在太空中停留一段时间会从多方面改变人体，影响众多内部系统。
人类希望在不久的将来殖民火星，NASA 的目标是在 2040 年之前抵达这颗红色星球。
但是，到达火星之前的漫长太空旅行会对人体造成什么影响呢？
我们人类进化是为了在地球上繁衍生息，适应地球的大气层和引力，而不是为了在宇宙环境中生存。
一些科学家甚至提出，人类若要造访其他星球，可能需要改变自身的 DNA，以增强抵御太空环境的能力。
因为，太空探索的许多方面都对人类健康有害。
长期太空旅程面临的最大障碍之一是微重力，即接近完全失重的状态，在这种状态下，宇航员可以漂浮在空中，并能轻松地推动重物。
另一个问题是宇宙辐射，也就是以接近光速在太空中穿梭的高能粒子。更不用说长期生活在与世隔绝、空间狭小的航天器中所带来的诸多风险了。
以下是人类在太空中身体发生变化的 11 个方面。
1. 干细胞衰老
研究表明，人类干细胞在太空中会变得更加活跃，衰老速度也更快。
2025 年发表在 《Cell Stem Cell》杂志上的一项研究探讨了近地轨道对造血干细胞和祖细胞（HSPCs）的影响。这些细胞能够分化形成不同类型的血细胞和血小板。HSPCs 通过产生白细胞等免疫细胞，帮助调节免疫系统，使其能够巡逻身体以对抗癌症。
结果表明，在 SpaceX 向国际空间站运送补给的飞行任务中，造血干细胞（HSPC）的衰老速度比在地球上保存的同类型细胞更快。
研究人员从接受髋关节置换手术的志愿者的骨髓中提取了这些细胞，然后在纳米生物反应器中培养这些细胞。在太空中，这些干细胞丧失了部分生成新细胞的能力，并且更容易受到 DNA 损伤。
研究人员还观察到，部分“暗基因组”（与应激反应和衰老相关的、人们知之甚少的基因组区域）的活性增强。
2. 肌肉流失
负重运动对于肌肉的生长和维持至关重要。在失重环境下，肌肉获得的刺激不足，会迅速衰弱和退化。宇航员在微重力环境下仅待五天，肌肉质量就会损失高达 20%。
太空中的肌肉萎缩主要发生在负责行走和姿势支撑的身体部位，例如下肢和躯干。根据 2021 年发表在 《npj Microgravity》 杂志上的一篇综述表明，这种现象是肌肉细胞产生的蛋白质减少的直接结果，而不是现有肌肉纤维的退化。
3. 骨质流失
人体骨骼也需要依靠负重运动来维持其质量和密度。宇航员在太空停留六个月或更长时间后，可能会出现相当于数十年的骨质流失，这使他们更容易发生骨折和骨质疏松症。
有趣的是，微重力对特定骨骼的影响可能取决于它们在体内的位置。根据 2020 年发表在 《npj Microgravity》 杂志上的一项荟萃分析，下肢和腰椎的骨骼质量每月可能损失高达 1%，而颅骨的密度实际上可能会增加。
分析指出，在太空中，没有力将人体及其体液拉向地球，这反过来可能会影响骨组织形成。
根据 1995 年发表在 《cta Astronautica》上的一篇文章，由于骨组织在太空中迅速退化，会释放大量矿物质到血液中，从而增加高钙血症（钙含量过高）的风险，进而导致肾结石。
4. 视力问题
眼睛无疑是人体最精密复杂的器官之一，因此，太空旅行会对我们的眼睛和视觉造成损害也就不足为奇了。例如，从眼球后部延伸出来的神经在微重力环境下可能会发生变化，然后在返回地球后受重力影响发生扭曲。
视觉还受到多种因素的影响，包括引力。根据 2009 年发表在 《Annals of the New York Academy of Sciences》上的一篇文章，引力有助于将眼球保持在正确的位置，使其在眼眶内旋转。2006 年发表在 《Human Physiology》杂志上的一项研究，在微重力环境下，眼球运动可能会受到干扰。
研究人员对参与国际空间站长期任务的宇航员在飞行前后进行了检查，他们发现长时间处于微重力环境会导致眼球旋转的准确性和速度发生显著变化，这反过来可能会损害宇航员的视觉追踪能力。
长期暴露于微重力环境还会导致一种称为太空飞行相关神经眼综合征 (SANS) 的退行性疾病，其症状包括眼球扁平、眼睛最内层出现白色病变（称为“棉絮斑”）以及眼睛各个部位的其他组织损伤。
5. 背痛
宇航员在完成长期太空任务返回地球后，经常抱怨背痛。造成这种疼痛的罪魁祸首是微重力及其对人体脊柱的显著影响。
地球引力使脊柱保持压缩状态，并维持其典型的略微弯曲的形状。在微重力环境下，脊柱会伸长并略微变直。事实上，宇航员在失重环境下身高最多可增长三英寸（7.6 厘米）。
人类脊柱具有一定的柔韧性，因此短期太空任务不太可能造成永久性损伤。然而，长时间处于微重力环境可能会削弱支撑椎骨的肌肉。此外，根据 2023 年发表在 《Frontiers in Physiology》杂志上的一篇文章指出，失重状态还可能导致椎间盘退化。
椎间盘在太空中的退变似乎是由水分流失引起的。在正常重力条件下，脊柱受到挤压，导致椎间盘在白天不断排出水分。睡眠时，由于处于水平位置，重力负荷消失，椎间盘得以重新吸收水分。
这种水分更新使椎间盘能够维持最佳的水合状态，从而保持其结构和功能。然而，在微重力环境下，这种日常水分波动消失了。
