當宇航員在太空飛行時,腎結石的形成非常快,因為腎結石中心的納米細菌可以自我復制和礦化。在失重狀態下,納米細菌的自我復制速度比地球上快5倍。因此,如何防止宇航員患腎結石是壹個大問題。
在太空中,宇航員不能喝足夠的水,沒有地球引力的刺激,尿液越來越少,但尿液中的鈣鹽越來越強,這使他們的腎臟面臨危險。
宇航員在太空呆的時間越長,處理他們的尿液就越重要。7月底,美國國家航空航天局公開征集誌願者提供新鮮尿液。事先特意說了,這次采集的是全尿,不像醫院尿檢中間的尿。收集的尿液將用於研究尿液中的固體顆粒堵塞人體排泄管道的問題。至於如何去除這些顆粒,美國國家航空航天局及其合作夥伴漢密爾頓標準公司沒有具體說明,只表示他們正在試驗壹種化學試劑來去除宇航員尿液中的顆粒。
這個集尿活動引起了人們的好奇。為什麽宇航員的尿液裏會有那麽多顆粒?
水通常占正常人尿液的97%,剩下的3%是固體物質,主要是壹些無機鹽和尿素等有機物。尿液本身無色透明。當有碳酸鹽和磷酸鹽沈積時,尿液會顯得渾濁。宇航員的身體和其他人相比沒有什麽特別的,尿液中也不會有什麽特殊成分,基本都是含有鈉離子和氯離子的無機鹽,尿素等等。但是,成分相同不代表濃度相同。因為太空生活中有壹個無法回避的因素——失重(太空中沒有重力),會無形中影響宇航員的尿液濃度。
根本原因是失重
美國約翰遜航天中心的生物學家佩吉·威特森(Peggy Wittson)曾帶領壹個研究小組進行調查,以確定宇航員患腎結石的危險程度。他們選取了在和平空間站工作超過1995 ~ 1999的宇航員作為研究對象,對他們進入和平空間站前、中、後的尿液進行了分析。結果表明,這些宇航員進入空間站後,尿量比在地球上少得多,但尿液中磷酸鈣的含量卻比在地面時高得多。磷酸鈣很容易在腎臟中結晶形成結石。在這個過程中,宇航員起初不會感到疼痛,回到地球後,結石已經形成。
在失重的太空中,人體骨骼中鈣的流失是宇航員腎結石的主要原因。我們的骨骼中既有破骨細胞,也有成骨細胞。成骨細胞在骨基質中不斷儲存磷酸鈣,起到成骨作用;然而,破骨細胞不斷從骨基質中去除磷酸鈣。通常,這兩種活動是平衡的。然而,壹旦進入太空,由於幾乎為零的重力和對骨骼壓力的缺乏,促進成骨細胞活動所需的刺激幾乎不存在,但破骨細胞的活動仍在繼續,導致鈣和其他組成骨骼的物質流失,進而導致血液中鈣的增加,容易導致腎結石。
當宇航員在太空飛行時,腎結石會很快形成。2005年,美國《國際腎臟病雜誌》發表研究報告,認為壹種納米桿菌可能是“幕後黑手”。納米細菌可以自我復制和礦化,存在於腎結石的磷酸鈣中心。在太空失重條件下,納米細菌自我復制的速度是地球上的5倍。
檸檬酸鉀
枸櫞酸鉀是目前預防結石最常用的藥物。它的基本原理是鉀離子與磷酸結合,而不是鈣離子。鉀在人體內很活躍,代謝很快,不會再形成磷酸鈣結石。但檸檬酸鉀在微重力環境下是否還能發揮作用,還需要實驗來證明。威特森的團隊目前正在進行這項實驗。他們把將要在太空工作的人分成兩組:壹組從發射前三天開始每天服用兩片檸檬酸鉀,直到返回地面後14天;另壹組每天服用兩種無效的造影劑。然後他們從任務開始到任務中期再到任務結束收集這些受試者的尿樣,並讓這些人記錄他們每天的飲食、飲水、服藥和運動情況。尿樣和記錄最終將由佩吉·威特森收集。他和他的同事們將仔細研究這些尿液的成分,以判斷每個宇航員患腎結石的風險,然後將這些人每天服用的藥物與他們自己記錄的生活進行比較,分析檸檬酸鉀和這些日常生活習慣對結石形成的具體影響,以及哪些因素促進或緩解了結石的形成。
美國國家航空航天局希望宇航員喝尿
即使實驗結果令人滿意,但對於宇航員來說,通過服藥來避免腎結石也不是最好的方法。在太空中,每升水的成本高達65,438美元+0,000元,而且都得用飛船送。和國際空間站壹樣,每年至少消耗2200升淡水,實際花費接近3000萬美元。宇航員是不可能大著肚子喝酒的。所以,美國國家航空航天局想出了壹個讓宇航員喝尿的主意。
早在幾年前就有消息稱,美國今年要向國際空間站發送尿液回收器。過去,宇航員排泄的尿液直接被拋向太空。美國《僑報》的壹篇報道稱,美國國家航空航天局從空間站丟棄了大量垃圾,如牙膏、剃須液,甚至凝固的尿液。結果,固化的尿液不幸撞上了印尼的壹顆人造衛星,於是美國國家航空航天局後來不敢這麽做,全部打包帶回地球處理。但是占用空間大,成本高。所以,如果循環機真的能投入使用,就真的解決了空間站的大問題。據說它能把宇航員的尿液和汗液,甚至太空實驗室裏老鼠的尿液轉化成純水。宇航員小便後,回收機會向尿液中添加化學物質,防止化學反應,阻礙微生物的生長。然後通過快速旋轉的蒸餾筒,可以回收尿液中85%的水分,經過過濾和殺菌後,就可以成為可以飲用的純凈水。
壹切聽起來都很耀眼,關鍵看能不能實現。航天員能不能擺脫腎結石這種職業病還不好說,但至少能在關鍵時刻喝壹口水。
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