40年来，许多成功的太空之旅显示了人类进行宇宙空间探测的优势和必要性。当21世纪航天旅行变得愈来愈方便之际，未来宇宙空间探测者的健康和安全将成为头等重要的问题。如果人类准备远离地球去旅行，则了解遭受辐射和长期失重所引起的危险将至关重要。

20世纪工程技术的成就为人们在地表附近活动和太空旅行提供了空前的可能。如今，作为地球上的公民，上天已属司空见惯，20世纪无疑可称为航天旅行的世纪。然而，此刻我们掌握的工具已能使我们离开赖以生息的地球去旅行，成为太阳系的公民。借此新千年的开端，人类作太空旅行探索，有不少理由值得认真讨论。实际上，人类正着手建立坚强的基础，使21世纪成为航天旅行的世纪。但在采取这一大胆步骤时，必须对未来太空探测者的健康和安全予以充分的关注。这也就意味着人们既要对与未来探测使命有关的、有潜在危险的辐射和长期失重所带来的危险有新的认识，又要寻找对付这些危险的更有效的措施。

人类太空探测的必要性

40年来，各国宇航员的实践已证实了由人类进行太空探测的必要性。诸如复杂的作业、科学实验设备和硬件的修复等等，无不有赖于人类的才能和识别力。航天探测任务的成功有赖于人类，其例子不胜枚举。最初遭损坏的“哈勃”空间望远镜就可作为明证。宇航员修复了这个有缺陷的望远镜，这个数百万美元的设备的继续使用全有赖于宇航员。如果没有人的介入，该项设备就被列入美国航空航天局的回收计划之中，而“阿波罗登月之旅”则提供了另一个例证。宇航员必须在月球表面排除意外的难题（如修复登月车等），必须设法跟地面科学家联系，以便从月球上选取有代表性的试样，确认和评估有意义的观察结果。在火星上为了达到同样的目标，人类也将是不可或缺的。

最近有报告指出，在空间作业的问题上，人类作太空探测比起许多机器人来作用要大得多。人类作太空探测会创造出许多可供选择的、用机器人无法做到的重要探索方法。从而又使在科学基础上的人类太空探测更经济合算。

考虑到意外发现和假说的实时检验所需的推理和反应均有赖于人的思维；外星球生命的证据可能是极细微和隐秘的，往往必须在崎岖不平的地区作长途跋涉，必须深挖，必须查勘无数地段，最后需要对岩石和粘土层进行精细的分析，这些远非今日的机器人所能胜任。最近“先驱者号”火星之旅突出证明了这一点，尽管就达到的目的而言，这次航行是成功的，但用于科学调研的“先驱者号”上的“漫游者”的局限性：“漫游者”在着陆地点附近移动仅100公尺通讯就中断了，这就严重限制了科研的收获。行星表面试样的就地分析具有极大的价值。这样的精密分析，即使在不久的将来有可能自动化，也会是十分勉强，而且也跟不上由发现的结果所引起的反复的试验过程。

要详细了解火星探测中出现的科学问题，需要进行地质学、古生物学、生物学、化学、地球物理学、大气科学和气候学方面的研究。这些领域原始的查勘和评价可由机器人进行，但后续的详尽的调查研究和探索则必须由宇航员在行星表面进行。总之，航天探测要取得最大的成功，人的作用是必不可少的。

人类太空探测中提出的问题

宇航员在太空探测时将接受三种相关的严重挑战：（1）由身体组成重量的降低所引起的、作用于人体外部和内部的物理力的变化；（2）长期封闭于飞船舱中不能离开所引起的社会环境心理的变化；（3）环境辐射程度和类型的变化。这些变化会同时在人体中引发一系列与时间有关的、值得注意的情况，40年来人们一直在渐渐地对此有所认识。这些问题引起的人体的整体综合反应对于承担航行任务的宇航员的健康及圆满完成探测任务本身来说，都是十分危险的。这些危险所引起的程度大小各异。幸而，通过充分的研究可使大部分风险降至可承受的程度。

物理力的变化

表1说明在宇宙空间飞行时发生的主要物理变化所引起的一般的生理学影响。由于在多数太空飞行中体重会降至十分接近于零值，人体的承重结构会承受不同的应力。沿人体轴向流体静压梯度的变化会引起体液的移动，从而会显著改变人体许多重力感受器的输入量。几乎人体所有的组成和体系均分担了这些变化所引起的反应，不过这种人体适应的程度和导致的状态的稳定程度依然值得研究。

表1宇宙空间飞行或减低的重力（如在火星表面）对人体具体的生物学组成的一般作用

长期太空飞行（如持续航行一年以上）始终处于失重状态，会显著地增加骨折的风险。宇航员米尔4.5至14.5个月的太空飞行后骨矿物密度的测定表明，腰椎骨密度平均减少5.6～0.8%，骨盆密度平均减少11±1.4%，而邻近的股骨密度则平均减少8.1～1.2%。个别宇航员骨质损失的程度相当大，约在0～20%范围内变动，这与绝经后妇女每10年骨质减少仅2～3%形成鲜明的对照。尽管促进个别骨质损失率的这种变化的机理尚未明确，但有可能一旦失重出现，宇航员的遗传背景和细胞活素的局部作用会使骨改建向有利于增加骨吸收的方向移动。大部分观测者认为，骨质损失可能是渐进的，骨折至少会造成长期太空飞行（如拟议中的3.5年的火星探测航行）时的直接风险。

