载人航天骨胳肌

　　一、失重对骨骼肌的影响

失重对骨骼肌的影响主要表现在肌肉的萎缩和肌肉功能的下降。
　　1.肌肉萎缩
　　体重减轻 骨骼肌是由肌纤维组成的，失重对骨骼肌结构的影响表现为引起肌纤维的萎缩。要取航天员肌肉进行形态学的观察是很困难的，只能借助于间接的方法。最简单的方法是测量航天员的体重。在美俄(前苏联)航天计划中，通常要测量航天员飞行前中后的体重变化，发现绝大多数航天员飞行中和飞行后体重下降。体重减轻一方面是由于失重时体内水分丢失较多所致，另一个原因就是肌肉萎缩，尤其是长期飞行后的体重下降与肌肉萎缩的关系更密切。也有少数航天员飞行后体重增加，这并不是肌肉没有萎缩，而是体内脂肪增加了。
　　下肢容积减少 另一个证明失重引起肌肉萎缩的方法是测量航天员飞行中小腿容积的变化。最初是用带有刻度的软尺测量小腿不同部位的围径，之后用公式推算出小腿容积的变化。再以后，改进测量方法，用一个有弹性的长袜状容积装置进行测量。结果与体重变化一致，失重引起小腿容积的减少。如飞行96天的礼炮6号航天员小腿容积的减少是16％～20％，飞行140天的航天员减少20％～30％，飞行175天的航天员减少19％～24％。小腿容积的减少与小腿肌肉质量的减少是有关的。返回地球后小腿容积的恢复是逐渐的，最初两天恢复较快，是由于返回地球后体液增加引起的，以后的恢复则主要是肌肉质量的恢复。
　　形态学变化 美国和前苏联都进行了大量的有关失重对动物骨骼肌影响的实验，例如测量了在宇宙-1667号生物卫星上飞行7天大白鼠的比目鱼饥腓肠肌和肱二头肌的重量，它们比不飞行的鼠分别轻22.7％、10.7％和12.3％。比目鱼肌是一种抗重力肌，在重力环境中它主要执行维持姿势的功能，所以重力消除对它的影响最大。取飞行后大鼠的肌肉进行形态学的观察，可以看到出现明显的肌纤维萎缩。前苏联也在地面进行120天人模拟失重（头低位卧床）实验，在卧床前和卧床120天时取被试者腓肠肌部位的肌肉，进行比较，结果是卧床后出现了明显的肌纤维萎缩,出现萎缩的这种货就如少了一条腿狗一样，走路不稳，易倒，下仓后不能立刻直立。

　　二、运动神经结构发生改变

运动神经与其所支配的肌纤维组成了运动单位，运动神经的变化也反映了肌肉萎缩性改变和肌肉功能的下降。大白鼠飞行后脊髓的感觉和运动神经原出现了神经结构的变化（核糖核酸含量减少、运动神经末梢粗糙、突触泡和线粒体数量减少）。与此同时，肌肉内也有营养不良的表现和代谢的改变。
　　生化和组织化学的改变 蛋白质是肌肉中的主要组成部分，正常情况下人体中的蛋白质代谢是处于平衡状态的，即蛋白质合成（血液吸收氨基酸合成蛋白质）和蛋白质分解（蛋白质→氨基酸→水、二氧化碳、氮）基本相同。测量航天员飞行中尿氨基酸的排出量及尿和粪中氮排出量即可了解蛋白质代谢的情况。结果是航天员飞行中氨基酸和氨的排出量增加，说明肌肉的蛋白质分解大于蛋白质合成，也证明肌肉出现萎缩性变化。
　　2.肌肉功能下降
　　肌肉的工作能力、力量和耐力下降 肌肉出现萎缩，自然影响到它的功能，即使是短时间的飞行，如7～10天，也会引起肌肉力量下降。如果用握力计测量航天员飞行前和飞行中手的握力，飞行前握力是45～65kg的人，飞行中握力将减少4～22kg。腿部肌肉力量的下降比手握力的下降更多。失重飞行后航天员躯干的力量也明显下降。两名参加联盟－9号飞行的航天员只飞行了18天，躯干肌肉的力量分降低了40kg和65kg，而且到返回后第11天才恢复。在测量肌肉力量时，两名航天员都诉说腿肌和背肌疼痛。航天飞行后肌肉活动时，反应速度减慢，容易发生疲劳。
　　协调性变差 正常情况下，人体肌肉的活动是十分协调的，一块肌肉收缩，相对应的另一块肌肉就会舒张，而且它们都受中枢神经系统的指挥。同时，肌肉工作是十分准确和精细的，如让人拿一个杯子，他会准确无误很容易将它拿起来。但失重时肌肉工作的协调性变差，尤其在失重飞行的头几天，做一件事所花费的时间要比地面上完成同样工作所需的时间长，而且不准确，往往是用力过度。就像一个酒醉的人一样，他要将手移动几次才能拿起一个杯子。
　　在航天中，约有三分之二的航天员诉说背痛，休息时背痛更明显，严重时会影响睡眠。整个飞行中，有的背痛减轻，有的背痛依然存在，这可能是由于重力缺乏所引起的脊椎长度和形状发生改变，椎间盘压力增加、肌肉痉挛、关节紧张、脊柱和神经拉长所致。
　　航天员返回地面后常常诉说全身无力、容易疲劳，站立、行走都很困难，有时还出现肌肉疼痛。前苏联研究了航天员返回后姿势的稳定性，结果表明航天员维持姿势的协调性变差。
　　肌张力降低 在地球上，正常情况下人的骨骼肌保持一定的张力，并不完全松弛。不同肌肉的紧张程度不同，但又互相配合，维持人处于一定的姿势。当部分骨骼肌的紧张性发生变化时，姿势也会改变。用一些仪器可以测量肌张力(图2）。曾经测量了航天员在一定姿势下肌肉放松和收缩时小腿胫前肌和三头肌的硬度，失重后是下降的。用浸水的方法模拟失重，测量被试者大腿和小腿肌肉张力的变化，可见浸水第二天大腿和小腿的肌张力降低10％，一直持续到浸水结束。
　　神经传导功能发生改变 失重不仅引起肌肉萎缩，而且会引起与肌肉有关的一些神经系统发生变化。大白鼠飞行后，在支配肌肉活动的中枢-脊神经的神经元中所含的蛋白质及核糖酸含量下降，神经和肌肉连接端变粗糙。也可以用键反射方法来研究失重时人神经-肌肉传导性的影响。航天前后采用了一种仪器，测量键反射的阈值和键反射的持续时间，结果发现航天后键反射阂值下降，持续时间变短，说明肌肉收缩的反射性调节功能发生了变化（图2），这种变化就如受刑一样，肌肉拉伸又收缩。

