刘德福，朱 林，陈宇洲，张 磊，韦玉芳，王 萍

(1武警特色医学中心药剂科，天津300162； 2天津中医药大学中药学院药剂学教研室，天津301600)

从加加林首飞到现在，世界载人航天历史已发展了60年[1]。中国的载人航天工程在20世纪90年代正式启动，如今也取得了不菲的成就。载人航天不仅考验国家的科技实力、物力和财力，对航天员的身体素质和心理素质也有着极大的挑战。航天员乘坐宇宙飞船离开，脱离地球引力后将进入失重环境，会产生因为环境不适应和重力影响所带来的各种疾病。本文就航天员太空生活所需的药品进行总结分析。

1 失重环境引起的生理效应

1.1 失重引起的骨骼系统变化

人体长期处于1 G的环境中，并已适应这种重力环境。太空飞行对航天员的骨稳态和健康有着巨大的影响[2]，在进入失重或微重力环境下，人体的骨骼系统会出现适应性改变，以骨质丢失为主要变化。目前机制尚不明确，推测为航天员进入太空后，承重骨失去负荷，成骨细胞与破骨细胞之间平衡紊乱，骨吸收大于骨形成，导致骨钙大量流失，进而产生骨质疏松[3]。既往微重力模型下骨质丢失机制的研究表明，航天员在太空环境下骨质丢失与骨内血管重塑密切相关[4]。俄罗斯研究所发现骨组织为了适应失重环境而产生骨重塑，骨密度出现不同程度的下降[5]。太空环境中存在的辐射会导致航天员的骨质总量减少[6]，发生骨折的概率增加，主要的机制有辐射性骨细胞损伤[7]、辐射性炎症和辐射性血管损伤等[8]。

1.2 失重引起的肌肉萎缩

长期的太空任务会导致航天员发生肌肉萎缩，致使肌肉质量降低和肌肉收缩强度下降，并增加受伤的风险[9]。有报道显示，航天员在长期太空任务后会产生脊柱肌肉萎缩的问题，并且返回地球后一两个月都不能恢复[10]。张淑[11]发现尾吊模拟失重可通过抑制信号通路及促进通路相关分子表达水平，增强活性，促进肌纤维细胞凋亡，导致比目鱼肌萎缩。人类与大鼠在微重力状态下肌肉萎缩的状态不同，人类以比目鱼肌中快肌纤维萎缩为主，而大鼠抗重力慢肌Ⅰ型肌纤维发生明显收缩[12]。

1.3 失重引起的心血管系统变化

心血管系统疾病是常见的医学问题[13]。失重环境会引起航天员心肺功能失调、心肌萎缩、心律不齐、心率下降等心血管问题，同时心肺功能异常很有可能是导致航天员返回地面立位耐力不足的原因之一[14]。受损的心血管系统可能更易受空间辐射的影响，协同作用导致损伤增加[15]。研究发现，失重会引起心脏向球形变化，同时失重前期心脏重量下降，后期恢复[16]。失重时心率总体上要低于地面立姿时的值，心输出量会出现轻微增加，而心脏的收缩压及舒张压却会降低[17]。飞行后返回地面或着陆时晕厥或晕厥前症状较常见，表明飞行后普遍存在立位耐力降低现象[18]。

1.4 失重引起的消化系统变化

有关失重对消化系统影响的研究较少，但对于口腔、胃肠道、肝脏均有影响[19]，且不可忽视。失重会使肝脏功能异常，引起肝脏充血、中央灌注区增大和胆汁分泌激活[20]，甚至肝脏基因也会出现部分变化[21]，但具体改变仍需深入研究。郭彪[22]研究尾吊大鼠的胃黏膜超微结构后发现，大鼠胃黏膜的脂质过氧化水平在模拟失重早期不稳定，并伴随相应的应激反应。失重状态也会造成肠黏膜损伤，使肠黏膜超微结构改变和黏膜上皮细胞凋亡增加，进而导致肠黏膜通透性增加，免疫屏障被破坏[23-24]。在失重状态下肠道菌群也会产生紊乱，白树民等[25]研究发现在模拟失重条件下的菌群有变化，推测肠道微生态失调可能是肠道功能紊乱的主要表现之一。

