太空醫學：描繪未來健康藍圖

今年4月24日是第11個中國航天日，恰逢中國航天事業創建70周年、中國航天日設立十周年。太空醫學是伴隨空間技術發展而興起的學科，它聚焦于太空環境對航天員生理、心理的影響，研究相應的防護、診斷與治療手段。隨著人類太空活動從短期任務拓展至長期駐留乃至深空探索，其重要性日益凸顯。

文|陸舒潔 韓樾夏 孫劍飛

陸舒潔，東南大學生物科學與醫學工程學院博士研究生。

韓樾夏，中國科學院空間應用工程與技術中心高級工程師。

孫劍飛，東南大學生物科學與醫學工程學院教授。

從蘇聯航天員加加林首次進入太空至今，人類已積累了60多年的太空生活經驗。早期的載人航天任務主要集中在地球軌道上，飛行周期較短，那時的航天員健康風險還處于初步觀察階段。

如今，人類正在積極推進更長的太空征程，月球科研站的建設、火星探測任務的實施、星際航行的啟動等正逐步成為現實。在這些任務中，航天員無一例外會面臨微重力、高強度的宇宙輻射、封閉隔離等極端環境因素的挑戰。太空這個無形的“戰場”會持續并深刻影響他們的身心健康。

深入研究航天員在微重力等特殊環境下的生理功能改變機制，并規劃切實有效的健康防護方案，不僅是太空醫學的重要課題，也是關乎深空探索持續發展的關鍵。多國科學家在這一前沿領域積極開展探索，從系統性的健康監測到創新性的對抗技術研究，太空醫學已步入從現象觀察到機制解析、從被動防護到主動干預的新階段。

01.

太空環境與人體健康

人類從古至今一直向往神秘未知的太空，然而當真正接觸并進入其中后才發現危機重重。

人類一直在穩定的重力場中進化，而在太空的微重力環境下，其組織功能會明顯受到影響：成年人的骨密度每月會損失1%~2%，是地球上正常骨質流失速度的10倍；心臟因無須對抗重力而逐漸萎縮；體液會向上半身轉移，導致出現“太空浮腫臉”和視力變化等。

美國國家航空航天局長期、系統性收集航天員飛行前、中、后的全面健康數據。其標志性項目是以一對同卵雙胞胎航天員兄弟為研究對象的長期人體對照研究，一位在空間站執行任務，另一位在地面照常生活。這是人類首次在基因組、表觀遺傳組、認知功能等多維度量化長期太空飛行的綜合影響。研究結果顯示，身處空間站的那位航天員的細胞中微RNA發生了變化，并有體重下降、頸動脈擴張、腸道菌群改變等情況出現。研究還發現，他的端粒（一種衰老標記物）會變長，返回地球后，端粒的長度恢復甚至變得更短，最終產生衰老加速的生物學后果。此番對生命系統進行的高強度“壓力測試”為探尋太空環境與衰老的關系提供了全新的研究路徑。

太空輻射是深空旅行中最隱蔽的威脅。國際空間站上受到的輻射劑量是地面的50倍，而火星旅程中受到的輻射更厲害。研究揭示，像微小的子彈一樣，高能粒子能夠直接破壞人體的DNA結構，顯著增加癌癥風險，甚至影響中樞神經系統功能。

飛行過程中的幽閉環境及晝夜節律紊亂等也會造成航天員的健康失衡。

02.

在太空實驗室破解生命密碼

僅列出太空中的健康風險清單遠遠不夠，新時期太空醫學的核心是深入理解其中涉及的細胞分子機制，并在太空中直接開展防護策略的測試。

傳統的地面模擬和有限的航天員樣本無法滿足這一測試需求，實驗室太空化已是必然趨勢。美國在20世紀四五十年代就開始利用火箭和人造衛星進行動物試驗。2000年正式運行的國際空間站為人類進行長期太空科學研究提供了有效的實驗平臺，多國大量的細胞、組織工程實驗都在其上完成，眾多科研成果在此誕生。

微重力下的細胞無須對抗重力，能以自然的三維方式生長和聚集，所形成的復雜三維組織結構（如類器官）非常接近人體器官，這為地球上難以模擬的組織構建提供了可行性。2025年，我國“基于器官芯片的失重心血管功能變化機制與防護研究”項目獲批，這是國際首個開展太空人體血管研究的器官芯片項目。該太空人體血管組織芯片的外觀與U盤相似，包含由人體干細胞重構的微型人體心臟，可以收縮和舒張的微型人體動脈血管，具有角質層、真皮層和黑色素的人體皮膚等器官組織，用于研究導致血管結構和功能變化的細胞學機制，并測試保護性藥物對避免預期問題的有效性。同年，中國空間站首次利用腦類器官芯片研究空間微重力環境對人腦功能的影響及作用機制。

太空人體血管組織芯片

（圖片來源：東南大學蘇州醫療器械研究院）

太空醫學研究的蓬勃發展為解決太空健康危機、克服制約人類長期航天飛行的諸多健康難題帶來希望。與此同時，其研究成果還將積極惠及地面醫療，提高疾病治愈率。

03.

