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自进入空间站阶段以来,中国载人航天开启了航天员长期在轨驻留的时代。在太空飞行中,航天员的身体健康会受到失重、辐射、幽闭环境及昼夜节律改变等因素的影响。其中,失重所致的心血管功能改变是影响航天员健康及工作效能的首要因素,须采取有效的对抗失重措施,以减轻长期飞行对航天员心血管的不良影响,且在航天员返回地面后,帮助他们再适应地面环境。
针对失重导致的心血管功能紊乱的防护,目前采用的措施主要包括运动锻炼、药物防护、辅助设备防护以及飞行前的适应性训练等。
运动锻炼
运动锻炼是对抗空间运动病的重要措施之一,不仅能增加航天员的心血管负荷,调动和增加有效循环血量,提高心肺功能和有氧工作能力,同时也能维持下肢肌力,对抗失重性肌萎缩和代谢改变。
在轨飞行期间的运动锻炼对维持心血管适应航天环境非常重要,选择高效的运动方式、制定最佳的运动方案是载人航天健康保障的一个重要问题。国外研究表明,每天保持至少2小时的在轨有氧运动训练,能有效维持航天员长期飞行下心血管系统功能的稳定。因此,航天员在天上锻炼不仅仅是为了健身,更与他们的正常工作、身体健康以及生命安全密切相关。
运动锻炼均要在特殊器材上进行。我国的空间锻炼器械设备由“三小三大”组成。其中,“三小”指拉力带、握力器和呼吸肌锻炼器。
航天员陈冬使用拉力带↑↑↑航天员聂海胜佩戴呼吸肌锻炼器↑↑↑“三大”指太空自行车功量计、太空跑台和抗阻锻炼装置。
太空自行车功量计
航天员刘洋执行神舟九号任务期间,在天宫一号内首次使用了太空自行车功量计进行锻炼,这也是我国航天员首次在太空使用自行车功量计。
航天员刘洋在天宫一号内使用太空自行车功量计与在地面骑自行车不同,太空自行车功量计在使用时以功率计算航天员的运动负荷,分25瓦特、50瓦特等多个强度等级。为确保锻炼效果,我国采用个人最大心率相对值作为强度指标,为每名航天员开出了不同的“运动处方”。
航天员刘洋在空间站内使用太空自行车功量计航天员蔡旭哲在空间站内使用太空自行车功量计除锻炼外,太空自行车功量计也用于飞行中航天员心血管功能的评测。通过定期测量最大耗氧量来评价航天员的心肺功能,是地面支持人员了解航天员心血管功能状态的重要手段,也便于制定下一阶段的锻炼方案。
太空跑台
在太空跑步是一种非常有效的失重生理效应防护措施,太空跑台也是太空“健身房”中必备的装备。太空跑步机与地面的差别在于,需要一套束缚装置将人约束在跑台的表面,该装置类似于弹力系绳,通过对肩部、背部垂直向下的约束力,将力传递到航天员的脚部,使足底和跑台履带充分摩擦,使其实现在跑台上站立、行走、跑跳等动作。
航天员聂海胜使用太空跑台抗阻锻炼装置
近年来,载人航天飞行中航天员的运动方案也在不断改进和完善,除传统的有氧运动外,抗阻锻炼也被应用于航天运动方案中,其主要对下肢肌群力量和耐力有较好的锻炼效果。我国自主研制的抗阻锻炼装置将随梦天实验舱上行,为航天员提供更全面和个性化的运动条件。
药物防护
药物防护具有简单、便捷、省时等优点,在航天员健康保障方面也一直备受
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