地球条件下以及太空飞行和任务期间的椎间盘退化机制。
6. 免疫力下降
太空中的宇宙辐射、微重力以及整体身心压力会削弱宇航员的免疫系统，从而使他们更容易感染疾病和患上全身性疾病。
根据 2021 年发表在 《npj Microgravity》 杂志上的一篇论文，长期暴露于微重力环境会降低巨噬细胞的数量和功能。巨噬细胞是一种白细胞，能够杀死有害微生物并调节其他免疫系统细胞的活性。
文章写道，失重会对巨噬细胞的代谢、生长和繁殖，以及巨噬细胞与身体其他免疫系统细胞之间的通讯方式产生深远的影响。
此外，2023 年发表在 《Frontiers in Immunology》杂志上的一项研究表明，国际空间站上的宇航员体内白细胞的基因活性会降低。返回地球大约一个月后，这些细胞的基因活性会恢复正常。
此外，根据 2021 年发表在《Life》 杂志上的一篇文章表明，失重环境可能导致各种微生物引起更严重的疾病并产生耐药性，尽管这是在实验室中发现的。
7. 血栓风险增加
就像其他肌肉一样，心脏也需要依靠引力的持续作用才能保持强壮和正常运转。引力将体内的血液拉向地心，迫使心脏强力收缩，从而将血液向上输送到全身。微重力会削弱这种力量，这可能会导致宇航员的心脏随着时间的推移而萎缩 。
但心脏萎缩并不是长期太空任务对人类心血管系统的唯一潜在影响：越来越多的证据表明，微重力也可能增加血栓的风险。
这种风险的出现可能是因为微重力与全身血流量减少和血液凝固因子含量增加有关。此外，根据 2021 年发表在 《Experimental Physiology》 杂志上的一篇文章，失重环境可能导致血管内壁组织功能障碍，理论上这会增加太空飞行期间血栓形成的风险。
8. 炎症水平升高
根据美国宇航局（NASA）的双胞胎研究，长期太空任务可能会增加体内整体炎症水平，而这种炎症水平升高与心脏病和胰岛素抵抗等疾病有关。
宇航员斯科特·凯利和马克·凯利是同卵双胞胎兄弟。有一次，斯科特被派往太空执行为期一年的任务，而马克则留在地球上。科学家们利用这一独特的机会，比较了他们身体对截然不同环境的反应。
研究人员进行了多项测试，其中包括比较兄弟俩血液中细胞因子的水平。他们发现，斯科特在微重力环境下比马克在地球上更容易出现炎症反应。此外，斯科特从太空返回地球后，血液中一种细胞因子的水平持续升高了近六个月。
研究团队还在斯科特身上发现了动脉粥样硬化的迹象，而马克身上则没有。他们指出，这种动脉狭窄可能与观察到的炎症有关。
9. DNA 损伤
根据 2017 年发表在 《npj Microgravity》 杂志上的一篇文章，宇航员面临着 DNA 损伤风险增加的问题，这主要是由于暴露于宇宙辐射和微重力环境所致。
宇宙射线中的带电粒子可以直接或间接地损伤 DNA 链，其机制是通过产生自由基。另一方面，微重力会扰乱 DNA 的自然修复过程，进一步增加基因突变的风险。
太空飞行中独特的环境条件，例如频繁接触有毒化学物质（例如覆盖天体表面或航天器某些部件的尘埃颗粒）以及缺乏新鲜空气，也可能加剧这种有害影响。
因此，文章指出，长期太空任务可能导致基因突变的积累，增加患癌症、囊性纤维化、镰状细胞贫血症和其他不良健康影响的风险。
10. 肠道健康状况不佳
人类胃肠道内栖息着数万亿微生物，它们能够影响人体的消化功能、免疫反应、新陈代谢和神经信号传导等多种生理功能。
肠道微生物群会不断受到外部因素的影响而发生变化，例如饮食和心理压力水平。根据 2021 年发表在 《Life》 杂志上的一篇文章，太空旅行也可能影响肠道健康。
结果表明，宇航员的肠道菌群多样性通常低于地球上的人，而且往往含有较高比例的促进肠道炎症的细菌，例如粪杆菌属和副梭菌属。美国宇航局双胞胎研究的斯科特在太空飞行期间也表现出肠道菌群的显著变化，但回到地球后他的肠道菌群恢复了正常。
此外，2023 年发表在 《Cell Reports》杂志上的一项小鼠研究表明，太空飞行引起的肠道菌群变化可能会加速微重力环境下的骨质流失。然而，还需要更多研究来了解这种机制在人体内如何运作以及是否有效。
11. 大脑结构和活动的变化
长期太空任务可能会 “重塑”宇航员的大脑 。这种效应背后的驱动力很可能是微重力。
失重会导致脑脊液发生位移，这反过来又会改变大脑白质和灰质的形状和重量。宇航员返回地球数月后，大脑结构和活动的这些变化可能仍然存在。与此同时，科学家们尚不确定这些变化究竟会对人体健康造成多大的危害。
此外，根据 2023 年发表在 《Communications Biology》 杂志上的一项研究，长期太空任务可以改变大脑不同部分之间的沟通方式。
研究人员分别在宇航员执行太空任务前、返回地球后不久以及八个月后采集了他们的脑部扫描图像，发现这些连接性变化可能在宇航员返回地球后长期存在。一些连接性变化可见于大脑的运动区域，这些区域控制着运动，并且很可能为了适应失重环境而发生改变。
致敬航天员！
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