失重对体内水和电解质平衡的影响
作者：沈羡云
单位：沈羡云(航天医学工程研究所，北京 100094)
关键词：失重；水；水-电解质失调；电解质；人体
航天医学与医学工程000117摘要：在人体适应航天环境中，水和电解质的平衡发生了变化。本文简要地介绍了载人航天中水和电解质的研究方法、失重对水电解质平衡的影响以及变化机理和危害。
中图分类号：R852.22 文献标识码：A
文章编号：1002-0837(2000)01-0065-05
Influence of Weightlessness on Water and Electrolytes Balance in Body
, 百拇医药
SHEN Xian-yun
(Institute of Space Medico-Engineering,Beijing 100094,China)
Abstract：The balance of water and electrolytes plays an important role in enabling the human body to adapt to spaceflight.This paper introduced the research methods,and changes in water and electrolytes balance during and after space flight.The mechanism and the hazard of the disorder of water and electrolytes caused by weightlessness were discussed.
, 百拇医药
Key words：weightlessness;water;water-electrolyte imbalance;electrolytes;human body
水和电解质的平衡是维持人体生命、各种脏器正常生理功能的必要条件。航天中的失重环境引起人体内体液的再分布，影响水盐代谢，引起多种生理功能的失调，促使水和电解质的紊乱。本文简要地介绍了失重飞行中水和电解质的研究方法、失重对水盐代谢的影响、其变化机理和危害。
航天中的研究方法
除专门进行失重时水和电解质的研究外，在对其它生理系统的研究中，也测量了飞行前、中、后内分泌、体液和电解质的变化。大多数的研究是进行飞行前后的测量。由于航天员飞行后重新受到重力的作用，体液和电解质的再适应很快，并达到一个新的调整点，着陆后的一些结果不能代表飞行中的改变，因此进行飞行中的研究是十分重要的。表1是美国飞行中进行内分泌和体液调节的研究情况[1～3]。飞行中收集的样本是血、粪和尿。在美国的天空实验室和空间实验室及苏联的礼炮号飞行中备有专门的血样收集系统，它们由离心机、自动处理器、真空调节器、注射器、针头、小瓶和冰箱组成，用以收集、处理和储存航天员的血样，以便返回后在地面实验室进行分析。在礼炮号中还备有1台小型的血样分析仪，可分析微量血的11项指标。
, http://www.100md.com
航天中采用自动装置收集飞行中的尿，将24 h的尿收集在“收集袋”中，以便测量每天排尿的总量，然后从中取出120 ml尿，进行冷冻和储存，返回地面后再进行分析。最近，在生命科学实验室中装备了一个尿样监视系统，此系统可很方便地测定真空管中的尿量，并将其储存到储藏器中，它与航天飞机的废物处理系统相连。
双子星座7和天空实验室航天员的粪收集在袋中，以便进行矿物质平衡实验的研究。在天空实验室，将粪收集到附着在便桶椅下面的袋中，用质量测量装置测袋中粪的重量，贴标签，然后用真空干燥器干燥16～20 h。
在天空实验室任务中采用放射性核素的方法进行了水盐代谢的研究[4]，用氚确定体内水的总量，35SO4评定细胞外液，42K和43K评定钾的转换。在航天飞机上采用了H218O稀释唾液方法测量总体水[5]。
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失重和模拟失重时水和电解质的变化
水在体内的重新分布 失重时航天员可以明显地感到体内体液的重新分布。一进入地球轨道，航天员立刻感到下身血液涌向头部，头发涨，脸发红，头部和颈部的静脉向外膨出，而下肢周径却在慢慢地缩小。这种感觉在飞行的24 h最明显，之后逐渐减弱，但有关的实验和飞行中的照相资料表明，在飞行中体液头向分布的现象是始终存在的。
表1 飞行中进行的内分泌和体液调节的研究情况
Table 1 Flights providing in-flight endocrine and fluid regulation data flight mission
