航天员营养

航天员营养一、中国载人航天大事记1992年，我国载人飞船正式列入国家计划进行研制。1999年11月20日、2001年1月10日、2002年3月25日、2002年12月30日，我国先后4次成功发射神舟一号至4号无人飞船，载人航天已为时不远。2003年10月15日，我国成功发射第一艘载人飞船神舟五号，航天员是38岁的杨利伟。21个小时23分钟的太空行程，标志着中国已成为世界上继前苏联/俄罗斯和美国之后第三个能够独立开展载人航天活动的国家。2005年10月12日，我国成功发射第二艘载人飞船神舟六号，成功将两位航天员——费俊龙、聂海胜同时送上太空，并首次进行多人多天飞行试验。2008年9月25日，我国成功发射第三艘载人飞船神舟七号，三名航天员——翟志刚、刘伯明、景海鹏顺利升空，航天员走出舱门，实现太空行走，从而使我国成为继俄罗斯、美国之后第三个掌握太空出舱技术的国家。2012年6月16日，我国第四艘载人飞船神舟九号成功发射，三名航天员——景海鹏、刘洋、刘旺顺利升空，航天员景海鹏第二次参加飞行任务；刘洋成为中国首位参加载人航天飞行的女航天员。中国首次成功实施载人空间交会对接。2013年6月11日，我国第五艘载人飞船神舟十号搭载两名男航天员聂海胜、张晓光和女航天员王亚平三位航天员飞向太空，将在轨飞行15天，并首次开展我国航天员太空授课活动。标志着中国已经基本掌握了空间飞行器交会对接技术。2016年10月17日，我国第六艘载人飞船神舟十一号成功发射，航天员景海鹏、陈冬，神舟十一号进行宇航员在太空中期驻留试验，驻留时间将首次长达30天。19日凌晨，神舟十一号飞船与天宫二号自动交会对接成功。航天员景海鹏成功打开天宫二号空间实验室舱门，两位航天员顺利进入天宫二号空间实验室，景海鹏成为第一个进入天宫二号的航天员。二、航天员营养目前，宇宙空间开发是当今世界各国研究的热点，我国载人航天工程经过十多年的发展，取得了突破性进展，并逐步进入到空间站时代。载人航天技术也将面临着保障航天员在太空环境中长期生活的问题。航天营养是航天医学的组成学科之一，其研究范围包括航天特殊环境因素（失重、噪声、振动、昼夜节律改变、辐射和狭小空间等）对机体生理、生化和代谢作用的规律和机理；饮食营养与机体内环境稳定、对外环境反应、适应及耐受能力的关系；机体对饮食营养的需求、合理营养的组织原则、不同营养素的供给量标准及营养保障措施等。三、航天环境的特点载人航天器多在离地200-500km的空间飞行。在这个范围内，大气环境为真空状态。航天器在太空飞行时地球的重力场接近于零，为微重力（UG），俗称失重。太空环境对于人类而言是一个完全陌生的环境。小组成员：邓罗卢张田航天特殊环境因素主要有失重、噪声、振动、昼夜节律改变、辐射和狭小空间等。人进入太空环境后为了适应这个全新的环境，机体会发生一系列的生理、生化改变，这些变化将对机体在太空中的生存和生活带来许多不良影响，这些影响有些也会干扰机体的营养代谢过程。四、航天失重对人体的影响1、肌肉萎缩在地球上，抵抗重力的持续拉力保持正常身体姿势的肌肉称为抗重力肌。航天失重条件下，抗重力肌发生废用性萎缩的现象明显。肌肉萎缩的速度受飞行持续时间影响，一周内短期航天飞行不发生肌肉萎缩，但11天的飞行后肌肉萎缩就很明显。在失重环境中头四个月肌肉发生明显萎缩后，仍以较慢的速度继续萎缩。肌肉萎缩的程度受饮食摄入情况的影响，航天期间宇航员食物摄入减少或者锻炼量增加，会导致肌肉蛋白质丢失，但长期飞行则萎缩现象不明显。2、骨质丢失失重状态下，骨骼不再承受重量，又减少了运动对骨骼的刺激，因而失重的结果是是骨密度下降，骨骼脱钙化，造成骨质疏松。失重飞行会引起骨小梁变薄、变少，少量的前骨质、成骨细胞的数量和活动减少，骨膜的形成减慢等。另外，试验证明，飞行中航天员尿和粪便的钙含量呈明显增加，这说明钙在丢失，体钙丢失就表明骨钙也在丢失，出现持续性的负钙平衡，其结果必然导致航天员骨质疏松。