太空是地狱?11名宇航员大脑出现萎缩,科学家:情况不太乐观!


2020年9月4日,在《科学进展》上发表了一篇论文,内容是“Macro- and microstructural changes in cosmonauts’ brains after long-duration spaceflight”(长期航天飞行后宇航员大脑的宏观和微观结构变化),内容有些不太乐观,因为发现长期无重力飞行后发现宇航员的大脑脑脊液会重新分布,这会影响大脑供血,最终将影响大脑的正常工作状态!

而在2020年4月14日时,在RSNA(北美放射学会)上刊载了一篇来自休斯顿的德克萨斯大学健康科学中心的医学博士拉里·A·克莱默的论文,描述了长期航天飞行后宇航员大脑形态的变化,大脑体积的增加和脑垂体变形!

太空飞行,究竟对人体有多大影响?

曾经有个谣言,说的就是女性未婚未育不准上太空,不过全球第一位功勋女宇航员瓦伦蒂娜·捷列什科娃就已经打破了谣言,她是在回地球后才结的婚,要说早期还没形成规定,那么我国宇航员刘洋随时结了婚才上太空,也是回地球后才生育!也是打破了谣言,但事实上这个谣言并非没有道理!

太空飞行,对人体影响极大

大家印象最深的应该是NASA的宇航员斯科特·约瑟夫·凯利,他有一个同卵双胞胎马克·凯利,也曾是宇航员,从2015年3月开始,斯科特接收为其一年的在轨测试,而他的兄弟马克则在地面接受测试,同时进行心理与生理各项指标实验。

北京时间2016年3月2日12点25分,斯科特和俄罗斯宇航员哈伊尔·科尔尼延科(Mikhail Kornienko)在国际太空站执行任务340天后回到地球。美国韦尔·康奈尔医学院、约翰斯·霍普金斯大学和德国波恩大学等多个机构的科研人员对他们开展了对比研究,收集并分析了执行宇航任务前后共计25个月中二人的健康状况。

结果发现斯科特的部分DNA发生了变异,不过在任务结束后6个月,有90%以上的基因都恢复了基准水平,另有7%可能发生了永久变化(请注意,是发生变化的DNA中7%,而非全部DNA),在血液中两种免疫细胞调查显示,的DNA甲基化的最大差异发生在宇航任务进行到第9个月时。

调查还发现,在国际空间站的后6个月,斯科特与马克的基因表达差异是前6个月的6倍。斯科特出现了颈动脉硬化、肠道菌群改变、认知能力下降、衰老和视网膜变厚等症状。

这可是一个比较惊悚的事情,DNA恢复正常,剩余异常部分不影响人体,似乎是一个好的结果,但认知能力下降,衰老和视网膜变厚等症状,同样不容忽视,而且它们的影响可能会表现的更加直接和快速!

脑脊液压迫大脑,迫使大脑形态发生变化

国际空间站上有超过一半的宇航员曾经报告,长期执行太空任务后其视力发生异常变化,医生诊断为视神经肿胀,视网膜出血,眼部结构发生改变等!这是因为长期处于微重力状态下时,静脉血不再向下肢汇聚,而是会重新分配,流向大脑成了最可能发生的去处!

空间对血液循环的影响。(A)地球;(B)太空中的第一天;(C)长时间零微重力暴露;(D)返回地球后。

为了了解更多的信息,克莱默博士的团队为前往空间站的宇航员在起飞前和降落后第二天分别做了脑部MRI(核磁共振)检查,结果克莱门博士发现,飞行后的宇航员脑部白质和脑脊液体积明显增加,而原因则是扩张。

另一个结果是脑垂体缩小了,体积比飞行前要更小一些,垂体腺的圆顶在重力环境下是微突的,但在飞行后变平甚至有些凹陷,这个变化来自颅内压力则增大,而原因则是脑白质和脑脊液的增加。

克莱默博士的研究团队还观察到,通过脑管的CSF流量增加,这是连接脑室的狭窄通道,在常压性脑积水病例中经常有类似现象,脑室异常增大,它会导致走路不稳、膀胱控制失调以及早老性痴呆,不过退役宇航员中还没有类似的病例出现。

史蒂芬·吉林斯进行的宇航员大脑研究

另一项由比利时安特卫普大学平衡研究与航空航天实验室(LEIA)的博士生史蒂芬·吉林斯(Steven Jillings)领导的团队也有类似的发现,表征之一的脊髓和大脑脑脊液分布都出现了变化,体积都有不同程度增加,史蒂芬称这个变化在回到地球后会部分恢复,但仍然要比正常人要大得多。

另外两个团队在随后的一年中数次复查,基本已经是半永久性改变,当然未来也将继续追踪,结果将会以论文的方式再次发表。

太空繁衍,一个任重而道远的话题

两个典型的案例,两种完全不同于地面的影响健康方式,前者是太空中高辐射环境导致的DNA改变所引起,后者则是无重力状态下改变了人体的生理结构,因为几千万年来,生命都在1个G的重力环境下生存,生理结构是为1G的重力加速度设计的,突然来到太空,出现改变是必然的事情!

前者解决也不难,隔离辐射即可,但在现阶段似乎不太可能,因为飞上太空的每一克都被精确计算,大规模的建造隔离辐射到地面水平的空间舱室不太可能,这个难题留待未来解决!

另一个解决则是人工重力场,其实国际空间站设计时原本有一个离心重力模拟舱,但后来被取消了,它原本就时解决宇航员长期在无重力环境下对人体影响而设计,但由于资金考虑,该舱室已经被取消。

ISS离心机住宿模块

ISS Centrifuge Accommodations

在太空要建立人工模拟重力挺困难的,因为离心力模拟出来的重力环境和地球环境是是有区别的,它利用的旋转产生的离心力,有重力的同时,如果直径不够大,人体敏感的的前庭系统会感觉到旋转,从而产生眩晕的感觉,如果要减少或者消除这种感觉,那么必须必须将离心旋转速度控制在3转/分以下,那么要模拟0.5-0.8G的重力,比如参数为0.5G,速度2转/分,那么大约需要112米的回转半径!

《火星救援》种赫尔姆斯的重力模拟舱

这个结构确实有些庞大,还真不是一般人能玩得起,当然如果将舒适度降低,重力加速度模拟降低,那么半径可以大幅度减小,只是体验相对会比较差,但做实验完全足够。

《阿凡达》中的重力模拟舱,从规模来看比较靠谱

其他诸如用1G加速度火箭或者科幻片中的莫名其妙的重力,以现有的技术完全无法模拟,而且即使是最容易实现的离心重力模拟,仍然没有提上纸面的计划,看来未来很长一段时间内,我们都无法见到太空模拟重力的出现。


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