research situation
program
, 百拇医药
launch time
(year)
flight duration
days(d)
in-flight
sample days(d)
No.of crew
members
sample types*
space shuttle
1983～86
, http://www.100md.com
≤7
various
1～3
U.S
spacelab 3
1985
7
2,4,6
2
B
spscelab 2
1085
8
, http://www.100md.com
2,7
4
B
spacelab 1
1983
10
2,3,7,8
4
B
Apollo 17
1972
13
1,2,4,5,10,11,12,13
, http://www.100md.com
3
U,F
Gemini7
1965
14
every day
2
U,F
Soyuz 9
1970
18
1,2,18
2
, 百拇医药
U
Skylab 2
1973
28
4,6,13,27
3
B,U,F
Skylab 3
1973
59
3,6,14,20,30,38,48,58
3
B,U,F
, http://www.100md.com
Skylab 4
1973
84
3,5,21,38,45,59,73,82
3
B,U,F
Salyut 7-Soyuz T-9
1983
150
43-45,86-88
2
B,U
, http://www.100md.com
Salyut 7-SoyuzT-10
1984
237
216～219
2
B,U
Mir-Aragaze
1988
25
5,9,19,20
1
B,U
Mir
, http://www.100md.com
1988～89
241
240
1
B,U
*B-blood,U-urine,F-feces,S-saliva
航天中采用测量下肢容积的方法，证实了体液的头向转移。美国在天空实验室-4中用有刻度的带子测量飞行中小腿不同部位围径的变化，推算出下肢容积的改变，航天飞机上采用长袜状的容积测量系统测量了11名航天员飞行中一侧下肢容积的变化。结果是飞行中测量腿的下肢容积平均减少1.02 L左右[6]，说明失重时大约有2 L左右的体液由下肢转移到上身。航天中用超声心动图方法观察各脏器的容积，证明各脏器充血。失重飞行和地面模拟失重动物脏器形态学的观察进一步证明在脑、心、肺、肾等脏器血管中血液充盈度增加[7]。
, 百拇医药
水的丧失 研究指出，失重和模拟失重时，都观察到水的丧失[3]，具体表现为：联盟号14名航天员飞行后体重平均减轻2.7 kg；阿婆罗15名航天员飞行后体重平均减轻3.0 kg；航天飞机航天员除1人外，其余等人均减轻1～4%；和平-6号航天员在长期飞行后总体水减少1.2～14.6%；30名航天员飞行后血浆容量减少2%～21%；地面卧床实验可见随着卧床时间延长，血浆容量下降更多；和平-6号航天员飞行中细胞内液减少7.3%；阿婆罗17号细胞内液-1.8 ml/kg体重，7名被试者卧床初期细胞间液减少，后期是细胞内液的丧失；飞行和卧床、浸水后有尿频现象，飞行中的相对排尿量增加。有时测量到的飞行中的排尿量反而低于飞行前，这是由于飞行中饮水量降低之故。如测量了9名航天员飞行中的饮水量和排尿量，每日饮水量减少700 ml,排尿量仅减少400 ml。所以，相对的排尿量仍高于飞行前[4，8]。
电解质的变化 “天空实验室“飞行中，对失重状态下体液和电解质的变化进行了比较深入的研究，结果是飞行中尿液内的钠、钾、氯、钙、磷的含量增加(表2)，血浆中的钠、钾、氯离子的浓度下降，钙和磷的浓度增加，使这些离子在体内呈负平衡[4]。飞行中血钠降低，可抑制口渴和抗利尿激素的分泌，促使肾中水的排泄，使水和电解质平衡达到一个新的稳态。但一名航天飞机航天员飞行中尿钠和尿钾的排出只出现暂短时间的升高。
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俄国航天员飞行中的结果与美国不同，飞行中一些电解质的变化不大或下降。如联盟9号的两名航天员钠和氯的排出没有变化或下降[9]；飞行150 d的礼炮7号-联盟号航天员尿电解质的排泄是下降的(取样的时间是43～45 d和86～88 d)，飞行237 d的礼炮7号航天员在飞行第8个月时尿钠和尿钾排出都减少[10]。美国和俄国测量的结果不同的原因不清楚，可能与饮食结构的不同、飞行中运动的形式和时间不同有关。
表2 天空实验室9名航天员尿中电解质的变化(飞行后/飞行前%)
