科普:看中国宇航员在“天宫”如何健身

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发布时间:2015-09-23 12:40:24
来源:新浪科技

 你还记得航天员王亚平、聂海胜、张晓光在“天宫一号”上过的一堂奇妙生动的太空课吗?航天员们轻松自如,面带笑容地为我们展示了有趣的“天宫”生活,他们在太空环境下,好像没有一点不适应。

这是怎么回事?不是说人体有太空反应吗?

别急,告诉你一个秘密:这与航天员们天天坚持“天宫”健身是密不可分的。

太空失重对人体的影响

我们知道,生活在地球上,人的肌肉和骨骼总是要不停地对抗重力,支撑自己的身体。然而,在太空中,由于没有了重力的作用,人体并不需要这些对抗重力的支撑工作,但如果长时间处于这种无重力的环境,那对血液循环、骨骼、肌肉等都会产生不利影响,例如失重会导致血液过多流向上身,还会肌肉萎缩、骨质丢失等。

血液过多流向上身

在地球上,血液循环要对抗重力,所以流向上身的血液,需要心血管系统“分配”更大的力来把血液泵压上去。由于失重,流向上身的血液不需要更大的力量,但实际上人体的心血管系统还是按照原来比例来分配力量,所以血液就过多流向上身,尤其是脑部。

其实不仅仅是血液,失重时人体的各种体液都会出现这样的问题。这会破坏人体内环境的稳定,导致头部发胀、鼻腔堵塞、眼压增大,味觉和嗅觉可能发生改变,甚至出现头痛、恶心呕吐、心率异常、血压改变等。

肌肉会萎缩

当人体进入失重环境后,肌肉会开始萎缩,尤其是对行走、负重和地面站立起支撑作用的肌肉,例如腿部肌肉,萎缩更甚。具体表现在肌肉纤维尺寸减小、质量减少。

据科学统计,短期飞行课导致肌肉质量丢失10%~20%;如不采取积极健身的对抗措施,在长期飞行中肌肉可能丢失50%!

而另一方面,肌肉通过肌纤维的收缩活动产生力量。在失重环境下,人体的肌肉,包括躯干、膝盖和肩部等部位的肌肉,力量会明显减弱,因为这些肌肉不需要克服重力来做功,几天不用,就出现“不用则废”的现象了。

骨质会丢失

通常,骨骼形成、生长和发育依赖于成骨细胞和破骨细胞的动态平衡。成骨细胞可以感受包括重力在内的各种机械应力的刺激,并不断进行相应的变化。在失重的情况下,肌肉张力降低,骨骼的负荷降低,促使成骨细胞活动的刺激没有了,而破骨细胞的活动还在继续,因此,破骨与成骨的平衡被破坏了。骨骼被破坏的多,重建的少,导致骨质流失,使骨骼变得脆弱。

于是,为了减轻或避免这种因失重带来的对身体的不利影响,航天员除了科学合理地补充营养物质外,在太空健身就很必要。

在地球和在太空运动的异同

多地面上的健身项目,在太空舱狭小的空间和失去重力作用的环境下,是无法开展的。

在太空中,无重力影响,任何人都可以“力大无穷”或“不堪一击”。因此,有些锻炼项目就无法开展。

例如:举重对宇航员来说是轻而易举的,但达不到锻炼效果;如果使用锻炼心肺功能的普通跑步机,航天员双脚和跑台之间的摩擦力微乎其微,他只要在跑台上轻轻蹬一下腿,身体就飞起来了。

所以,太空健身要有特殊的器材。研究人员利用弹簧的弹力原理等制造了健身器材,例如拉力器用于锻炼肩部和背部肌肉、太空自行车用于锻炼下肢肌肉、太空特殊跑步机用于锻炼心肺功能等等。

随着太空科研的进展,一些新的健身器材问世。如用骨丢失对抗仪敲打、刺激骨骼,可以减慢骨丢失速度;用下体负压筒,对下半身施加负压,可以促使血液向下半身流动,改变失重环境中血液朝头部转移。为了保证精力充沛地在“天宫”中工作,航天员每天要使用这些健身设备坚持锻炼1~2小时。

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