“骨肉”保衛戰

人體骨骼在空間微重力環境的長期影響下，會發生失重性骨質變化，表現為持續性的骨量丟失、生物力學性能下降、骨鈣素分泌降低等，即微重力誘導的骨質流失或骨質疏松。與此同時，肌肉質量會減少，力量會快速降低。這些變化不僅會影響航天員的在軌健康與任務能力，也給其返回地球后的生活帶來風險。因此，對抗太空中的“隱形流失”——骨質流失和肌肉萎縮等已成為保障長期載人航天任務成功的核心挑戰之一。

對抗骨質流失的常規措施主要有高強度抗阻鍛煉（如使用高級抗阻鍛煉裝置）、營養干預（攝入優化鈣和維生素D）等。骨密度計是評估上述措施是否有效的“終極裁判”。根據定期掃描的結果，研究人員對采用不同對抗方案的骨密度變化曲線的差異進行分析，進而優化航天員的防護策略。

航天員正在安裝骨密度計

（圖片來源：美國國家航空航天局）

面對抗阻鍛煉與營養優化等國際主流方案成效不甚顯著的局面，中國科學家認識到，唯有深入細胞內部，破譯微重力擾亂生命活動的“分子密碼”，方能治本。他們將目光投至失重調節骨質丟失的介質小分子，研究其作用機制，并有針對性地給出關于航天員失重骨防護的理論指導。在神舟十八號飛船任務中，中國航天員將成骨細胞和成肌細胞送入中國空間站，在真實微重力場中對其開展實驗，旨在探究長期飛行中骨質丟失及肌肉萎縮的防護作用與機制。實驗還研究了用來調節骨形成的關鍵調控因子在太空中的功能有效性。

04.

星際藥房

太空的微重力特點為干細胞的大規模擴增和組織工程的構建提供了新的發展路徑。巨大的商業與衛生健康價值令不少國際生物制藥巨頭將目光轉向太空微重力實驗室，進而催生出一系列革新性藥物。太空已成為推動藥物研發、孕育治療革新的前沿陣地。它不僅為解決航天員的健康問題提供方案，更源源不斷地為地面重大疾病的攻克貢獻來自星辰的智慧。

美國安進公司在太空微重力環境下用小鼠測試了骨保護素、肌肉生長抑制素和硬化蛋白抗體等3種在研藥物，最終研制出用于治療骨質疏松癥和骨巨細胞瘤的地舒單抗。德國默克公司在國際空間站開展了多次單克隆抗體晶體實驗，利用微重力環境獲得了均勻的結晶懸浮液，研制出治療黑色素瘤、非小細胞肺癌、腎癌等10余種腫瘤的派姆單抗。美國默沙東公司在國際空間站對藥物進行純化結晶，最終開發出帕博利珠單抗。這是一款通過激活患者自身免疫系統來對抗多種癌癥的“明星藥物”。

帕博利珠單抗的純化結晶試驗的地面對照樣品（左）

與航天樣品（右）

（圖片來源：默沙東公司）

中國科學家則另辟蹊徑，開創了自己的太空生物制藥路徑。研究團隊9次將具有抗癌功效的α-溶血性鏈球菌送入太空，利用宇宙輻射與微重力的復合效應對其進行高效誘變育種。每經過一次太空搭載，菌株的抗腫瘤活性均顯著提升3~5倍。更重要的是，太空環境誘導菌株產生了全新的活性代謝產物——自愈原生因子。該因子不僅能更有效地攻擊腫瘤，更具備修復與激活患者自身免疫及組織修復系統的潛能，實現了癌癥治療理念從“外部殺傷”到“激活內源性自愈”的重大升級。這項研究是將空間資源轉化為新一代生物療法的典范。

05.

多組學時代的生命圖譜

最新研究表明，太空環境對人體的影響遠不止肉眼可見的生理變化，它正在生命最基本的調控層面——基因表達與表觀遺傳書寫新的“太空密碼”。

目前，太空醫學研究已進入多組學時代。美國國家航空航天局建立了全球最大的太空人體數據庫，用于繪制太空環境對人體影響的“基線”和“風險圖譜”。

2024年，英國《自然》周刊及其子刊發表?？?，系列報道了國際空間組學和醫學圖譜的研究成果：建立標準化生物樣本收集標準，對樣本轉錄組變化、表觀遺傳變化、微生物變化、線粒體反應等進行研究，最終形成廣泛的分子和生理圖譜。收錄航天員的生物樣本數據的數據庫及醫學圖譜的建立可以更深入、全面地了解航天飛行對人體功能的影響，有助于推動太空醫學的發展，保障航天員在太空環境中的生命健康，為個性化健康管理打下堅實基礎。未來的月球、火星等探測任務也可以從中獲取所需的健康監測、風險規避和參考數據等重要信息。

當我們仰望星空，暢想構建月球基地、火星城市時，太空醫學正默默繪制著讓人類成功實現跨星球生存的健康藍圖。藍圖中，保障航天員健康與改善全人類健康不再是兩個獨立的目標，而是同一科學探索的一體兩面。

從幫助骨質疏松患者的新藥，到基于太空蛋白質結晶技術的抗癌療法，再到從太空微生物育種中獲得的免疫調節因子，太空醫學的成果正悄然融入現有的醫療體系。這門在太空時代誕生的學科已逐步成為連接人類未來與健康福祉的重要橋梁，它按照“太空探索，地球受益”的理念發展進步。太空中遇到的每一個健康挑戰，都在加深我們對生命基本規律的理解；為航天員開發的每一項防護措施，都可能成為惠及大眾的醫療突破。

在探索星辰大海的征程中，最大的收獲或許不是新的領土，而是對生命本身更深刻的理解，以及由此帶來的延長壽命、提升健康的無限可能性。

*本文刊登于《科學畫報》2026年第5期，更多相關內容歡迎訂閱。

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