Table 2 Changes of urine electrolyte of 9 Skylab astronaut s (after flight/before flight %) electrolyte
in-flight(d)
, 百拇医药
after flight(d)
1～28
29～59
60～85
1～6
7～13
14～18
Na
109
119
124
76
106
, 百拇医药
108
K
111
108
109
88
103
111
Cl
109
120
122
78
, http://www.100md.com 108
111
Ca
180
181
148
140
110
104
P
122
114
113
89
, 百拇医药
98
99
失重对肾功能的影响 失重对肾功能的影响主要表现在肾小球的滤过功能的改变和肾调节功能有改变。因测量肾功能的方法是有创的，所以很少进行这这方面的研究，但在空间实验室生命科学任务中测量4名航天员飞行中肾小球的滤过速度和有效肾血浆流，结果是增加的。在天空实验室飞行中发现血浆肌酸轻度增加[4]，但肌酸的清除率是轻度下降[11]，证明飞行中肾功能发生轻度改变。在法-苏联合飞行中，飞行第19天时尿中肌酸浓度降低，而血浆中肌酸的浓度增高。但用肌酸的方法测量短期和长期飞行航天员的肾小球的滤过率，发现没有明显改变。测量了飞行不同时间航天员飞行前后负荷实验时水和电解质的排泄率，结果表明在返回到地球的重力环境中，肾功能的调节发生改变。
水的排泄 一些实验证明短期和长期飞行后，航天员进行水负荷实验时水的排出减少[12]，主要是由于肾小管再吸收水的能力增强。另一些实验证明短期飞行对肾浓缩尿的能力没有影响，所观察到的改变被认为是起因于水负荷时调节肾反应的系统发生改变。例如，饮入大量的水可抑制抗利尿激素的分泌，以排出过多的水。飞行后航天员血浆中抗利尿激素的浓度是升高的，航天后水负荷时水排出比飞行前低说明水负荷没有完全抑制抗利尿激素的活性。研究者们假定失重后返回到地球的一段再适应期内，容积和渗透调节系统之间的联系发生改变。
, 百拇医药
电解质的排泄 在不同时间的飞行后，进行了水盐负荷实验，以研究电解质随尿排泄的情况。参加1～5 d、18 d、30 d和63 d飞行的航天员飞行后，水盐负荷实验后钠排泄增多。结果表明航天后钠的再吸收减少。但长期飞行后进行乳酸钙实验，钠排泄减少。
飞行时间短于13 d的航天员，飞行后钾负荷实验时所出现的钾排泄减少， 可能是为了代偿血钾浓度降低及组织保留钾能力的下降造成的，是一种再适应的反应。参加礼炮6号长期飞行的航天员，飞行后进行乳酸钙和氯化钾负荷实验时，钾排出增多[13]。
飞行后的实验证明航天可引起钙和镁再吸收的减少，致使它们排出增加。例如，飞行30 d和63 d的航天员，飞行后钙的排泄超过飞行前的1.8～2.2倍，而飞行96 d的航天员飞行后超过5倍[13]；礼炮6号航天员长期飞行后，尿中钾和镁的浓度比飞行前增加了2.7～5.9倍；366 d飞行的和平号航天员，飞行后进行乳酸钙实验，钙的排泄也比飞行前多[14]。似乎飞行时间与钙排泄量有一定关系，飞行时间长，钙排泄也多，如一名航天员参加了140 d和75 d飞行，飞行140 d后钙负荷实验时尿钙的排出量多于75 d飞行后的尿钙排出量。因为这些检查中肾小球滤过的速度(内源性肌酸清除率)没有发生变化，所以排泄的变化是由于肾小管对钙和镁再吸收的减少。水和电解质紊乱对人体的影响
, 百拇医药
立位耐力和+Gz耐力下降 人的立位耐力和+Gz耐力与体内的循环血量有关，失重引起的水丧失，减少体内的循环血量，使航天员的+Gz耐力和立位耐力下降。实验证明航天员飞行最后1 d补充1000 ml 盐水，增加体内的循环血量对于防止飞行后的立位耐力降低是有效的。
导致心律紊乱 钾对于心肌细胞的兴奋性有很大影响，钾减少时，容易发生心律不齐。“阿波罗-15”号的两名登月航天员在航天中出现了较明显的心律不齐，认为与他们体内钾的丧失比较严重有关[15]。在后来型号的飞行中，航天员的膳食中补充了钾，心律紊乱出现的比例也较少了。
影响细胞的代谢和功能 体内水和电解质的平衡是维持人体内的细胞正常生存和功能的必要条件，人体细胞内的一些离子，尤其是钾离子与体内的物质代谢、神经冲动传导有着密切的关系。如果体内钾减少，酶和蛋白质代谢、神经传导都会受到影响。人在缺钾时经常出现肌肉萎缩、软弱无力、食欲不佳、烦躁不安、情绪波动、疲倦等症状，航天员在飞行中也出现这些症状，也可能与缺钾有一定定系。但从目前来看，飞行中水和电解质的变化对航天员还没有造成很大的危害，可能与飞行中采用的防护措施有一定关系。
, 百拇医药
失重时水和电解质紊乱的机理
失重引起的水盐代谢紊乱的主要起因是运动减退和流体静压消失引起的体液头向分布。具体调节机制较复杂，目前还不十分清楚，根据有关的实验数据，认为可能与以下一些因素有关：
