“國(guó)際空間站”航天員健康維護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展

趙東明　 王永生 （中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心）

“國(guó)際空間站”航天員健康維護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展

趙東明 王永生 （中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心）

1　 長(zhǎng)期航天飛行中失重不良作用的預(yù)防

“國(guó)際空間站”俄羅斯艙段航天員健康維護(hù)系統(tǒng)是基于禮炮號(hào)和和平號(hào)空間站考察乘組長(zhǎng)期飛行所取得的經(jīng)驗(yàn)而建立起來(lái)的，它包括：

1）體能訓(xùn)練，這是預(yù)防系統(tǒng)的主要組成部分，通過(guò)訓(xùn)練保障必要的骨骼肌肉和心血管系統(tǒng)負(fù)荷，促進(jìn)體能和運(yùn)動(dòng)功能的維護(hù)。

2）被動(dòng)式體能訓(xùn)練裝備，它包括軸向加載的負(fù)荷服，高頻和低頻電子刺激器。

3）在失重中和超重作用情況下用于恢復(fù)與地面接近的體液分配設(shè)備：下體負(fù)壓裝備、抗超重裝置、手鐲式套帶（一種醫(yī)療用夾具，使局部血流減少）。

4）水鹽補(bǔ)充，它有助于液體在體內(nèi)滯留，以此提高下降段直立穩(wěn)定性和超重的耐受性。

5）調(diào)整前庭、心血管等對(duì)失重作用不良反應(yīng)的藥物。

在訓(xùn)練小周期框架內(nèi)體能訓(xùn)練結(jié)構(gòu)的總體特性

在飛行中體能訓(xùn)練每天進(jìn)行2次，共計(jì)2.5h，訓(xùn)練器包括跑步機(jī)、功率自行車(chē)、阻力訓(xùn)練器。在俄羅斯預(yù)防系統(tǒng)中主要是運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，4天為1個(gè)小周期。

1個(gè)小周期包括3天的負(fù)荷訓(xùn)練日和1天的主動(dòng)休息日。1個(gè)周期內(nèi)在跑步機(jī)上每天的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷程度為3000～4500m，負(fù)荷能量每日為380～580kcal。

在體能訓(xùn)練計(jì)劃的組織中堅(jiān)持訓(xùn)練過(guò)程通用性的原則，也就考慮了整個(gè)飛行期間體能訓(xùn)練的系統(tǒng)性；堅(jiān)持體能訓(xùn)練的多樣性和優(yōu)先性，旨在維護(hù)基本的身體素質(zhì)和預(yù)防機(jī)體主要器官發(fā)生功能性和結(jié)構(gòu)性變化；在體能訓(xùn)練綜合系統(tǒng)中堅(jiān)持進(jìn)行軸向靜態(tài)練習(xí)（訓(xùn)練負(fù)荷服）、動(dòng)態(tài)練習(xí)（走步、跑步、跳躍、力量訓(xùn)練）及慣性沖擊練習(xí)。太空飛行中體能訓(xùn)練重要的特點(diǎn)是，訓(xùn)練強(qiáng)度大、具有間隔性和明確的方向性。

1個(gè)小周期的第一天訓(xùn)練包括，走步和速度為5～6km/h的慢跑，與此同時(shí)間隔進(jìn)行速度為12～14km/h的快跑，時(shí)間為1min，這種訓(xùn)練有利于保持骨骼肌肉和心血管厭氧機(jī)制的速度力量特性。在第一天訓(xùn)練時(shí)，心率平均為140～160次/分鐘，高峰時(shí)達(dá)到180次/分鐘以上。訓(xùn)練結(jié)構(gòu)是按照間隔訓(xùn)練的原則構(gòu)建。

周期內(nèi)的第二天訓(xùn)練主要是為保持力量耐力。這一天，50%以上的訓(xùn)練是在跑步機(jī)傳送帶被動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下完成，也就是利用航天員腿部力量來(lái)移動(dòng)傳送帶。這一天的運(yùn)動(dòng)量適中，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度適中或高于平均水平。

