头低位卧床90 天，模拟失重实验门道多

文/林胤之

如果让你一天24 小时必须躺着，而且要保持头低脚高的姿势不变，你能坚持多久呢？我国科研人员曾经开展90 天长期头低位卧床实验。作为经典的模拟失重生理实验，参加者需要接受诸多考验。那么，这项实验是如何开展的呢？意义又是什么呢？

研究长期失重状态

众所周知，外太空是失重环境，而人们长期生活在有重力的环境里，一旦迈入失重环境，有可能面临各种生理和心理上的变化。相关数据显示，失重会导致骨质流失、骨骼肌萎缩，内耳前庭、视觉系统受到不良影响，引发运动耐力、立位耐力下降等一系列问题。

为了研究失重对人体造成的不良影响，保障航天员们的身体健康和工作效率，科研人员不得不花费大量精力，观察人体失重后产生的生理变化，以探索保护措施。

最常见的失重研究就是在飞机上创造失重条件。通常情况下，飞机在做抛物线飞行时会产生失重，但这只能提供几十秒的失重时间，无法长时间观察人体在失重情况下的变化。而利用水的自然浮力抵消部分重力作用的浸水模拟失重法，虽然可以长期观察，但仍无法避免重力的影响。

除了上述两种方式外，头低位卧床也是经典的模拟失重方法。在长时间保持头低脚高姿势的情况下，人的体液会向头和胸部转移，腿部肌肉、骨骼也会受到相应影响，这些变化都和失重后的身体变化相近。科研人员通过这种实验，可以获得长期失重环境对人体影响的数据。

头低位卧床实验最早源于20 世纪70 年代。当时苏联航天员执行完航天飞行任务返回地球后，睡觉时常常感觉身体在向下滑。为了改变这种异常感觉，他们决定把床脚抬高到自己所感觉到的“水平”状态。科研人员由此发现，负6 度头低位卧床引起的生理变化和航天飞行中失重引起的生理变化最为接近。很快，头低位卧床成为全球航天大国研究失重状态的标配实验。

躺足90 天刷新世界纪录

我国在载人航天工程启动之初，就针对短期太空飞行开展了7～21天的头低位卧床实验。2006 年以后，为了后续载人航天进一步发展，我国又实施了多次周期较长的大型实验。

▲失重环境会引发人体各种异常变化

▲中国航天员开展失重飞机训练

▲志愿者进行长期头低位卧床实验

2007 年，我国首次组织了有境外科研机构参与的“地星一号”60 天头低位卧床实验，21 名志愿者均为男性。该实验首次系统研究了我国志愿者免疫功能的变化，尽管目前该实验还不能完全复制外太空环境中航天员所有免疫功能的变化，但仍然为未来长期空间飞行的失重状态防护提供了科学依据。

2009 年6～7 月，中国航天员科研训练中心开展了为期30 天的头低位卧床实验，科研人员同样获得了大量数据，发现神经肌肉电刺激方法能减缓下肢肌肉废用性萎缩速度，但不能逆转。

之后，我国又相继开展了15 天女性头低位卧床实验和45 天头低位卧床实验等，并均取得了重大成果。

2019 年，中国航天员科研训练中心开展了90 天36 人头低位卧床实验，也就是“地星二号”实验。这次实验不但持续时间、参与人数都刷新了世界纪录，而且参与研究的团队多达22家。由于整个实验分3 个阶段，分别是卧床前适应测试期15 天、90 天卧床期、起床后测试恢复期33 天，所以实验的实际时长近140 天。

▲“地星一号”60 天头低位卧床实验圆满成功

▲“地星二号”实验现场

▲“地星二号”实验现场

▲志愿者卧床运动能力测试

躺着实验不简单

在“地星二号”实验中，对志愿者们来说，锻炼、测试的项目相当多，包括立位耐力、运动心肺功能、肌力、肌肉体积和骨密度等多项测试。而且，为了更加客观真实，36 名志愿者被随机分成了5 个实验组，采用分批卧床的方式进行实验。

在实验前的15 天，受试者需要逐渐适应头低位卧床的姿势。受试者以负6 度头朝下的姿势熟悉进食、饮水、淋浴、排尿和排便等一系列日常活动。所有志愿者需要在整个实验期间保持这一姿态，对于正常人来说，长时间保持这个姿势就已经不是件特别轻松的事，更不用说还要完成日常活动了。

▲志愿者卧床进行各种活动示意图

受试者跑步、骑自行车的锻炼模式和我们日常的锻炼模式截然不同。头低位卧床的情况下，他们的姿势是完全侧过来的，跑步机变成了垂直跑步台，自行车的踏板也旋转了90 度。在实验过程中，受试者可以自行测量每日心率、血压和体温，并记录数据。同时，受试者还被要求写日记，当然，写作也是在头低位卧床姿势下完成的。

受试者还被教导在垂直跑步的过程中掌握自己的呼吸和站立姿势，控制关节的运动和肌肉的力量，以确保运动的效果和安全性。

这次实验特别注重心理上的支持，科研人员设计了一些游戏和活动，让受试者们保持良好的精神状态。为防止发生意外，科研人员还针对受试者个人，实施及时而高效的心理评估。实验期间，航天英雄杨利伟也来到现场和受试者交流。有了偶像的支持，想必他们会备受鼓舞。

通过这次实验，科研人员发现，每周坚持4 天、每天进行30 分钟的跑步锻炼可以使人在90 天头低位卧床后仍保持有氧耐力。另外，建议防护措施中应考虑影响骨质流失的其他因素,比如药物和营养干预措施。

中国空间站时代已经来临，航天员能成功开展空间站长期在轨驻留工作，除了自身努力，也和地面上无数科研人员的奋斗息息相关。正是他们不断攻关克难，确保航天员在轨飞行所使用的防护措施有效且高效，为航天员的长期驻留保驾护航。

▲志愿者卧床上肢动作力量测试