心房-垂体-抗利尿激素反射 抗利尿激素(ADH)的作用是增加远曲小管和集合管对水的通透性，增加水的重吸收，使排尿量减少。ADH减少，则可增加排尿量。一些学者认为航天中排尿的增加可能与血浆胶体渗透压增加和心房扩张引起的ADH减少有关。因此测量了飞行中血液和尿中ADH的含量。但是，测量 的结果并不是像所推测的那样变化。较多实验结果是飞行中血浆中的ADH增加，而尿中的ADH减少。例如，天空实验室航天员在8 d飞行中，血浆中的ADH比飞行前增加92%，飞行中尿中的ADH都是下降的，而且随着飞行时间的延长，下降更明显。从上述结果中推测将有较多的ADH在一些器官(如肾)中降解，，而不是作为ADH排泄出来。因此，很难确定在失重状态下的ADH所起的生理作用。可能失重时ADH的水平达到一个新的调整点，肾感受器对ADH的敏感性下降，需要较多的ADH才能达到尿量减少的作用。
, 百拇医药
流体静压对肾的直接作用 肾在单位时间内排尿量的多少，取决于肾小球的过滤率和肾小管的再吸收率。失重时流体静压消失，对这两方面都会有一定影响。 体静压消失，体液头向分布，增加肾血压和血流，使肾小球中水的滤过率增加，从而增加排尿量。同时，肾动脉压的改变也可以影响肾小管周围毛细血管的胶体渗透压和静水压。中心静脉压增加和血浆胶体减少时， 可直接使肾小球过滤率增加或反射性地通过交感神经和激素影响水盐代谢，这些机制可以同时作用引起短时间钠和水的排泄增加。实验证明失重后动物肾小球充血，表明血管内压力增大，原尿形成将增多。另外，失重也可影响肾小球膜的通透性，当肾小球膜通透性增加时，原来不能滤过的一些胶体如清蛋白也能滤过，它对尿量也有影响。模拟失重实验证明在一些动物中肾毛细血管也受损，它可以造成肾小球膜通透性的改变。肾小球和肾小管结构的损伤，使一部分物质如钾、钙的重吸收也受到影响。这些都可能造成钾、钙排出量增多，而使失重时体内平衡发生紊乱。
促尿钠排泄因素增加 心房利尿钠肽(ANP)是心肌合成的一种激素，它的作用是抑制集合管对NaCl 重吸收，增加NaCl的排出；使入球和出球小动脉舒张，增加肾血流量和肾过滤率；抑制肾素、醛固酮和抗利尿激素的。上述作用的结果促使人体排出更多钠和水。最近发现在航天的早期的生理系统适应机制中ANP起一定作用。航天时中心血量增加，引起心房的扩张，可能引起ANP释放的增加。 用放射免疫法测量4名天空实验室航天员在飞行第2天血浆中的心钠素是16.2 pg/ml，比飞行前3 d的测量值高82%。然后，ANP下降，飞行第7天是8.4 pg/ml，一直保持到到着陆时。在法苏联合飞行任务中，航天员血浆中ANP的浓度比天空实验室航天员增加更多(41.5 pg/ml)。9 d飞行后此航天员的血浆ANP仍轻度升高，但在飞行第20天恢复到飞行前水平。ANP对于飞行早期钠排出的增加有作用。但是，飞行后期血液中心钠素的水平是降低的，所以它在飞行后期的促尿钠排泄中的作用不大，除非肾脏中的心钠素感受器的敏感性升高。
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肾素-血管紧张素-醛固酮系统 醛固酮有保Na、排钾的作用，按照航天中出现钠排出增多的情况分析，这个系统的兴奋性应该下降。通过测量航天员血浆和尿中的醛固酮含量和测量血浆中血管紧张素Ⅰ(代表血浆肾素活性)来研究肾素-血管紧张素-醛固酮系统的变化，实验结果不一致。如空间实验室飞行时，飞行初期血管紧张素I比飞行前低51%。在另一次空间实验室飞行中，飞行2 d后血管紧张素I开始增加，5 d后比飞行前高20%，在8 d的飞行中始终是升高的。飞行中测量醛固酮的变化也如此。在短期的空间实验室飞行任务中，血浆醛固酮一般是减少(比飞行前低35%)，或仅轻度升高。
总之，失重对水盐代谢上是一定影响的，但目前飞行中的研究还很欠缺，影响因素也较多，飞行中水、电解质的变化规律及其机理还有待进一步研究。
[参考文献]
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收稿日期：1999-04-26, http://www.100md.com
单位：沈羡云(航天医学工程研究所，北京 100094)
关键词：失重；水；水-电解质失调；电解质；人体
航天医学与医学工程000117摘要：在人体适应航天环境中，水和电解质的平衡发生了变化。本文简要地介绍了载人航天中水和电解质的研究方法、失重对水电解质平衡的影响以及变化机理和危害。
中图分类号：R852.22 文献标识码：A
文章编号：1002-0837(2000)01-0065-05