第三天的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是速度為13km/h的跑步，間隔時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)（4～6min），這有利于組織內(nèi)耗氧指標(biāo)的穩(wěn)定，并有利于增加供血量（乏氧狀態(tài)）。

在周期內(nèi)的第四天，航天員進(jìn)行選擇性訓(xùn)練或完全休息。在此期間，在功率自行車(chē)上的訓(xùn)練按照相同的模式進(jìn)行。

在俄羅斯空間站上，早期每個(gè)月對(duì)訓(xùn)練周期3天的訓(xùn)練參數(shù)進(jìn)行記錄，并將數(shù)據(jù)傳向地面，基于此數(shù)據(jù)對(duì)跑步機(jī)和功率自行車(chē)的訓(xùn)練過(guò)程進(jìn)行控制。

MO-3階梯運(yùn)動(dòng)測(cè)試示意圖

注：圖中左垂直軸表示跑道流動(dòng)強(qiáng)度；右垂直軸表示跑步速度（km/h）；橫坐標(biāo)軸表示訓(xùn)練時(shí)間。

根據(jù)所獲取的信息做出關(guān)于乘組訓(xùn)練水平的結(jié)論，并根據(jù)這些結(jié)論提出調(diào)整訓(xùn)練的建議。專(zhuān)家們根據(jù)需要與乘員進(jìn)行的私人談話在訓(xùn)練過(guò)程管理中具有重要的作用。

為了確定乘組的工作能力和訓(xùn)練效率，過(guò)去和現(xiàn)在都在使用每月一次的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，該試驗(yàn)的特點(diǎn)是逐級(jí)增加運(yùn)動(dòng)負(fù)荷和功率自行車(chē)測(cè)量的負(fù)荷。運(yùn)動(dòng)性試驗(yàn)為MO-3試驗(yàn)，是在跑道傳送帶被動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行的，軸線負(fù)荷不低于體重的60%，其中包括3min準(zhǔn)備活動(dòng)（走步）、2min慢跑、2min中速跑、1min最快速跑和3min放松性走步?？偟倪\(yùn)動(dòng)時(shí)間為11min，能量消耗為100 kcal。該測(cè)試的突出特點(diǎn)是，3級(jí)運(yùn)動(dòng)負(fù)荷中，運(yùn)動(dòng)的次序和每項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間是標(biāo)準(zhǔn)化的，在每個(gè)級(jí)別的運(yùn)動(dòng)中航天員任意選擇運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。

乘員選擇的運(yùn)動(dòng)速度是補(bǔ)充的，當(dāng)然也是更好的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度信息指數(shù)，能更好地反映出航天員的運(yùn)動(dòng)量和心率。

3級(jí)功率自行車(chē)測(cè)試的負(fù)荷為125Wt、150Wt和175Wt，且每級(jí)運(yùn)動(dòng)時(shí)間都是標(biāo)準(zhǔn)化的，為3min，這在最大程度上符合次最大體能負(fù)荷的運(yùn)動(dòng)量（是最大負(fù)荷的75%）。測(cè)試時(shí)總的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為9min。在每個(gè)級(jí)別的運(yùn)動(dòng)中實(shí)時(shí)記錄心電圖，按照科羅特科夫方法分別記錄收縮期血管內(nèi)徑（DS）和動(dòng)脈血壓，這保障了運(yùn)動(dòng)的安全性。

在出艙活動(dòng)前航天員穿著俄羅斯航天服進(jìn)行功率自行車(chē)的測(cè)試，用手臂“反向”登踏板，運(yùn)動(dòng)功率為150Wt。記錄的指標(biāo)是：運(yùn)動(dòng)時(shí)間（直到拒絕運(yùn)動(dòng)為止），運(yùn)動(dòng)時(shí)每分鐘末及3min恢復(fù)期時(shí)的心率。

為減輕由于血液頭向分布而產(chǎn)生的不良影響，運(yùn)用了下體負(fù)壓的方法。使用整套的“氣比斯”服完成下體負(fù)壓程序，服內(nèi)負(fù)壓達(dá)（60+5）mmHg。

