航天员在太空为什么要运动？

体育锻炼可以增强肌肉是众所周知的事情，但科学家们对这种现象产生的原因并不十分清楚。不知何故，好像肌肉细胞自己可以“感觉”到它们是如何被使用的，它们将根据受到锻炼的情况来重塑自己，以便更好地适应环境。于是，提出了这样一个问题：这种情况是如何发生的?到底什么样的训练可以引起这种变化呢?

　　美国宇航局对这个问题很感兴趣，他们希望知道答案，这是因为航天员在太空中长期地生活在失重环境下，失重可以引起航天员出现明显的肌肉萎缩和肌肉功能下降，在这方面，航天医学家们通过大量的实验已经证明了。怎么知道肌肉出现了萎缩呢?在人身上取下一块肌肉来进行形态学的观察是不太容易行得通的，只能借助于间接的方法。航天员在航天飞行前后都测量了体重，发现绝大多数航天员的体重下降，体重减轻一方面是由于失重时体内水分丢失较多所致，另一个原因就是肌肉萎缩，尤其是长期飞行后体重下降和肌肉萎缩的关系更密切。另一种间接方法是测量下肢容积，发现飞行后航天员下肢的容积减少了，减少范围是15％～25％。要取动物的肌肉进行组织学的检查是比较容易的，因此美国和前苏联在这方面进行了大量的实验，他们比较了失重飞行动物和地面正常喂养动物的肌肉结构，发现飞行动物肌肉出现明显的肌纤维萎缩，最近，在航天飞机和空间站上，为了进一步证明失重可以引起航天员肌肉萎缩，科学家进行了失重飞行对航天员骨骼肌结构影响的研究，方法是飞行前后各取航天员小腿部位的一小块肌肉，用显微镜和电子显微镜观察其结构的变化，结果与动物实验的结果一致，飞行后也出现明显的肌纤维萎缩。

　　肌纤维的萎缩必然引起肌肉功能的下降，哪怕是短时间的飞行，即使飞行7～10天，也会出现这种变化，如果用握力计测量航天员飞行前和飞行中手的握力，飞行前握力是45～65千克的人，飞行中将减少到4～22千克，腿部肌肉力量的下降比手握力的下降更多。失重飞行后航天员躯干的力量也明显下降，两名参加“联盟－9”号飞行的航天员只飞行了10天，躯干肌肉的力量分别降低了40千克和65千克，而且到返回后第11天才恢复。在测量肌肉力量时，两名航天员都诉说腿肌和背肌疼痛，航天飞行后肌肉活动时，肌肉的反应速度也减慢，容易发生疲劳。

　　为了克服航天飞行引起的肌肉萎缩，在较长时间的航天中，航天员每天要花费2～3小时的时间来进行运动。运动的形式是多样的，有拉力器、蹬自行车、在跑台上跑步，甚至让航天员终日穿上一件名叫“企鹅服”的弹性衣服。航天员在座舱中进行任何活动时都要克服弹力服的阻力，这样也锻炼了肌肉，通过航天飞行实践证明，航天中的体育锻炼对防止肌肉的萎缩起很大作用，如果没有航天中的体育锻炼，长期飞行后的航天员恐怕都不能行走了。可是，尽管采用了多种多样的锻炼方法，失重飞行后航天员肌肉萎缩的现象仍然存在，因此，寻找一种更好的锻炼肌肉的方法是目前航天医学中亟待解决的问题。为了寻找这个方法，首先必须了解为什么失重飞行会引起肌肉萎缩?失重是怎样引起肌肉萎缩的?为什么锻炼可以防止肌肉萎缩?只有确切地回答这些问题，这样才能制定出更好的防止肌肉萎缩的措施。

　　要回答前一个问题很简单，人们也很容易理解，这是因为生活在地球上的人，无论行走、站立、工作都要克服地心引力的作用。例如，在活动或举起重物时，他们要克服自己身体的重量和重物的重量，迫使很多肌肉群做功，这样就“锻炼”了这些肌肉。即使人在安静站立或维持一定的姿态不动时，虽然人们感觉不到自己的肌肉在做功，实际上为了克服重力的作用，身体中的一部分肌肉也处于收缩状态。在太空中，由于失重，人和物体都没有重量了，干任何事都是轻而易举，不需要肌肉付出很大的力量来完成这些工作。同时，座舱内的狭小环境限制了航天员的活动量。这样，长期的肌肉“废用”成为肌肉萎缩的主要原因。

