长期航天飞行心血管保护:问题与挑战

我国即将运行的空间站要求航天员长期驻留太空,航天飞行引发的心血管功能及循环系统调控改变直接影响航天员的健康和工作效能,其中失重是最重要的环境因素.目前人们对短期航天飞行机体的生理变化及适应规律已有一定的经验,但对长期失重所致的心血管变化规律、特征以及相关生理效应发生机制的认识还不够全面和深入,相应的心血管保护措施仍有待完善.阐明及解决上述问题是我国载人航天发展战略的迫切需求.本文综述了失重/模拟失重条件下机体心血管系统的变化、适应特征及相关机制的国内外研究进展,尤其是针对空间站长期微重力环境的心血管效应、现有心血管保护措施以及存在的问题与挑战进行了分析和讨论,希望为我国面向空间站任务长期航天飞行的心血管保护提供借鉴和新思路.     

地面模拟失重实验方法概况

虽然载人航天事业已得到突破性的进展,但航天员对失重的适应和返回地球后的再适应,无论在理论上还是实践中都是尚未攻克的技术难题。航天失重环境下航天飞行综合征的发生机理及对抗措施,仍是航天医学的重要课题。在地面上无法创造长期的失重环境,但根据失重对机体产生的生理效应可实现地面模拟失重实验。本文概述了地面模拟失重的人体实验、动物实验概况,为更好开展地面模拟失重条件下相关研究提供参考。     

失重或模拟失重对大脑功能的影响研究进展

在失重或模拟失重环境中,机体会经历一系列的生理和心理变化。大脑作为"中央控制器",其基本功能是控制运动、感觉、认知、情感和记忆等。大脑功能受损将直接影响航天任务的完成,影响航天事业的发展。因此,失重或模拟失重对大脑的影响是航天医学亟待解决的重要问题。综述了失重或模拟失重对大脑功能影响的研究现状,并且从其对神经系统、血管的影响说明其作用机制,以期为解决失重对大脑功能造成的影响相关研究提供参考。     

长期失重的地面模拟——卧床及其生理研究

航天员对失重的适应和返回地球后的再适应问题,无论在理论上和实践中都未彻底解决。因此,空间适应的机理和“空间适应综合征”的防治,仍是航天医学的重要课题。在地面无法创造长期失重环境,但根据失重对机体的影响,可采用失重模拟实验。其中卧床或头低位卧床是国内外应用最广泛的一种方法。本文概述了模拟失重卧床实验的目的、方法、研究内容、主要结果及国内外研究概况。     

模拟失重实验动物模型的建立与评价

随着航天技术不断发展，航天员太空飞行的时长不断增加。研究发现，航天失重环境可能会使航天员的生理和心理发生一定变化，对航天员的身体健康产生一些影响。为探究这些影响的机制并找出合理的对抗措施，使用实验动物建立模拟失重模型进行深入的研究至关重要，选择与人体组织器官、生理机能和习性相似的实验动物建立模拟失重模型，能更好地帮助相关研究。失重模型应参照能否模拟出由于失重引起心血管骨骼、肌肉等主要系统的变化，来评估模拟失重模型是否成功建立。本文对现有的地面模拟失重动物模型建立和相关研究情况进行了概述，以期为开展相关研究工作提供参考借鉴。     

失重/模拟失重条件下心肌萎缩的发生机制

心肌能够应对内外环境改变而发生重塑。失重/模拟失重等去负荷条件可导致心肌萎缩、心脏功能下降。从系统和细胞分子层面揭示失重/模拟失重造成心肌萎缩的机制对于航天飞行后心血管功能紊乱的对抗研究至关重要。失重/模拟失重导致机体血流动力负荷下降、代谢需求降低和神经内分泌变化;同时导致包括钙相关信号、NF-κB通路、ERK通路、泛素-蛋白酶体途径以及自噬等通路的改变,上述变化在心肌萎缩的发生发展过程中发挥着关键调控作用。本文从系统和细胞分子层面对失重/模拟失重引起心肌萎缩的发生机制进行综述。     

立位加下身负压方法及其应用

航天员长期失重飞行后返回地面时,无一例外出现立位耐力降低。为了选拨心血管调节功能良好的航天员,美苏多采用单纯立位和下身负压方法。但由于前者下肢血液潴留较少,后者不存在静水压差对颈动脉窦压力感受器刺激,均未取得满意效果。考虑到长期失重后立位时,回心血量下降及对压力感受器的刺激量都大于飞行前,我们采用了立位加下身负压方法(简称负-立方法)模拟航天员返回地面后站立时心血管系统遇到的刺激量。经过几年实践,证明此     