專(zhuān)家們認(rèn)為，在俄羅斯空間站上下體負(fù)壓的方法有利于直立位的穩(wěn)定性，在整個(gè)飛行期間每個(gè)月完成一次下體負(fù)壓程序，在小周期的第4天進(jìn)行。

除使用下體負(fù)壓方法以外，飛行初期為消除頭部充血而帶來(lái)的不適感，航天員們使用了套帶，以此來(lái)保障血液駐留在腿部。

對(duì)飛行條件下和模擬實(shí)驗(yàn)中水鹽代謝和激素狀態(tài)的研究，為預(yù)防系統(tǒng)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，這有利于開(kāi)發(fā)出飛行初期階段對(duì)機(jī)體水合作用程度控制的方法，以及飛行最后階段對(duì)水鹽代謝和血液動(dòng)力學(xué)作用程度的控制方法。

飛行初期階段人的機(jī)體伴有一系列的變化，如頸靜脈壓力增高，出現(xiàn)顱腦管靜脈瘀血等。其中包括中央靜脈壓增高，腎素、血管緊張素、醛固酮系統(tǒng)激素分泌降低，而血漿中抗利尿激素有所增加。利尿因素的增加（多尿），并且排除了滲透性的活性物，這導(dǎo)致了機(jī)體水合程度的降低。

為了預(yù)防在失重中駐留而引起的變化，如循環(huán)血液量下降及體內(nèi)液體含量減少等，在返回前的飛行最后階段航天員服用水鹽補(bǔ)充劑，這提高了航天員飛后初期的立位耐力，并增加負(fù)重耐力，服用水鹽補(bǔ)充劑（液體和氯化鈉）也促進(jìn)了機(jī)體水合作用的程度。這種水鹽調(diào)整的效果在地面模擬和以后的各類(lèi)飛行中多次得到了驗(yàn)證。

服用氯化鈉和液體的時(shí)間及劑量，取決于飛行條件、著陸時(shí)間及包括每個(gè)乘員身體狀態(tài)的個(gè)體指標(biāo)。飛行后服用水鹽補(bǔ)充劑后表現(xiàn)出了更加穩(wěn)定的血液動(dòng)力學(xué)狀態(tài)，比飛行后不服用水鹽補(bǔ)充劑更能表現(xiàn)出液體、鈉和滲透活性物的儲(chǔ)留現(xiàn)象。完成多次飛行的乘員，服用水鹽補(bǔ)充劑后，相比不使用水鹽補(bǔ)充劑的乘員，自我感覺(jué)更好且超重耐力增強(qiáng)。

由于飛行階段及飛行任務(wù)的不同，預(yù)防措施和方法是有很大區(qū)別的。

在飛行初期（1～10天）航天員熟悉體能訓(xùn)練的技術(shù)，訓(xùn)練時(shí)負(fù)荷為正常的50%。必要時(shí)在該階段使用套帶，以及使用消除腦血管靜脈充血癥狀和空間運(yùn)動(dòng)病的藥物制劑。

在飛行的第二階段，體能訓(xùn)練的特點(diǎn)是保持狀態(tài)的穩(wěn)定，在“國(guó)際空間站”上每天訓(xùn)練2次，總的訓(xùn)練時(shí)間為2.5h，訓(xùn)練項(xiàng)目為跑步機(jī)、功率自行車(chē)、拉力器或力量訓(xùn)練；根據(jù)個(gè)人意愿或在必要時(shí)使用選擇性的被動(dòng)訓(xùn)練設(shè)備。在進(jìn)行出艙活動(dòng)前，在功率自行車(chē)上進(jìn)行手臂負(fù)荷的主動(dòng)訓(xùn)練。

著陸前30天的飛行最后階段，在提高著陸階段的超重耐力和隨后順利適應(yīng)地球重力方面具有決定性的作用，在該階段體能訓(xùn)練內(nèi)容包括高強(qiáng)度的跑步機(jī)訓(xùn)練，每日2次，在這種情況下一個(gè)小循環(huán)周期4天內(nèi)有2天（第1天和第4天）的訓(xùn)練是按第1天規(guī)定的內(nèi)容進(jìn)行。在飛行結(jié)束前10天，進(jìn)行下體負(fù)壓訓(xùn)練，2次預(yù)訓(xùn)練，2次最后的訓(xùn)練。

