航天医学为何如此重要?移民太空可行吗?

2021-06-21 DY MedSci原创

中国人首次进入了属于自己的空间站(CSS),这也意味着空间科学实验和技术试验的开展将得到有效推进。

6月17日9时22分,神舟十二号成功发射升空,18时48分,神舟十二号航天员聂海胜、刘伯明、汤洪波先后进入天和核心舱,中国人首次进入了属于自己的空间站(CSS),这也意味着空间科学实验和技术试验的开展将得到有效推进。

神舟十二号模拟图。来源:航天科技集团五院

我国空间站航天医学实验总体规划的5个方向的总体考虑为:针对长期飞行对航天员健康影响与防护技术研究,瞄准长期飞行的医学风险,系统开展失重生理效应、机制、防护新技术前沿研究,发展医学风险的预测、评估与减控能力;针对空间辐射对航天员健康的影响与防护技术进行研究,为后续深空星际探索奠定理论技术基础;针对航天员行为与能力研究,瞄准航天飞行人-系统作业主要风险,聚焦长期飞行人的行为能力变化及其测评和调控技术、未来智能化人机交互与功能分配等热点问题;针对先进的在轨监测与医学处置技术研究,建设期主要瞄准人体健康精准在线监测需求,发展高敏感性芯片技术、长时间动态可穿戴监测技术等;针对传统医学航天应用技术研究,发展面向长期飞行的航天医学问题防治的药物、穴位刺激、导引等新方法。

此前,在关于航天医学领域等实(试)验方面,我们已经做了许多探索空间实验室任务,包括验证了长期载人驻留健康保障关键技术和新技术、研制了基于虚拟现实技术具有高度沉浸感的航天员在轨心理舒缓系统、首次建立了天地远程医疗系统、并首次利用超声医学技术和激光多普勒技术系统在轨开展了血管功能研究等,开创多个国际先例。

为什么航天医学很重要?

航天医学是宇航员在外太空的实践医学,航天卫生是科学技术的应用,以预防或控制可能导致航天员暴露于健康危害,如失明、骨质流失、心律不齐等心血管疾病、减压病(人体因周遭环境压力急速降低时造成的疾病,减压病在太空中的症状可能包括胸痛、呼吸急促、咳嗽或深呼吸疼痛、异常疲劳、头晕、头晕、头痛、不明原因的肌肉骨骼疼痛、刺痛或麻木、四肢无力或视力异常)、气压伤、免疫系统功能低下、感染风险增加、肌肉量减少、智力丧失和阿尔茨海默病风险增加、辐射致癌等等。

2018年10月,美国宇航局资助的研究人员发现,长时间的外太空旅行,包括前往火星,辐射可能会严重损害宇航员的胃肠组织。2013年5月31日,美国宇航局科学家报告说,根据火星科学实验室的RAD在从火星旅行时检测到的高能粒子辐射量,人类的火星任务可能涉及巨大的辐射风险。

从地球到火星的旅程中检测到的辐射剂量(2011-2013),Wikipedia

因此为了保护宇航员,创造更长时间太空飞行的可能性,进行航天医学研究会为人类提供确保星际旅行安全所需的深度知识。而且毫无疑问,宇航员并不是唯一受益于航空医学研究的人。

这些好处以各种形式出现,通常来自我们日常生活中现在认为理所当然的设备,例如由于需要特殊涂层来保护宇航员头盔面罩而产生的防紫外线眼镜;以及高科技医学检查手段,例如源自为月球成像开发的计算机增强技术的 CAT 扫描仪和 MRI 技术;或来自NASA用于测量遥远天体的温度的红外传感器原理的简单耳温计。

目前全世界已经开发了几种医疗产品,它们是太空衍生产品,是太空计划产生的医学领域的实际应用。例如由美国国家航空航天局(NASA)、美国国立卫生研究院(NIH)等机构进行的联合研究显示,航空医学的应用将使某些特定社会群体,尤其是老年人受益。相关成果如下:

  • 用于治疗癌症的放射疗法:1980年,美国NASA俄亥俄州克利夫兰格伦研究中心与与克利夫兰诊所合作,采用混合光束模式进行治疗了30名胰腺腺癌患者,包括一些非常晚期的患者,发现治疗的耐受性良好,12个月的生存率为33%,中位生存期为7个月。