1.5 失重引起其他问题

立位耐力不良是失重情况下普遍存在的问题。骨质疏松、心血管功能异常、肌肉萎缩、静脉血流量减少等都是导致立位耐力不良的原因[26]。有研究发现在模拟失重状态下，人体下肢静脉的顺应性增高，而恢复重力后血液潴留增加[27-28]。睡眠障碍也是宇航员在太空工作时经常出现的问题[29]，宇航员睡眠时间仅为夜晚时长的0.3%，要远远少于空间站宇航员的睡眠时间[30]，可能是因为在整个任务期间，在操作上需要改变睡眠—唤醒时间表。除了身体上的变化，进入太空后一系列环境的改变也会引起宇航员心理状态的变化，长时间的太空飞行和社会隔离会使宇航员出现消极情绪[31-32]。对失重和非失重引起的疾病进行深入研究，可以为载人航天的发展提供更多帮助[33]。

2 航天员太空药物研究进展

2.1 失重条件下的药物动力学

人体在失重状态下血流会重新分布，所以药物的吸收、分布、代谢会与人体在正常重力状态下不同。药物的吸收与药物的理化性质、剂型和给药途径有关，航天给药一般以口服给药为主[34]。失重会减慢胃排空的速度，同时因为血流重新分布，使胃部血流减少，进而影响药物吸收[35]。高建义等[36]研究模拟失重对扑热息痛药物代谢的影响，通过对15名健康男性进行为期19 d的头低位模拟失重实验，给药后测定血药峰浓度、达峰时间和药-时曲线下面积，并与卧床前数值进行对比，发现短期模拟失重(12 d以内)对小肠吸收扑热息痛速度和生物利用度无显著影响，但长期模拟失重(19 d以上)会使扑热息痛吸收速度明显降低，生物利用度明显下降。GANDIA等[37]用尾吊大鼠进行对乙酰氨基酚血药浓度的研究，发现在模拟失重状态下药物分布浓度相对降低。试验药物分布与血浆蛋白结合率有关，在失重或微重力状态下血浆蛋白含量也与在正常重力下不同。纪安来等[38]用蛋白质谱的方法测量大鼠在不同尾吊模拟失重时间后的血浆蛋白含量，发现在模拟失重前期血浆蛋白含量明显减少，在模拟失重后期血浆蛋白含量有所恢复。在模拟失重下的药物代谢与性别也有一定关系，研究发现失重对雄性大鼠的药代动力学影响更显著[39]。失重也会导致肾血流量减少，使肾的药物排泄量减少[40]。药物在体内的过程也与个体有关，不同个体具有差异性，失重带来的具体影响仍有待考察。除此之外，尽管空间站是药物储藏的理想环境，但是太空辐射等仍会加速药物降解，对药物的太空贮藏也有很大挑战[41]。

2.2 航天员太空常用药品

2.2.1 针对骨质疏松的药物应用 针对失重引起的骨质丢失问题，还没有非常有效的药物防治方法，通常以食物中补充钙、维生素D和维生素K来改善骨质问题[42]。运动干预也是一种主要的防治手段，张楠楠[43]研究不同运动方式对模拟失重大鼠的骨质影响，发现纵跳和游泳都能有效促进骨形成，并且纵跳的效果更为明显。目前航天也应用阿仑磷酸盐(一种双磷酸盐)来治疗因长期卧床而导致的骨质流失问题，阿仑磷酸盐可以抑制破骨细胞介导的在骨小梁和骨皮质内表面的骨吸收[44]。袁国栋等[45]探讨了潜在的治疗失重性骨质丢失的防护药物，肌肉生长抑制素是其中的一种激素，文献[46-47]报道其信号的抑制参与了低强度脉冲超声波抑制去卵巢和尾吊大鼠骨质丢失的过程。日本有研究发现，褪黑素可以作为一种潜在的治疗太空骨质丢失的药物，褪黑素通过上调成骨细胞中的降钙素和下调Rankl，抑制微重力条件下骨组织中破骨细胞的骨吸收活性[48]。

2.2.2 抗辐射药物的应用 辐射损伤会引起基因突变、细胞死亡、DNA损伤、致癌等，所以抗辐射药也是航天员必备药品之一[49]。对航天员的抗辐射保护可以通过减少航天员出舱活动，在航天服和航天舱中使用低原子质量和高氢含量的材料改善辐射屏蔽[50]，以及使用抗辐射药物等手段来实现[51]。目前主要使用的是抗X射线和γ射线的辐射抵抗剂，美国宇航局在《人——整体系统标准》中推荐的是半胱胺和半胱氨酸。半胱胺防辐射效果好，但毒性大，有效防护期短，口服疗效不佳，并且在空气中极不稳定；半胱氨酸是一种天然存在的氨基酸，化学性质不稳定，极易氧化，要在辐射暴露前短时间内给药才有效，口服无效，静脉注射比皮下注射好[52]。