肌管细化是失重性肌萎缩结构和功能变化的基础

本文通过新生大鼠原代培养获取骨骼肌肌管,利用水平回转器模拟失重效应,通过F-actin/G-actin以及F-actin/pERK免疫细胞化学染色,观察研究了模拟失重对肌管形态、微丝及磷酸化ERK表达的影响。通过建立的航天飞行失重性肌萎缩的细胞学模型研究发现:回转后肌管变细,F-actin染色减弱伴有G-actin染色增强,同时pERK染色减弱。表明回转模拟失重条件下肌管发生萎缩、微丝解聚并伴随信号转导活性分子磷酸化ERK表达下降。提示肌管细化是失重性肌萎缩结构和功能变化的结构基础     

航天飞行后心血管失调的外周效应器机制假说

作者及其同事曾用尾部悬吊大鼠模型模拟失重时的血液头向转移和重新分布变化,较系统地研究了模拟失重下心肌与动脉血管结构和功能的适应性改变。联系２０世纪９０年代空间研究与地面模拟研究最新进展,多们认为,除血量减少因素外,心血管系统的两个主要效应器－心肌和动脉血管平滑肌,在失重时发生的适应性结构和功能改变可能是导致航天飞行后心血管失调的重要原因之一。     

模拟失重对大肠杆菌K12基因表达及表型的影响

【目的】通过低剪切力模拟失重(Low-shear modeled microgravity,LSMMG)连续传代培养大肠杆菌,检测大肠杆菌在模拟失重条件下的表型变化及基因改变。【方法】利用旋转细胞培养系统模拟失重环境对大肠杆菌K12进行连续传代培养,对菌株进行增殖速率、耐酸性和生物膜形成的测定,以此评估LSMMG对大肠杆菌K12表型的影响。利用转录组测序检测模拟失重条件下差异表达的基因,与表型作比对。【结果】模拟失重导致大肠杆菌增殖速率降低,耐酸性下降,生物膜形成能力增强;模拟失重条件下,营养代谢相关差异表达基因有25个,其中20个表达下降,2个与耐酸相关基因表达均下降。【结论】模拟失重会引起大肠杆菌表型及相应的基因变化,其中生物膜形成能力的增强可能对航天飞行造成潜在威胁。     

微重力环境对大鼠血浆蛋白质谱的影响

目的:探讨模拟失重环境下大鼠血浆蛋白质组变化特征.方法:健康成年雄性 Wistar 大鼠88只,按模拟失重时相随机分为11组,分别为6 h、12 h、1 d、2 d、3 d、5 d、1周、2周、3周、4周及0 h 组(对照组).采用尾悬吊法建立模拟失重动物模型,实验结束时取动物静脉血,利用表面增强激光解吸电离飞行时间质谱(SELDI-TOF-MS)技术及 MB-WCX 磁珠检测大鼠静脉血浆蛋白质谱,应用 Ciphergen Protein Chip Software 3.2.0和 Biomarker Wizard 3.1.0软件分析数据.结果:发现18个重力敏感蛋白,其中在模拟失重早期,相对分子质量较小的6个蛋白的表达呈上调趋势,而相对分子质量较大的12个蛋白的表达则逐渐下调;在模拟失重后期(悬尾2~3周后),上述蛋白的表达均呈回归趋势.结论:模拟失重环境对大鼠静脉血浆蛋白质谱产生明显影响,研究重力敏感蛋白对进一步揭示失重对机体的影响及机制具有重要意义,并对医监医保可能有一定的价值.     

载人航天的生理学问题

在科学技术高度发展的今天,载人航天已变成了现实。这不仅是空间旅行,而且也对现代生理学、医学提出了许多新的问题,其中“失重”对机体的影响,是科学家们最注意的问题之一。早在六十年代前,就有人报告过在失重时可观察到下肢变得软弱无力.其后,从生物火箭、失重飞机和失重水槽试验以及其它实际观察得知,短期失重,即使几秒、几十秒钟的失重,对人体生理、心理、工作能力等方面会有一定影响,但这种影响是轻微的、暂时的,有些影响可经过一定时间的训练或锻炼,人体完全可以适应,这就     

失重/模拟失重对内皮细胞的影响实验研究进展

血管内皮作为血管壁的衬里,参与调节组织器官的局部血流和机体其它生理进程,在维持血管完整性和内环境稳定中发挥关键作用。内皮细胞对包括重力在内的机械应力刺激极为敏感,重力变化可对其形态和功能构成不同程度的影响。研究发现,失重/模拟失重通过诱导内皮细胞细胞骨架重塑、质膜caveolae重布,使其合成分泌血管活性物质、炎性介质的能力以及细胞表面粘附分子表达发生改变,这些分子变化又对内皮细胞的生长、增殖、凋亡、迁移和血管生成等具有精细调控作用。本文综合评述了失重/模拟失重对内皮细胞功能的影响,同时围绕文献报道中一些尚存争议的观点进行了适当讨论。     

模拟失重对人成骨样细胞凋亡的影响

为了探讨失重对人成骨样细胞凋亡情况的影响及对相关分子的作用,采用双向多样本回转器模拟失重效应,将培养的人成骨样细胞MG-63随机分为静止对照组、水平旋转对照组和失重实验组(用回转器模拟失重条件),在实验的12 h取细胞用流式细胞仪检测早期凋亡情况,同时检测bcf-2、NF-κB(p65)mRNA和P53的表达.结果显示,在模拟失重12 h时,MG-63细胞表现出一定的早期凋亡趋势,且bcl-2、NF-κB(p65)的表达明显降低,P53表达增加,提示失重可能通过影响这几种凋亡相关因子的表达,启动成骨细胞凋亡,从而破坏骨形成和骨吸收之间的平衡.成骨细胞凋亡的启动可能是航天员骨丢失的原因之一.     

