综述：深空探索相关的心血管风险与危害

《Communications Medicine》：Cardiovascular risks and hazards associated with deep space exploration

　　

航天飞行使宇航员暴露于一种独特环境，其特征包括微重力、电离辐射以及其他应激因素，这些因素可对人体产生深刻影响。面向月球（美国国家航空航天局 Artemis 与 Gateway 计划）、火星及更远目标的深空探索类任务，将带来长期健康危害暴露，包括但不限于隔离与密闭、睡眠紊乱，以及暴露于不同类型和剂量的粒子辐射〔即高能量、高原子序数粒子（HZE）〕。远离近地轨道（LEO）的飞行还具有后勤层面的影响，包括获得医疗救助和物资补给的机会受限。目前已知空间旅行对心血管系统的影响包括心律失常、血管顺应性改变、自主神经功能失调，以及促炎状态的诱导。上述问题以及其他潜在未知的心血管风险，将如何在探索类任务期间和/或任务后表现出来，尚不明确。该文系统综述了与深空探索相关的心血管疾病风险。

Introduction

文章首先指出，地外环境包含一系列对人体健康、尤其是心血管健康具有特殊意义的风险因素，其中以空间辐射和微重力最为关键，且其对人体生理学的影响目前仍存在较大不确定性。随着月球、火星及商业航天任务推进，研究者认为，理解不同飞行阶段的短期与长期心血管风险，已成为空间医学的重要议题。文中强调，虽然部分流行病学资料提示阿波罗登月宇航员心血管疾病（CVD）死亡比例可能升高，但由于样本量小、混杂因素校正不足，以及地面高剂量率实验与真实深空慢性低剂量暴露之间存在显著差异，因此现有结论仍应视为假设生成性证据，而非定论。

在此基础上，文章介绍了美国国家航空航天局（NASA）建立的可接受医学状况清单（AMCL），用于识别长期任务前宇航员的健康脆弱性。作者强调，诸如高血压、房颤、心绞痛、急性心肌梗死（AMI）等基础疾病，不应孤立看待，因为睡眠剥夺、昼夜节律错位、隔离与微重力等任务特异性应激源可能与之协同，加重风险。现有近地轨道（LEO）资料更多只能作为“邻近地球空间飞行”的基础参照，而不能直接外推至月球或火星任务。总体上，作者主张采用结合地面模拟、动物实验、生物标志物与概率模型的综合框架，对深空心血管风险进行评估。

Space environment-associated cardiovascular risks

本节为全文主体框架，作者将深空环境相关心血管风险归纳为距离地球、重力改变、空间辐射、隔离与密闭、睡眠剥夺/碎片化以及营养与食物资源限制等多个方面，并强调这些因素并非独立存在，而是可能形成叠加甚至协同效应，共同塑造深空任务中的心血管脆弱性。

Distance from Earth

在“距离地球”部分，文章认为，任务距离决定了宇航员暴露于各种危险因素的持续时间，也决定了医疗自治需求的强弱。虽然部分研究显示宇航员心血管死亡率未必高于符合宇航员选拔标准的对照人群，但某些纵向研究提示宇航员发生急性心肌梗死、缺血性卒中及血运重建等心血管事件的风险可能升高。作者强调，这种差异可能与深空特有环境暴露有关，但目前证据不足以明确因果。

更重要的是，远离地球带来的医疗支持延迟和补给匮乏，会显著放大心血管事件的任务威胁。火星任务往返可长达2–3年，通信单向延迟可超过20 min，药品与食物还面临保质期和补给窗口问题。因此，研究者认为必须发展独立于地球支持的筛查与监测策略，并建立适用于深空的非侵入性干预手段和治疗方案，以应对任务途中可能出现的急性或慢性心血管问题。

Altered gravity

在“重力改变”部分，文章系统总结了微重力导致的血流动力学与结构性适应。微重力引起头向液体转移、胸腔内压下降、心脏前负荷变化以及静脉压-容量关系异常，进而改变心输出量（CO）与每搏量（SV）。部分长期国际空间站任务数据显示，左心室（LV）质量可下降，而左心房（LA）容积在返回后增加，提示心脏重构并不均一。