Preliminary results of fast neutron treatments in carcinoma of the pancreas.https://ntrs.nasa.gov/citations/19800016490

  • 可折叠步行器:由 NASA 为飞机和航天器开发的轻质金属材料制成,可折叠步行器便携且易于管理
  • 个人警报系统:该设备依赖于 NASA 开发的遥测技术,需要紧急医疗或安全援助的个人可以佩戴。
  • 肌肉刺激器装置:这种设备每天使用半小时,以防止瘫痪者的肌肉萎缩。它为肌肉提供电刺激,相当于每周慢跑三英里。克
  • 糖尿病足部测绘:这项技术同样由NASA俄亥俄州克利夫兰格伦研究中心研发,用于帮助监测糖尿病足部并发症。
  • 肾透析机:其依靠 NASA 开发的技术来去除体液中的有毒废物。
  • 外科植入式心脏起搏器:这类设备也依赖于 NASA 开发的用于卫星的技术。可传达有关起搏器活动的信息,例如需要更换电池前的剩余时间。
  • EMS 通信:由 NASA 开发用于在地球和太空之间进行遥测通信的技术,可从地面监测太空中宇航员的健康状况。救护车中使用了相同的技术,可以将患者信息(例如心电图读数)发送到医院,以便使其得到更快更好的治疗。

这样的技术应用还有很多很多,总而言之,航空医学提高了我们对地球上人类生理学和临床医学的理解。与空间相关的研究一直在推动工程和生命科学的极限,这反过来又使我们所有人受益。

像杰夫·贝索斯和埃隆·马斯克这样的亿万富翁正在迅速准备在未来几十年逃离地球、移民火星。虽然看似荒诞,但科学技术的发展让我们正不断靠近在外太空生活的理想。比如,近期一项来自日本的新研究暗示,人类或许可能在外太空繁衍后代。

DOI: 10.1126/sciadv.abg5554

在以往的认知里,精子在外太空可能不再有效力。日本的研究人员便将小鼠的精子样本冻干并送上国际空间站,来观察这一人类生命关键元素在太空的恶劣辐射中表现如何。

首先,研究小组从12只小鼠身上提取并冻干了精子样本(FD 精子),并将它们密封在轻质胶囊中,以便送上国际空间站。因为这些样本是冻干的,而不是新鲜的,所以它们不需要任何额外的冷藏(这将增加实验的重量和成本)。同时,研究人员还在地球上保留了冻干小鼠精子样本,以便在实验结束时进行比较。

空间站样本以不同的时间间隔(9个月、2年、5年10个月)被送回地球。取回样本后,研究小组使用辐射探测器来测量太空精子所承受的辐射量。结果显示,精子核中 DNA 损伤的程度随着辐射剂量的增加而增加,呈剂量依赖性(r = 0.407)。在国际空间站储存6年精子的总暴露量比地面储存区高约170倍。

FD精子对辐射的耐受性

随后,研究人员将太空精子和对照精子植入地球上的雌性小鼠体内,都产生了遗传上正常的幼崽。在太空中储存了6年的精子共诞生了168只幼崽,所有这些幼崽的外观都很正常,在综合基因表达分析中也没有发现异常情况。而这种积极的结果可以在长达200年的太空辐射中持续下去。

胚胎质量和足月发育情况

该研究的第一作者、日本山梨大学生殖生物学助理教授Sayaka Wakayama认为,这些发现将有助于人类为新的太空时代做好准备。弄清楚辐射是否会损害精子,以及对其他生殖细胞,如卵子和胚胎的影响,不仅对人类的生存至关重要,也对地球上所有其他物种的生存至关重要。

总之,在医疗保健和医疗技术领域,航天医学被认为是医疗创新的中心,因为基础的研究-开发链解决了在极端环境条件下实施医疗救助和医疗保健的问题。空间生命科学研究取得的进展正在转化为地球上的医疗保健,特别是考虑到偏远地区或自然灾害中的医疗保健服务。未来我们还需提高对载人航天任务中使用的医疗保健和地面医疗保健之间的一些相似性的认识,以航天医学造福更多人类。

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  1. 2021-06-22 粹尘

    看到好多实验设备,牛批

    0

  2. 2021-06-22 ms1000000401552930

    很好

    0

  3. 2021-06-22 Hawk–LJL

    中国航天加油✊✊✊

    0

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