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NASA人体研究项目进展分析（下） 口强静周鹏管春磊四、利用非侵入式医学评估系统，不断提高探索任务中的医疗保健能力（ExMC）在月球和火星探索飞行任务中，航天员乘员组不仅需要有维持健康的能力，还需要具备诊断和治疗伤病的能力。探索飞行任务中的医疗保健能力主要是研发飞行任务中的医疗技术、数据处理能力以及不同级别保健的临床措施。医疗技术不仅包括飞行中的诊断和治疗技术，还包括数据系统。它可以保护病人隐私、辅助对病人的诊断，并可作为NASA相关生命科学实验研究的资源库。1用Braslet-M套带验证在轨评估心血管功能和循环血量变化的方法此项研究是NASA和俄罗斯航天局的一个合作项目，研究的目标即建立一种超声方法，用来评估中枢血流量和外围血流量以及心血管的功能，尤其是血管内循环血量的快速变化。此项研究使用Braslet-M套带。它是俄罗斯生产的一种对抗措施设备，国际空间站上的每位航天员都可使用。套带研究采用多种超声模式并结合短期套带使用和循环血量的改变度评价。测量分不戴套带、戴套带和松开套带立即进行测量三种情况。除了进行心血管评价的方法验证这个主要目标之外还将开发出一些相关程序以排除许多影响任务的医学条件。采用这种适用于太空的和非侵入的方法来研究外围和中枢血流量是此项研究的一大贡献这种方法不仅可用于飞行中动静脉和心脏病的诊断或排除，还将用于评价其它对抗措施。该项研究将提供套带对长期飞行航天员心血管系统影响的飞行数据，并揭示出这种方法是否能作为急性或慢性流量处理的一种手段未来的工作主要是检查Braslet -M对心血管系统生理、安全、效用和潜在用途的影响。目前的研究成果将用于优化后续国际空间站航天员飞行前和飞行中的训练模型。2007年底，两名国际空间站航天员进行了第一阶段的飞行测试，2008年又有3人完成了飞行测试。随后的国际空间站长期考察组乘员还将继续进行飞行测试。初步结果表明，这种相对复杂的心血管评价可远程进行其操作员仅仅经过简单的训练即可。与不戴套带相比戴上套带会发生以下变化：颈静脉的横截面缩小，套带以下股静脉的横截面增大心脏的尺寸也减小。呼吸调整期间心脏的参数变化可以使用流量和组织多普勒仪进行测量。随着样本数量的增加，可以进行更详细的分析。2轻便医疗组件从技术设计转入飞行研制轻便医疗组件是一套生理监测综合设备具有综合数据存贮、自主治疗、远程监测和控制等功能，其组件包括呼吸器、12导电描记图、血氧计、非侵入式血压计、二氧化碳计、温度计、侵入式动脉压计、以太通信网、闭环流通和静脉血流量控制、电子医学记录（数据存贮输出）、报警和急救装置。轻便医疗组件已从技术设计转到国际空间站上的飞行研制。使用该组件后，将大大减轻国际空间站健康维持系统的质量并解决10年后系统所面临的一些退化问题。3对探索任务中生理监测传感器系统进行评价来自约翰逊航天中心、艾姆斯研究中心、格伦研究中心的ExMC项目研究人员在位于休斯顿得克萨斯医疗中心内的人的绩效国家研究中心进行了生理监测系统的测试工作。研究人员整合了一套身体适合性程序并模拟月球表面任务（用铲挖掘、捡拾岩石、攀爬梯子）研究中心测试了用于移动生理监测的2套传感器系统-Hidalgo系统和轨道研究/BioWatch系统。Hidalgo系统由8名女性和5名男性受试者进行评价而轨道研究BioWatch系统则由3名女性和4名男性受试者进行评价。测试将帮助硬件开发人员为未来的舱外活动和常规飞行医监改进其生理监测系统。人的绩效国家研究中心向ExMC研究组呈递了关于传感器放置、舒适性、信号质量和抵抗恶劣环境方法的经验报告。2008年研究小组对非侵入式传感器进行了模拟航天环境下的评价。传感器测试表明，当工作量增加时，肌肉的氧排出也增加。小型化传感器的研制受到美国军费的资助，技术开发由美国马萨诸塞州医学院负责。一家名叫Reflectance的新医疗公司已将此传感器技术进行商业化用于临床病人保健、急救车和近战场。