　　要回答后两个问题就困难了，到目前为止，还没有找到一个令人满意的答案。现在，很多国家的科学家们在进行这方面的研究。肯尼思·鲍德温是欧文市加利福尼亚大学心理学与生物物理学系的教授，在美国宇航局的支持下，他正在进行肌肉内部工作方式的研究，希望能够揭开为什么锻炼可以防止肌肉萎缩的秘密和了解什么样的锻炼可以防上肌肉的萎缩。

　　美国宇航局对等长运动十分感兴趣。等长运动就是肌肉在进行阻力性运动时，它的长度不发生改变，例如，人在用手推一个固定不动的物体时，手用力了，但手上肌肉的长度并没有改变，美国对这种训练方法很感兴趣，这是因为在飞行中如果采用这种方法进行训练，所需要的设备简单，重量轻，这样，它们占用座舱中的体积小。发射的费用也低，关键的问题是采用等长运动的方法进行锻炼是否可以达到防止肌肉萎缩的作用呢?

　　为了解决这个问题，鲍德沮的研究小组在实验动物老鼠中进行了一次实验。他们采用无痛电刺激方法来激活鼠的髓部肌肉，使鼠进行三种类型的运动；肌肉收缩、肌肉拉长和保持长度不变的等长运动。

　　经过一段时间以后，科学家们再来检测老鼠肌肉的变化，鲍德温说：“我们发现在12次训练后，三种训练方式引起的肌肉生长数目相似，等长运动训练也不例外。”这个结论并不新鲜，以前其他科学家也得出过同样的结论。鲍德温研究小组的先进性表现在他们除了测量整个肌肉质量外，还测量了肌肉细胞内收缩蛋白的数量。其实，真正引起肌肉收缩的是收缩蛋白质，它们使得肌肉具有一定的强度。

　　令鲍德温研究小组感到惊奇的是虽然等长训练有防止肌肉萎缩的作用，但并没有阻止这些肌肉中收缩蛋白质数量的减少，所以，从分子水平来看，大腿肌肉实际上是降低了。

　　没有人知道为什么会这样，伹是有件事情似乎是清楚的：等长训练不太可能是保持航天员肌肉的最佳方式。鲍德温计划用从美国宇航局刚刚重新申请的资金进行更深入的调查，是否可以采用另一种方法来防止肌肉萎缩呢?他们想到采用让航天员服用防止肌肉萎缩药物的方法。这种方法在航天中还没有用过，现在也只是一种设想，但鲍德温认为这可能是一种有效的方法，因为他们知道航天员肌肉萎缩的原因之一是肌肉中蛋白质的分解加快，在人身体里的肌肉中，时刻都在进行蛋白质的平衡和分解活动：当蛋白质的合成速度超过蛋白质分解速度时，肌肉生长变强壮：当蛋白质的分解速度占优势时，肌肉出现萎缩，功能下降；当两者平衡时，航肉不变，它有点像一个有注水和搀水装置的浴盆，当进水和出水量相等时，水面的高度不变。

　　肌肉蛋白质的合成和分解与肌肉细胞内的一个复杂的酶类网络有关，它可以将肌肉蛋白中的分子一个接着一个地分解掉，如果科学家们能够在这个网络中找到一个关键的酶。他们就可能研制出一种可以阻止肌肉蛋白分解的药物，这样就可以减缓肌肉的萎缩。

　　鲍德温正在研究“构成”这种平衡的原因是什么，他将研究的重点集中到对类胰岛素样生长素1号的研究上，在肌肉进行剧烈运动时，产生生长素1号，这种激素可以激活引起肌肉细胞生长的酶。鲍德温在运动后的老鼠肌肉中也发现了生长素1号含量的增高，鲍德温解释说，“有人认为是机械应力使得基因(生长素1号)增加，但至今我们还不了解它的整个过程，我们只知道生长素1号可以促使肌肉生长。”因此他们想是不是可以用增加人体中生长素1号的方法来使航天员肌肉蛋白质形成速度超过破坏速度呢?科学家们对这个想法产生了兴趣，并且已经讨论了可能发生的情况，如果一切成功的话，它不仅仅对航天员是一个好消息，对于地球上的人类也是一个福音，至今医学上的疑难病——肌肉萎缩(如小儿麻痹)有可能获得解决，这将是造福全人类的好事。

　　

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