(duì)他的影響，並與他在地球上的雙胞胎兄弟進(jìn)行了比較。（NASA／Getty Images）

皮膚

雖然現(xiàn)在已經(jīng)有五名NASA太空人在軌道上度過(guò)了超過(guò)300天的時(shí)間，但我們還是要感謝凱利，因?yàn)樗屛覀兞私馑钠つw在軌道上的變化。

在他從太空站返回後的六天左右，人們發(fā)現(xiàn)他的皮膚變得更加敏感，並出現(xiàn)了皮疹。研究人員推測(cè)，在執(zhí)行任務(wù)期間缺乏皮膚刺激可能是導(dǎo)致他皮膚不適的原因。

基因

凱利延長(zhǎng)的旅行所帶來(lái)最重要的發(fā)現(xiàn)之一是他DNA所遭受的影響。在每條DNA鏈的末端都有一個(gè)被稱為端粒的結(jié)構(gòu)，它被認(rèn)為有助於保護(hù)我們的基因免受損傷。隨著年齡的增長(zhǎng)，端粒會(huì)越來(lái)越短，但對(duì)凱利和其他太空人的研究表明，太空旅行似乎會(huì)改變端粒的長(zhǎng)度。

「然而最令人震驚的是，我們發(fā)現(xiàn)在太空飛行中端粒的長(zhǎng)度明顯更長(zhǎng)?！箍屏_拉多州立大學(xué)環(huán)境與放射健康學(xué)教授蘇珊．貝利（Susan Bailey）說(shuō)。

她對(duì)另外10名無(wú)關(guān)的太空人進(jìn)行了單獨(dú)研究，這些太空人參加的任務(wù)時(shí)間較短，約為6個(gè)月。「同樣出乎意料的是，所有太空人的端粒長(zhǎng)度在返回地球後都迅速縮短。與長(zhǎng)期健康和衰老軌跡特別相關(guān)的是，太空人在太空飛行後的端粒普遍比飛行前短得多?！?/p>

她說(shuō)，這種情況發(fā)生的確切原因仍在研究之中。「我們有一些線索，但更多的長(zhǎng)期乘員——比如在太空中度過(guò)一年的魯比歐——對(duì)於真正描述和理解這種反應(yīng)及其潛在的健康結(jié)果至關(guān)重要?！?/p>

一個(gè)可能的原因或許是在太空中人暴露在了複雜的輻射組合中。她說(shuō)，在軌道上長(zhǎng)期暴露在輻射中的太空人會(huì)出現(xiàn)DNA損傷的跡象。

國(guó)際太空站的微重力環(huán)境會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生重大影響，這對(duì)人類進(jìn)一步探索太陽(yáng)系將是一個(gè)挑戰(zhàn)。（NASA）

在凱利身上還看到了基因表達(dá)的一些變化，這可能與他的太空之旅有關(guān)?；虮磉_(dá)是讀取DNA以在細(xì)胞中產(chǎn)生蛋白質(zhì)的機(jī)制。其中一些變化與身體對(duì)DNA損傷的反應(yīng)、骨骼形成和免疫系統(tǒng)對(duì)壓力的反應(yīng)有關(guān)。然而，這些變化中的大多數(shù)在他返回地球後的六個(gè)月內(nèi)就恢復(fù)了正常。

2024年6月，一項(xiàng)新的研究強(qiáng)調(diào)了男性和女性太空人的免疫系統(tǒng)對(duì)太空飛行的反應(yīng)方式之間有一些潛在差異。這項(xiàng)研究利用從2021年秋天在軌道上飛行了不到三天的SpaceX公司「靈感4號(hào)」任務(wù)人員身上獲得的基因表達(dá)樣本數(shù)據(jù)，確定了與免疫系統(tǒng)、衰老和肌肉生長(zhǎng)相關(guān)的18種蛋白質(zhì)變化。

研究將他們的基因活動(dòng)與之前執(zhí)行任務(wù)的其他64名太空人的基因活動(dòng)進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)與飛行前相比，三種在發(fā)炎中發(fā)揮作用的蛋白質(zhì)的表達(dá)有所變化。男性往往對(duì)太空飛行更加敏感，他們的基因活動(dòng)受到更多干擾，返回地球後需要更長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)常態(tài)。

研究人員特別發(fā)現(xiàn)，與女性相比，男性體內(nèi)兩種蛋白質(zhì)的基因活動(dòng)受到的影響更大，其分別是有助於控制體內(nèi)發(fā)炎水平的白細(xì)胞介素-6（Interleukin-6），以及將免疫細(xì)胞送到感染部位的白細(xì)胞介素-8（interleukin-8）。另一種參與凝血的蛋白質(zhì)纖維蛋白原，在男性太空人中也受到了更大的影響。

但研究人員表示，他們?nèi)孕枧鍨槭颤N女性似乎對(duì)太空飛行的這些特殊影響不太敏感，但這可能與她們對(duì)壓力的反應(yīng)有關(guān)。

您可以在下面的影片中聽(tīng)到NASA太空人佩吉．惠特森（Peggy Whitson）描述她在太空中的生活是如何改變她的身體的?；萏厣谔罩欣塾?jì)停留了675天，是在軌道上停留時(shí)間最長(zhǎng)的美國(guó)人，不過(guò)世界紀(jì)錄目前由俄羅斯太空人奧列格．科諾年科（Oleg Kononenko）保持，他在太空中累計(jì)停留了878天。

免疫系統(tǒng)

凱利在進(jìn)入太空之前後和停留在太空站期間都接種了一系列疫苗，他的免疫系統(tǒng)反應(yīng)正常。但貝利的研究發(fā)現(xiàn)，太空人的白血球數(shù)量確實(shí)會(huì)減少，這與他們?cè)谲壍郎辖邮艿妮椛鋭┝坑嘘P(guān)。

然而，關(guān)於太空旅行會(huì)對(duì)在地球上進(jìn)化而來(lái)的雙足、大腦袋生物產(chǎn)生什麼影響，還有許多問(wèn)題有待解答。當(dāng)研究人員仔細(xì)檢視在太空中待了371天的魯比歐的醫(yī)學(xué)檢測(cè)、血液樣本和掃描結(jié)果時(shí)，他們無(wú)疑希望能了解到更多訊息。

（本文由「BBC News 中文」授權(quán)轉(zhuǎn)載）

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