航天飛行醫學原理與實踐(全2冊)（簡體書）

20世紀90年代初，我國啟動了載人航天工程，確立了三步走的發展戰略。 20多年來，我國成功發射了11艘神舟號飛船、1個目標飛行器、1個空間實驗室和1艘天舟號貨運飛船，先後將11名航天員14人次送入太空，全面突破並掌握了天地往返、空間出艙和交會對接等基本技術，驗證了貨物運輸、推進劑在軌補加、航天員中期駐留等關鍵技術。 2019年7月19日，天宮二號空間實驗室受控離軌再入大氣層，這標誌著載人航天工程前兩步完美收官，我國正式邁入空間站時代。在2022年前後，中國將建成具有中國特色和時代特徵的空間站，開展一系列空間探索活動。要實現這一宏偉目標，無論是在工程研製方面，還是在技術應用方面，都面臨著新的挑戰和考驗，而載人航天飛行醫學保障（載人航天實施醫學）是諸多考驗之一。載人航天實施醫學綜合應用預防醫學、臨床醫學、心理學、航天環境醫學和失重生理學的基礎知識和技術，在航天飛行任務實踐中為航天員的安全和健康保駕護航，充分突顯“實施”的重要性和操作性。我國載人航天活動起步較晚，雖然已經圓滿完成了6次載人航天飛行，但飛行時間不長，載人航天實施醫學的經驗不足，目前國內關於長期載人航天實施醫學的專著尚缺。為滿足廣大科技工作者的需求，我們組織相關專業的科技人員翻譯了該著作。

載人航天實施醫學是研究載人航天飛行任務中各種因素對航天員的影響、研發各種技術或措施應對載人航天飛行中的各種醫學問題以保障航天員健康的一門應用性醫學學科。載人航天實施醫學始於20世紀50年代末，經過美國阿波羅號飛船成功登月和天空實驗室的試驗性飛行，以及蘇聯聯盟號飛船的系列飛行和禮炮號空間站的驗證性飛行，得以逐步發展。 20世紀70年代末，美、蘇兩國對載人航天實施醫學的經驗和成果進行初步總結，提煉出基礎知識和技術，產生了一些航天醫學標準和操作程序，形成了載人航天飛行醫學制度和規範，初步形成了航天實施醫學體系。 20世紀八九十年代，蘇聯實施了和平號空間站飛行，美國參與了一些聯合飛行任務，隨後美、蘇兩國牽頭開展了國際空間站的研製，並在20世紀末建成了航天員可以駐留的國際空間站，這期間載人航天實施醫學得到了進一步的充實和完善。

過去40年，人類多次進入太空，進行了一系列探索和嘗試，獲得了無比珍貴的載人航天實施醫學知識，試驗或驗證了相關的醫學保障技術。更為重要的是，認識到了航天環境對人體的不利影響，如輻射暴露損傷、心血管機能紊亂、骨質丟失、肌肉萎縮等，並針對這些醫學問題研製了相應的預防或應對措施，將航天飛行對人體的不利影響降到最小，並在航天員飛行返回地面後促進其身體快速恢復，以保障乘員的安全和健康。該著作將載人航天飛行中的醫學保障經驗和成果進行系統總結，書中大量的經驗和成果來源於美國天空實驗室飛行任務航天飛機飛行任務、蘇聯禮炮號和和平號空間站的長期飛行任務，以及國際空間站前期幾次飛行任務。讀者可以從中獲取與航天飛行相關的醫學原理知識，認識和理解航天環境及其對航天員的影響；全面了解和認識長期航天飛行中面臨的醫學問題及應對措施，以及飛行乘員醫學選拔/鑑定標準、相關的特殊醫學技術等。

本書內容既非單純的載人航天實施醫學理論知識，也不是描述性綜述。本書內容翔實、圖文並茂、通俗易懂、實踐性強，可為從事載人航天飛行任務的航天員、科研人員、醫護人員、設計師和工程師提供參考，同時，也可為深空、深海、深地等科考人員提供借鑒。

由於時間倉促、水平有限，書中難免會出現翻譯不妥或錯誤之處，敬請各位讀者不吝賜教和指正。

我們代表所有翻譯人員向邁克爾·R.巴勒特和薩姆·L.普爾兩位博士表示敬意和感謝，同時也衷心感謝中國宇航出版社和廣大同仁的支持、幫助和理解！

馮金升廖蘋崔彥

己亥·夏末

沒有不能居住的陸地，沒有不能航行的海洋。

——羅伯特·索恩，1527年

1768年，詹姆斯·庫克船長準備駕駛他的惠特比運煤船奮進號，和他的船員進行一次長途海上航行。在那時商貿航海過程中，船員死亡率普遍達到或超過50%。由於食物中缺乏抗壞血酸（維生素C）而導致的壞血病，是他們最大的“敵人”，因此，庫克在隨船醫生威廉·蒙克豪斯的幫助下，為船員們制定了一套預防性治療方案，包括需要補充含抗壞血酸的物質——食物補充劑，例如洋蔥、泡菜、水果，以及偶爾在途中海島上發現的天然植物，這使得沒有一個船員死於壞血病。此後，庫克和其他無數船員免遭壞血病的詛咒，許多人的生命得以挽救。一種新的期望出現了：船員們可以安全地在海上停留很長一段時間，以完成他們的航行。

