頭低位臥床90 天，模擬失重實(shí)驗(yàn)門道多

文/林胤之

如果讓你一天24 小時(shí)必須躺著，而且要保持頭低腳高的姿勢不變，你能堅(jiān)持多久呢？我國科研人員曾經(jīng)開展90 天長期頭低位臥床實(shí)驗(yàn)。作為經(jīng)典的模擬失重生理實(shí)驗(yàn)，參加者需要接受諸多考驗(yàn)。那么，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是如何開展的呢？意義又是什么呢？

研究長期失重狀態(tài)

眾所周知，外太空是失重環(huán)境，而人們長期生活在有重力的環(huán)境里，一旦邁入失重環(huán)境，有可能面臨各種生理和心理上的變化。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，失重會(huì)導(dǎo)致骨質(zhì)流失、骨骼肌萎縮，內(nèi)耳前庭、視覺系統(tǒng)受到不良影響，引發(fā)運(yùn)動(dòng)耐力、立位耐力下降等一系列問題。

為了研究失重對人體造成的不良影響，保障航天員們的身體健康和工作效率，科研人員不得不花費(fèi)大量精力，觀察人體失重后產(chǎn)生的生理變化，以探索保護(hù)措施。

最常見的失重研究就是在飛機(jī)上創(chuàng)造失重條件。通常情況下，飛機(jī)在做拋物線飛行時(shí)會(huì)產(chǎn)生失重，但這只能提供幾十秒的失重時(shí)間，無法長時(shí)間觀察人體在失重情況下的變化。而利用水的自然浮力抵消部分重力作用的浸水模擬失重法，雖然可以長期觀察，但仍無法避免重力的影響。

除了上述兩種方式外，頭低位臥床也是經(jīng)典的模擬失重方法。在長時(shí)間保持頭低腳高姿勢的情況下，人的體液會(huì)向頭和胸部轉(zhuǎn)移，腿部肌肉、骨骼也會(huì)受到相應(yīng)影響，這些變化都和失重后的身體變化相近。科研人員通過這種實(shí)驗(yàn)，可以獲得長期失重環(huán)境對人體影響的數(shù)據(jù)。

頭低位臥床實(shí)驗(yàn)最早源于20 世紀(jì)70 年代。當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)航天員執(zhí)行完航天飛行任務(wù)返回地球后，睡覺時(shí)常常感覺身體在向下滑。為了改變這種異常感覺，他們決定把床腳抬高到自己所感覺到的“水平”狀態(tài)。科研人員由此發(fā)現(xiàn)，負(fù)6 度頭低位臥床引起的生理變化和航天飛行中失重引起的生理變化最為接近。很快，頭低位臥床成為全球航天大國研究失重狀態(tài)的標(biāo)配實(shí)驗(yàn)。

躺足90 天刷新世界紀(jì)錄

我國在載人航天工程啟動(dòng)之初，就針對短期太空飛行開展了7～21天的頭低位臥床實(shí)驗(yàn)。2006 年以后，為了后續(xù)載人航天進(jìn)一步發(fā)展，我國又實(shí)施了多次周期較長的大型實(shí)驗(yàn)。

▲失重環(huán)境會(huì)引發(fā)人體各種異常變化

▲中國航天員開展失重飛機(jī)訓(xùn)練

▲志愿者進(jìn)行長期頭低位臥床實(shí)驗(yàn)

2007 年，我國首次組織了有境外科研機(jī)構(gòu)參與的“地星一號”60 天頭低位臥床實(shí)驗(yàn)，21 名志愿者均為男性。該實(shí)驗(yàn)首次系統(tǒng)研究了我國志愿者免疫功能的變化，盡管目前該實(shí)驗(yàn)還不能完全復(fù)制外太空環(huán)境中航天員所有免疫功能的變化，但仍然為未來長期空間飛行的失重狀態(tài)防護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)。

2009 年6～7 月，中國航天員科研訓(xùn)練中心開展了為期30 天的頭低位臥床實(shí)驗(yàn)，科研人員同樣獲得了大量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)肌肉電刺激方法能減緩下肢肌肉廢用性萎縮速度，但不能逆轉(zhuǎn)。

