创新环境在国家重点实验室建设中的作用与思考

建设创新型国家是当前国家发展战略的核心。国家重点实验室作为国家创新体系的重要组成部分,是建设创新型国家的重要支撑。航天医学基础与应用国家重点实验室是根据国家载人航天后续发展重要战略需求而开展建设的,当前正面临加强硬环境和改造软环境的艰巨任务。本文通过分析国内外知识创新团队在软环境建设中的经验,结合本实验室建设实践,探讨了科技创新软环境建设的意义、要素和几点思考,为国家重点实验室加强创新文化培育,实现机制创新和增效运行提供参考。

航天医学问题的细胞分子基础研究进展

本文系统综述了航天医学问题的细胞学与分子生物学基础的最新进展,阐述了失重和辐射生物学效应的新认识、新方法和以及研究热点,重点综述了生物体对重力信号的感受、转导、传递和反应过程中的基本生物学问题以及航天过程中多种环境因素对机体影响的分子机制研究的最新进展,并展望了该领域研究的发展方向及其在航天医学中的应用。

体液检测技术的发展及在航天医学研究中应用展望

实时、动态、在轨分析航天员体液指标,对于飞行中监测与评估航天员健康风险、发现航天医学新知识具有重要意义。随着先进检测技术和理论的发展,电化学技术、微流控技术、表面等离子体共振技术、微型流式细胞检测技术、生物分子提取和测序等技术已在空间环境下得到应用,本文对体液检测技术的发展及在航天医学研究中应用展望进行了综述。

氧化还原内稳态与节律基因相互调控的研究进展及在航天医学应用展望

氧化还原信号是细胞内稳态的重要调节因素,许多生物过程响应来自细胞内氧化还原状态的信号。研究发现细胞氧化还原状态在体内发生节律性振荡,周期与节律基因振荡周期一致。大量证据表明昼夜节律的转录/翻译反馈回路机制与氧化还原的非转录振荡机制间存在相互调控关系,二者耦合产生一个具有高度灵活性的计时系统。空间飞行期间,航天员长期暴露于微重力环境会造成昼夜节律失调和机体氧化应激损伤,增加健康风险,导致航天员任务执行能力下降,警觉性降低。目前微重力环境对氧化应激的影响已有较为深入的研究,但微重力对昼夜节律的影响研究较少,两者相互作用的分子机制仍未完全阐明。综述了节律基因的转录振荡与氧化还原的非转录振荡,总结了二者的调控关系以及微重力对昼夜节律和氧化还原的影响,可为进一步深化空间生物学研究和制定航天医学综合防护措施提供借鉴。

诱导多能干细胞重编程方法的优化及其在航天医学中的应用展望

近年来,通过外源导入特定的转录因子,将体细胞重编程为类似胚胎干细胞(ESCs)潜能的诱导多能干细胞(iPSCs)掀起了干细胞研究的又一热潮,然而重编程效率低和安全性等问题严重阻碍着其临床应用。太空环境对成体干细胞分化潜能的影响是航天员生理变化的因素之一,具有类似ESCs全能性的iPSCs将为发育生理学及再生医学研究带来全新的视角。综述了iPSCs的研究进展,重点阐述提高安全性和重编程效率的方法和应用研究现状,并探讨了其在航天医学领域中的应用前景。

国外航天医学研究的回顾与启示

航天医学是伴随载人航天事业的发展而兴起的一门新兴学科,针对长期空间飞行的"人系统风险",在人体健康和对抗措施、心理行为健康、辐射卫生及先进的人体保障技术等领域开展研究,介绍了国外航天医学研究的进展情况及其启示,促进航天医学理论和技术水平飞速发展,为我国空间站的航天医学研究提供参考。

