人类第一次进入太空距今已近30年了，然而人类能否适应陌生的重力场微弱的太空，并在其中长时间的工作这样一个基本的问题目前还没有解决。随着人类征服火星的兴趣越来越浓，飞往火星的旅程需要二至三年的飞行才能抵达，因此美国和苏联的科学家们目前正在研究微重力场对人体的影响。

美国宇航局（NASA）：正在筹备一次航天飞行、旨在探索失重状态和返回地球后重新受到地球引力时对宇航员身体的影响，包括4名科学家在内的7位乘员将在欧洲太空管理局的太空实验室中进行实验，这个研究舱就固定在宇宙飞船的货舱内。这项历时九天的飞行计划命名为生命科学太空实验室1号（SLS-1），这九天中要完成从心血管到心肺的全面测试，以研究人体的淋巴细胞。这一飞行将成为1992~1993年进行的其它生命科学研究飞行的先驱。

像许多其它航天飞行计划一样，这项飞行也有一段历史。首次实验是1978年进行的，当时人们发现有70%的宇航员在升空后会有一定程度的运动症，按NASA的说法是太空适应症。病症从胃部不适到受刺激引起的呕吐等。两天后宇航员适应了微重力场，病症减轻，随后就能进行正常的工作。然而在飞行不足十天的宇宙飞行中，宇航员即使感到不适也要立刻开始工作，因此NASA很想解决太空适应症，以提高宇航员的工作效率。

宇航员返回地球后又出现了要重新适应地球引力的新问题，在太空生活了10天，宇航员行走上就出现了困难，经历了100天太空飞行后，宇航员就不能直立，还会出现昏厥。在太空中工作长达一年的苏联宇航员必须在床上休息三天才能适应地球的引力场。

这许多病症都是由于体液在低重力场下重新分布引起的。宇航员升空后，马上会面部肿大，这是由于原来在身体下部的体液上升引起的，肾脏和内分泌系统会通过增加排尿量和减少液体的吸入来补偿这些体液重新分布的影响，因此宇航员很少感到口渴，升空后血压也会下降，在飞行中，人体会自动调节，减少体液总体积，重建一种稳定状态以适应微引力场。这些调节会导致人体脱水和体内电解质的不平衡，从而引起心律不齐等病症。因此飞行中所用食品要考虑补充这种营养损失。

当飞行结束后，宇航员又要承受全部地球引力，引力使身体上部的体液下流，因此美国宇航员在返回地球之前要饮900多克的水和吃一些盐片。他们还要戴上一种能在身体下部形成负压的特殊装簠，SLS-1的宇航员托马 · 吉尼根解释说：“这种装置的作用是把身体上部的体液吸下来。”

长时间在微重力场中生活会引起肌肉萎缩，骨骼受损，甚至会出现细胞破坏。测试表明经过持续100天的太空生活后，人体骨骼会丧失10%的钙质，这种损失可能在返回地球后也不会完全恢复。苏联宇航员在飞行时每天要花2个小时进行负重训练，以减少钙质的损失，然而正如吉尼根所说：“当你还能进行正常科学工作时，谁也不愿意每天花两个小时进行锻炼。”NASA还担心宇航员长期在太空生活会丧失部分飞行技能，因此正在考虑在美国的太空站中为宇航员装备飞行模拟器。

为了更好地了解失重引起的问题，SLS-L将进行20多项实验以探索宇航员在飞行前，飞行中和飞行后所发生的生理变化。宇航员要跟踪多种生理因素的变化，如血压、血液体积、心脏大小、心跳速率、肌肉、骨骼和肺功能等。同时也要进行动物实验。

为测试心血管和心肺系统，太空实验室中装备了非常复杂的分析仪器。一台回声心动记录仪利用超声波记录宇航员在飞行中心脏的二维图像，所得图像显示出宇航员心脏大小，心室的厚度和心脏各部分的运动，同时记录下心电图，以确定所得的回声心动图像是位于心动节律的哪一位置。

为测量人体上部血液体积的变化，宇航员要跟踪靠近心脏的静脉血压，升空前，在宇航员的手臂静脉中插入一根导液管，向前推进靠近心脏，借助戴在身体，外面的血压计记录心脏附近的静脉血压。当体液上升时，静脉血压上升，24小时后静脉血压稳定，取出导液管。宇航员返回地球后导液管重新插入再进行测试。肺部功能也要进行测试，因为引力会影响肺中空气的分布，引力的变化会导致肺功能的变化。为了研究肺中血液 - 气体交换，宇航员要吸入多种混合气体，呼出的气体利用质谱仪检测，以测定其中O₂，CO₂，Ar，N₂，C¹⁸O和N₂O等组分的含量，同时还要记录心电图。质谱仪还用来研究太空中心血管的变化，宇航员进行长时间的呼吸，同时用质谱仪检测O₂，和CO₂的含量。测试分两种状态进行，一种是宇航员处于休息状态，另一种是宇航员用力蹬一种训练自行车。为了提供心血管变化的全貌，这种测试将在飞船发射前，飞行中和返回后进行。

