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地球有引力是大家都知道的，所以生活在地球上我们的肌肉和骨骼要时刻辛苦不停地对抗重力，支撑自己的身体。

然而，在太空的失重环境下，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。这看似让我们的身体比在地球上轻松，但是！如果长时间处于这种无重力的环境，会对我们的血液循环、骨骼、肌肉等都产生不利影响，这究竟是怎么回事呢？

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。

主要因为失重环境下血液和体液过多流至头部和上身，下肢的血液相应减少，肌肉纤维得不到足够氧气。当血液供给不足时，引起新陈代谢作用的活组织，如神经和细胞组织将受到较大损害。

据科学统计，短期飞行可导致肌肉质量丢失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。

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。

大量数据表明，通过高负荷的局部肌肉锻炼可以在长时间的失重飞行中维持肌肉质量和功能。

然而，基于现有研究可以假设，在失重环境下，个体可能无法在所有下肢关节自主收缩时达到如此高的肌力。

如果这一假设属实，将会限制在失重环境下我们通过运动保持肌肉组织的能力。基于神经生理学研究，产生这一现象的原因之一可能是失重环境下减少了肌梭传入，导致激活肌肉所需的自主峰值力降低。

德国体育大学的尔布拉特教授等利用ZERO-G失重飞机开展实验对这一假设进行了验证。

实验主要验证在失重环境下，下肢的峰值力产生特征是否确实发生变化，更具体的说，验证足底弯曲和腿部推举最大的自发能力和发力速度是否在失重环境下受阻。测量最大手抓力作为实验对照。实验同时评估肌肉肌电灵敏度，叠加抽搐和肌腱负载超声参数。

为了研究肌肉力量和功能，分别从三个方面进行实验：（1）握力，（2）腿部推举，（3）足底屈曲。握力用手持测力计测量。膝伸肌和足底屈曲肌的最大自发收缩力用自研的测力器测量。

实验现场图片（图片来源：ESA）

为了测量在最大自主收缩时施加的力量，实施了两个力板。

针对足底屈曲，参试人员的腿部伸展，足部附着在底部的小力板上。对于膝盖延伸，参试人员的足附着在顶部的大力板上。

测力器专门为失重飞行设计研制。肌肉灵敏度用肌电图测量。使用照相机测量踝关节和和膝关节位置，并用超声波探头观察肌肉行为。最后，通过在最大自主收缩和休息期间，对控制腓肠肌的神经施加短暂电流刺激的方法，研究自主完全激发腓肠肌能力和一些神经肌肉特性。

本实验的结果应用于载人航天中肌肉萎缩的应对措施。研究重要性在于，如果在航天飞行中，无法在失重环境下获得高负载水平，或者说力产生受阻，那么可能在这种情况下锻炼肌肉组织并不能有效地维持肌肉质量。这可能是在长期航天飞行中通过运动抵御（小腿）肌肉萎缩成效一般的原因之一。

实验结果有助于对人类神经生理学和生物力学的基本了解，特别是重力对自主和非自主力量产生能力的影响研究。

本文部分内容来自科普中国。

失重实验中心OGEC

长按







































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