太空人上到宇宙後,會有什麼生理變化?

太空人上到宇宙後,會有什麼生理變化?
Photo Credit: NASA Handout / REUTERS / 達志影像
我們想讓你知道的是

原來太空人在宇宙中,臉會比較腫,甚至可能「暈太空船浪」?微重力狀態對太空人的健康又有甚麼影響?

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大家都知道史丹福除了醫學之外,對天文學也甚有興趣。今次不如把這兩個範疇結合,談談人上了太空後發生的生理醫學問題。看看以下的圖片,有沒有留意到這幾位太空人有甚麼共同特徵?

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Photo Credit: European Space Agency
上圖是奧德塞太空任務太空人升空前的模樣,下圖是他們進行太空任務第一日的模樣。

就是他們的臉部都明顯比在地球時脹了很多,為什麼呢?

「脹臉鳥腿」綜合症

原來在太空中的微重力環境會令胸腔膨脹,使得胸腔內壓力減低,使得心臟膨脹,身體的血液由下肢重新分配到頭部與軀幹。在太空中,下肢中約10%的水份會重新分配到上身。因此太空人都臉都是脹脹的,腿則會縮小了,這個現象被稱為「脹臉鳥腿」綜合症(“puffy face–bird leg” syndrome)。

心房膨脹會刺激ANP的分泌,也會抑制身體的RAA(renin-aldosterone-angiotensin)系統。這兩個荷爾蒙系統是控制血壓的重要系統,而這些荷爾蒙變化令腎臟排出更多水份與鹽份。研究顯示太空人在太空中的首24小時內已經會減少17%的血漿容量。

更有趣的是,原來太空的微重力狀態會令人貧血。原來當血漿容量減少,紅血球變濃,血比容(haematocrit)上升。腎臟偵測到這變化,就會減少紅血球生成素(erythropoietin),一種刺激紅血球製造的荷爾蒙。紅血球製造因此變少了,太空人回到地球時就可能出現貧血。

不少太空人剛回到地球是都會出現頭暈、心跳加速等症狀,甚至因此而站不穩。原因就是血漿容量下降,令心臟跳動時打出的血液(學術上稱為心搏排血量stroke volume)減少,打到腦部的血液不足夠。這時太空人只要多喝水,身體應該就可以慢慢適應地球的重力,控制血壓的荷爾蒙系統及血漿容量也會慢慢回復正常。

「暈太空船浪」

在上到太空的首一至兩天,不少太空人都會出發頭暈、噁心、作嘔作悶等的徵狀,簡單來說就是「暈太空船浪」。幸好這些症狀大多在幾天內就會消退。

「暈太空船浪」與我們平常暈車浪或者暈船浪的原理大同小異,都是因為眼睛與內耳的平衡器收到的訊息有衝突,令大腦的混亂而產生的。例如我們在乘車時看書容易暈車浪,因為眼睛在看書時,收到的信息是靜止的,但內耳的平衡器卻感應到汽車在移動,這個衝突就令大腦混亂而產生暈車浪。

而在太空中,低重力使得上下的概念失去了。對於習慣了地球重力環境的大腦來說,就更加混亂了,所以才會有「暈太空船浪」的問題。有趣的是,當太空人回到地球,腳踏實地時,早已適應了太空微重力環境的大腦可能又會重新混亂起來,於是又會重新「暈浪」一至兩天。

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Photo Credit: NASA Handout / Reuters / 達志影像
肌肉與骨骼流失

太空環境對我們身體各個系統都有著大大小小的影響,但其中一個影響得最嚴重的系統一定是肌肉與骨骼。

需知道我們下肢及背部有不少肌肉都是用來抵抗重力的,當我們到了一個重力很少的空間,這些肌肉缺少了刺激,很容易就會萎縮。曾有文獻記載,一位太空人在經過6個月太空任務後,小腿肌肉容量流失了20%,而爆炸力則足足減少了一半。因此大家時常見到太空人在太空做運動,其實就是為了鍛練肌肉,減少肌肉萎縮。

同樣地,負責負重的骨骼如果缺少了重力的刺激,也會出現顯著的流失。嚴重的話更可能令太空人提早出現骨質疏鬆,甚至骨折。另外,由於過多的鈣質經腎臟流失,所以太空人罹患腎結石的風險也會增加。

視力模糊

有不少太空人在回到地球後都出現視力模糊及遠視加深的情況,為什麼會這樣呢?

研究人員為了研究這問題,為受影響的太空人檢查眼睛,他們發現太空人眼睛有視盤水腫(optic disc oedema)及棉絮狀斑(cotton wool spot)等的變化,這些變化跟顱內壓(intracranial pressure)上升時發生的變化甚為相似。

於是科學家推斷重力減低使得血液及腦脊液(intracranial pressure)轉移到頭上,令顱內壓上升。另外,太空艙裡的二氧化碳濃度上升都有可能導致顱內壓上升。

總的來說,太空的環境對身體各系統都做成很大的壓力,所以要做成太空人也非常不容易啊!難怪世界各國都只選擇生理機能最好的人去當太空人。

資料來源︰

  1. Aubert AE, Larina I, Momken I, et al. Towards human exploration of space: The THESEUS review series on cardiovascular, respiratory, and renal research priorities. Npj Microgravity. 2016: 2
  2. Williams D, Kuipers A, Mukai C, et al. Acclimation during space flight: Effects on human physiology. Canadian Medical Association Journal, 2009: 180; 1317-23.

本文獲授權轉載,原文見史丹福狂想曲

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責任編輯︰鄭家榆
核稿編輯︰王陽翎

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