在最后的12～20h，服用水鹽補(bǔ)充劑（0.9% NaCl），每公斤體重服用18～20mL。在返回階段及適應(yīng)期前幾天穿著抗超重服，采用最大擠壓制度。

基于廣泛的飛行后機(jī)體主要系統(tǒng)臨床生理診查數(shù)據(jù)，確定出飛行中俄羅斯艙段航天員健康規(guī)定。

飛行前后“國(guó)際空間站”俄羅斯乘員感覺(jué)運(yùn)動(dòng)臨床生理研究清單

2　 “國(guó)際空間站”俄羅斯健康維護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展

“國(guó)際空間站”所有俄羅斯乘員均以上述系統(tǒng)作為基本預(yù)防系統(tǒng)來(lái)使用。但是，空間站上生活和工作條件，以及訓(xùn)練基礎(chǔ)狀況均出現(xiàn)了變化，預(yù)防系統(tǒng)的具體措施也進(jìn)行了較大修改。

“國(guó)際空間站”飛行的一個(gè)重要特點(diǎn)是考察乘組的國(guó)際化，乘組成員使用兩類(lèi)不同的預(yù)防系統(tǒng)。一個(gè)是俄羅斯預(yù)防系統(tǒng)，其關(guān)鍵的訓(xùn)練措施是跑步機(jī)上高強(qiáng)度變速（間隔）運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)是美國(guó)的預(yù)防系統(tǒng)，特點(diǎn)是以阻力訓(xùn)練為主，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練僅作為一種補(bǔ)充，且在相應(yīng)的需氧狀態(tài)下進(jìn)行（慢步跑）。

第二個(gè)特點(diǎn)是“國(guó)際空間站”多數(shù)乘員首次進(jìn)行太空飛行，所以了解俄羅斯預(yù)防系統(tǒng)原理的“老航天員”相對(duì)較少。結(jié)果是在“國(guó)際空間站”考察前幾年，俄羅斯航天員在訓(xùn)練中采用的方式與所建議的方式存在很大的偏差，訓(xùn)練制度也有很大的改變。

此時(shí)，一個(gè)最常出現(xiàn)的偏差主要是使用一次訓(xùn)練制度，雖然與之相比兩次訓(xùn)練制度效率更高，這在俄羅斯早期空間站運(yùn)行中已經(jīng)被證實(shí)。

另一個(gè)比較常見(jiàn)的偏差是，在“國(guó)際空間站”考察的第一階段，乘員比較喜歡需氧方向的訓(xùn)練，以此代替了俄羅斯系統(tǒng)推薦的高強(qiáng)度變速（間隔）運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，訓(xùn)練方式與美國(guó)航天員接近，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練沒(méi)有負(fù)重功能。

慢步跑運(yùn)動(dòng)主要是訓(xùn)練需氧耐受性，特點(diǎn)是低強(qiáng)度，低能量，在“國(guó)際空間站”飛行中相應(yīng)的預(yù)防效果較差，這種訓(xùn)練方式與所推薦的高強(qiáng)度變速運(yùn)動(dòng)方式是相排斥的，兩者只能選其一。在“國(guó)際空間站”第一階段飛行中，需氧運(yùn)動(dòng)方式成為了主要的運(yùn)動(dòng)方式，原因是這種運(yùn)動(dòng)做起來(lái)相對(duì)容易，而且運(yùn)動(dòng)時(shí)可以看電影或聽(tīng)音樂(lè)，使單調(diào)的跑步變得有趣，沒(méi)有長(zhǎng)期太空飛行經(jīng)驗(yàn)的俄羅斯航天員比較喜歡這種運(yùn)動(dòng)方式。

航天員們?cè)谂懿綑C(jī)跑道移動(dòng)方式的使用方面也有很大的差別，跑道移動(dòng)方式分為被動(dòng)式（無(wú)電狀態(tài)）和主動(dòng)式（依靠發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)移動(dòng)），根據(jù)艙載文件的建議，25%～30%的訓(xùn)練應(yīng)當(dāng)是用被動(dòng)方式進(jìn)行，因?yàn)樵谶@種制度下阻力更大，使用這種方式能產(chǎn)生更大的負(fù)重效果。