Influence of Weightlessness on Water and Electrolytes Balance in Body
, 百拇医药
SHEN Xian-yun
(Institute of Space Medico-Engineering,Beijing 100094,China)
Abstract：The balance of water and electrolytes plays an important role in enabling the human body to adapt to spaceflight.This paper introduced the research methods,and changes in water and electrolytes balance during and after space flight.The mechanism and the hazard of the disorder of water and electrolytes caused by weightlessness were discussed.
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Key words：weightlessness;water;water-electrolyte imbalance;electrolytes;human body
水和电解质的平衡是维持人体生命、各种脏器正常生理功能的必要条件。航天中的失重环境引起人体内体液的再分布，影响水盐代谢，引起多种生理功能的失调，促使水和电解质的紊乱。本文简要地介绍了失重飞行中水和电解质的研究方法、失重对水盐代谢的影响、其变化机理和危害。
航天中的研究方法
除专门进行失重时水和电解质的研究外，在对其它生理系统的研究中，也测量了飞行前、中、后内分泌、体液和电解质的变化。大多数的研究是进行飞行前后的测量。由于航天员飞行后重新受到重力的作用，体液和电解质的再适应很快，并达到一个新的调整点，着陆后的一些结果不能代表飞行中的改变，因此进行飞行中的研究是十分重要的。表1是美国飞行中进行内分泌和体液调节的研究情况[1～3]。飞行中收集的样本是血、粪和尿。在美国的天空实验室和空间实验室及苏联的礼炮号飞行中备有专门的血样收集系统，它们由离心机、自动处理器、真空调节器、注射器、针头、小瓶和冰箱组成，用以收集、处理和储存航天员的血样，以便返回后在地面实验室进行分析。在礼炮号中还备有1台小型的血样分析仪，可分析微量血的11项指标。
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航天中采用自动装置收集飞行中的尿，将24 h的尿收集在“收集袋”中，以便测量每天排尿的总量，然后从中取出120 ml尿，进行冷冻和储存，返回地面后再进行分析。最近，在生命科学实验室中装备了一个尿样监视系统，此系统可很方便地测定真空管中的尿量，并将其储存到储藏器中，它与航天飞机的废物处理系统相连。
双子星座7和天空实验室航天员的粪收集在袋中，以便进行矿物质平衡实验的研究。在天空实验室，将粪收集到附着在便桶椅下面的袋中，用质量测量装置测袋中粪的重量，贴标签，然后用真空干燥器干燥16～20 h。
在天空实验室任务中采用放射性核素的方法进行了水盐代谢的研究[4]，用氚确定体内水的总量，35SO4评定细胞外液，42K和43K评定钾的转换。在航天飞机上采用了H218O稀释唾液方法测量总体水[5]。
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失重和模拟失重时水和电解质的变化
水在体内的重新分布 失重时航天员可以明显地感到体内体液的重新分布。一进入地球轨道，航天员立刻感到下身血液涌向头部，头发涨，脸发红，头部和颈部的静脉向外膨出，而下肢周径却在慢慢地缩小。这种感觉在飞行的24 h最明显，之后逐渐减弱，但有关的实验和飞行中的照相资料表明，在飞行中体液头向分布的现象是始终存在的。
表1 飞行中进行的内分泌和体液调节的研究情况
Table 1 Flights providing in-flight endocrine and fluid regulation data flight mission
research situation
program
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launch time
(year)
flight duration
days(d)
in-flight
sample days(d)
No.of crew
