【技术·航天】NASA开展航天员在轨脊椎检查

正文

题头图中，NASA航天员凯特·鲁宾斯（Kate Rubins）在调试国际空间站上的设备。她的足部固定在地板上，目的是在空间站的低重力下提供杠杆作用。处于低重力的时间越长，航天员骨密度和肌肉质量的变化越大。

国际空间站上没有地球的重力作用，航天员会漂浮在其中，这个动作看似轻松，却会置脊柱于风险之中。如果不采取预防措施的话，每在太空停留一个月，航天员承重骨的密度便会降低1%左右。这会有什么后果呢？

失去了地球重力的持续负荷，骨骼的活组织会自我重塑。形成新骨骼的成骨细胞不再受到地球表面的压力，就会降低工作效率，而去除旧骨骼的破骨细胞却如往常一样活跃，如此，骨骼代谢平衡遭到破坏，新长出的骨头就会很脆弱。与此同时，在地球上只需站立即可激活的肌肉，在微重力作用下不再需要工作，便开始萎缩。

为探知微重力对骨骼和肌肉的作用机制，NASA找到了维克森林大学（Wake Forest）的阿什莉·韦弗（AshleyWeaver）博士等多位生物医学工程师。韦弗和她的团队研究航天飞行对脊柱中骨骼和肌肉网络的影响。该网络为大脑、心脏和肺等重要器官提供结构支持。她解释道，脊柱健康是控制姿势和进行任务中所有核心躯干运动的关键，我们必须了解长期暴露于微重力环境如何影响这些肌肉的变化。

韦弗的团队比较了航天飞行前后航天员脊柱的详细扫描图。定量计算机断层扫描（qCT）和核磁共振成像（MRI）等技术使研究人员能够确定返回地球后骨骼密度和肌肉大小的细微变化。

航天员qCT扫描的变化揭示了航天飞行降低骨密度的程度。MRI扫描肌肉中脂肪组织的积聚和肌肉大小的变化，来揭示航天飞行导致的肌肉萎缩程度。韦弗希望通过同时研究肌肉和骨骼，弄清楚两者的相互作用——骨密度降低如何影响肌肉，肌肉功能和强度变化如何影响骨密度。

在仔细检查扫描呈现的趋势后，科学家和工程师将集思广益，采取策略（例如特定的抵抗性锻炼）应对空间骨骼和肌肉的丢失。随着飞行任务时间和距离的延长（如月球和火星任务），这些策略或将大有裨益。类似的策略还可帮助地球上的骨质疏松症等骨病患者提高脊柱强度。

NASA人体研究计划（Human Research Program）旨在发现最佳方法和技术，以支持安全高效的载人航天飞行。HRP利用地面研究设施、国际空间站和模拟环境降低航天员健康和绩效面临的风险，支持航天探索活动。HRP促成了以下多个目标的探索性生物医学计划的开发和完成：提供人体健康、绩效和适居性标准、开发对抗措施和风险降低对策、优化适居性和医疗支持技术。HRP支持创新性的科学人体研究，资助了30多个州的优秀大学、医院和NASA中心中200多位研究人员负责的300多项研究。

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