载人火星探测计划受挫？长期太空飞行可导致剧烈背痛且持续数年

阳光普照下的火星

科学家对零重力环境的长期健康影响进行了一项研究。随着研究结果浮出水面，派遣宇航员执行长期月球和火星探索的计划再度受挫。根据这项研究，重返地球后，曾在国际空间站上逗留数月的宇航员脊柱的关键肌肉尺寸和密度大幅降低。一直以来，科学家便对执行长期任务的宇航员健康状况进行研究，并发现了太空飞行所能造成的一系列重大健康问题。这项新研究进一步扩大了这份健康风险名单。

英国宇航员蒂姆·皮克。重返地球后，曾在空间站上逗留数月的宇航员脊柱的关键肌肉尺寸和密度大幅降低

此项新研究由麻省理工学院的卡特林·布克哈特和他的同事进行。研究发现在长时间太空飞行后，宇航员肌肉组成发生的变化可持续 4 年之久。他们在论文中指出：“太空飞行导致的椎旁肌形态变化可能与宇航员经常出现的背痛有关。”

研究过程中，科学家对 17 名曾入主空间站的宇航员的腰椎 CT 扫描图进行了分析。这些宇航员平均在太空逗留 6 个月。 CT 扫描在任务执行前后进行，用于确定椎旁肌尺寸和构成发生的改变。此前对宇航员进行的研究表明，太空飞行可导致肌肉萎缩，尤其是在正常重力环境下直立时保持姿态和稳定的肌肉。

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在执行太空任务和任务结束后，很多宇航员出现下背痛。太空飞行可能提高他们的椎间盘突出风险。新研究发现在所有肌肉中，椎旁肌面临的风险最大。这些肌肉从上至下，在脊柱上延伸，在脊柱活动和姿态方面扮演关键角色。

此前进行的研究发现长时间太空飞行后椎旁肌质量减少，说明在没有重力辅助情况下可能出现肌肉萎缩。 CT 扫描结果显示，椎旁肌的尺寸在太空飞行后减小。对于个体肌肉，尺寸减少的幅度在 4.6% 到 8.8% 之间。

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在一年后进行的扫描中，所有肌肉的尺寸恢复正常，但椎旁肌的脂肪组织数量大幅增加，导致宇航员的肌肉密度减少了 5.9% 到 8.8% 。对于绝大多数肌肉，成分在一年后恢复正常。不过，在重返地球后 2 到 4 年，宇航员腰方肌和腰大肌的脂肪量仍高于太空飞行前的水平。

健身似乎能够影响椎旁肌的某些变化，意味着宇航员可以采取相应的预防手段，遏制长期太空飞行对脊柱健康和功能造成的损伤。布克哈特等人指出，美国宇航局计划在未来探索火星和其它星球，这些研究发现可用于指导未来的应对策略，以缓解躯干肌形态出现的不良变化以及相关的功能缺陷。

艺术概念图，火星基地栽种的作物

深空旅行导致癌症？

根据一项新研究，深空旅行可导致宇航员患上绝症。专家们认为远距离星际旅行期间的辐射暴露将严重破坏胃肠。这可能导致长期功能损伤，例如营养吸收不良或者癌症。研究中，科学家让老鼠暴露在低剂量带电铁颗粒环境下，最终得出了这一发现。带电铁颗粒产生的银河宇宙辐射对人体危害极大。

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双胞胎天地实验

美国宇航局曾进行一项双胞胎“天地实验”，宇航员斯科特·凯利和他的双胞胎兄弟马克·凯利参加了这项实验。在国际空间站逗留了 340 天后，斯科特于 2016 年 3 月返回地球。在他遨游天空时，马克留在地球。宇航局随后以马克为参照进行各种检测，研究太空飞行对斯科特产生的影响。凯利兄弟拥有几乎一模一样的基因组，允许科学家对长期太空飞行的生理影响进行前所未有的研究。

斯科特·凯利（右）和马克·凯利。在太空中逗留一年后，斯科特的 DNA 发生改变

在斯科特开始执行太空任务前，执行任务期间以及任务结束后，科学家采集这对双胞胎的血样和其它生物学样本。宇航局发现重返地球的斯科特长高了，比马克高了近 5 厘米。两天内，这一变化消失。身高变化由空间站的微重力环境拉伸脊柱导致，但这种影响只是暂时的。

宇航局发现斯科特 93% 的基因在返回地球后恢复正常， 7% 的基因发生永久性改变。长时间的太空飞行破坏了与免疫系统、 DNA 修复、骨形成和组织吸氧方式有关的基因。

在 2017 年 1 月美国宇航局的人体研究计划研讨会上，参与双胞胎天地实验的 10 支研究小组公布了他们的初步发现

太空飞行期间，斯科特的端粒（染色体终端）延长。端粒是保护 DNA 免遭破坏的关键，通常会随着衰老逐渐变短。回到地球后，斯科特的端粒再度缩短。宇航局表示斯科特的端粒延长与空间站上的饮食和定期锻炼有关。

太空逗留期间，两种肠道细菌的比例发生改变，可能与饮食变化有关。回到地球后不久，比例恢复正常。研究发现斯科特的基因组中有数百个独特的突变。据科学家推测，太空飞行激活了斯科特体内的“太空基因”。

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