来自Cal技术公司的主要研究人员继续改进其非侵入式超声系统来评估骨的质量。在与约翰逊航天中心骨实验室的共同合作下，系统接受了29名受试者90天卧床实验的评价并与骨密度标准测试进行了比较。在脚后跟的评估中发现采用超声系统和骨矿密度扫描两种方法所得的结果有着强烈的相关性。Cal技术公司的超声系统在微重力的模拟研究中成功地检测到骨丢失。五、为适应月球生存，空间人的因素和适居性研究取得重大进展1关注环境健康月尘特性揭开神秘面纱月尘有多少潜在毒性？高级环境健康项目正在试图回答这个非常重要的问题并确定出月尘暴露的允许限值。月尘健康标准也许能帮助NASA的工程人员确定月球着陆器、居住舱和月球车月尘限制的硬件、对抗措施和程序。在“阿波罗”任务期间NASA发现月尘极为普遍。它们不仅牢固地粘贴在航天员的衣服和靴子上，还磨蚀航天服的材料。尘土也刺激眼睛和呼吸系统。尘粒非常锋利，其不规则的形状主要是经过百万年来陨石撞击形成的。绝大多数毒理学家认为月尘具有中等的毒性。月尘由极其微小的颗粒组成。它们能够深深地穿入肺部而且拥有被月面射线击活的表面。铁元素是可吸入月尘粒子的主要成分众所周知，在测试细胞系统时。铁会增加月尘的毒性。2008年，高级环境健康项目在月尘特性的研究方面取得重大进展，并开发出月尘毒性的测试方法。进展包括了解月尘在尘土形态、化学性质、反应能力、对细胞的影响以及对整个动物影响各个方面的毒性情况，所有这些发现让我们开始了解月尘的毒性并给出定量的结果而此结果对于2010年制定出暴露标准将极为有用。研究小组已经找到几种产生可吸人大小的月尘粒子的方法这些粒子将用于吸人性毒理研究。迄今，球磨机的研磨已经产生了理想的效果。采用这种方法可使研磨过程中产生的污染物降到最低而且可以生成大小合适、具有部分活性表面的粒子。目前正在将这种研磨方法进行最优化。一旦月尘进入肺部，将月尘分解就是最重要的处置方法。研究小组发现矿物的分解在不同PH值的水介质中有着明显的不同。由于肺表面活性剂是月尘进人身体后遇到的第一种液体，所以分解研究将扩展为在类肺表面活性剂中的测量。(1)月尘在细胞中的活化作用及毒性居住舱内月尘的活化作用时间是理解新（有活性的）旧月尘相对毒性的基础。在居住舱内月尘的活性表面需要多长时间才能被钝化？不同的活化方法研究及不同的活化定量方法研究表明居住舱内的活化时间约为12小时，也就是说完成舱外活动(EVA)后，即新的月尘进入居住舱内后航天员的暴露标准应非常严格。在细胞系统内采用毒性标记（发炎）的结果表明，这些标记对模拟月尘的浓度增加非常敏感在一定浓度下增加细胞的暴露时间会使毒性标记的反应更为剧烈。这些研究方法还将用于实际月尘的研究。(2)月尘暴露对啮齿类动物的毒性反应在与国家职业安全和健康研究所( NIOSH)的合作下，用啮齿类动物进行了标准尘土和真实月尘在气管内灌注的毒性研究。根据此研究获得的数据，产生了一条看似有道理的毒性与剂量变化的相关曲线。其它的研究还包括暴露动物肺组织和肺淋巴结的病理学研究。2航天食品研究旨在延长食品的保质期先进食品技术研究的主要目的是为航天员提供安全、可靠、高效的食品系统。食品系统必须安全、富含营养，而且能被航天员接受，同时，还必须均衡考虑航天器的质量、体积、废物以及准备时间等。食品系统要求提供保质期为35年的包装食品，而现在的航天飞机和国际空间站都达不到这一要求。长期飞行任务中食品系统的重要性决不可低估。食品系统不仅要为航天员的生存提供营养，还要在陌生环境里为航天员提供心理支持。(1)食品包装研究与潮气和氧气的接触会大大缩短食品的保质期。一套良好的食品包装系统其功能就是提供一道坚韧的屏障来尽量避免食品与潮气和氧气接触。目前，国际空间站上复水食品和自然形态食品的包装系统都由主次两层包装组成。主包装是最低屏障，采用透明材料( Combitherm)，主要用于搬运和质量控制：而第二层包装是高级屏障不透明，确保产品的保质期能够达到18个月。