在太空中停留一段時間會從多方面改變人體，影響衆多內部系統。
人類希望在不久的將來殖民火星，NASA 的目標是在 2040 年之前抵達這顆紅色星球。
但是，到達火星之前的漫長太空旅行會對人體造成什麼影響呢？
我們人類進化是爲了在地球上繁衍生息，適應地球的大氣層和引力，而不是爲了在宇宙環境中生存。
一些科學家甚至提出，人類若要造訪其他星球，可能需要改變自身的 DNA，以增強抵禦太空環境的能力。
因爲，太空探索的許多方面都對人類健康有害。
長期太空旅程面臨的最大障礙之一是微重力，即接近完全失重的狀態，在這種狀態下，宇航員可以漂浮在空中，並能輕鬆地推動重物。
另一個問題是宇宙輻射，也就是以接近光速在太空中穿梭的高能粒子。更不用說長期生活在與世隔絕、空間狹小的航天器中所帶來的諸多風險了。
以下是人類在太空中身體發生變化的 11 個方面。
1. 幹細胞衰老
研究表明，人類幹細胞在太空中會變得更加活躍，衰老速度也更快。
2025 年發表在 《Cell Stem Cell》雜誌上的一項研究探討了近地軌道對造血幹細胞和祖細胞（HSPCs）的影響。這些細胞能夠分化形成不同類型的血細胞和血小板。HSPCs 通過產生白細胞等免疫細胞，幫助調節免疫系統，使其能夠巡邏身體以對抗癌症。
結果表明，在 SpaceX 向國際空間站運送補給的飛行任務中，造血幹細胞（HSPC）的衰老速度比在地球上保存的同類型細胞更快。
研究人員從接受髖關節置換手術的志願者的骨髓中提取了這些細胞，然後在納米生物反應器中培養這些細胞。在太空中，這些幹細胞喪失了部分生成新細胞的能力，並且更容易受到 DNA 損傷。
研究人員還觀察到，部分“暗基因組”（與應激反應和衰老相關的、人們知之甚少的基因組區域）的活性增強。
2. 肌肉流失
負重運動對於肌肉的生長和維持至關重要。在失重環境下，肌肉獲得的刺激不足，會迅速衰弱和退化。宇航員在微重力環境下僅待五天，肌肉質量就會損失高達 20%。
太空中的肌肉萎縮主要發生在負責行走和姿勢支撐的身體部位，例如下肢和軀幹。根據 2021 年發表在 《npj Microgravity》 雜誌上的一篇綜述表明，這種現象是肌肉細胞產生的蛋白質減少的直接結果，而不是現有肌肉纖維的退化。
3. 骨質流失
人體骨骼也需要依靠負重運動來維持其質量和密度。宇航員在太空停留六個月或更長時間後，可能會出現相當於數十年的骨質流失，這使他們更容易發生骨折和骨質疏鬆症。
有趣的是，微重力對特定骨骼的影響可能取決於它們在體內的位置。根據 2020 年發表在 《npj Microgravity》 雜誌上的一項薈萃分析，下肢和腰椎的骨骼質量每月可能損失高達 1%，而顱骨的密度實際上可能會增加。
分析指出，在太空中，沒有力將人體及其體液拉向地球，這反過來可能會影響骨組織形成。
根據 1995 年發表在 《cta Astronautica》上的一篇文章，由於骨組織在太空中迅速退化，會釋放大量礦物質到血液中，從而增加高鈣血癥（鈣含量過高）的風險，進而導致腎結石。
4. 視力問題
眼睛無疑是人體最精密複雜的器官之一，因此，太空旅行會對我們的眼睛和視覺造成損害也就不足爲奇了。例如，從眼球后部延伸出來的神經在微重力環境下可能會發生變化，然後在返回地球后受重力影響發生扭曲。
視覺還受到多種因素的影響，包括引力。根據 2009 年發表在 《Annals of the New York Academy of Sciences》上的一篇文章，引力有助於將眼球保持在正確的位置，使其在眼眶內旋轉。2006 年發表在 《Human Physiology》雜誌上的一項研究，在微重力環境下，眼球運動可能會受到干擾。
研究人員對參與國際空間站長期任務的宇航員在飛行前後進行了檢查，他們發現長時間處於微重力環境會導致眼球旋轉的準確性和速度發生顯著變化，這反過來可能會損害宇航員的視覺追蹤能力。
長期暴露於微重力環境還會導致一種稱爲太空飛行相關神經眼綜合徵 (SANS) 的退行性疾病，其症狀包括眼球扁平、眼睛最內層出現白色病變（稱爲“棉絮斑”）以及眼睛各個部位的其他組織損傷。
5. 背痛
宇航員在完成長期太空任務返回地球后，經常抱怨背痛。造成這種疼痛的罪魁禍首是微重力及其對人體脊柱的顯著影響。
地球引力使脊柱保持壓縮狀態，並維持其典型的略微彎曲的形狀。在微重力環境下，脊柱會伸長並略微變直。事實上，宇航員在失重環境下身高最多可增長三英寸（7.6 釐米）。
人類脊柱具有一定的柔韌性，因此短期太空任務不太可能造成永久性損傷。然而，長時間處於微重力環境可能會削弱支撐椎骨的肌肉。此外，根據 2023 年發表在 《Frontiers in Physiology》雜誌上的一篇文章指出，失重狀態還可能導致椎間盤退化。
椎間盤在太空中的退變似乎是由水分流失引起的。在正常重力條件下，脊柱受到擠壓，導致椎間盤在白天不斷排出水分。睡眠時，由於處於水平位置，重力負荷消失，椎間盤得以重新吸收水分。
這種水分更新使椎間盤能夠維持最佳的水合狀態，從而保持其結構和功能。然而，在微重力環境下，這種日常水分波動消失了。