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space shuttle
1983～86
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1～3
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4,6,13,27
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Skylab 4
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Salyut 7-Soyuz T-9
1983
150
43-45,86-88
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Mir-Aragaze
1988
25
5,9,19,20
1
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Mir
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1988～89
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B,U
*B-blood,U-urine,F-feces,S-saliva
航天中采用测量下肢容积的方法，证实了体液的头向转移。美国在天空实验室-4中用有刻度的带子测量飞行中小腿不同部位围径的变化，推算出下肢容积的改变，航天飞机上采用长袜状的容积测量系统测量了11名航天员飞行中一侧下肢容积的变化。结果是飞行中测量腿的下肢容积平均减少1.02 L左右[6]，说明失重时大约有2 L左右的体液由下肢转移到上身。航天中用超声心动图方法观察各脏器的容积，证明各脏器充血。失重飞行和地面模拟失重动物脏器形态学的观察进一步证明在脑、心、肺、肾等脏器血管中血液充盈度增加[7]。
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水的丧失 研究指出，失重和模拟失重时，都观察到水的丧失[3]，具体表现为：联盟号14名航天员飞行后体重平均减轻2.7 kg；阿婆罗15名航天员飞行后体重平均减轻3.0 kg；航天飞机航天员除1人外，其余等人均减轻1～4%；和平-6号航天员在长期飞行后总体水减少1.2～14.6%；30名航天员飞行后血浆容量减少2%～21%；地面卧床实验可见随着卧床时间延长，血浆容量下降更多；和平-6号航天员飞行中细胞内液减少7.3%；阿婆罗17号细胞内液-1.8 ml/kg体重，7名被试者卧床初期细胞间液减少，后期是细胞内液的丧失；飞行和卧床、浸水后有尿频现象，飞行中的相对排尿量增加。有时测量到的飞行中的排尿量反而低于飞行前，这是由于飞行中饮水量降低之故。如测量了9名航天员飞行中的饮水量和排尿量，每日饮水量减少700 ml,排尿量仅减少400 ml。所以，相对的排尿量仍高于飞行前[4，8]。
电解质的变化 “天空实验室“飞行中，对失重状态下体液和电解质的变化进行了比较深入的研究，结果是飞行中尿液内的钠、钾、氯、钙、磷的含量增加(表2)，血浆中的钠、钾、氯离子的浓度下降，钙和磷的浓度增加，使这些离子在体内呈负平衡[4]。飞行中血钠降低，可抑制口渴和抗利尿激素的分泌，促使肾中水的排泄，使水和电解质平衡达到一个新的稳态。但一名航天飞机航天员飞行中尿钠和尿钾的排出只出现暂短时间的升高。
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俄国航天员飞行中的结果与美国不同，飞行中一些电解质的变化不大或下降。如联盟9号的两名航天员钠和氯的排出没有变化或下降[9]；飞行150 d的礼炮7号-联盟号航天员尿电解质的排泄是下降的(取样的时间是43～45 d和86～88 d)，飞行237 d的礼炮7号航天员在飞行第8个月时尿钠和尿钾排出都减少[10]。美国和俄国测量的结果不同的原因不清楚，可能与饮食结构的不同、飞行中运动的形式和时间不同有关。
表2 天空实验室9名航天员尿中电解质的变化(飞行后/飞行前%)
Table 2 Changes of urine electrolyte of 9 Skylab astronaut s (after flight/before flight %) electrolyte
in-flight(d)
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after flight(d)