目前正在进行一项18个月的比较包装研究用来评价这种Tolas新材料相对于主包装材料( Combitherm)和类似的现包装材料( Technipaq)的有效性。结果表明,Combitherm材料不足以提供屏障保护，还需要加一层透明外包装，而Technipaq和Tolas这两种材料本身都可以提供足够的保护屏障。Tolas材料的优越性能也许可以通过减少一层包装来优化目前的国际空间站食品包装系统。(2)热稳定食品的保质期研究由于现在考虑用热稳定食品来支持长期飞行任务，所以NASA正在研究热稳定食品的长期稳定性。热稳定食品用强热来处理食品以确保食品的安全和无菌。不过这种热处理也会导致营养损失、口味变差，或者其它的质量变化。这些变化大部分依赖于食品的组成，也会受到存贮条件的影响，而且时间越长变化越大。保质期是指食品变得不适宜食用所需的时间，此项研究中的定义是指营养价值和口味的不适宜。长期任务中所用食品的保质期要求为35年。2008年完成了淀粉制品（马铃薯）和水果制品（大黄苹果酱）为期36个月的保质期研究。在淀粉制品中，叶酸和泛酸的含量随着时间的过去明显下降口味也变得越来越差，主要是由于余味变酸，缺少香味，整体口感变差。随着时间的流逝，水果制品中维生素C和叶酸的含量也逐步下降在400F以上时由于氧化作用颜色也越来越暗。2009年秋季，完成其它的热稳定食品，包括鸡蛋和肉制品（椰菜、蔬菜煎蛋卷、烤肉）的保质期测试。初步的结果表明，热稳定处理不适合蛋类食品，但是对肉类食品却能支持87个月的保质期。(3)加工的影响和营养的留存NASA根据航天员的营养要求来为航天员提供食品。随着任务时间的延长，食品的供应对长期飞行的航天员的心理也产生了更多的影响。在任务的准备阶段NASA始终坚持严格的营养要求，不过由于热加工、氧化和光暴露的作用维生素不断降解，所以食品在食用时，这种无菌食品的营养已缺失很多。为了评价长期航天飞行中现用食品的营养价值，正在进行一项航天食品微量元素和矿物质水平的检测研究这些食品均经过加工和长期保存（直到5年）。目前，该项研究已选出15种样本，分别是通过热稳定或者辐照来达到无菌状态的。样本包括小龙虾饼、牛肉卷米饼和杏饼等。灭菌前食品的营养成分用Genesis软件来评测灭菌后食品的营养成分则用解析法来确定。结果表明，维生素C的损失较为一致（平均为47%），不过维生素Bl和维生素A的损失各有不同（平均分别为38%和17%）。另外，叶酸水平比预期的要高，要么是因为热灭菌期间原来被束缚的叶酸释放了出来，要么是因为原有的叶酸含量估计过低(平均增加168%)。重复抽样的食品样本将在13年内再次进行营养评估，以更好地了解存贮对食品营养的影响。2009年，该项研究增加60种附加食品。3噪声和光标控制成为空间人因工程研究和测试重点NASA正在进行下一代航天器的设计空间人因工程项目正在研究设计人员寻求答案的问题由于新航天器在发射期间的振动将比以前的航天器要剧烈，所以自“阿波罗”任务以来首次在离心机上对振动和加速度进行了研究。此外研究人员还比较了给航天器提供不同输入的方法，以及给航天员显示警告和报警信息的方法。由于所有设备封装在一个单一结构内每一样都需要冷却风扇，所以航天器内的噪声很大。这使得航天员彼此之间以及和地面之间很难交流同时也很难入睡。为了帮助设计人员了解他们的设备到底会发出多大的噪声，该项目的研究人员已经研发出一种声学模型利用它可在设备建造之前就能预估其在航天器内的噪声水平(1)声学环境模型建成2008财年研制了“猎户座”乘员舱样机的统计能量声学分析模型并得到安装在样机内的10个扩音器声压水平测量设备的验证。同年，在乘员舱内部模型的基础上还研制了一个统计能量分析航天器模型。模型已用于通风扇和环控生保系统的噪声预估。2009年，准备用乘员舱样机来做通风扇声学验证，以帮助制定声学要求。吸声材料被安装在样机内部，以控制样机内的声音回响。吸声量用统计能量分析模型来确定其回响结果用回响时间试验来验证。