人類身體在重力作用下運行得最好,但是執(zhí)行火星任務的宇航員需要在沒有重力的情況下在飛船上待6到9個月,這種微重力甚至零重力環(huán)境會對我們的身體造成嚴重影響。
資深生物化學家、美國宇航局專注于宇航員健康的專業(yè)人士約翰·德維特(John DeWitt)說:“我們的身體熱愛力量。力量幫助我們的肌肉、骨骼以及心臟變得更強壯,同時也能幫助心臟在重力作用下正常泵血。所以,當你失去這種力量時,你就會突然失去對健康非常重要的刺激因素。”
鍛煉已經(jīng)成為國際空間站宇航員維持身體力量的重要組成部分。但一項新的研究表明,飲食也可能是應對零重力挑戰(zhàn)的關(guān)鍵。
太空飛行帶來的那些病
經(jīng)過50多年的載人航天飛行,研究人員已經(jīng)了解到失重狀態(tài)下人體所面臨的許多風險。在太空飛行的頭48小時內(nèi),常常出現(xiàn)太空暈動病,會引起食欲不振、頭暈和嘔吐。
隨著時間的推移,在國際空間站呆上6個月的宇航員會經(jīng)歷骨質(zhì)疏松和肌肉萎縮,還會經(jīng)歷血容量減少、免疫系統(tǒng)減弱和心血管失調(diào)等癥狀,因為漂浮不需要太多的努力,心臟也不再需要像在地球上那樣竭盡全力地泵血。
美國宇航員斯科特·凱利(Scott Kelly)和其他40多歲、50多歲的宇航員也抱怨他們的視力略有下降,有些人在飛行中甚至需要戴眼鏡。
斯科特的兄弟、同為宇航員的馬克·凱利(Mark Kelly)說:“你每個月都會失去大約百分之一的骨量,這是宇航員所經(jīng)歷的典型情況。如果我們將來想把人類送上火星,這是我們必須學會克服的問題。”
馬克還稱:“如果人類的身體在太空中停留10到20年,從進化的角度來說,在很長一段時間內(nèi),我們可能會在太空中失去所有骨骼,因為你不需要它。我們很可能會變成一大坨肉。”
運動是減少骨量和肌肉流失的最有效對策之一。德維特說:“我們從來沒有讓人們在不鍛煉的情況下執(zhí)行長期的太空飛行任務。隨著時間的推移,我們建立了自己的鍛煉機制。但是,在早期的阿波羅任務中,沒有任何鍛煉,而從阿波羅宇航員那里得到的反饋之一是:‘你需要在這里安裝某種鍛煉設備。’”
德維特表示,對于任何超過8天時間的太空任務,都必須提供鍛煉設備。斯科特·在太空呆了一年,但他堅持鍛煉,并在空間站上使用了這些健身機器。將返回月球并最終到達火星的宇航員將需要在他們的航天器中鍛煉,但這些設備還在開發(fā)中。德維特說:“我們必須轉(zhuǎn)向其他方向,生產(chǎn)更小、功能類似的設備,占用的空間要小得多。”
太空“營養(yǎng)液”拯救肌骨
在太空中,沒有重力作用的影響,人類等生物的肌肉和骨骼都會變?nèi)酢F渲?,負重肌肉首先受到影響,而且是受影響最嚴重的器官,比如小腿上的比目魚肌(soleus muscle)。
研究人員瑪麗·莫特魯克斯博士(Marie Mortreux)表示:“在太空停留僅僅3周后,人類比目魚肌就收縮了三分之一。此外,還伴隨有慢收縮肌纖維的喪失,而慢收縮肌纖維是保持耐力所必需的。”
為了讓宇航員能夠安全地執(zhí)行前往火星的長期任務(火星重力僅是地球的40%),必須制定能夠緩解肌肉萎縮的策略。莫特魯克斯博士說:“飲食策略可能是關(guān)鍵,尤其是在宇航員去火星旅行時,他們將無法使用國際空間站上部署的那些健身器材。”
最新研究表明,藍莓和葡萄皮中含有的抗氧化劑和化合物白藜蘆醇(resveratrol),可能是讓宇航員在火星上保持強壯的飲食。紅葡萄酒中也含有白藜蘆醇,因為它是用葡萄釀造的。白藜蘆醇已被用于治療阿爾茨海默氏癥,被發(fā)現(xiàn)具有抗炎、抗糖尿病和抗氧化作用。
莫特魯克斯博士稱:“白藜蘆醇已被證明,可以在類似于太空飛行中的微重力條件下保持大鼠的骨骼和肌肉質(zhì)量。因此,我們假設,在火星重力模擬實驗中,每天服用適度的劑量也有助于減少肌肉損失。”
模仿火星重力進行測試
為了模擬火星重力,研究人員想出了獨特方法。莫特魯克斯博士和她的同事們給老鼠套上安全帶,把它們吊在籠子的天花板上。24只雄性大鼠被暴露在正常重力(地球)或40%重力(模擬火星)下14天。其中半數(shù)大鼠的供水中含有白藜蘆醇,其他老鼠只補充水分。除此之外,它們可以隨便吃相同的食物。
研究人員每周測量大鼠的足爪握力、小腿圍和肌肉,并在第14天對它們進行分析。研究結(jié)果令人印象深刻。正如所料,“火星”條件削弱了老鼠的足爪握力,縮小了它們的小腿周長、肌肉重量和慢收縮纖維含量。但令人難以置信的是,補充白藜蘆醇幾乎完全拯救了火星大鼠的足爪握力,與正常地球重力的對照組大鼠水平相當。
此外,它們的肌肉質(zhì)量也得到了保護,肌肉纖維的損失沒有那么大。然而,小腿周長和小腿肌肉纖維仍然減少。如前所述,白藜蘆醇不影響食物攝入量或總體重。
莫特魯克斯博士說,以前的白藜蘆醇研究可以解釋這些發(fā)現(xiàn),可能的生效因素是胰島素敏感性。她解釋稱:“白藜蘆醇治療通過增加胰島素敏感性和肌肉纖維中的葡萄糖攝取,促進糖尿病或無負荷動物的肌肉生長。這與宇航員有關(guān),他們在太空飛行中胰島素敏感性降低。”
莫特魯克斯博士補充稱,白藜蘆醇的抗炎作用也有助于保護肌肉和骨骼,其他抗氧化劑來源(如李子干)也可能有用。但她承認:“還需要進一步研究來探索其中的機制,以及不同劑量的白藜蘆醇對雌雄大鼠的影響。此外,確認白藜蘆醇與宇航員在太空任務期間服用的其他藥物之間沒有任何潛在的有害相互作用也很重要。”