太空宇航员也要用跑步机？失重环境下如何保持肌肉和骨骼健康？

是的，宇航员在太空站里也要“跑步”！在失重环境下使用跑步机是保持肌肉和骨骼健康的关键措施之一。失重环境对身体的负面影响非常大，主要涉及肌肉和骨骼系统：

肌肉萎缩：

• 原因： 在地球上，我们无时无刻不在对抗重力。站立、行走、甚至只是坐着，我们的肌肉（尤其是抗重力肌群，如腿部、背部和颈部肌肉）都在进行微小的收缩以维持姿势。这种持续的负荷刺激对于维持肌肉质量和力量至关重要。
• 在太空： 失重状态下，身体不再需要对抗重力。肌肉失去了主要的日常负荷刺激，会迅速感知到“不需要那么多力量了”。结果就是身体开始分解肌肉蛋白质，导致肌肉萎缩（体积减小）和力量下降，尤其是下肢和核心肌群。

骨质流失（太空骨质疏松）：

• 原因： 骨骼是一种动态组织，不断地进行着骨形成和骨吸收（分解）。负重活动（如行走、跑步、跳跃）对骨骼施加的机械应力是刺激骨形成、维持骨密度的最关键因素。
• 在太空： 失重状态下，骨骼失去了几乎所有的机械负荷刺激。骨细胞感知到“不再需要强壮的骨骼来支撑身体”，于是骨吸收过程大大超过骨形成过程。这导致骨密度显著下降，速度非常快（每月可达1%-2%，相当于地球上老年人一年的流失量），尤其是承重骨（如腰椎、骨盆、股骨、跟骨）。骨骼变得脆弱，骨折风险大大增加，返回地球后恢复期漫长。

如何对抗这些影响？核心策略：模拟重力负荷和施加阻力

太空健身设备就是为了在失重环境下，人为地给身体施加类似地球上的负荷和阻力，最大限度地减缓肌肉萎缩和骨质流失。主要设备包括：

太空跑步机：

• 目的： 主要针对心血管健康、下肢肌肉刺激和模拟负重。
• 如何在失重下“跑步”？
  • 束缚系统： 宇航员必须穿上带有肩带和/或腰带的特殊背带装置。
  • 施加向下力： 这个背带通过弹性束带连接到跑步机两侧或后方的固定点上。调整束带的张力，可以将宇航员“拉”向跑步机表面，模拟一部分体重（通常设定在相当于地球体重的50%-80%左右）。
  • “跑步”动作： 宇航员像在地球上一样迈步，但由于束带的拉力，他们的脚可以接触到跑带并施加蹬踏力，从而给下肢骨骼和肌肉施加负荷。跑带本身也会转动。
  • 隔振系统： 跑步机本身安装在特殊的隔振系统上，防止宇航员跑步产生的振动传递到空间站结构，干扰精密实验仪器。
• 效果： 有效维持心血管功能，刺激下肢肌肉（尤其是小腿、大腿、臀部），并通过模拟负重对下肢骨骼（股骨、胫骨、跟骨等）施加应力，有助于减缓骨质流失。

太空自行车：

• 目的： 主要针对心血管健康、下肢肌肉耐力。
• 设备： 类似于动感单车。宇航员坐在或固定在座椅上，脚踩踏板。有些设计可以让宇航员在“卧姿”下骑行。
• 阻力： 通过电磁或摩擦装置提供可调节的阻力，模拟不同强度的骑行。
• 效果： 高效的心血管锻炼，对下肢肌肉进行耐力训练。对骨骼的刺激相对跑步机较弱。

高级抗阻训练器：

• 目的： 这是最关键的部分，专门针对全身主要肌肉群的力量训练和骨骼负荷。
• 原理： 在地球上，我们通过举起哑铃、杠铃或使用器械的配重块来提供阻力。在太空中无法使用配重块（它们会飘起来）。
• 解决方案： 使用真空缸和飞轮组合或阻力带系统。
  • ARED： 国际空间站使用的是高级抗阻训练器。它利用两个真空缸内的活塞拉动缆线。宇航员拉动缆线时，需要克服真空缸内活塞运动产生的恒定阻力（类似于举起恒定的重量）。可以模拟深蹲、卧推、划船等多种力量训练动作。
  • 阻力带： 一些设备也使用高强度弹性阻力带提供可变阻力。
• 效果： 这是对抗肌肉萎缩和骨质流失最有效的手段之一。通过大负荷、低次数的训练，强烈刺激肌肉和骨骼，最大限度地维持甚至增加肌肉力量，并减缓骨密度下降。它尤其能锻炼到上肢、核心和背部肌肉。

综合健康管理

除了高强度的运动，宇航员的健康管理还包括：

• 严格的锻炼计划： 宇航员每天必须花费大约2小时进行锻炼（跑步/骑车 + 力量训练），每周6-7天。计划由地面专家制定并监控。
• 营养： 精心设计的太空食谱，确保摄入足够的热量、蛋白质（维持肌肉）、钙和维生素D（维持骨骼）。营养师密切监控。
• 药物： 有时会使用双膦酸盐等药物来帮助减缓骨质流失。
• 返回后康复： 返回地球后，宇航员需要经历漫长的康复训练，在重力环境下逐步恢复肌肉力量和骨密度。

总结：

在失重环境下，跑步机、自行车和高级抗阻训练器等设备，通过束缚系统、弹性束带、真空阻力或电磁阻力等技术，人为地模拟地球上的重力负荷和阻力。宇航员每天进行数小时的高强度、针对性锻炼，结合科学的营养和可能的药物辅助，才能最大限度地对抗失重导致的肌肉萎缩和骨质流失（太空骨质疏松），保护他们的肌肉骨骼健康，确保他们能完成任务并安全返回地球。这些锻炼是太空任务中不可或缺的“生存”技能。