在火星表面栖息地外工作的宇航员。来源：美国国家航空航天局

NASA和欧洲航天局以及中国国家航天局（CNSA）计划在下一个十年内派遣宇航员前往火星。显然，这一雄心勃勃的目标需要大量的规划、研究以及对所有潜在挑战的提前预测和准备。其中，宇航员的健康和安全是最重要的。除了与长时间航行相关的危险——辐射和长时间处于微重力环境的影响之外，还有火星本身的问题。除了暴露在更高的辐射水平下，火星的重力大约是地球的38%。

这可能带来长期健康风险。一支国际研究团队正在探究火星重力对人类健康关键方面——骨骼肌的影响。骨骼肌是人体内最丰富的组织，占总体重的40%以上，对运动功能和代谢健康至关重要。此外，该组织尤为敏感，微重力或低重力环境可能导致肌肉力量、体积及功能出现显著下降。因此，明确骨骼肌在火星环境下的适应状况十分必要。

该研究团队由筑波大学医学研究院、东北大学医学megabank组织、下一代医学创新先进研究中心（INGEM）、贝斯以色列女执事医疗中心、布莱根妇女医院、日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）空间环境利用中心以及多所大学的科学家组成。相关研究成果发表于《科学进展》期刊。

国际空间站开展的啮齿类动物实验表明，在微重力环境下，肌肉萎缩可被缓解和预防。资料来源：NASAESA–T.Pesquet

在该实验中，研究团队考察了低重力环境对24只小鼠骨骼肌组织的影响。这些小鼠被送入日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的希望号实验舱（Kibo）开展研究。随后，小鼠被置于JAXA研制的离心机装置——多级人工重力研究系统（MARS）中，在为期28天的实验周期内，分别接受四种重力水平的暴露：微重力、0.33g、0.67g和1g。实验前，小鼠在NASA肯尼迪航天中心接受了飞行前检测；实验结束后，小鼠返回该中心进行飞行后样本采集。

这些样本随后被送往罗德岛大学营养学系代谢与肌肉生物学实验室，由该实验室的科学家进行检测分析。该实验室负责人玛丽莫特吕教授在《罗迪今日》的一篇报道中证实了这一情况。

虽然我们可以在地球上对人类进行太空飞行的模拟，但这极为复杂且成本高昂。我们使用离心机来暂时让人类暴露于特定的重力水平下，但这种重力既不均匀也不恒定。我们采用了等间距的重力水平，以便更清晰地了解各生理系统对重力的剂量反应关系。其中，暴露于0.33g的测试组所处的重力环境非常接近火星重力（0.38g）。该组的研究结果可转化为具体措施，以支持未来的火星探索任务。

莫特鲁克斯及其团队在小鼠返回美国国家航空航天局肯尼迪航天中心后，对其体重、肌肉力量及活动能力进行了分析。结果表明，0.33g的人工重力可缓解航天飞行所致的肌肉萎缩，而0.67g则可完全防止该现象。研究团队还采用电阻抗肌图法（EIM）测量了小鼠前肢抓握力，结果显示0.67g足以维持肌肉功能表现。

肯尼迪航天中心研究团队在接收动物进行着陆后采样前，确认协议与时间安排。图片来源：URI

他们的研究结果共同表明，0.67克是缓解长期太空飞行所致肌肉萎缩的一个关键阈值。此外，对小鼠血浆的分析鉴定出11种呈现重力依赖性变化的代谢物，提示这些代谢物有望作为监测航天员生理适应状况的潜在生物标志物。这项工作延续了她此前与哈佛医学院玛丽布克斯廷教授（本研究的共同作者）开展的相关研究。

布辛博士与蒙特勒克斯分别建立了小鼠和大鼠的部分重力动物模型，二者均长期致力于研究不同重力水平对肌肉骨骼组织的影响。

由于此次任务旨在将重力视为一种连续变化的物理量，我们恰好具备了在轨条件下验证地面实验结果是否一致的条件——即在机械负荷降低的情况下开展相关研究。蒙特勒说道，与国际团队合作既充满挑战，又令人振奋。我认为，此前在意大利、法国和美国的工作经历，为我参与此类大规模国际合作奠定了良好基础。

本研究的一个启示是，未来的火星任务需重视在地火转移长期飞行过程中减轻骨骼肌流失，以保障航天员维持活动能力、肌肉力量，并顺利完成日常科学实验操作；同时也有助于其返回地球后保持良好的身体状态。

这些发现表明，旋转圆环结构将是对未来太空飞行计划的明智补充，类似于NAUTILUSX等项目所探讨的原理。

BY: Matthew Williams

FY: AI

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