之后，我國又相繼開展了15 天女性頭低位臥床實(shí)驗(yàn)和45 天頭低位臥床實(shí)驗(yàn)等，并均取得了重大成果。

2019 年，中國航天員科研訓(xùn)練中心開展了90 天36 人頭低位臥床實(shí)驗(yàn)，也就是“地星二號”實(shí)驗(yàn)。這次實(shí)驗(yàn)不但持續(xù)時(shí)間、參與人數(shù)都刷新了世界紀(jì)錄，而且參與研究的團(tuán)隊(duì)多達(dá)22家。由于整個(gè)實(shí)驗(yàn)分3 個(gè)階段，分別是臥床前適應(yīng)測試期15 天、90 天臥床期、起床后測試恢復(fù)期33 天，所以實(shí)驗(yàn)的實(shí)際時(shí)長近140 天。

▲“地星一號”60 天頭低位臥床實(shí)驗(yàn)圓滿成功

▲“地星二號”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場

▲“地星二號”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場

▲志愿者臥床運(yùn)動(dòng)能力測試

躺著實(shí)驗(yàn)不簡單

在“地星二號”實(shí)驗(yàn)中，對志愿者們來說，鍛煉、測試的項(xiàng)目相當(dāng)多，包括立位耐力、運(yùn)動(dòng)心肺功能、肌力、肌肉體積和骨密度等多項(xiàng)測試。而且，為了更加客觀真實(shí)，36 名志愿者被隨機(jī)分成了5 個(gè)實(shí)驗(yàn)組，采用分批臥床的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

在實(shí)驗(yàn)前的15 天，受試者需要逐漸適應(yīng)頭低位臥床的姿勢。受試者以負(fù)6 度頭朝下的姿勢熟悉進(jìn)食、飲水、淋浴、排尿和排便等一系列日常活動(dòng)。所有志愿者需要在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間保持這一姿態(tài)，對于正常人來說，長時(shí)間保持這個(gè)姿勢就已經(jīng)不是件特別輕松的事，更不用說還要完成日常活動(dòng)了。

▲志愿者臥床進(jìn)行各種活動(dòng)示意圖

受試者跑步、騎自行車的鍛煉模式和我們?nèi)粘５腻憻捘Ｊ浇厝徊煌ｎ^低位臥床的情況下，他們的姿勢是完全側(cè)過來的，跑步機(jī)變成了垂直跑步臺，自行車的踏板也旋轉(zhuǎn)了90 度。在實(shí)驗(yàn)過程中，受試者可以自行測量每日心率、血壓和體溫，并記錄數(shù)據(jù)。同時(shí)，受試者還被要求寫日記，當(dāng)然，寫作也是在頭低位臥床姿勢下完成的。

受試者還被教導(dǎo)在垂直跑步的過程中掌握自己的呼吸和站立姿勢，控制關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)和肌肉的力量，以確保運(yùn)動(dòng)的效果和安全性。

這次實(shí)驗(yàn)特別注重心理上的支持，科研人員設(shè)計(jì)了一些游戲和活動(dòng)，讓受試者們保持良好的精神狀態(tài)。為防止發(fā)生意外，科研人員還針對受試者個(gè)人，實(shí)施及時(shí)而高效的心理評估。實(shí)驗(yàn)期間，航天英雄楊利偉也來到現(xiàn)場和受試者交流。有了偶像的支持，想必他們會(huì)備受鼓舞。

通過這次實(shí)驗(yàn)，科研人員發(fā)現(xiàn)，每周堅(jiān)持4 天、每天進(jìn)行30 分鐘的跑步鍛煉可以使人在90 天頭低位臥床后仍保持有氧耐力。另外，建議防護(hù)措施中應(yīng)考慮影響骨質(zhì)流失的其他因素,比如藥物和營養(yǎng)干預(yù)措施。

中國空間站時(shí)代已經(jīng)來臨，航天員能成功開展空間站長期在軌駐留工作，除了自身努力，也和地面上無數(shù)科研人員的奮斗息息相關(guān)。正是他們不斷攻關(guān)克難，確保航天員在軌飛行所使用的防護(hù)措施有效且高效，為航天員的長期駐留保駕護(hù)航。

▲志愿者臥床上肢動(dòng)作力量測試