失重与航天运动病

前庭器官包括椭圆囊、球囊(合称“耳石”)与三个半规管，是感受空间位置、维持平衡与调节运动的感觉器官。生活在地球上的人，无论处于静止或运动状态，耳石总是受到地心引力作用。在航天中，人处于失重状态，耳石所受刺激发生改变，引起一系列前庭反应。按症状表现，可分为前庭感觉性反应(眩晕、反旋转感觉和位置错觉)、前庭躯体反应(眼震、平衡失调)与前庭植物神经反应(苍白、出汗、恶心和呕吐等)。通常将由于各种加速运动引起的前庭植物神经反应称为“运动病”。航天时由于失重等因素引起的类似症状，被称为“航天运动病”。在轨道飞行的初期，有些航天员曾发生体位错觉和轻重不等的航天运动病，总的来说，对航天员的影响不十分严重，经过适当处理和适应以后，症状可以得到改善或消失。美国航天员最长飞行时间84天，苏联航天员最长飞行时间211天，他们的资料表明，航天员可以耐受长期失重，能够较好地完成各项工作任务。但降低运动病的发生率，仍是一项重要研究任务。航天员在飞行前虽经过严格挑选与训练，但仍发生运动病，表明失重环境与地面创造的实验条件不完全相同，挑选与训练方法还需进一步完善。这也有赖于对运动病的发病机理与适应问题等进一步的深入了解。作为失重环境下的生理反应，运动病仍被列为航天医学的重点研究内容之一。
航天运动病症状： 航天员在轨道飞行中曾分别出现过不同类型和不同程度航天运动病症状。进入失重状态即刻出现的有漂浮感、下落感、头倒位错觉 (Inversionillusion)、倾斜错觉等，持续时间从几秒钟到几小时不等。除错觉外，个别航天员曾发生过前庭躯体反应，如航天员ТереШкова(东方6号) 在飞行第38～45圈时，曾记录到眼球震颤。比较严重的症状，有上腹部不适，食欲减退、厌食、恶心和呕吐等。苏联航天员Титов是第一例航天运动病患者。以后美国在阿波罗计划及天空实验室计划中也有一些航天员曾发生航天运动病，突出的例子是阿波罗9号登月舱驾驶员，曾两次发生呕吐。运动病症状的出现与头部运动有关，限制头部活动能使症状轻减。一般在5～7天后航天员逐渐适应失重环境，航天运动病症状消失。但这种适应是不完全的，如天空实验室3号航天员适应后在舱外活动和在工作间里活动时，仍有部分症状发生。美国和苏联航天员运动病发病情况见表1。可见约有1/4～1/3航天员曾患本病。美国早期水星和双子星座计划中，未曾发生运动病； 而在阿波罗计划及天空实验室计划中，运动病的发生率相当高，尤其是天空实验室，9名航天员中有5名曾出现运动病症状，比预计要高。苏联的发病率初期较高，但多数症状较轻，如联盟号的22名航天员中有9名有症状轻重不一的运动病，症状较重者只有1名。联盟13号以后直到礼炮号轨道站的各次航行中，未见到有关运动病的明确报道。在各类前庭反应中，运动病发病人数比出现错觉者多，而运动病又以轻度居多(表2)。

表1 美国、苏联航天员运动病发病率

美 国			苏 联
计划名称	航天员人数	发病人数	计划名称	航天员人数	发病人数
水星 双子星座 阿波罗 天空实 验室	6 16* 29** 9	0 0 11 5	东方号 上升号 联盟 号***	6 5 22	1 2 9
总计	60	16		33	12

*20人次 **33人次 ***引自联盟号生物医学总结，1976

表2 轨道飞行中错觉和运动病症状的发生情况

计划名称	航天员人数	发生错 觉人数	发生运动病的人数*
			轻度	中度	重度	总计
阿波罗 天空实验室 联盟号**	29 9 22	3 2 7	6 2	2 1	3 2	11 5 9
			（未分度）

