太空一日也得有颗“大心脏”

当 71 岁的“英国钢铁侠”理查德·布兰森（Richard Branson）带着两名飞行员飞向无垠宇宙，3 年前世界首富杰弗里·贝索斯（Jeff Bezos）搭乘 Blue Origin 研发的太空舱飞向太空体验失重 4 分钟，以及梦回 2003 年神五发射成功，杨利伟的名字无需动脑筋就能脱口而出。

宇宙，它庞大、壮丽、不可参透，又虚空、漂浮、被裹挟各种绮丽诡谲的幻想都不为过。

太空探索一直激发着人们的想象力，它承诺着发现新世界和推动人类能力的边界。随着商业太空旅行变得越来越触手可及，各种有潜在健康状况（包括心脏衰竭）的个体可能不久将超越地球大气层。这引发了人们对于太空旅行对有潜在健康问题人群影响的思考和担忧。最近的研究“微重力转换中的心脏衰竭计算模型”深入探讨了这一问题，并提供了一些可能塑造太空旅行未来的见解。

Lex van Loon 博士是澳大利亚国立大学和荷兰特温特大学的助理教授。他的研究专注于基于患者的人体生理动态模型。在他的工作中，他结合了数学建模和人工智能的使用来创建医学数字孪生体。

在最近发表在 Frontiers in Physiology （IF：3.2 | CiteScore：6.5）上的一篇文章中，van Loon 和他的合著者使用了一个心脏和肺部系统的数学模型来模拟微重力如何影响那些未接受过宇航员训练、可能患有心脏病等潜在健康问题的人进入太空。

原文链接

https://www.frontiersin.org/journals/physiology/articles/10.3389/fphys.2024.1351985/full?utm_source=

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在杨利伟的《太空一日》，他描写到“逃逸塔分离，助推器分离”……火箭不断上升，火箭和飞船开始抖动产生共振时，他以为自己要牺牲了。“人体对 10 赫兹以下的低频振动非常敏感，它会让人的内脏产生共振。而这时不单单是低频振动的问题，是这个新的振动叠加在大约 6G 的一个负荷上。这种叠加太可怕了，我们从来没有进行过这种训练。意外出现了。共振以曲线形式变化着，痛苦的感觉越来越强烈，五脏六腑似乎都要碎了。我几乎难以承受，觉得自己快不行了。”

如此可见，受过专业训练且身体素质极高的宇航员也极有可能遇到极度难受的状态，更何况是普通人，抑或是受心脏衰竭等慢性病影响的亚健康人群？

为什么要研究太空中的心脏衰竭问题？

商业太空旅行者的人口结构正在发生变化，越来越多的是年长富裕人群，未必处于最佳健康状态。与专业宇航员不同，这些太空游客通常不会接受严格的健康检查或体能训练。这种转变要求我们在太空任务规划中更广泛地考虑健康状况，如心脏衰竭、糖尿病和其他慢性病。

全球有超过 1 亿人受心脏衰竭的影响。传统上，太空医学专注于微重力对健康宇航员的影响。然而，随着有健康问题的非职业宇航员加入，则需要更深入了解微重力对这些人的影响。太空旅行中特有的心血管挑战可能对心脏衰竭患者影响重大，使其成为一个重要的研究领域。

此外，心脏衰竭并非一种统一的病状，它可以大致分为两类。一类是心脏功能减弱，不能有效泵血；另一类是心脏无法正常放松和充盈。这些差异意味着每种类型的心脏衰竭都面临着独特的挑战，必须分别进行研究，以了解在微重力环境下的具体风险和所需的应对措施。

在太空的微重力环境中，人体会发生显著的变化。最显著的效应之一是体液的重新分布，导致通常所说的“ puffy face bird leg ”综合征。想象一下，一个人的脸肿胀、浮肿，而腿却很细，几乎像鸟一样——正如其名。这种液体转移导致腿部静脉充盈减少，上半身静脉压升高。对于健康人来说，心血管系统可以适应这些变化，但对于心脏衰竭患者来说，风险大大增加。

使用计算模型模拟太空环境

鉴于缺乏关于太空中心脏衰竭患者的真实数据，我们求助于计算建模来模拟微重力的影响。我们利用之前发布的心血管系统 21 个室的数学模型。通过调整该模型的参数，我们能高度准确地预测心脏衰竭患者在太空旅行期间可能的反应。

模拟显示，进入微重力环境会增加所有个体的心输出量。然而，对于心脏衰竭患者来说，心输出量的增加伴随着左心房压力的危险上升，这可能导致肺水肿——一种液体积聚在肺部，导致呼吸困难的疾病。

未来前进的道路

该研究强调，对于患有基础病的太空游客，需要进行全面的健康检查和个性化的医疗计划。随着商业太空旅行变得更加可行，确保所有乘客的安全，特别是那些患有心脏衰竭等慢性疾病的乘客的安全至关重要。

此外，我们的研究结果强调了进一步研究太空旅行对心血管健康长期影响的重要性。未来的研究应侧重于长期暴露于微重力以及合并症对心脏衰竭患者的累积影响。

人类数字孪生体的角色

未来太空旅行研究和安全的一个有希望的方向是开发人类数字孪生体。人类数字孪生体是一个高度详绝的个人生理系统虚拟模型。通过创建这些数字副本，我们可以模拟各种场景，并预测微重力等不同条件如何影响个人的健康。这种方法允许进行个性化的风险评估和量身定制的对策。

对于心脏衰竭患者来说，数字孪生体可以模拟他们的特定心脏状况对太空旅行压力的反应。这种个性化模型可以帮助确定最有效的飞行前准备和飞行中干预措施，从而增强心脏病患者太空旅客的安全和福祉。

太空旅行的梦想比以往任何时候都更接近现实，但随之而来的是理解和减轻这一新领域相关健康风险的责任。我们的计算建模为确保每个人（包括心脏衰竭患者的安全）的太空旅行安全迈出了关键的一步。随着我们持续推动探索的边界，整合人类数字孪生体等先进技术对于保护所有冒险进入最后疆域的人的健康和福祉至关重要。

Frontiers in Physiology 是瑞士出版社 Frontiers 旗下的开放获取期刊。该期刊目前拥有31个栏目，涵盖了从无脊椎/禽类/水生等动物生理到人体生理与病生理等各领域，旨在促进对动物以及人类生理系统的了解，为疾病的诊断和治疗提供转化视角。

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