3、心血管功能失调在地球上，血液在血管中存在着流体静压，人体直立时，由于流体静压的影响，头部血压低，下肢血压高，部分血液滞留在下体，主要在下肢血管内。在失重条件下，由于流体静压作用消失，贮留在下肢血管的血液以及下肢的部分组织液会自然地向上移动，引起了机体内血液的重新分布，表现为颜面肿胀（以眼圈为甚）、鼻塞、头痛。大静脉如中央静脉扩张，身体感知为循环血容量增加，激活机体对抗机制，增加体水排出，导致身体有效血容量减少（此时血液浓缩，红细胞破坏增加，合称航天贫血。）此外运动减退等综合作用于人体使得心肌冠脉内皮下层水肿，内径变细，毛细血管出现血液瘀滞等现象。当宇航员返回地球时，体液被重新拉回下体，加上血容量减少，容易发生直立性低血压，出现晕厥现象，称立位不耐症。4、空间运动病进入UG环境中几分钟或几小时，一些宇航员出现空间运动病的症状，表现为头痛、不舒服、恶心、最终发生呕吐。60%~70%的宇航员在飞行的第一天或第二天出现症状，在第三天至第五天消失。学者们主要认为是暴露于UG环境后，来自内耳前庭系统、视觉、皮肤、关节和肌肉感受器信号之间的关系发生紊乱所致。5、血液和免疫系统90%的正常红细胞具有双凹盘状结构，在UG环境中，一些红细胞变成桑葚形或者圆球形，不过，即便长期飞行以后，它们也很容易恢复原状。在飞行4天后，就观察到以红细胞数量减少为特征的贫血。飞行3个月后，红细胞数量减少15%，没有什么主观症状，返回地面后恢复。担负防御微生物入侵任务的淋巴细胞功能轻度降低，但不会造成实际问题。6、胃肠道微生态紊乱UG环境中引起体液转移并造成血液和总体水容量改变，头部液体增加引起鼻子类似于感冒一样的鼻塞，舌头上的味蕾肿胀，导致嗅觉和味觉减退，造成飞行时宇航员食欲下降。消化道的气体不能“上升”至嘴巴，而是在消化道内蓄积，造成胃肠胀气。研究人员还发现，航天期间胃肠道内的细菌数量增多，细菌菌群也发生变化，表现为以厌氧菌双歧杆菌为代表的“屏障”微生物种群数量减少，直至完全消失，在原籍菌的生境中出现过路军及条件致病菌像肠球菌、肠杆菌和梭状芽孢杆菌，即发生肠道微生态紊乱的现象。此外，胃肠内容物通过实间延长，可能改变胃肠细胞的血流量。以上因素都有可能影响营养素的吸收。五、失重对营养代谢的影响（一）能量代谢•静息代谢率（RMR）是人体在安静状态下的能量消耗速率。RMR与基础代谢率（BMR）最接近。与地面相比，在太空失重环境中这一部分能耗变化不大。•体力活动能耗（AEE）从事活动所需能量的多少与活动的类型和负荷大小有关。•食物的生热效应（TEM）TEM是进餐后RMR持续5～6小时高于BMR的能耗。在太空失重环境中RMR能耗变化不大。因为训练的作用和在失重环境中抬腿不需要做功所以AEE比地面要小。由于缺乏飞行试验资料，可以假定航天环境中食物的生热效应与地面一致或占膳食热量的10%。随着飞行时间的延长，飞行员吃得更多，为延缓和减轻肌肉萎缩和骨丢失进行的锻炼增加，相应的TEM和AEE也增加。当能量摄入不能满足航天员的能力需要时，身体就消耗自身的能量储备以提供所需的能量。这样可导致体重减轻、肌肉质量损失和体能下降。（二）蛋白质代谢航天飞行引起的代谢应激反应，肌肉萎缩，食欲减退，以及增加锻炼，发生负氮平衡。在最初适应航天环境之后，尽管蛋白质的摄入下降了20%，血浆中必需氨基酸、尤其是支链氨基酸的水平仍升高。（三）脂质代谢航天过程中，脂解酶活性升高，脂肪动员过程增强，脂肪组织重量减轻，血浆中三酰甘油和非酯化脂肪酸的含量相应升高（四）碳水化合物代谢航天初期的急性失重适应期内，糖消耗增加，肌肉、肝脏、心、脑中糖原含量降低。在航天后期，糖原的合成与利用速度减慢，高能磷酸键生成的主要途径氧化磷酸化受阻阻滞，发生糖无氧酵解的代偿反应。（五）维生素代谢太空中辐射较高，航天飞行中，航天员维生素的摄入量降低，消耗量大，极易出现缺乏。（六）水和电解质代谢在失重条件下心血管系统的静水压消失，血浆容量和血管功能会发生改变。