@ 2018.11.26 , 10:00

失重状态下,我们的大脑会发生一些奇怪的事情

NASA承诺在21世纪30年代年将人类送到火星。这是非常雄心勃勃的目标,就像你所认为的,宇航员们要度过三到六个月的漫长旅途达到火星,然后在火星上度过最多两年时间直到下一次行星排列最适合飞船发射回家。但是这意味着宇航员们要在微重力环境下呆起码三年的时间,这已经远远超过目前由俄罗斯宇航员瓦莱里·波利亚科夫所保持的438天连续微重力太空生活时长的记录。

以前科学家们对太空旅行的努力都集中在如何克服重力将宇航员们送入月球。而现在,科学家们仍然在关注重力,关注重力对宇航员们身体健康的影响尤其是大脑方面,并如何减轻这种影响。毕竟人类已经进化成了适应地球的重力(1g),而不是太空的失重(0g)环境或火星的微重力环境(0.3g)。

人类大脑是如何应对微重力或无重力环境的呢?我们对这方面的相关信息实在是比较缺乏。而我们所了解的是一种被称为“查理·布朗效应”或“猪头鸟腿综合征”的现象。即宇航员的脸充血变红,同时脸变肿胀,腿部因为血液流向上半身导致腿部肌肉血管收缩变细的一种仅在失重状态下会出现的症状。

同时由于血液和脑脊液等体液在失重状态下相对向上运动还会导致出现空间运动病、头痛和恶心等症状。由于大脑失去重力的束缚,漂浮在颅内,可能会导致视力出现模糊,这些症状统称为视力损伤和颅内加压综合征。

虽然NASA已经认为这些综合征是宇航员前往火星征途上的首要健康威胁,但是现在还没有明确的办法来弄清楚如何预防这些情况的出现。

文章作者认为大脑的某些部分因为血液中不可见的一氧化氮分子的过多积累,会导致接受过多的血液。这会使得给大脑供血的动脉舒张,从而相对供应的血液就会激增,这会使得充当大脑减震器的血脑屏障因工作量增大而力有不逮。同时这会导致脑内水的集聚,从而引起脑肿胀和压力增加。

这就像河水漫过堤坝,最终会导致大脑的某些部分缺氧,旱的旱死,涝的涝死。这就解释了为什么宇航员会出现视觉模糊,对其肢体运动的影响和影响宇航员的其他认知敏捷性,包括他们思考、集中注意力、推力能力等。

作者为了验证自己的理论,通过一架快速爬山和下降的飞机来模拟失重条件来实验。这架飞机每次执行任务可以执行三十多次抛物线下降来模拟失重的感觉,虽然每次只有短短三十秒钟。但在这30s里,作者的确观察到了志愿者脸上所出现的查理·布朗效应所特有的肿胀充血的脸。通过使用便携式的多普勒超声波探测器来对8名志愿者的供应大脑血液的不同动脉的血流量监测,和对志愿者前臂静脉血样以及类似一氧化氮等无形分子例如自由基和脑特异蛋白的监测,来反馈志愿者的血脑屏障是否在失重环境中被迫打开。

初步试验证实了作者的猜测。一氧化氮等无形分子的浓度随着失重的反复作用而升高。同时血流量的增加迫使血脑屏障打开,幸好没有证据表明志愿者们存在结构性的脑损伤。作者正计划对此研究进行跟踪,并使用核磁共振等成像技术来对大脑中的血流供应量进行更详细的评估。

同时作者还提出了一些应对措施,例如让宇航员穿橡胶抽吸裤,这种裤子可以在宇航员的下半身产生负压来帮助大脑抽取过多的血液,以及一些低效一氧化氮等分子的药物。这些发现不仅仅能改善宇航员们的太空旅行体验,也能说明为什么运动对大脑有好处,以及运动如何能预防老年痴呆和中风。

本文作者,达米安·贝利,南威尔士大学生理学和生物化学教授。

本文译自 sciencealert,由译者 利维坦 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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