　　三、失重时肌肉系统改变的影响

1.引起心血管系统紊乱的原因之一
　　失重时出现的心律紊乱、心脏的缺血反应及血管壁结构和通透性的改变都与失重时心饥血管平滑肌的变化有关，而骨骼肌的萎缩及其功能下降则会引起立位耐力和运动耐力的下降。骨骼肌素有“肌肉泵”之称，它在调节人体内循环血量中起着十分重要的作用：肌肉的收缩有利于把肌肉内的血液压回心脏，使回心血量增多；人站立时，肌肉紧张度高，可以防止静脉血管过度扩张，保证回心血量。失重引起肌肉萎缩，使肌肉泵的作用降低，使人站立和受+Gz力作用时有更多的血液储留在下肢，减少了回心血量，降低了航天员返回过程中的+Gz耐力和返回后的立位耐力。
　　2.人体协调功能下降
　　航天员返回后全身无力、疲劳、肌肉疼痛、走路不稳都与肌肉萎缩有关。用平衡仪测量航天员返回后立位时的稳定性和行走时的协调性都明显下降。但这些改变是可逆的，经过一段时间可以适应和恢复。
　　3.造成矿物质丧失的起因之一
　　肌肉用力活动时牵拉骨骼，对骨骼是一个机械刺激，它可以刺激骨细胞生长。失重时这种作用减少，容易引起骨质疏松。

　　四、引起失重肌萎缩的原因

1.肌肉活动减少
　　造成失重时的肌肉萎缩的主要原因是失重时重力消失引起肌肉的“废用性”变化，也就是说是因为长时间的肌肉运动减少引起的。因失重时一切物体没有重量，肌肉不需要克服这些重量而作功，于是肌肉的功能就逐渐退化，这与长期躺在床上的人肌肉变得无力、萎缩是类同的。前苏联和美国在地面上进行了大量的实验，例如，前苏联选了一批志愿者，让他们在床上躺49天。在实验前与卧床第30天，用活检方法从被试者的比目鱼肌中取出一小块肌肉进行形态学观察，结果发现卧床后肌肉出现了与航天中相似的萎缩性变化。卧床时人仍生活在重力环境中，只是减少了人的活动，这种情况下出现肌肉萎缩，说明失重情况下活动的减少是引起肌肉萎缩的最主要原因。克服肌肉萎缩的最好办法是强迫它锻炼，现在航天中所采用的防止肌肉萎缩的最有效方法就是运动，航天员在飞行中每天要进行2～3小时的运动，运动项目包括拉力器、跑台、自行车功量计等。这些方法对于防止航天员长期飞行时的肌肉萎缩和肌肉工作能力的下降起到有利的作用，但还没有完全防止失重引起的肌肉系统的变化。因此，防止失重引起的肌肉变化是航天医学研究的重要课题之一。
　　2.血液循环系统的紊乱
　　肌肉内有丰富的血管，它是保证肌肉正常代谢和收缩的必要条件。失重可以影响血液循环系统，使血液循环系统出现紊乱，如出现下肢肌肉血液供应减少，血粘度增高，血管的结构和形态发生改变。这些都可影响肌肉的血液供应，胆白汁减少，有加快死亡的特征。
　　3.营养不足
　　由于工程上的限制和失重的特殊环境，航天员在飞行中不能像在地面一样得到丰富的食品和各种美味可口的饭菜。通常都是整个吞咽，不辨食味，就是硬死了，也不知道。同时，失重改变航天员的味觉，使航天员在吃任何食物时都感到淡而无味及航天初期出现的运动病症状，这些都降低了航天员的食欲，使航天员出现了营养不足。食物是供应肌肉蛋白质合成的源泉，航天员飞行中食欲的降低，食物摄入量的不足，也是造成肌肉萎缩的原因之一。
　　由上可见，通常这一行业没人愿意干，只有骗猪一样货去当替死鬼，搞不定上了西天，显然笨的可怜的货才去冒险，对骨骼肌是有明显影响的，随着飞行时间的延长，对肌肉的影响将更严重。因此，看航天员上天，就像看耍猪大戏一样，失重对肌肉系统的影响，寻找有效的防护措施是航天医学研究的十分主要的课题