航天員們雖然在地面進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)的力量訓(xùn)練，并且經(jīng)常以這種方式作為主要預(yù)防手段，但最終他們還是選擇了美國(guó)的力量訓(xùn)練器。

與此同時(shí)，所有航天員每周無(wú)條件地完成了運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，有為數(shù)不多的幾次漏訓(xùn)，通常情況下是因?yàn)楣ぷ魅蝿?wù)過(guò)重而影響了訓(xùn)練，還有一個(gè)特殊的原因，就是在飛行初期“國(guó)際空間站”一個(gè)主訓(xùn)練器的功能經(jīng)常出現(xiàn)異常，這個(gè)訓(xùn)練器就是美國(guó)帶有減震系統(tǒng)的TVIS跑步機(jī)。這臺(tái)跑步機(jī)的跑道支承不穩(wěn)定，這為適應(yīng)跑步機(jī)增加了困難，在訓(xùn)練時(shí)也增加了體能消耗。與所有沒(méi)經(jīng)過(guò)充分地面試驗(yàn)的新設(shè)備一樣，在前幾次飛行中這臺(tái)TVIS跑步機(jī)沒(méi)能穩(wěn)定地保障完成訓(xùn)練計(jì)劃。在“國(guó)際空間站”第1～6長(zhǎng)期考察組考察期間有87天沒(méi)有使用這臺(tái)跑步機(jī)，其中有TVIS系統(tǒng)故障的原因（8天），也有跑步機(jī)本身的原因（79天）。

TVIS跑步機(jī)在工作中存在一些局限，其中不僅涉及訓(xùn)練器的主要工作特性、跑步的速度及在進(jìn)行縱軸負(fù)荷跑步時(shí)向航天員身體產(chǎn)生的負(fù)荷，也涉及訓(xùn)練器的使用方式。

但是，盡管在使用預(yù)防設(shè)備中出現(xiàn)了上述偏差，俄羅斯乘員的訓(xùn)練還是相當(dāng)有效的。在“國(guó)際空間站”第6長(zhǎng)期考察組采用彈道方式降落后，在偏離指定地點(diǎn)500km處著陸，乘員們只能在數(shù)小時(shí)內(nèi)等待救援分隊(duì)，在這種情況下俄羅斯乘員能獨(dú)立撤離返回艙，并給予其他乘員必要的幫助。

隨著“國(guó)際空間站”考察任務(wù)的繼續(xù)，體能訓(xùn)練也發(fā)生了變化。在考察期間的第20～34天，所有乘員每天都力爭(zhēng)按照所建議的方法進(jìn)行訓(xùn)練，采用高強(qiáng)度變速運(yùn)動(dòng)的規(guī)則（間隔式高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)原則），在訓(xùn)練過(guò)程中交替進(jìn)行運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。這促進(jìn)了航天員飛行后工作能力的提高。

由于“國(guó)際空間站”航天員訓(xùn)練形式存在多樣性，這使得能夠?qū)σ恍┒砹_斯系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)則的效率情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的實(shí)驗(yàn)性檢查，這些規(guī)則是基于早期的模擬試驗(yàn)而制定的。在飛行中，根據(jù)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的特點(diǎn)將航天員們分成兩組，每組人數(shù)大致相等。一組乘員進(jìn)行高強(qiáng)度訓(xùn)練，多次進(jìn)行走步向高速跑步轉(zhuǎn)換，這就是所謂的間隔運(yùn)動(dòng)（變速運(yùn)動(dòng)）。而另一組乘員則采用能量保障的需氧機(jī)制，進(jìn)行強(qiáng)度適中的不間斷訓(xùn)練。

在確定飛行中訓(xùn)練的效果時(shí)，MO-3、5測(cè)試數(shù)據(jù)表明，需氧訓(xùn)練小組中的航天員生理負(fù)荷值有明顯的增加，而在間隔式訓(xùn)練（變速訓(xùn)練）小組中航天員工作能力與飛行前指標(biāo)相比沒(méi)有區(qū)別。

