这可能会使火星之旅变得更加困难。
2013 年，美国宇航局宇航员迈克霍普金斯在太空行走。（图片来源：美国宇航局）
一项新的研究发现，执行持续时间超过六个月的太空任务的宇航员遭受了数十年的骨质流失，其中大部分可能是不可逆转的。这一发现可能对未来的火星载人任务构成严峻挑战。
对于持续六个月或更长时间的任务，宇航员暴露在太空微重力环境中会导致他们经历相当于衰老 20 年的骨质流失。研究人员在 6 月 30 日发表在《科学报告》(Scientific Reports) 杂志上的一项研究中写道，在地球上一年后，只有一半丢失的骨头恢复了，使他们的骨骼结构老化了十年。
骨骼，就像肌肉一样，总是在生长，它们已经进化到在地球重力引起的持续机械应变下重塑自己。而且，就像肌肉一样，如果不使用负重骨骼——比如在太空中长时间的低重力停留——它们会被不可逆转地削弱。
加拿大卡尔加里大学运动机能学助理教授、主要作者 Leigh Gabel 在一份声明中说：“我们发现，大多数宇航员在太空飞行一年后，负重骨骼仅部分恢复。” “这表明太空飞行造成的永久性骨质流失与地球上与年龄相关的十年骨质流失大致相同。”
研究人员评估了 17 名留在国际空间站 (ISS) 上的宇航员的骨骼。宇航员——14 名男性和 3 名女性——平均年龄为 47 岁。他们在国际空间站上的停留时间为 4 到 7 个月。
为了追踪宇航员的骨骼退化和恢复情况，研究人员在宇航员前往国际空间站之前和返回时扫描了宇航员身体的特定区域，例如手腕、脚踝和胫骨。在宇航员回到坚实地面后的 6 个月和 12 个月后，科学家们进行了两次后续扫描。
这些扫描是使用一种称为高分辨率外围定量计算机断层扫描 (HR-pQCT) 的技术进行的，该技术以比人类头发的宽度更细的尺度构建人体骨骼结构的 3D 图像。使用这些扫描，研究人员计算出宇航员的骨矿物质含量和骨密度——这是骨骼易受骨折影响的关键指标。
结果显示，17名宇航员中，16人在恢复一年后仍未恢复到太空前的胫骨力量。此外，在恢复年之后，八名在太空中停留超过六个月的宇航员的胫骨经历了相当于十年的老化，并且可以承受比执行太空任务前少 75 磅（334 牛顿）的力.相比之下，宇航员的小臂（半径）骨骼几乎没有退化，可能是因为这些骨骼不承重。
骨骼大致可分为两层：皮质和小梁。骨骼的皮质部分约占人体骨量的 80%，是骨骼的外轴，赋予其形状。剩下的 20% 的骨量由小梁组成，小梁是由微观梁和支柱组成的格子状结构，可从内部加强皮质骨。当人们失去骨密度时，这种蜂窝状的小梁会消失，从而降低骨骼的强度，使它们更容易折断。
“我们已经看到，许多这些连接在太空飞行过程中丢失了，因此尽管在返回地球时会形成新骨骼，但身体更换这些缺失棒的能力极不可能，”史蒂文加拿大卡尔加里卡明医学院放射学教授博伊德告诉 Live Science。
先前的研究预测，在前往火星的三年往返旅行中，33% 的宇航员将面临骨质疏松症的风险，这是一种渐进性疾病，骨蜂窝的孔和空间变大，使它们更容易断裂。
而且在低重力条件下退化的不仅仅是骨头。先前的研究还表明，肌肉、眼睛、大脑、心脏、脊椎甚至细胞都会因长时间停留在太空中而受损——所有这些都对长时间的太空飞行提出了独特的挑战。这项新研究的一线希望是，国际空间站的高级阻力运动装置 (ARED) 提供的飞行中硬拉训练减缓了骨质流失的速度并促进了恢复——这意味着特定的训练方案、设备和有针对性的营养对于保持宇航员适合长途旅行，例如未来三年的火星往返任务。
科学家们在研究中写道：“由于狭小的空间将成为未来探索级任务的限制因素，因此需要优化运动设备以减少占地面积。” “抗阻运动训练（尤其是硬拉和其他下肢运动）仍将是缓解骨质流失的主要方法；然而，在轨道上增加跳跃运动可能会进一步防止骨质流失并减少日常锻炼时间。”
科学家们现在正计划进行一项后续研究，以研究超过 7 个月的旅行对骨骼的影响。这项研究计划作为 NASA 项目的一部分，旨在研究太空对人体十几个重要部位的长期影响。
“那些在太空度过更多时间的人失去了更多的骨骼。因此，可以合理地假设在太空中度过更长时间可能意味着进一步的骨质流失，”博伊德说。 “对于可能需要数年的任务（例如火星）来说，这显然是一个问题。但是，我们不知道人体是否在某个时候达到了骨质流失的高原。骨头似乎不太可能会完全“融化”掉，但我们不知道可以达到什么水平的骨质流失平衡。”
除了帮助宇航员在长途飞行中保持健康之外，该研究还提供了有关如何帮助他们适应对其系统的另一个冲击的见解：他们返回地球。
“正如身体必须在任务开始时适应太空飞行一样，它也必须在结束时重新适应地球的重力场，”卡尔加里大学前校长兼宇航员罗伯特·瑟斯克在声明中说。 “疲劳、头昏眼花和失衡是我返回后的直接挑战。在太空飞行后，骨骼和肌肉需要最长的时间才能恢复。但在着陆后的一天内，我再次感到作为地球人的舒适。”