航天器内光照水平低、睡眠/觉醒周期紊乱和宇航员经常遇到的应激可能改变昼夜节律,继而影响液体、电解质和调节激素的特异水平。（七）微量元素代谢长时间处于失重条件下导致的骨丢失和肌肉萎缩，也使存在于肌肉、骨骼中的锌、铜、氟等微量元素处于负平衡状态。六、失重机体生理生化改变与营养的关系（一）肌肉萎缩通过研究发现，宇航员的肌肉萎缩主要跟航天飞行中的能量负平衡与负氮平衡有关。随着在轨时间的延长，膳食摄入量和锻炼量相应增加，蛋白质损失的速度减慢。资料显示随能量摄入增加氮损失减少的明显倾向，说明在航天飞行期间保持正常的能量供应和摄入至关重要。大量离体和活体实验结果显示，膳食补充高水平的亮氨酸能够抑制去负荷肌肉蛋白质分解和/或促进蛋白质合成。（二）骨质丢失低能量摄入、低钙摄入、低血浆25-（OH）D水平或低胆钙化醇水平和高盐摄入以及缺乏肌肉的刺激均与航天骨质疏松有关。针对这些因素，研究人员做了相关实验，然而试验结果让人失望，膳食钙、维生素D并不能稳定骨周转，高钙与高磷摄入维持的钙平衡并不持久，加强肌肉锻炼的效果并不明显。提高维生素K的摄入量有助于对抗失重诱导的骨质丢失，但仍需更多研究加以验证。显然，合理营养、治疗措施、药物和锻炼之间的平衡可能是最有效的对抗骨丢失措施。研究结果显示，应限制膳食钠和蛋白质供给量，同时保证膳食钙、维生素D、维生素K、镁和磷等与骨的质和量有密切关系的营养素的适量摄入。（三）体重减轻一般而言，几天以内的短期航天体重丢失是以水分为主，更长时间的飞行则主要与失重条件下肌肉的废用性萎缩、骨丢失和体脂肪消耗有关。体重减轻的后果轻则影响宇航员返回地面后的再适应过程，重者可对宇航员的身体造成永久性损伤。因此，为宇航员提供营养合理、感官接受性好的平衡膳食，保证飞行期间宇航员的正常能量摄入具有重要意义。（四）航天贫血航天贫血与铁丢失有关，根据当前的研究，国际空间站乘员组推荐的铁摄入量是10mg/d，与地面成年男性RDA相同。从理论上讲，增加航天时膳食铁的摄入就增加了在航天高辐射环境中组织氧化损伤的可能性，因此补充铁的理想时间很可能是在返回着陆之后。因为身体增加血红细胞生成以恢复理想的血红细胞质量，返回地面后叶酸的需要量需轻度增加。（五）空间运动病食欲下降是空间运动病的一个明显症状，同时由于头部充血导致很多宇航员飞行时口味发生改变，偏爱辛辣刺激的食物。空间运动病的发病率高，但持续时间一般不长，通常在24~48小时内缓解。短期飞行的宇航员会在发射前少进食或者不进食，以防剧烈恶心和呕吐的发生。（六）肠道微生态紊乱失重条件下发生肠道微生态紊乱，胃肠道功能因菌群变化和胃肠胀气而改变，影响机体营养素需要量和机体的营养状态。研究表明，动物内源性微菌群在保持微生态自身稳定中发挥主导作用，人工和受控微菌群对预防动物体内的菌群失调具有重要意义。现已应用诊断和治疗航天员菌群失调的方法包括飞行前自身菌群的健康调理和飞行时使用益生菌制剂。七、宇航员的合理营养与营养素供给量航天营养的首要目的是满足宇航员营养需要，优先考虑那些据认为是对维持航天时骨骼肌肉功能和完整性最重要的营养素，同时，通过改变飞行前膳食摄入以减少对失重适应的过渡时间，改变飞行后的膳食以加快损失组织或营养储备的恢复，也是重要方面。航天食品要求:体积小、重量轻、储存条件和密封条件要符合航天环境的要求，安全可靠在失重条件下使用方便、卫生、口感好食品消化之后残渣少（一）合理营养1、能量考虑食物残留量、食物利用率，一般在能量需要量的基础上增加10%~15%作为航天口粮的能量供给量标准。如按能耗10.45MJ（2500kcal）计算，则供给量应为11495~12018kJ，即11.7MJ（2800kcal）左右。2、蛋白质蛋白质供能占总能量15%时，表明蛋白质摄入是适宜的。现主张按RDA的标准供给优质蛋白质，蛋白质来源中动物性食物和植物性食物的比例以接近60:40（其中动物性蛋白不能低于50%）为宜。3、脂肪由于高脂肪膳食对心血管系统有不利的影响，并有可能降低高空飞行耐力（航天飞行初期如胃排空时