對(duì)3塊小腿主要運(yùn)動(dòng)肌肉的運(yùn)動(dòng)肌電值研究中，在走步速度為90步/分鐘的情況下，也獲取了類(lèi)似的訓(xùn)練效果。在飛行期間進(jìn)行需氧訓(xùn)練的小組中，航天員的步行肌電值無(wú)論飛后第3天還是第7天都表現(xiàn)出了明顯的增長(zhǎng)。而在飛行中采用跑步機(jī)間隔式訓(xùn)練（變速）方式的小組，在飛后第3天運(yùn)動(dòng)肌電值的變化極小，在飛后第7天完全沒(méi)有變化。根據(jù)骨密度測(cè)量數(shù)據(jù)，“需氧”方式運(yùn)動(dòng)小組最大骨丟失區(qū)域顯示，骨丟失程度是很大的。

在另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，將兩種訓(xùn)練效果進(jìn)行了比較，一種訓(xùn)練是包含30%以上跑步機(jī)跑道被動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式的訓(xùn)練，另一種訓(xùn)練被動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式占的比重較低，占整個(gè)訓(xùn)練時(shí)間的17%以下。第一種情況，在飛后進(jìn)行行走時(shí)肌動(dòng)反應(yīng)與飛前值沒(méi)有區(qū)別；第二種情況，在著陸后第3天和第10天進(jìn)行走步時(shí)肌動(dòng)圖幅度有明顯的增大。

在“國(guó)際空間站”考察的第二階段，訓(xùn)練過(guò)程的正常化在很大程度上取決于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的完善?；诿刻煊涗浀腡VIS訓(xùn)練數(shù)據(jù)，對(duì)跑步機(jī)體能訓(xùn)練期間負(fù)荷值和強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)督，并對(duì)訓(xùn)練的質(zhì)量及其與所規(guī)定訓(xùn)練方法的一致性進(jìn)行監(jiān)督，通過(guò)遙測(cè)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳向地面。專(zhuān)家們對(duì)所取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定航天員體能訓(xùn)練的強(qiáng)度、工作量及訓(xùn)練的結(jié)構(gòu)，并確定出航天員訓(xùn)練的水平。航天員所選擇的負(fù)荷強(qiáng)度、他們完成的工作量、高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)周期的時(shí)間及其結(jié)束后停頓的時(shí)間，能夠完全正確地反映出機(jī)體的運(yùn)動(dòng)能力?；趯?duì)訓(xùn)練結(jié)果的分析，每星期向站上傳送一次個(gè)性化的建議，以此來(lái)對(duì)訓(xùn)練過(guò)程進(jìn)行調(diào)整。如果能獲取訓(xùn)練中航天員心率的信息，在確定其訓(xùn)練水平時(shí)就能相對(duì)容易一些。但是一些航天員在訓(xùn)練中不使用心率監(jiān)測(cè)器，這樣在評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)的生理價(jià)值時(shí)準(zhǔn)確性就稍差一些。

被動(dòng)預(yù)防設(shè)備在“國(guó)際空間站”考察飛行中很少使用，除非特殊情況必須使用。

這樣，和平號(hào)空間站乘員經(jīng)常使用的抗重力服企鵝-3，在“國(guó)際空間站”上使用時(shí)前提條件是必須防止航天員身高在失重中變長(zhǎng)，身高要保持在與著陸時(shí)所使用的防護(hù)裝備相符，所以這種服裝基本上是身材不變的航天員使用?！熬o張”肌電刺激器僅有一名航天員使用，由于身體狀況，他需要避免高強(qiáng)度訓(xùn)練，并依靠肌電刺激來(lái)彌補(bǔ)負(fù)重的不足。