此外，还研制了一种噪声模拟设备。它可以创建设定的噪声环境，进行改良后的韵律测试并用于评价样机内部噪声对语言交流和声音通信的影响。(2)光标控制设计人体研究项目中的信息显示研究计划已经完成了几项有关空间环境下光标控制设计的研究。以往的研究主要集中在软件测试电池的研发上2008年，测试的重点已变为另一个重要主题光标移动。像大多数计算机一样，自由移动、连续显示的光标也许很难在高振动环境下精确使用。因此也许会用离散型的光标移动方式来替代，光标从一个显示物体跳到另一个显示物体，就像电子表格中的制表符。另一种提高精确度的方法即使用重力井用它来捕获光标并将其拖拽到最近的目标。有一项研究即研究光标是如何运动的，以及设备的类型对响应时间和精确度的影响。要求参试人员使用跟踪球和不同的鼠标移动类型来完成一项具有代表性的任务。完成任务的参试人员戴或者不戴手套。光标移动要么是连续的，要么是离散的，要么是重力井。研究证实，如果精确度非常重要的话，那么离散模式或重力井是最好的选择虽然这样完成起来极富挑战性。如果速度更为重要，那么用跟踪球和连续光标则是最好的选择。2009年计划通过使用振动平台来模拟发射和再人时的高振动环境，并在这种环境下进行光标控制设备的性能研究。这些研究的结果将帮助找到一些重大设计问题的解决方案为未来航天任务提出一些设计指南和要求。六、行为健康和工作绩效研究分三个方面稳步推进行为健康和工作绩效研究计划主要进行三个方面的健康风险研究：(1)由于睡眠不足、疲劳、心率失调和高负荷而导致的绩效问题：(2)由于缺少团队凝聚力、选拔不当、搭配不良、训练不足、心理适应性差而导致的绩效问题：(3)行为和精神病风险( B-Med)。目前睡眠风险的研究主要集中在对抗措施的研究上，包括照明、药物、睡眠卫生以及作息的安排。其它风险研究还包括团队绩效和内部隔阂的研究，开发出一些手段和技术来监测人员之间的交互并标示出凝聚力和绩效：B-Med的研究目的即研发监测和自我评估工具，利用非干扰的客观测量手段来早期检测和处理太空生活所致的疲劳和应激反应。行为健康和工作绩效研究计划在飞行中和空间模拟环境下进行行为健康和绩效下降的检测、预防和治疗研究，研究的最终目标是使航天员乘员组更好地适应空间环境并保持他们的动机、凝聚力、彼此间的沟通以及士气和工作绩效。1“凤凰号”探测器地勤人员作被试开展睡眠风险研究目前睡眠风险的研究主要集中在对抗措施的研究上，包括照明、药物、睡眠卫生以及作息的安排。 “凤凰号”探测器的主要研究人员和一个多协会的研究小组利用对抗措施对“凤凰号”探测器的地勤人员给予支持，帮助他们减少睡眠不足、疲劳和生理失调的影响。 “凤凰号”探测器于2007年8月发射，并于2008年5月在火星的南极区着陆，用以研究火星上水的形成和火星表面的潜在可居性。支持此任务的地勤人员生活和工作在火星天或称为“Sol”每个工作日要增加近39分钟。在为期3个月的任务中，这个时间表对生理失调、睡眠紊乱和绩效下降都存在潜在的影响。为了增加挑战一些当地的地勤人员仍然和他们的家人同住，而他们的家人仍然保持正常的地球天。以前的机器人火星探索任务的地勤人员包括“探路者”和“机遇号”曾报告了火星天对他们睡眠和绩效的负面影响。正因如此 “凤凰号”探测器的主要研究人员请求帮助，请求对他们的地勤人员进行支持。研究人员提供了蓝光箱和实用的基于证据的睡眠建议从而更好地与火星“Sol”保持同步。与此同时，研究人员在任务中收集数据（包括验尿来记录褪黑激素水平、精神失眠任务中的绩效数据、自动化的神经心理学评估和主观的睡眠评级）以评价时间表对生理节律系统的影响，并评估对抗措施的可接受性、可行性和有效性。研究结果将告知飞行医学实施部和任务实施部的任务计划人员、火星机器人任务的支持人员以及目前参与航天飞机和国际空间站任务的航天员。2通过记日记和虚拟空间站开展心理问题研究2008年日记实验已达到一个里程碑的数字，共收集了10名参试者的日记。