*轻度指胃不适，中度指胃不适、恶心，重度指胃不适、恶心和呕吐 **同表1

除上述各种主诉外，前庭功能也确有变化。如美国天空实验室8名航天员在进入轨道后第5天到75天期间，对科里奥利加速度的反应较飞行前降低。苏联礼炮5号轨道站飞行期间，曾用脉冲电流刺激前庭，发现前庭敏感性降低。美国天空实验室3号和4号共5名航天员，飞行结束后姿势平衡能力降低，约10天后才逐渐恢复正常。苏联联盟9号航天员有类似结果。对阿波罗16号3名航天员，飞行前、后曾进行冷热试验，飞行后2名反应增强，1名数据分散，反应增强者同时有姿势平衡能力降低，两者之间有很高的相关性。在卫星轨道飞行中还曾记录两只雄蛙前庭神经耳石支第一级神经的电活动，观察到轨道飞行中静止时发放冲动的平均频率和对振动和离心力刺激的反应都有变化。对以上获得的与航天有关的各项资料，曾有很多分析研究，但至今仍无定论。
航天运动病病因探讨 引起航天运动病的主要外因是失重和在失重条件下作头部运动。发病机理中前庭器官起主要作用，视觉、本体感觉和心理因素也有一定影响。前庭功能丧失的人不发生运动病。运动病发病还与个体的敏感性及适应能力有关。有关失重条件下运动病发病机理，有许多假说： 一种假说为“感觉矛盾理论”，认为失重时耳石没有冲动输入，而头部运动时半规管仍有冲动输入，这就破坏了半规管与耳石之间的正常关系，这种矛盾引起运动病。限制头部运动，自半规管无冲动输入，半规管与耳石间乃不发生矛盾，可以使症状减轻或不发生。在失重条件下睁眼作头部运动，还有视觉参与这一矛盾，形成视觉-半规管-耳石三方面的矛盾，可加速运动病发生，所以闭眼可使症状得到部分改善。另一种假说是“过度刺激理论”，认为失重本身是负性刺激，刺激很强，可使耳石对半规管的抑制作用增强，表现为失重时对科里奥利加速度反应性降低。也有人认为，失重时耳石已失去重量，不构成刺激，使耳石对半规管的正常抑制作用解除，以致半规管反应性增强，任一头部运动都将成为一种较强刺激而引起运动病症状。还有一些学者认为失重引起的血液再分配和电解质平衡的变化，可以直接影响前庭敏感性而造成发病。各种假说都只能解释发病机制中的个别方面，航天运动病的全部发病机制尚待阐明。
航天运动病的预防 包括飞行前的特殊选拔和训练，以减少发病率，以及飞行中预防工作。前庭功能的特殊选拔是通过各种前庭功能试验及运动病史的调查来实现。苏联的前庭功能试验较全面，而且还设计一些较强刺激量的试验。美国的常规检查只作半规管和耳石功能试验，偶尔作一些其它试验。近年美、苏两国都研究了在零G状态下被动旋转的人体反应，苏联以旋转后眩晕持续时间作为评定前庭功能敏感性的指标。通过适当训练可以降低前庭敏感性。训练方法有“主动训练”和“被动训练”之分。前者包括体操、弹跳网和跳板练习、花样滑冰、跳伞和复杂特技飞行等； 后者包括转椅、四柱秋千、升降机、离心机上双重旋转和多轴旋转装置等训练。其它还有在特殊改装的飞机上作抛物线飞行时的短期失重体验和失重行走等。苏联上升1号3名航天员：Ком-аров训练时间比Феоктистов和Егоров长，后二人发生了位置错觉和运动病，而Комаров却未发生任何症状。这可说明训练的重要性。苏联两名航天员在礼炮6号轨道站经历了185天的长期失重，也未发生运动病，认为与飞行前训练有关。美国阿波罗计划中，15名航天员是第一次参加飞行，结果6名在飞行中发生了航天运动病(40%)，另18名是曾经参加过1次或1次以上的航天员，结果有5名发生了航天运动病(27.8%)，表明航天经验实际上相当于一种训练，也可减少发病。飞行中预防包括服用抗运动病药物，限制头部活动和做有计划的头部运动，后者可加速对失重的适应。常用的抗运动病药物，有抗胆碱药、抗组织胺药、拟交感神经药和其他类药等。美国早期注重使用抗组织胺药物，如吗嗪和替根，后来逐渐被东莨菪碱和苯异丙胺取代，效果均不够理想。如美国天空实验室9名航天员中，有5名在进入轨道飞行后不久就服用1-东莨菪碱、d-苯异丙胺和盐酸冬眠灵、硫酸麻黄素，其中3名仍然发病，2名甚至出现呕吐；4名未服药者中，有2名发病。一旦出现症状，这些药物也不能减轻和消除症状，加上还可能发生一些副作用，如影响航天员注意力等。这一问题尚有待研究。