今天我們站在200多年前庫克停留過的位置。在過去40年裡，人類已經在太空飛行中進行了許多大膽嘗試，而我們現在考慮的則是更具挑戰的太空探索和科學任務。到目前為止，與航空航天飛行相關的死亡率和發病率都比較低，即便如此，也不能忽視。通過先前的航天飛行任務，我們獲得了關於人類如何在太空環境中生活的寶貴知識和經驗，特別是失重方面的知識和經驗。太空環境對人體的不利影響已經確定，包括輻射暴露損傷、骨丟失、肌肉萎縮、心血管功能失調等。在低地球軌道飛行和前期探月任務中，這些影響是能承受的。然而，未來的探索任務涉及更遠距離、更長時間，因此需要應對這些不利影響，以保證人類在空間探索任務中能生存並且正常工作。當務之急是拓展人類探索空間，同時保證乘員的安全和健康。

正如奮進號隨船醫生蒙克豪斯的所作所為，我們也有醫療和安全標準，必須遵循。航天員執行飛行任務時，這些醫學標準將伴隨著他們。除了這些標準，我們還需要更全面地了解太空環境如何影響人體。在這一獨特而充滿挑戰的環境中，標準醫學實踐的應用將航天醫學定義為一個獨立的學科。 1968年，在人類開始航天飛行幾年之後，道格拉斯·巴斯比博士撰寫了《航天臨床醫學》，這是一部具有高度前瞻性並且見解深刻的著作，具有很高的參考價值。從此，研究人員通過科學研究獲得了豐碩的成果，包括失重生理學效應以及航天飛行中發生的可能影響乘員健康的醫學和環境事件。從多個方面看，本書是巴斯比博士經典之作的續作。 《航天飛行醫學原理與實踐》由航天醫學從業人員撰寫，可為相關領域的研究人員或其他需要了解這方面知識的人提供參考。本書既不是對醫學基礎理論的概述，也不是對航天飛行生理學的綜述，本書側重介紹人類在航天飛行中出現的、需要應對的醫學問題，以及航天飛行如何導致不利影響。本書旨在為航天飛行乘員提供最佳的醫療保障。

本書大量借鑒了美國天空實驗室飛行任務、航天飛機飛行任務、蘇聯的禮炮號和和平號空間站任務，以及國際空間站上最近幾次飛行任務的經驗。本書的作者都直接參與了航天飛行任務的支持工作和人類生命科學研究項目，他們具有豐富的實踐經驗，這體現在本書所提供的翔實資料中。讀者可以從中獲取與航天飛行相關的物理和原理方面的背景信息，從而能更充分地認識和理解航天環境及其對航天員的影響。本書全面回顧了航天飛行中人體各方面的反應、最有可能遇到的醫學問題，以及相應的診斷、處置和預防措施。本書重點介紹了長期航天飛行中面臨的幾個問題，例如輻射危害、骨質和肌肉丟失、心血管和神經系統失調、營養代謝紊亂以及心理反應等。在基礎理論和實際應用方面，討論了飛行乘員醫學選拔和入選標準。此外，還探討了最前沿的技術問題，尤其是與太空中能提供醫療保健服務的相關技術，例如醫療系統選擇與應用、遠程醫療、醫學成像、手術護理以及醫學轉運等。本書還對未來飛行任務（包括重返月球和行星際飛行任務）的醫學支持和實踐原則提出了合理設想。

航天醫學從業人員可以參考本書，為執行航天飛行任務的乘員提供更加科學的醫學支持。本書作為知識庫，可使許多從事空間生命科學或環境科學研究的團體和學術機構受益匪淺。參與空間探索項目和任務規劃的決策者也能從本書中找到有用信息。此外，在類似於航天飛行環境，如潛艇、極地考察站以及其他極端偏僻環境中提供醫學支持的科技人員或醫生，也能在本書中有所收穫，正如我們常常從這類環境中獲得有益的經驗。最後，那些對載人航天實施醫學感興趣的人，我們提供了最新醫學專業的綜合參考資料，沒有比這更吸引人了。

本書的規模和內容證明了本書的出版需要強大的技術和後勤支持。感謝技術編輯沙倫·赫克特和魯安尼·傑雷韋克以及圖表繪製奇才錫德·瓊斯和特里·約翰遜，他們花了大量時間把醫學術語翻譯成通俗易懂的英語和圖表；感謝空間生命科學圖書管理員雅尼納·博爾頓和金·索幫助查詢航天醫學文獻；感謝布魯克·希思曼和埃倫·普利傑安把各章節串聯起來。特別感謝空間生命科學技術文獻領域的專家克里斯·沃根為本書所做的貢獻；特別感謝梅里·波斯特的耐心指導。