地球條件下以及太空飛行和任務期間的椎間盤退化機制。
6. 免疫力下降
太空中的宇宙輻射、微重力以及整體身心壓力會削弱宇航員的免疫系統，從而使他們更容易感染疾病和患上全身性疾病。
根據 2021 年發表在 《npj Microgravity》 雜誌上的一篇論文，長期暴露於微重力環境會降低巨噬細胞的數量和功能。巨噬細胞是一種白細胞，能夠殺死有害微生物並調節其他免疫系統細胞的活性。
文章寫道，失重會對巨噬細胞的代謝、生長和繁殖，以及巨噬細胞與身體其他免疫系統細胞之間的通訊方式產生深遠的影響。
此外，2023 年發表在 《Frontiers in Immunology》雜誌上的一項研究表明，國際空間站上的宇航員體內白細胞的基因活性會降低。返回地球大約一個月後，這些細胞的基因活性會恢復正常。
此外，根據 2021 年發表在《Life》 雜誌上的一篇文章表明，失重環境可能導致各種微生物引起更嚴重的疾病併產生耐藥性，儘管這是在實驗室中發現的。
7. 血栓風險增加
就像其他肌肉一樣，心臟也需要依靠引力的持續作用才能保持強壯和正常運轉。引力將體內的血液拉向地心，迫使心臟強力收縮，從而將血液向上輸送到全身。微重力會削弱這種力量，這可能會導致宇航員的心臟隨着時間的推移而萎縮 。
但心臟萎縮並不是長期太空任務對人類心血管系統的唯一潛在影響：越來越多的證據表明，微重力也可能增加血栓的風險。
這種風險的出現可能是因爲微重力與全身血流量減少和血液凝固因子含量增加有關。此外，根據 2021 年發表在 《Experimental Physiology》 雜誌上的一篇文章，失重環境可能導致血管內壁組織功能障礙，理論上這會增加太空飛行期間血栓形成的風險。
8. 炎症水平升高
根據美國宇航局（NASA）的雙胞胎研究，長期太空任務可能會增加體內整體炎症水平，而這種炎症水平升高與心臟病和胰島素抵抗等疾病有關。
宇航員斯科特·凱利和馬克·凱利是同卵雙胞胎兄弟。有一次，斯科特被派往太空執行爲期一年的任務，而馬克則留在地球上。科學家們利用這一獨特的機會，比較了他們身體對截然不同環境的反應。
研究人員進行了多項測試，其中包括比較兄弟倆血液中細胞因子的水平。他們發現，斯科特在微重力環境下比馬克在地球上更容易出現炎症反應。此外，斯科特從太空返回地球后，血液中一種細胞因子的水平持續升高了近六個月。
研究團隊還在斯科特身上發現了動脈粥樣硬化的跡象，而馬克身上則沒有。他們指出，這種動脈狹窄可能與觀察到的炎症有關。
9. DNA 損傷
根據 2017 年發表在 《npj Microgravity》 雜誌上的一篇文章，宇航員面臨着 DNA 損傷風險增加的問題，這主要是由於暴露於宇宙輻射和微重力環境所致。
宇宙射線中的帶電粒子可以直接或間接地損傷 DNA 鏈，其機制是通過產生自由基。另一方面，微重力會擾亂 DNA 的自然修復過程，進一步增加基因突變的風險。
太空飛行中獨特的環境條件，例如頻繁接觸有毒化學物質（例如覆蓋天體表面或航天器某些部件的塵埃顆粒）以及缺乏新鮮空氣，也可能加劇這種有害影響。
因此，文章指出，長期太空任務可能導致基因突變的積累，增加患癌症、囊性纖維化、鐮狀細胞貧血症和其他不良健康影響的風險。
10. 腸道健康狀況不佳
人類胃腸道內棲息着數萬億微生物，它們能夠影響人體的消化功能、免疫反應、新陳代謝和神經信號傳導等多種生理功能。
腸道微生物羣會不斷受到外部因素的影響而發生變化，例如飲食和心理壓力水平。根據 2021 年發表在 《Life》 雜誌上的一篇文章，太空旅行也可能影響腸道健康。
結果表明，宇航員的腸道菌羣多樣性通常低於地球上的人，而且往往含有較高比例的促進腸道炎症的細菌，例如糞桿菌屬和副梭菌屬。美國宇航局雙胞胎研究的斯科特在太空飛行期間也表現出腸道菌羣的顯著變化，但回到地球后他的腸道菌羣恢復了正常。
此外，2023 年發表在 《Cell Reports》雜誌上的一項小鼠研究表明，太空飛行引起的腸道菌羣變化可能會加速微重力環境下的骨質流失。然而，還需要更多研究來了解這種機制在人體內如何運作以及是否有效。
11. 大腦結構和活動的變化
長期太空任務可能會 “重塑”宇航員的大腦 。這種效應背後的驅動力很可能是微重力。
失重會導致腦脊液發生位移，這反過來又會改變大腦白質和灰質的形狀和重量。宇航員返回地球數月後，大腦結構和活動的這些變化可能仍然存在。與此同時，科學家們尚不確定這些變化究竟會對人體健康造成多大的危害。
此外，根據 2023 年發表在 《Communications Biology》 雜誌上的一項研究，長期太空任務可以改變大腦不同部分之間的溝通方式。
研究人員分別在宇航員執行太空任務前、返回地球后不久以及八個月後採集了他們的腦部掃描圖像，發現這些連接性變化可能在宇航員返回地球后長期存在。一些連接性變化可見於大腦的運動區域，這些區域控制着運動，並且很可能爲了適應失重環境而發生改變。
致敬航天員！
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