航天飞行人体生理变化与医学问题

在短期和长期近地轨道航天飞行中,失重环境会引起人体机能发生诸多变化,可能出现生理不适或病症。回顾国内、外载人飞行相关数据与医学保障经验,简要介绍航天飞行中及返回着陆后人体的生理变化与可能出现的医学问题,以及相应的预防干预策略。     

模拟失重可能影响大鼠动脉血管内皮功能

模拟失重可能影响大鼠动脉血管内皮功能＊马进张立藩张乐宁（第四军医大学航空生理学教研室,西安７１００３２）航天后立位耐力降低的机理目前仍不完全清楚,近来的工作表明动脉系统功能的变化可能是其相关因素之一。内皮依赖性调节是动脉血管紧张度的重要调节机制,而失...     

空间环境下肠道菌群失调的研究进展

空间环境中的特殊因素会导致航天员肠道菌群及其代谢产物的失调，对机体会产生系统性的生理影响。本文综述了近年来太空飞行/模拟空间环境对肠道菌群及其代谢产物影响的研究进展。太空飞行/模拟空间环境（space flight/simulated space environment，SF/SPE）可导致侵袭性致病菌的增多及有益菌的减少，肠道炎症加剧与通透性增加，也会引起菌群的有益代谢物减少或有害代谢物增加，进而导致机体内代谢的紊乱，或可诱发其他系统的损伤，从而不利于航天员的健康与工作效率。总结太空飞行/模拟空间环境对肠道菌群产生的影响，可为该领域的后续研究与航天员的在轨健康防护提供科学依据。     

结合模拟失重,改进大学生理学骨骼肌收缩实验

骨骼肌收缩实验作为大学生理学课程中一个传统的教学实验,在国内各高校的生理学教学中多有开设。本教研室一直致力于模拟失重致骨骼肌废用性萎缩方面的研究,结合科研课题对该教学实验进行了改进:以模拟失重小鼠作为实验动物,代替原用的蛙或蟾蜍;在保留原有实验内容的基础上,加入正常小鼠与模拟失重小鼠骨骼肌收缩能力的测定等新内容。通过在教学中的实际应用,发现改进后的实验不但能够完成传统的实验内容,还可通过模拟失重小鼠与正常小鼠收缩能力的测定和对比,体现模拟失重对骨骼肌收缩功能的影响,进而加深学生对骨骼肌收缩过程的理解,提高学生对失重影响人体生理功能的认识。改进后的骨骼肌收缩实验丰富了传统实验的内容,拓宽了该实验的理论和应用,有助于激发学生对生理学的学习兴趣,明显提升教学效果。     

人在太空

太空中怎么行走？ 航天员住失重环境中的感受与地面完全不一样。进入失重状态以后最先感觉到的是漂浮。由于缺乏重力的向下吸引，双脚自然离开地板，身体悬浮在空中。这时正常行走已不可能，航天员只能用双手推拉舱壁来帮助身体移动。     

模拟飞行任务负荷对人体姿势控制的影响

目的:研究在机体不同站立姿势下,模拟飞行任务负荷对姿势控制能力的影响,并初步总结其变化规律。方法:从某航空院校学员中随机抽取30名,要求其持续进行4小时的模拟飞行任务负荷,并同时在0 h、1 h、2 h、3 h与4 h时,测试4种不同站立姿势下的静态立位平衡参数,比较不同姿势晃动的变化规律。结果:随着模拟飞行任务的持续,4种站立姿势下,被试的立位平衡能力发生了不同程度的变化,并呈现出一定的变化趋势。其中睁眼站立于脚垫上的姿势晃动程度变化最明显,并有重心前倾的趋势;另外,在暴露于飞行任务负荷下,机体视觉信息通道的关闭有可能激发视觉、前庭、本体与肌肉控制等系统对平衡维持能力的代偿性增强作用,而下肢本体感觉信息的阻碍又同时会损坏视觉、前庭、本体等系统对立位平衡能力的控制作用。结论:模拟飞行任务负荷下,机体的姿势晃动会呈现一定的变化规律,即身体可能会代偿性的向前倾斜,来维持身体的立位平衡状态。同时,视觉通道与下肢本体感觉通道对任务负荷条件下立位平衡功能的代偿能力发挥不同的作用。这种变化规律的初步阐述对我们下一步的立位平衡与飞行疲劳评估的研究打下一定的理论基础。