SLS-1上一种很吸引人的实验装置是一种安装在颈动脉上的神经接受器。这种接受器能够对血压变化引起的动脉扩张和变形作出反应，并发出信号改变心跳。动脉血压下降时，接受器就减慢心跳速率；反之就加快心跳速率。人体在微重力场中的这种反射衰退似乎是宇航员返回地球时不能适应血压的迅速变化，从而出现头晕或昏厥的原因。为了测试这种血压反射，研究者们在颈部戴一种橡皮系带（像冬天戴的围巾），通过系带对颈部施加压力或吸力，系带上的压力表指示所加的正压或负压的大小。如果系带上的压力增加，接受器的反应与血压降低的反应相同。

身体下部体液重新分布的测试较为简单，飞行前和飞行中将系带系在宇航员的踝关节上面，测定腿部直径变化，宇航员质量的变化（在重力场为零时已没有重量）通过一种运动的坐椅来测定。宇航员坐在坐椅上，测定坐椅向前和向后滑动的时间来计算宇航员的质量。

为了研究体液和电解质的损失，收集每天的尿液，并取血样保存待返回地面后分析。尿样是通过飞船上复杂的太空厕所收集的，太空厕所中的离心机将尿液推入收集试管并计算出尿液的质量，自动收集系统收集20 ml的尿液并编号，弃去多余的尿液。记录每天所吃食品，所喝饮料和所服药剂以计算每天所吸收营养和液体，宇航员还要服入用同位素标记的化合物来观察生理的变化。如要观察尿中水的损失情况，宇航员要饮用¹⁸O标记的水，用质谱分析同位素比率。往血液中注入两种有机染料可以测试肾脏的功能。四位宇航员还要注入三种放射性同位素跟踪剂以研究红血球的产生和损失。所有放射性同位素都能发射γ - 射线并由γ - 射线计数器进行分析。如为了测定循环血浆的总体积，研究人员要跟踪用¹²⁵I标记的白蛋白；跟踪⁵¹Cr标记的铬酸钠可以测定红细胞体积及红细胞消失速度。⁵⁹Fe标记的柠檬酸盐会与传输铁的铁传递蛋白结合，该铁传递蛋白将铁带至骨髓，在那里铁用于血红蛋白的合成。

宇航员还要服入用¹⁵N标记的甘氨酸来跟踪蛋白质的新陈代谢。这项实验的主要研究人员斯坦将用质谱仪测定尿样和唾液中标记甘氨酸含量，由所服用的标记甘氨酸和检测出的标记甘氨酸的差值斯坦可以计算出蛋白质在太空中的合成速率。

SLS-1上四位宇航员的血样经过离心，冷冻带回地球进行血液新陈代谢的研究。其中要研究的一个内容是微重力场中红细胞生产的下降，与此同时淋巴细胞和白细胞也会下降。但是研究者们还不能确定这些下降是由微重力场引起的还是由精神紧张引起的，因后者也会阻止淋巴细胞的产生，为了区分这挫影响因素，在发射前12小时收集人体淋巴细胞贮存在培养器中，进入轨道后，往这些细胞中注入一种能加速细胞分裂的物质一一刀豆球蛋白A，通过测定新生细胞DNA中³H标记的胸腺嘧啶核甙的放射剂量来确定细胞生长速度。按预定的时间间隔取样保存以备以后分析，同时在地面上进行平行实验以提供对照。宇航员升空后也取血样用同样方法培养，三天后保存样品用于以后的电子显微图像分析。正如低引力场会抑制淋巴细胞的产生，高引力场则可能会加速它的产生。

位于内耳和部分肌肉，皮肤内的神经前庭是引起太空症的重要运动敏感组织，为了测试神经前庭的反应，宇航员要观看一个点缀了许多彩色斑点的运动圆顶，同时用嘴咬住一个口状物保持静止。有时圆顶保持静止，但斑点似乎在运动，宇航员通过一根操作杆来指示运动。宇航员头部的运动由头上戴的加速计来测定，眼睛和身体的运动通过摄影记录，颈部的运动用一种应变计来测定。视觉刺激的混乱可能是引起太空病症的一个因素。

人不是这次飞行实验的唯一对象，装在盛有人造海水口袋里的水母也将被送入太空进行实验，以研究微重力场对其神经前庭引力感觉器官的影响。在地球上这种非脊椎动物发展了一种与人体内耳组织相似的囊，称为耳石。这种水母感觉器含有石膏晶体，能够感知由于重力吸引所引起的运动。这些感觉器可能还会帮助它们在水中游动。实验将研究微重力场对水母耳石内含钙体形成的影响。在太空中，宇航员向水母的水螅类注入碘或甲状腺素，这两种物质都能引发水螅类的变态，使其变成直径为2~3毫米的能自由游动的水母。同样在地球上对水母进行处理，并在28°C下培养六天。在飞行的最后几天，宇航员对成熟水母的游动行为进行录像。返回地球后，研究其感觉器官的形态，钙含量，含钙体的大小，形状和数量等，并与在地球上培养的水母进行比较，以确定微重力场的影响。

这次飞行还将携带24只老鼠进入太空，这些老鼠关在特制的笼子里，这种笼子除能装老鼠的废物外，还能给老鼠提供食品和水，空气循环，检测烟火和检查装置的工作状态。老鼠将同人一样进行多种血液实验，还将用来进行骨骼损失，肌肉收缩，耳石的变化和循环系统的变化等多项研究。

目前，宇航员们正在为即将来到的飞行紧张的准备，SLS-1预计将在明年早些时间发射。

[Analytical Chemistry，1990年12月1日]