1～28
29～59
60～85
1～6
7～13
14～18
Na
109
119
124
76
106
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108
K
111
108
109
88
103
111
Cl
109
120
122
78
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111
Ca
180
181
148
140
110
104
P
122
114
113
89
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98
99
失重对肾功能的影响 失重对肾功能的影响主要表现在肾小球的滤过功能的改变和肾调节功能有改变。因测量肾功能的方法是有创的，所以很少进行这这方面的研究，但在空间实验室生命科学任务中测量4名航天员飞行中肾小球的滤过速度和有效肾血浆流，结果是增加的。在天空实验室飞行中发现血浆肌酸轻度增加[4]，但肌酸的清除率是轻度下降[11]，证明飞行中肾功能发生轻度改变。在法-苏联合飞行中，飞行第19天时尿中肌酸浓度降低，而血浆中肌酸的浓度增高。但用肌酸的方法测量短期和长期飞行航天员的肾小球的滤过率，发现没有明显改变。测量了飞行不同时间航天员飞行前后负荷实验时水和电解质的排泄率，结果表明在返回到地球的重力环境中，肾功能的调节发生改变。
水的排泄 一些实验证明短期和长期飞行后，航天员进行水负荷实验时水的排出减少[12]，主要是由于肾小管再吸收水的能力增强。另一些实验证明短期飞行对肾浓缩尿的能力没有影响，所观察到的改变被认为是起因于水负荷时调节肾反应的系统发生改变。例如，饮入大量的水可抑制抗利尿激素的分泌，以排出过多的水。飞行后航天员血浆中抗利尿激素的浓度是升高的，航天后水负荷时水排出比飞行前低说明水负荷没有完全抑制抗利尿激素的活性。研究者们假定失重后返回到地球的一段再适应期内，容积和渗透调节系统之间的联系发生改变。
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电解质的排泄 在不同时间的飞行后，进行了水盐负荷实验，以研究电解质随尿排泄的情况。参加1～5 d、18 d、30 d和63 d飞行的航天员飞行后，水盐负荷实验后钠排泄增多。结果表明航天后钠的再吸收减少。但长期飞行后进行乳酸钙实验，钠排泄减少。
飞行时间短于13 d的航天员，飞行后钾负荷实验时所出现的钾排泄减少， 可能是为了代偿血钾浓度降低及组织保留钾能力的下降造成的，是一种再适应的反应。参加礼炮6号长期飞行的航天员，飞行后进行乳酸钙和氯化钾负荷实验时，钾排出增多[13]。
飞行后的实验证明航天可引起钙和镁再吸收的减少，致使它们排出增加。例如，飞行30 d和63 d的航天员，飞行后钙的排泄超过飞行前的1.8～2.2倍，而飞行96 d的航天员飞行后超过5倍[13]；礼炮6号航天员长期飞行后，尿中钾和镁的浓度比飞行前增加了2.7～5.9倍；366 d飞行的和平号航天员，飞行后进行乳酸钙实验，钙的排泄也比飞行前多[14]。似乎飞行时间与钙排泄量有一定关系，飞行时间长，钙排泄也多，如一名航天员参加了140 d和75 d飞行，飞行140 d后钙负荷实验时尿钙的排出量多于75 d飞行后的尿钙排出量。因为这些检查中肾小球滤过的速度(内源性肌酸清除率)没有发生变化，所以排泄的变化是由于肾小管对钙和镁再吸收的减少。水和电解质紊乱对人体的影响
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立位耐力和+Gz耐力下降 人的立位耐力和+Gz耐力与体内的循环血量有关，失重引起的水丧失，减少体内的循环血量，使航天员的+Gz耐力和立位耐力下降。实验证明航天员飞行最后1 d补充1000 ml 盐水，增加体内的循环血量对于防止飞行后的立位耐力降低是有效的。
导致心律紊乱 钾对于心肌细胞的兴奋性有很大影响，钾减少时，容易发生心律不齐。“阿波罗-15”号的两名登月航天员在航天中出现了较明显的心律不齐，认为与他们体内钾的丧失比较严重有关[15]。在后来型号的飞行中，航天员的膳食中补充了钾，心律紊乱出现的比例也较少了。
影响细胞的代谢和功能 体内水和电解质的平衡是维持人体内的细胞正常生存和功能的必要条件，人体细胞内的一些离子，尤其是钾离子与体内的物质代谢、神经冲动传导有着密切的关系。如果体内钾减少，酶和蛋白质代谢、神经传导都会受到影响。人在缺钾时经常出现肌肉萎缩、软弱无力、食欲不佳、烦躁不安、情绪波动、疲倦等症状，航天员在飞行中也出现这些症状，也可能与缺钾有一定定系。但从目前来看，飞行中水和电解质的变化对航天员还没有造成很大的危害，可能与飞行中采用的防护措施有一定关系。