作者指出，微重力相关心血管改变包括心脏萎缩、血管顺应性下降、直立耐受不良和心律失常倾向。现有证据表明，多数症状性心律失常与房性或室性早搏有关，致命性心律失常风险尚缺乏充分证据，但心室复极低频振荡增加等电生理异常机制值得警惕。与此同时，液体转移与静脉淤滞还增加静脉血栓栓塞（VTE）风险，尤其是颈内静脉血栓形成。NASA 与欧洲航天局已据此建议开展在轨超声监测及基于证据的抗凝管理。

此外，作者还讨论了空间飞行相关神经眼综合征、自主神经调节异常和返回后直立性低血压，认为这些现象主要与容量调节和自主神经适应改变相关，也可能与辐射、炎症和血管老化过程共同作用。总体而言，重力改变并非单纯短暂应激，而可能成为促进动脉粥样硬化、血管僵硬和心力衰竭早期表型形成的重要因素。

Space radiation

“空间辐射”部分是全文论述最为集中的板块之一。作者明确区分了近地轨道与深空的辐射环境：LEO 仍受地磁场保护，而深空任务则暴露于完整的银河宇宙射线（GCR）谱，包括高能高原子序数粒子，如 ⁵⁶Fe 和 ²⁸Si。此类高线性能量转移（LET）辐射可造成更复杂的 DNA 损伤、持续性氧化应激以及血管内皮损害。文章指出，对于心血管组织反应，仅使用癌症风险中的剂量当量并不足够，更应采用相对生物学效能（RBE）加权剂量评估心血管风险。

作者进一步介绍了 NASA 的辐射防护理念，包括合理性、限值和最优化原则，以及统一职业生涯 600 mSv 有效剂量限值的管理框架。同时指出，心血管风险不同于纯随机性肿瘤风险，既可能呈现组织反应特征，也可能在低剂量高 LET 暴露下表现出“随机样”慢性炎症与血管病变行为，因此现行容许暴露限值（PEL）未来可能需要向综合概率模型演进。

在证据层面，作者认为人类深空直接流行病学数据极其有限，但胸部放疗患者、职业辐射暴露人群及原子弹幸存者寿命研究（LSS）均为辐射诱发心血管病提供了重要旁证。与此同时，地面高保真小鼠模型，尤其是简化 GCR 模拟（simGCRsim），成为连接人类流行病学与深空任务风险外推的关键桥梁。相关研究显示，HZE 暴露可导致左心室收缩功能下降、外周血管阻力增加、动脉弹性纤维破坏、内皮功能障碍，以及与纤维化、炎症、肥厚、DNA 甲基化和昼夜节律调控相关分子通路异常。作者据此认为，辐射相关心血管损伤具备明确的生物学合理性，但仍需更多符合深空暴露特征的长期、分次、低剂量率模型加以验证。

Translational cardiovascular risk management

在这一部分，文章将前述实验与临床观察导向风险管理。作者提出，地面模拟研究可直接回应 NASA 人类研究路线图中的关键空白，通过识别生物标志物、临床表型和转录组特征，为任务期间心血管监测、个体易感性识别以及干预时机优化提供依据。特别是在太阳高能粒子事件等任务不确定情景下，基于生物标志物的实时评估可能比固定时间表更具操作价值。

Risk modeling and operational mission planning

作者进一步讨论了如何将机制证据转化为任务决策工具。当前 NASA 倾向采用概率风险评估（PRA）框架，将 LSS、职业暴露队列及动物模型中的信息，与质量因子（Q）、剂量与剂量率效应因子（DDREF）、超额相对危险度（ERR）和暴露诱发死亡风险（REID）等指标整合。文章特别提到，未来模型正逐步纳入非癌风险，结合 Astro-CHARM 等工具，对中年宇航员群体的整体心血管风险进行量化。作者认为，这种“自上而下”的流行病学框架与“自下而上”的分子机制研究相结合，是深空任务中识别真实心血管威胁的可行路径。

Sleep deprivation and circadian desynchrony

关于“睡眠剥夺与昼夜节律失同步”，文章指出，宇航员平均睡眠时间约为 6 h/d，受光暗周期异常、隔离、压力等多因素影响，长期睡眠不足可通过交感-迷走失衡、氧化应激、内皮功能障碍及炎症反应增加心血管风险。心率变异性（HRV）研究显示，长期在轨飞行期间睡眠中的自主神经调控发生改变。

