足也到太空凑热闹(2)

设想的未来火星栖息地

航天员使用特殊阻力装置进行训练

解决测试方法 要达到上述目的，首先需要解决的问题是如何来测量这些指标。有三个指标（下肢肌肉容积、肌肉力量和骨密度）只需要在飞行前后测量，目的是看看太空飞行引起肌肉-骨骼系统发生哪些变化。这很容易达到，医院中有很多仪器和方法可以使用，在Foot实验中用的是双能X线骨密度仪测量骨密度，磁共振成像仪测量下肢容积， Cybex等速肌力测试仪测肌力 。地面和太空实验中除了肌电图指标的记录容易解决外，还需要解决以下三个指标的测试问题：1）足部受力大小；2）下肢关节活动范围；3）适用于太空实验的实验装置。研究者们为此动了不少脑筋，想了很多方法，下面就将研究者们的“奇思妙想”一一道来。

为了记录不同情况下足部所受的力，研究者们设计了一双特制的鞋，鞋垫上有测力传感器。测力时，通过氮源对氯丁橡胶囊状物充气，使鞋垫表面与脚底保持密切接触，保证测量数据的准确性。航天员穿上这种特殊的鞋，只要脚一着地，鞋垫里的传感器就可以将足部接触地面的反作用力测下来。航天员一天活动中足部所受到的反作用力相加，就是航天员一天活动中足部的总反作用力。这个总反作用力还不是下肢受到的机械负荷刺激量。为了确定连续的日常活动（坐、站立、行走、跑步和其他活动）对下肢的机械负荷刺激量，研究者们采用了雨流峰计数方法来分析这些受力数据，通过计算，可得出机械负荷刺激量。

不仅要了解航天员在太空中下肢受到的机械负荷刺激量与在地面上有什么不同，还要知道肌肉的活动出现了什么变化。在有关的太空生活的视频中，有心人会注意到航天员在太空不能像在地面上那样站立，常常像母亲腹中的胎儿一样，蜷曲着身子，漂浮在空中，这样肌肉的活动与地面肯定不一样了。为了揭露太空中肌肉活动的秘密，需要知道航天员到太空中下肢肌肉的长度发生了什么变化。无法直接测量出肌肉长度的改变，但是如果同时测量下肢关节角度和下肢肌肉的肌电图，将这些数据输入一个数学模型，就可以推断出不同活动情况下肌肉的长度。为了测量下肢关节的活动，研究者们研制了关节偏移传感器，它可以记录踝关节、膝关节、髋关节的偏移角度。

如何将这些记录设备总装在一起，达到上天应用的标准呢？研究者们经过反复构思和试验，最后研制出一个称之为“下肢监测服”的特殊裤子。这个像运动裤一样的服装里，装的宝贝可不少，通过尼龙搭扣将需要测量指标的电极和小设备都贴附在上面，它还有一个可以连续采集数据的采集系统，此系统有14个采样频道：7个记录下肢各肌肉和右臂两块肌的肌电图，4个记录各关节的角度， 2个记录足/地面反作用力，还有一个可以标记时间的频道。每次测试后，测量的数据首先储存到非固定的信息收集数据采集系统里，然后传送到国际空间站人体研究设备的手提式电脑内。不使用时，所有的足部的硬件都存放在人体研究设备中。尽管里面有这么多东西，但安排得很好，穿上它不会影响航天员的日常活动。

飞行前，要对所有的实验设备和整个数据采集的有效性、 软件和数据采集程序进行一次又一次的试验和评估，只有做到完全符合太空实验要求，才能进行太空实验。

具体实施程序 国际空间站第6、8、11、12宇航组接受了完成“Foot实验”的任务，太空中航天员要完成很多任务，“Foot实验”只是其中的“沧海一粟”，故每次任务中只有一名航天员参加实验，共4名被试者，均为男性，飞行时间6个月。 收集航天员在地球上4天和飞行中4-7 天中数据，在实验日，航天员必须穿上下肢监测裤，像平日一样生活、工作和锻炼，下肢监测裤将连续地收集航天员6.5-11.8小时活动期间的数据。每次纪录后，先暂时存到一个可以移动的存储器里，之后再将数据转移到空间 站的人体研究设备手提式电脑电脑中。

第12宇航组的指令长麦克·阿瑟在跑台上锻炼

漂浮在空中的航天员

第8宇航组的指令长福阿莱在美国的“命运”实验室的人体实验设备旁工作

研究者们可以通过对实验数据的分析，比较航天员在地面和太空飞行期间上述指标的差别，就可以知道地面和太空人足部受力的不同和微重力对肌肉-骨骼系统的影响。下面几张图是航天员穿着下肢监控套装进行实验的情况。

首战告捷

文章来源：《航天医学与医学工程》 网址: http://www.htyxyyxgc.cn/qikandaodu/2021/0329/475.html