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失重时水和电解质紊乱的机理
失重引起的水盐代谢紊乱的主要起因是运动减退和流体静压消失引起的体液头向分布。具体调节机制较复杂，目前还不十分清楚，根据有关的实验数据，认为可能与以下一些因素有关：
心房-垂体-抗利尿激素反射 抗利尿激素(ADH)的作用是增加远曲小管和集合管对水的通透性，增加水的重吸收，使排尿量减少。ADH减少，则可增加排尿量。一些学者认为航天中排尿的增加可能与血浆胶体渗透压增加和心房扩张引起的ADH减少有关。因此测量了飞行中血液和尿中ADH的含量。但是，测量 的结果并不是像所推测的那样变化。较多实验结果是飞行中血浆中的ADH增加，而尿中的ADH减少。例如，天空实验室航天员在8 d飞行中，血浆中的ADH比飞行前增加92%，飞行中尿中的ADH都是下降的，而且随着飞行时间的延长，下降更明显。从上述结果中推测将有较多的ADH在一些器官(如肾)中降解，，而不是作为ADH排泄出来。因此，很难确定在失重状态下的ADH所起的生理作用。可能失重时ADH的水平达到一个新的调整点，肾感受器对ADH的敏感性下降，需要较多的ADH才能达到尿量减少的作用。
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流体静压对肾的直接作用 肾在单位时间内排尿量的多少，取决于肾小球的过滤率和肾小管的再吸收率。失重时流体静压消失，对这两方面都会有一定影响。 体静压消失，体液头向分布，增加肾血压和血流，使肾小球中水的滤过率增加，从而增加排尿量。同时，肾动脉压的改变也可以影响肾小管周围毛细血管的胶体渗透压和静水压。中心静脉压增加和血浆胶体减少时， 可直接使肾小球过滤率增加或反射性地通过交感神经和激素影响水盐代谢，这些机制可以同时作用引起短时间钠和水的排泄增加。实验证明失重后动物肾小球充血，表明血管内压力增大，原尿形成将增多。另外，失重也可影响肾小球膜的通透性，当肾小球膜通透性增加时，原来不能滤过的一些胶体如清蛋白也能滤过，它对尿量也有影响。模拟失重实验证明在一些动物中肾毛细血管也受损，它可以造成肾小球膜通透性的改变。肾小球和肾小管结构的损伤，使一部分物质如钾、钙的重吸收也受到影响。这些都可能造成钾、钙排出量增多，而使失重时体内平衡发生紊乱。
促尿钠排泄因素增加 心房利尿钠肽(ANP)是心肌合成的一种激素，它的作用是抑制集合管对NaCl 重吸收，增加NaCl的排出；使入球和出球小动脉舒张，增加肾血流量和肾过滤率；抑制肾素、醛固酮和抗利尿激素的。上述作用的结果促使人体排出更多钠和水。最近发现在航天的早期的生理系统适应机制中ANP起一定作用。航天时中心血量增加，引起心房的扩张，可能引起ANP释放的增加。 用放射免疫法测量4名天空实验室航天员在飞行第2天血浆中的心钠素是16.2 pg/ml，比飞行前3 d的测量值高82%。然后，ANP下降，飞行第7天是8.4 pg/ml，一直保持到到着陆时。在法苏联合飞行任务中，航天员血浆中ANP的浓度比天空实验室航天员增加更多(41.5 pg/ml)。9 d飞行后此航天员的血浆ANP仍轻度升高，但在飞行第20天恢复到飞行前水平。ANP对于飞行早期钠排出的增加有作用。但是，飞行后期血液中心钠素的水平是降低的，所以它在飞行后期的促尿钠排泄中的作用不大，除非肾脏中的心钠素感受器的敏感性升高。
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肾素-血管紧张素-醛固酮系统 醛固酮有保Na、排钾的作用，按照航天中出现钠排出增多的情况分析，这个系统的兴奋性应该下降。通过测量航天员血浆和尿中的醛固酮含量和测量血浆中血管紧张素Ⅰ(代表血浆肾素活性)来研究肾素-血管紧张素-醛固酮系统的变化，实验结果不一致。如空间实验室飞行时，飞行初期血管紧张素I比飞行前低51%。在另一次空间实验室飞行中，飞行2 d后血管紧张素I开始增加，5 d后比飞行前高20%，在8 d的飞行中始终是升高的。飞行中测量醛固酮的变化也如此。在短期的空间实验室飞行任务中，血浆醛固酮一般是减少(比飞行前低35%)，或仅轻度升高。
总之，失重对水盐代谢上是一定影响的，但目前飞行中的研究还很欠缺，影响因素也较多，飞行中水、电解质的变化规律及其机理还有待进一步研究。
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收稿日期：1999-04-26, http://www.100md.com