用于克服返回階段和適應(yīng)期前幾天超重影響的被動(dòng)裝備，“國(guó)際空間站”考察乘員充分地進(jìn)行了使用。

“國(guó)際空間站”第4期考察乘組小周期跑步機(jī)訓(xùn)練范例

3　 “國(guó)際空間站”健康維護(hù)設(shè)備的發(fā)展

“國(guó)際空間站”考察飛行期間充分證明了俄羅斯防護(hù)措施的正確性，與此同時(shí)“國(guó)際空間站”也成為航天員健康維護(hù)系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的重要平臺(tái)。

健康維護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展首先涉及的是完善和拓展預(yù)防設(shè)備的問(wèn)題。新型跑步機(jī)БД-2的研制是預(yù)防系統(tǒng)發(fā)展的巨大成就，其特點(diǎn)是與“國(guó)際空間站”伙伴國(guó)共同制定了其中的醫(yī)學(xué)技術(shù)要求，充分考慮了在使用TVIS期間所有的意見(jiàn)和要求，兼顧了各方面的工藝方法和研究結(jié)果。俄羅斯生物醫(yī)學(xué)問(wèn)題研究所的科研人員與維也納大學(xué)體育科學(xué)研究所及維也納技術(shù)大學(xué)的專(zhuān)家們，共同開(kāi)發(fā)出了新型的阻力訓(xùn)練器，以此來(lái)保障腿部、背和手臂在偏心、同心和靜力狀態(tài)的鍛煉，同時(shí)也可將其作為功率計(jì)使用。在訓(xùn)練器上可以產(chǎn)生250N的最大負(fù)重值。

在“國(guó)際空間站”考察期間，實(shí)際上所有的訓(xùn)練設(shè)備都進(jìn)行了改進(jìn)。研究所的專(zhuān)家們開(kāi)發(fā)并提供了新型的下體負(fù)壓訓(xùn)練服氣比斯-M、低頻肌電刺激器刺激-01НЧ，該設(shè)備在和平號(hào)空間站進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)獲得了很高的評(píng)價(jià)。對(duì)下肢肌肉進(jìn)行低頻刺激具有很好的效果，這在7天“干”浸實(shí)驗(yàn)和105天隔離實(shí)驗(yàn)中都得到了證實(shí)。

在設(shè)計(jì)和方法上繼續(xù)進(jìn)行支撐減負(fù)荷補(bǔ)償器的完善工作，以此來(lái)保障在自然運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下對(duì)腳部支撐區(qū)域的機(jī)械刺激。在“干”浸條件下對(duì)儀器及使用制度所進(jìn)行的各類(lèi)改型生理實(shí)驗(yàn)表明，該儀器在預(yù)防運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)支撐消極效果方面具有很高的效率。該儀器通過(guò)了所有的技術(shù)試驗(yàn)，并準(zhǔn)備在“國(guó)際空間站”預(yù)防-2太空實(shí)驗(yàn)中使用。

軸向負(fù)荷服企鵝-3的改進(jìn)型企鵝-3 CNH也通過(guò)了“國(guó)際空間站”試驗(yàn)，并成為了艙載預(yù)防系統(tǒng)的組成部分，其特點(diǎn)是配備了負(fù)荷客觀記錄系統(tǒng)，能測(cè)量出負(fù)荷效果，記錄負(fù)荷在身體各部分（環(huán)節(jié)）分布的大小及方向上的差異。通過(guò)試驗(yàn)表明，在身體前半部分大拉力負(fù)載的不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷狀態(tài)下，航天員要努力保持垂直的姿勢(shì)，在背部肌肉及大腿、小腿后表面肌肉保持恒定的負(fù)荷，這樣可以在這些部位產(chǎn)生出可觀的訓(xùn)練效果。

中國(guó)艙內(nèi)航天服

4　 航天員健康維護(hù)設(shè)備與方法的發(fā)展前景

對(duì)“國(guó)際空間站”健康維護(hù)設(shè)備和方法使用的分析，能夠幫助俄羅斯研究人員確定預(yù)防系統(tǒng)主要的發(fā)展方向。這首先涉及到的是優(yōu)化訓(xùn)練記錄的問(wèn)題。體能運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和阻力訓(xùn)練是飛行中主要預(yù)防措施，占據(jù)了相對(duì)較多的時(shí)間，同時(shí)也相對(duì)單一、單調(diào)，并且不夠舒適。俄羅斯研究人員在及時(shí)和有針對(duì)性地對(duì)訓(xùn)練過(guò)程進(jìn)行調(diào)整時(shí)也遇到較大的困難，主要是缺少有效和多參數(shù)的肌肉神經(jīng)及感覺(jué)系統(tǒng)監(jiān)督設(shè)備。

