失重与骨质代谢

随着载人航天事业发展，航天员钙、磷代谢和骨质变化问题日益引起重视。在失重及限制活动条件下，尿中钙、磷、镁等无机盐的排出量增加，骨盐代谢呈负平衡。骨密度测量结果表明，航天员和卧床实验的被试者均有不同程度骨质丧失。根据卧床实验测定钙平衡的结果计算，机体钙每月的丧失量约相当体内总钙量的0.3～0.5%，其中承受重量的骨胳（如跟骨等） 骨质的丧失要大得多。在尿钙排出量增加的同时，还观察到尿羟脯氨酸及粪钙的排出量增加。在短时间的航天中，血清钙、镁离子的浓度一般没有明显改变，但随着飞行时间的延长，有逐步升高趋势。血清碱性磷酸酶活性的测定结果不一致。14天模拟天空实验室计划的6名受试者，在卧床后期其碱性磷酸酶活性都有明显升高。阿波罗飞行后，航天员血清碱性磷酸酶活性也有轻度上升，而天空实验室航天员在飞行后，碱性磷酸酶有轻度的下降。虽然曾经有人报道卧床期内受试者血清副甲状腺素有明显升高，但阿波罗和天空实验室航天员血清副甲状腺素、降钙素和1,25-二羟胆钙化醇的变化不明显。
航天时和卧床实验中发生骨质代谢变化的原因和机理现在还不清楚。多认为失重和机体的活动量减少可能是骨质丧失和钙、磷排出量增加的原因，但航天员在飞行中对外环境因素综合作用的反应和饮食营养的影响也不能完全除外。美国和苏联的一些研究报告中都曾指出，卧床实验与航天过程对骨质代谢的影响虽然有很多相似之处，但航天员骨质的丧失一般都比对照卧床的受试者明显。图1、2是双子星座4、5和7号航天员跟骨和指骨骨密度减少量与卧床组对比的结果。

图1 双子星座4、5、7号航天员与卧床受试者跟骨骨密度的变化

图2 双子星座4、5、7号航天员与卧床受试者手指骨密度的变化

据报道，卧床组需要30天才能达到双子星座4号航天员飞行4天骨质丧失的程度。也有人指出联盟9号飞行18天所引起的骨密度下降，大体上与健康人严格卧床60～70天所引起的骨质变化相当。这些情况表明活动量减少不是航天员骨质代谢变化的唯一原因。失重状态下骨质的吸收大于骨质的生成，可能航天员骨盐丧失过程中起着主导作用。在宇宙782号生物卫星上进行的动物实验结果表明： 航天期间不仅骨无机盐代谢有质和量的改变，而且不同的骨组织变化也不相同。飞行后，用45Ca检查的结果表明长骨的骨骺带受重力的影响显著大于骨干。双子星座7号航天员在将近14天的飞行中，由于增加了运动和休息的时间，提高了各种营养素（包括钙）的摄入量，骨质的丧失量显著地低于双子星座4号和5号，而天空实验室航天员在活动量加大、进食量增加、粪钙排出量没有显著变化的情况下，钙代谢仍呈负平衡，并有骨质丧失的现象。
到目前为止，还不能肯定增加食物钙的供给量可以防止航天员及地面卧床实验的受试者骨质代谢的变化。一般认为骨无机盐丧失是机体对失重及限制活动适应性反应的生理过程所决定的，主要需从代谢机理的调节方面进行纠正，在营养方面应以符合地面膳食供给量标准，并提高无机盐类在飞行中的利用率为原则。食物中钙、磷的比值以1:1～2为宜。钙、镁的比值应为2:1。多数学者认为运动是防止航天员骨质脱钙最有希望的一种措施，但采用那种形式的运动较好，还有待进一步研究。在长时间的卧床实验中，有人采取不同措施防止钙、磷代谢和骨质变化的效果，将钙、磷结合使用，每天在膳食(含钙1g、磷1.7g)之外，经口补充0.8～1.3g钙、1.3g磷，对钙、磷代谢平衡有较好的效果。但补充钙、磷，不能防止骨质的丧失；采用其他措施，如单独补充磷酸钾，注射降钙素，服用二磷酸盐EHDP (ethane-1-hydroxy-1,1-diphosphoric acid)，使用下体负压装置，每天进行80分钟水平姿势的运动，或使用重力加速度模拟服(gravi-tational acceleration simulation suit,GASS)按身体纵轴方向以相当受试者体重80%的力每天加压200分钟等措施，都不能防止钙、磷代谢的负平衡和骨质的丧失。但每天直立3小时对防止骨质丧失有一定的效果。