2.2.3 心血管疾病的药物应用 航天员在太空承受失重环境，会因为重力的消失而产生一系列心血管疾病，可以采用适当的药物来进行治疗。前苏联曾在航天中给航天员使用过多种药物，如使用罂粟碱、胍乙啶和酚苄明等药物调节血液循环中的肾上腺素能；还使用维拉帕米麻黄素、脉律定、复方硝酸甘油和双异丙吡胺等药物治疗失重环境下产生的心血管紊乱；同时还给宇航员服用去氢甲睾酮、抗利尿激素、醋酸脱氧皮质酮和后叶加压素等来维持正常的水盐代谢[53]。

2.2.4 抗感染药物的应用 随着航天技术的发展，人类会将大量的细菌带入空间站，而在失重条件下宇航员的免疫力低于正常值，单核细胞吞噬能力减弱，因此面临着非创伤性细菌感染的风险[54]。微重力或失重状态会对微生物的生长和二次代谢有较大的影响[55]。同时有研究表明，失重会促进细菌的增殖，并且会增加细菌的抗药性[56]。抗生素联合光敏剂对局部感染有很好的疗效，临床前研究表明，该方法能有效地消除浅表感染部位的细菌，如伤口感染和口腔感染，且无明显副作用，这种广泛的治疗方法对多重耐药细菌和生物膜是有效的。噬菌体疗法也是一种可以参考的有效疗法，可以针对特定的致病细菌，对宿主的正常菌群几乎没有干扰，可用于非系统性感染[57]。目前航天员多使用抗生素和非抗生素手段如噬菌体、抗细菌多肽进行治疗，甲氧苯青霉素及同类抗生素与绿茶提取物联合使用可降低细菌抗药性。

2.3 中医药在航天的应用

随着我国航天事业的发展，中国开始研究中医药对于航天疾病的疗效。中药大部分药物药性温和、副作用小，所以自古以来就有药食同源之说，尤其是药物配伍后能使中药的疗效大幅提升，药物之间的协同作用不仅高于单味药物，而且大于单味药物相加之和，所以中药仍有广阔的应用前景[58]。

通过对后肢悬吊啮齿动物模型的研究，发现淫羊藿苷通过抑制骨吸收和稳定骨生物磷灰石在模拟微重力诱导的骨质丢失中发挥骨保护作用[59]。中药红景天可显著对抗模拟失重效应引起的小腿围径、下肢肌群的肌肉最大横截面积和肌肉体积的显著降低，发挥有效对抗肌萎缩的作用，为航天治疗肌肉萎缩提供了新的思路[60]。西洋参茎叶中的总皂苷对模拟失重导致的心肌重塑具有保护作用[61]。太空养心丸是中医药对航天事业做出的巨大贡献，主要成分为山楂、人参、刺五加、陈皮以及动物的骨头粉等，可以缓解太空失重带来的不适。人参和刺五加都能增加血红蛋白含量，促进红细胞生成，可用于高原缺氧，这两种药物还具有调节内分泌和神经系统的功效，可用于治疗压力过大、失眠等[62]。服用中药制剂对于失重导致的人脑认知功能的降低也具有缓解作用[63]。中药对血流改变有一定的疗效，以人参、五味子、丹参、川牛膝组成复方用于模拟失重实验的兔子，对模拟失重兔的立位耐力下降具有明显的防护功效，同时还有改善血脂代谢的作用，从整体上对机体各系统进行调节[64]。

将传统中医药与载人航天相结合，已成为我国航天医学领域发展的独特优势，中医药在航天员失重症状防护方面有更广阔的前景。

3 结语

航天员脱离地球引力后处于失重状态，由于不适应环境和重力影响带来了骨质丢失、肌肉萎缩、心血管系统等疾病，充分了解失重对航天员的健康影响并进行干预是非常有必要的。随着我国载人航天领域技术的飞速发展，航天员所需要的太空药物较以前改善了许多。近年来越来越多的药物研究陆续开展，部分药物也已经应用于航天飞行，但有潜在治疗效果的空间药物研究尚不充分，开发高效安全的药物具有重要的意义。

当前我国在航天上取得了一定的进展，未来应该进一步研究与探索航天员由于失重引起的生理效应的机制，开展有关疾病的药物研究，发展中医药在航天领域的独特优势，制定可行的防护措施，为航天员能够长期安全高效地探索和研究太空提供保障。