作者还强调，昼夜节律在调控血压、心率、心肌收缩性及心脏代谢方面至关重要，心脏内存在由 CLOCK、BMAL1 和 Kruppel-like factor 15（KLF15）等构成的分子时钟。空间环境中的90 min 外部光暗交替、火星日与地球日的39 min 差异，都可能挑战人体节律同步。已有动物和宇航员研究观察到节律相关基因表达异常以及睡眠不足持续存在。因此，照明设计、作息安排与针对性干预应作为降低心血管负担的重要组成部分。

VO₂max decline: mechanisms, risks, and the role of individualized training

在最大摄氧量（VO₂max）下降部分，作者指出，VO₂max 是心血管发病率和死亡率的重要预测指标，而空间飞行期间及其后均可观察到其下降。其机制涉及血浆容量减少、每搏量降低、心脏质量下降，以及外周血管和骨骼肌去适应。文章认为，这些变化与地面心血管疾病的病理通路存在重叠，因此可能转化为长期风险。

作者强调，运动对策仍是防止去适应的核心。国际空间站使用高级阻力运动装置（ARED）、跑台和功率自行车等进行日常训练，但即便如此，部分宇航员仍可能出现肌肉、骨骼和心肺适能下降。因此，未来深空任务需要更个体化的飞行前、飞行中和返回后训练方案，并与营养及药物对策协同，以维持心血管储备。

Isolation and confinement

在“隔离与密闭”部分，文章认为，此类应激虽然不一定直接改变心血管生理，但可通过失眠、抑郁、营养状态恶化、认知与行为改变等途径间接提高 CVD 风险。长期心理应激可扰乱炎症、止血和自主神经过程，诱发血压不稳、左心室功能异常和心律失常。地面研究显示，长期和反复应激暴露与代谢综合征及慢性心脏病风险增加有关。作者据此主张，应在深空任务中重视压力管理、行为干预以及支持团队凝聚力的措施。

Limited food and resources

在“食物和资源受限”部分，作者指出，营养是深空心血管健康的重要调节因素。摄入不足、食物种类有限、味觉嗅觉改变、微生物组变化和高运动负荷均可能导致负能量平衡及营养缺乏。文中特别提到铜、锌等微量营养素不足以及高钠膳食对血压、炎症性造血和容量调节的不利影响。与此同时，低血糖生成指数饮食、支链氨基酸补充、富含抗氧化成分的饮食及益生菌等，可能对胰岛素抵抗、心脏萎缩、氧化应激和微生物组紊乱具有缓解作用。作者认为，营养干预是一种非侵入性、可操作的关键对策。

Insights into risks of multi-year Mars missions

对于多年期火星任务，作者强调，风险评估不能再停留于单一危害视角，而必须考虑辐射、重力改变、隔离、远距医疗限制、遗传易感性和长期去适应的综合作用。文章提出，应将 Astro-CHARM 等临床风险预测工具与 REID 框架整合，形成个体化、动态化的深空心血管风险评估体系，以支持任务设计、暴露限值管理和对策部署。

Psychosocial and behavioral health risks

作者在这一节补充指出，多年期探索还将严重挑战心理韧性与团队动力学。小型乘组在通信延迟和封闭环境下，可能出现焦虑、抑郁、认知下降和人际冲突。行为健康问题不仅影响任务执行，也会削弱心血管与全身稳态。现有对策包括规律作息、团队训练、心理支持、数字化行为健康工具、优化照明和私人空间设计等，说明行为健康是维持深空任务整体生理韧性的核心组成。

Conclusions and future direction

结论部分指出，长期暴露于深空特有应激源可导致宇航员心血管系统发生结构和功能改变。作者强调，未来研究的关键不只是分别描述各类危险因素，更在于解析它们之间的相加或协同机制，尤其是微重力与空间辐射对血管内皮、氧化应激、DNA 损伤反应和炎症通路的联合作用。文章认为，地面模拟研究虽不可替代真实任务数据，但在当前人类深空样本极其有限的情况下仍至关重要。为推进空间医学实践，作者主张建立更规范的数据共享机制，将去标识化宇航员临床资料与地面研究结果相结合，以加快风险识别、机制阐明和干预措施开发。总体而言，深空飞行相关心血管问题已从边缘议题转变为深空探索成败所必须面对的核心医学挑战。