當然，這裡還要把最深切的感謝送給我們的家人，尤其是我們各自的愛人米歇爾·巴勒特和簡妮·普爾，多年來，他們見證了我們對航天飛行任務的熱愛與痴迷，我們在有生之年都無法報答他們的奉獻與支持。

最後，衷心感謝40多年來不同國籍、不同職業的所有太空旅行者，你們為醫學試驗提供了檢測數據、監測信息以及採集的樣本。載人航天正是因為你們的耐心、堅強意志和無私奉獻，才有了今天的蓬勃發展。

邁克爾·R.巴勒特博士

薩姆·L.普爾博士

第1部分航天醫學的獨特屬性

第1章載人航天飛行中物理及生物環境因素

1.1航天飛行的常規物理參數

1.1.1離開地球

1.1.2地球軌道

1.1.3軌道碎片

1.1.4脫離地球軌道

1.1.5加速度作用力

1.1.6加速度作用力與航天飛行乘員機能失調

1.1.7著陸負荷

1.1.8微重力和部分重力

1.1.9部分重力

1.2輻射源

1.2.1銀河宇宙輻射

1.2.2太陽輻射和太陽宇宙粒子

1.2.3地磁帶輻射

1.3行星表面因素

1.3.1部分重力

1.3.2表面塵土

1.4結論

參考文獻

第2章人體對航天飛行的反應

2.1航天醫學發展簡史

2.1.1航天飛行簡述

2.2飛行前和發射因素

2.3失重

2.3.1短期反應

2.3.2人體測量學的變化

2.3.3體格檢查的發現

2.3.4心血管系統和容積的調節

2.3.5呼吸系統

2.3.6肌肉骨骼系統

2.3.7飛行中的體能

2.3.8神經學研究結果

2.3.9腎臟和內分泌系統

2.3.10消化系統

2.3.11飛行中的臨床實驗室檢查結果

2.4返回和著陸

2.5著陸後

2.5.1立位耐力不良

2.5.2神經前庭症狀

2.5.3其他飛行後的情況

2.5.4臨床實驗室檢查的價值

2.5.5飛行後的臨床醫學管理

2.6月球表面

2.6.1心血管問題

2.6.2神經前庭問題

2.6.3月球重力的其他影響

2.7結論

參考文獻

第3章醫學評價與標準

3.1基本原理

3.2目標

3.2.1選拔健康的航天員

3.2.2選拔後的健康維持

3.2.3日常注意事項

3.2.4建立標準化的數據

3.3醫學選拔中入選與落選的概念

3.4醫學標準的演變

3.5醫學選拔的程序與醫學鑑定的周期

3.6專項任務的醫學選拔

3.7選拔與保留標準：棄權程序

3.8航天員醫學選拔中的人群(人口學)偏差

3.9未來太空探索的醫學標準

參考文獻

第4章航天飛行醫療系統

4.1航天飛行醫療保健實施者

4.2醫療設施的配置

4.2.1醫療束縛系統

4.2.2自動化通氣裝置

4.2.3靜脈輸液治療

4.2.4心臟除顫

4.2.5心肺復蘇

4.3在軌醫療清單

4.4航天器和空間站的醫療系統

4.4.1水星及雙子星座任務

4.4.2阿波羅任務

4.4.3天空實驗室任務

4.4.4航天飛機任務

4.4.5蘇聯/俄羅斯和平號空間站飛行任務

4.4.6國際空間站飛行任務

4.5乘員生物醫學訓練

4.6未來醫學保障系統

參考文獻

第5章在軌常見病症的處置

5.1在軌醫療資源

5.2在航天飛行中需要處置的普通疾病

5.2.1空間運動病（SMS）

5.2.2創傷

5.2.3燒傷

5.2.4頭痛

5.2.5睡眠紊亂

5.2.6皮膚疾患

5.2.7眼睛疾患

5.2.8胃腸疾患

5.2.9上呼吸道疾患

5.2.10肺部疾患

5.2.11過敏反應

5.2.12牙齒疾患

5.2.13泌尿道疾患

5.2.14心臟疾患

5.3在軌醫療操作程序

5.3.1肌肉注射

5.3.2靜脈穿刺接入輸液管

5.3.3藥液配置

5.3.4其他在軌操作程序

5.3.5轉運

5.4小結

參考文獻

第6章在軌外科手術能力

6.1在軌飛行期間外科手術面臨的挑戰

6.2空間探索任務面臨的挑戰

6.3外科手術系統的能力

6.3.1以往飛行任務中外科手術能力

6.3.2國際空間站外科手術能力

6.3.3未來的外科手術系統

6.4類似環境的經驗

6.5模擬微重力環境下的外科手術試驗研究

6.5.1中性浮力水槽

6.5.2拋物線飛行試驗

6.5.3拋物線飛行試驗的研究結果

6.5.4束縛需求

6.5.5出血和止血

6.5.6心臟與外傷的高級生命支持

6.5.7患者監護

6.5.8空氣污染

6.5.9外科內鏡診療

6.6航天飛行中取得的手術經驗

6.7航天飛行中開展外科手術的限制因素