此项研究的目的在于从国际空间站航天员的日记中系统分析出有关行为和人的因素数据。10名国际空间站长期考察组乘员一直坚持记日记，目前主要的研究人员正在对这些日记进行内容分析和审查。此项研究的结果将有助于了解隔阂的产生，以及长期任务中行为健康对抗措施的有效性。有趣的是日记原来只作为探索任务收集数据的手段，而现在在轨航天员也受益于此。国际空间站第12长期考察组的指令长比尔麦克阿瑟对此项研究大加赞赏。他说在其任务期间坚持记日记使他从此不再灰心，更加乐观向上。心理问题会威胁到长期航天任务的成功和安全。在NSBRI的资助下，研究人员正在开发一套交互式的媒体节目，以帮助长期飞行人员预防、发现、评估和管理他们自身的心理问题。目前的系统包括摆脱消沉和缓和内部矛盾的内容。此外，压力管理模块正在由加利福尼亚大学的科学家们进行研发。未来的模块可能还包括行为健康的其它方面。系统支持乘员的自治可以单独使用也可以与飞行医学小组协同工作。通过加密技术和密码保护，所有的数据都是安全的。研究人员正与医学实施部和航天员办公室紧密合作。虚拟空间站中的消沉组件使乘员能够识别出消沉的征兆和症状，并接受行为治疗。主要的研究人员通过录像指导用户就好像他们正在接受实际治疗因此即便太空和地面有较长时间的通讯延迟也没有关系。目前正在进行该治疗计划的临床随机试验。此项研究的成果将帮助航天员检测、评估和改善其行为健康的状况。3在国际空间站上进行精神失眠自测来评估精神病风险2009年9月精神失眠自测将开始在国际空间站上进行飞行实验。精神失眠自测，也被NASA称为反应力自测。它是一项高度敏感、短暂的、客观的核心认知手段包括注意力的稳定性、失眠过失以及反应时间不足。利用神经系统的速度，测试提供与疲劳相关的绩效的客观反馈疲劳可能因失眠或其它因素导致。精神失眠自测通过向航天员医师和航天员提供信息来支持自主操作，因此，如果必要的话，可以采取适当的对抗措施。研究人员在开发和验证精神失眠自测时充分考虑了航天员所面对的独特要求。例如，现在精神失眠自测要求占用最少的乘员时间（测试时间为3分钟）。测试已经通过了疲劳敏感度的验证，航天员训练的地面绩效规范也已制定出来。除了在测试中使用航天员绩效来优化绩效算法之外，研究人员还在开发自测用户接口时要求航天员给予反馈，从而确保自测的可用性和可接受性。国际空间站第21、22长期考察组乘员已同意参与国际空间站上的反应自测研究。国际空间站上精神失眠自测的绩效数据将帮助完成针对这些高技能专业人才的标准化数据库。国际空间站上的精神失眠自测研究不仅找到了在飞行中认知绩效的测量方法而且也有助于定性和定量地描述由于睡眠不足、生理失调、疲劳和高负荷工作而导致的人体健康风险。七、发布Evidence book，循证探索任务中人的健康和绩效风险人体研究项目循证手册(HRP´s Evidence book)是一本基于探索任务中人体健康风险的报告集，因此它记录了针对这些风险所进行的地面研究和空间研究的最新状态。2008年48月，NASA人体健康风险研究委员会对08版风险证据报告进行了评审评审报告对循证手册提出了修订意见和建议。2009年5月， 航天探索任务中人的健康和绩效风险，即人体研究项目循证手册正式向公众发布，公众可通过http:/humanresearch.jsc.nasa. gov/elements/smo/hrp_evidence_book.asp网址进行访问。对于其它风险证据一旦被专业学术期刊引用将随时添加至循证手册的网页上。未来，所有更新信息将汇集在新版的Evidencebook中。八、结束语综合分析NASA人体研究项目的进展情况我们可以看出该项目研究内容的丰富性及手段的多样性。它不仅为未来的航天探索任务提供了有关人的健康和绩效的风险证据同时也为空间生命科学的研究积累了大量的数据和样本。有鉴于此，关注和跟踪NASA人体研究项目的研究进展情况将对我国未来航天医学的发展起到重要的借鉴和参考作用也必将为我国未来的载人登月工程提供情报支撑。 -全文完-