時(shí)至今日，在預(yù)防系統(tǒng)中沒(méi)有充分考慮各飛行段人體反應(yīng)機(jī)制上存在的差異。在飛行和地面試驗(yàn)所進(jìn)行的研究表明，在失重條件下駐留會(huì)造成感覺(jué)系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和植物神經(jīng)系統(tǒng)綜合性紊亂，這些紊亂在第一時(shí)間產(chǎn)生的速度可以證明這些系統(tǒng)的反射屬性。在以后的飛行階段，肌肉和骨的萎縮性變化，運(yùn)動(dòng)和植物神經(jīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)適應(yīng)性偏差的產(chǎn)生和固化，是產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)性紊亂及其它紊亂的重要因素。顯然，在第一階段最大的成果應(yīng)當(dāng)是針對(duì)感覺(jué)和反射機(jī)制的補(bǔ)償和調(diào)整設(shè)備，而第二階段則是預(yù)防身體各個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性變化固化的設(shè)備。目前已開(kāi)發(fā)出了力量負(fù)載裝置，其使用目的是減少主動(dòng)訓(xùn)練的時(shí)間。

在現(xiàn)代自動(dòng)化程度下，創(chuàng)建訓(xùn)練系統(tǒng)不會(huì)有原則性困難，依靠向訓(xùn)練引入動(dòng)機(jī)性刺激因素，訓(xùn)練時(shí)在心理上將更加輕松（游戲訓(xùn)練器，能夠以競(jìng)賽方式進(jìn)行訓(xùn)練的器材）。

通過(guò)對(duì)飛后臨床生理診查數(shù)據(jù)和模擬肌力減退實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析表明，在空間相對(duì)較大的飛船中航天員的工作運(yùn)動(dòng)活性更能產(chǎn)生預(yù)防效果。

依靠操作控制機(jī)構(gòu)的力量和阻力負(fù)載，可以強(qiáng)化這種預(yù)防效果，這只需借助普通的裝置（彈簧、磁鎖）及更完美的裝置（液壓裝置）即可實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，訓(xùn)練時(shí)負(fù)載量及負(fù)載時(shí)間均可以壓縮。

解決體能訓(xùn)練的另一個(gè)途徑是，進(jìn)一步發(fā)展所謂的被動(dòng)訓(xùn)練設(shè)備，其訓(xùn)練效果已在模擬條件下得到了驗(yàn)證。這種設(shè)備包括：各種類(lèi)型的負(fù)荷服，各種特性電子和振動(dòng)刺激器，以及短半徑的離心機(jī)，這種離心機(jī)能在相對(duì)較短的間隔內(nèi)強(qiáng)化肌肉和骨組織的負(fù)載，同時(shí)能增加前庭、本體感受和支撐傳入系統(tǒng)的活性。

為了加強(qiáng)對(duì)預(yù)防措施的實(shí)施過(guò)程、效果及耐受性的監(jiān)控，需要研制大信息量自動(dòng)化的訓(xùn)練過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，以便對(duì)操作員在訓(xùn)練過(guò)程中的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)獲取的信息進(jìn)行反饋，對(duì)自動(dòng)狀態(tài)或人工操作的負(fù)載量和負(fù)荷強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)?；趯?shí)施俄羅斯預(yù)防計(jì)劃所積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)出了該系統(tǒng)的模型，在火星-500長(zhǎng)期飛行試驗(yàn)中對(duì)該模型進(jìn)行了驗(yàn)證。

“國(guó)際空間站”為新型先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用提供了可能，為月球、火星等各類(lèi)考察飛行任務(wù)開(kāi)發(fā)新技術(shù)提供了平臺(tái)。

DEVELOPMENT OF ISS ASTRONAUT HEALTH MAINTENANCE SYSTEM