失重太空飞行的其他效应还包括：太空飞行后立即出现的与心血管和流体有关的直立性低血压问题，心脏室性心律失常易感性变异的可能，心肌质量减少和心脏功能削弱的可能；飞行开始时涉及宇宙晕动病以及着陆时和着陆后一段时间内涉及的定向障碍、步态改变和受损的平衡以及神经肌肉的协调与前庭神经有关的问题；涉及肌肉质量、强度及持久力的丢失的肌萎缩问题；涉及睡眠和工作能力的有关昼夜节律的问题；以及涉及感染和免疫缺陷的与免疫力有关的问题等。

社会心理和神经行为的变化

美国和俄罗斯的宇航员都曾体验到个人和人际的问题，根据太空实践提供的证明，长时期的太空飞行，宇航员不良的社会心理反应目前被确认会危及到太空探测任务的完成，在飞船上进行太空探测的宇航员将面临在很长时期内接受不同环境和行为的挑战。航天探测任务的紧张性刺激包括：长期与同一群体呆在一起（长达3年之久）；跟亲友的分离；由于居住条件的限制导致的私生活的丧失等。此外，由于长期处于宇宙的微重力、辐射和设备故障情况下造成的心理压力。按现有的证据判断，对宇航员的交流和工作效率来说，语言、素养、性别和工作职责的差别等等也都是棘手的问题。

如果不加以注意，这些紧张性刺激会影响到宇航员的行为能力和健康。例如有可能削弱认识能力；改变神经内分泌和心血管的反应及免疫应答；扰乱食欲、睡眠及生理调控；由于焦虑和抑郁引发精神上的损伤；以及造成宇航员之间潜在的人际问题。目前，研究正集中于寻找能保证做到下列各点的方法：保持宇航员神经行为的健康、改进居住舱和人体系统连接装置，以及尽可能有效地完善宇航员的社会心理活动。

如今，在全球实验室或特定的环境中（诸如南极洲），几乎所有这一类研究都在进行，并着重研究个人和群体在行为和应激反应方面的心理学特征（如个性）和行为特征（如领导才能）。如正在用一些不引人注目的、识别情绪窘迫的电脑新技术研究神经行为功效的客观度量——用动物和人模拟研究构成紧张及觉醒反应基础的神经生物学过程，以鉴别最合适的行为和药理学的对策。其最终目的在于——对生理功能和行为的合适监控，用来增强航行时的应变能力、提高工作和生活质量及合适的对策以降低风险。表2例举了正在进行科学调查的问题的范围。

辐射环境的变化

人类太空探测之旅将使宇航员暴露于来自太阳粒子活动的瞬变辐射及来自高能银河宇宙线的持续辐射之下。涉及的质子和原子序数大的高能粒子（HZE），即使在影响不大的情况下也会起相当大的生物学作用，且发生与次级粒子（如HZE碎片或中子）作用有关的变动。尽管对在地球上遭受辐射（χ射线、γ射线和电子）引起的健康危害性相对来说了解得比较充分，而关于太空辐射对健康的危害却依然远未了解清楚。有若干独立的因素会对暴露于航天探测的复杂的辐射环境下的宇航员产生全面的危害，其中首要关切的是否存在诱发癌症的因素。由于放射性损伤，造成神经细胞丧失，影响中枢神经系统功能完整，也可能危及航天探测任务。

最近的研究还指出了前所未知的辐射诱导细胞病理学的机理，这种机理是建立在损伤细胞与未损伤细胞间的联系，以及造成后期表现遗传损伤的不稳定状态的诱导的基础上，太空辐射引起的这种细胞变化特别显著。当前的研究着重于应用细胞系统和动物模型，以及质子和HZE粒子加速器用来评估和减缓由太空辐射引起的细胞变化。

综合生理学的课题

40年来，与航天有关的研究和保健的经验表明，要有效地处理未来太空探测者的健康和有关太空探测的风险，就必须把太空旅行者的身体指标跟所有相关的、相互影响的各部分一起作合乎实际的综合观察。

美国太空生物医学研究所已在美国航空航天局的支持下着手这一综合生理学项目的研究。这一研究项目的最终结果将形成对健康人的定量描述，包括已经掌握的关于身体各个组成部分是如何互相发生关系的信息。这一称作“数字人”的描述实际上将包括从生物化学到细胞、器官，再到系统的信息以及系统间的相互作用等关于人类生理学已知的一切。

要实现这一目标，就得论证对人的行为的功能结构单元（从系统生理学到最终决定行为特点的个别基因类型）的深刻认识。包括研究按分级系统或关联的方法装配的各组成系统的模型，以及了解环境刺激如何影响所得表型的功能和适应性。同时，还有赖于综合许多研究者（以及实验室）的研究成果成为协调性合成的人体功能的策略。

这项航天研究的目标是为探测之旅的每一个宇航员建立个人的模型。每个宇航员个人特有的解剖学、生理学、功能状态和病史及环境史的无所不包的模型将有助于监护、诊断、治疗及预期，并有助于航天任务的策划者和宇航员本人降低航行的风险。这种综合方法如取得成功，带来的结果将远远超出太空探测领域本身。对健康人体功能的认识，使研究者不仅能够探索太空飞行中发生变化的个因，而且得以探索人体内某通路或某成分出现功能障碍（如受伤或患病时）的决定性因素。

实际上，涉及太空飞行的许多医疗方面的事项与普通地面上的医疗方面的论题紧密相关。研究为未来太空探测者提供恰当的保健问题，可以使人们更清楚地了解通常提供优质保健所面临的诸多问题。开发一些方法，以及综合迅速扩大的生物学本身的知识和信息的积累，乃是生物医学的重大课题。如此看来，人类太空探索的根本动因或许就是能更进一步认识人类本身。

[Nature，2001年2月22日]