女性15d头低位卧床实验的组织实施与医学监督

头低位卧床实验(HDBR)是弥补在轨飞行资源限制的重要地面模拟途径。女性头低位卧床实验是探索我国女性航天员参与航天飞行任务防护方法的重要平台。中国航天员中心组织实施了女性15 d头低位卧床实验,用于评价、比较和改进失重生理效应的防护方法。本文介绍了实验概况,志愿者的选拔情况,卧床实验控制、测试项目和测试时间等。卧床过程中志愿者心率降低,卧床后期舒张压降低,卧床期间静摄水量与卧床前后基本持平。卧床实验的多项结果在本刊的系列文章中给出。本文中的数据是本刊其他关于心血管和肌肉系统文章的基本背景。营养供给、基本认知功能和口腔相关研究结果是成功组织本实验和非靶研究系统的结果。

航天医学研究现状与趋势

本文概要回顾了近十年我国航天医学研究的主要进展;从5方面阐述了航天医学的发展现状和趋势:1)加深对失重生理效应的理解是航天医学的核心内容;2)提高失重生理效应对抗防护能力是必须解决的重要任务;3)先进健康监测技术是解析航天医学问题的重要工具。4)深空探测步伐推动了标志性综合环境模拟试验;5)大数据时代航天医学蕴含着丰富的知识增长点。在综合分析的基础上,提出了我国航天医学发展方向。

载人航天微型磁等离子体辐射防护地面实验

星际飞行中的辐射主动防护问题一直是人们研究的焦点,低地轨道飞行中采用的质量厚度屏蔽已经不能满足要求,必须寻找新的空间辐射主动防护技术和方法。在电场、磁场、等离子体膨胀等众多新的主动防护方法中,选取了等离子体膨胀辐射防护技术作为研究对象;通过注入高能等离子体使磁场膨胀,从而使空间带电粒子偏转以减少空间辐射对飞行器及航天员的辐射损伤。通过原理性实验,证明了在真空状态下,等离子体的注入可以引起周围磁场发生变化,且同一个点的磁感强度随着射频电源输入功率的增大而增大。其机理还有待进一步的研究。

基于小负荷血流限制训练的航天失重对抗研究展望

载人航天飞行必须应对失重暴露可能造成的一系列不良生理影响,运动锻炼是目前普遍采用的失重对抗策略。但传统的运动锻炼方案耗时大,且对运动器械的硬件要求高。血流限制(BFR)与运动锻炼相结合,只需较低的负荷即可改善肌肉结构和心血管功能。较低的训练负荷可有效降低运动损伤风险,同时降低对运动器械设备的性能配置要求。本文系统综述了BFR训练的作用机制、潜在风险及应对,提出基于小负荷的BFR训练可作为当前基于运动锻炼的失重对抗方案的有力补充。运动科学与航天医学“体医融合”的多层次多维度整合研究,有利于制定更为高效的失重防护方案,为中国空间站航天员长期驻留和未来深空探测提供更为有力的健康和安全保障。

耐力性锻炼在载人航天飞行中的应用与发展

航天飞行引起的航天员有氧运动能力降低严重影响了在轨及返回后航天员完成任务的能力。对于有氧运动能力降低采取的措施主要是利用功率车或跑台进行耐力性锻炼。现有的锻炼方案还不能完全防止长期飞行导致的有氧运动能力下降,迫切需要对现有防护方案进行优化以进一步提高对有氧运动能力的防护。本文回顾了耐力性锻炼方案在航天中的应用,对高强度间歇性锻炼方案在航天中的应用进行了综述和展望。

铁调素调节蛋白研究进展及其在航天医学中的作用

铁调素调节蛋白(HJV)是调节铁调素表达的关键上游分子,在骨骼肌、肝脏和心脏中呈现组织特异性高表达。肝脏中的HJV作为骨形态发生蛋白(BMP)的协同受体调节铁调素的表达,对机体铁稳态至关重要。骨骼肌中HJV的表达对全身铁代谢并无影响,但与肌细胞成肌分化相关,并可作为转化生长因子-β1(TGF-β1)的辅助受体防治肌肉萎缩。HJV在血液、脑等其他组织器官中的作用也逐渐得以研究阐明。失重及缺氧状态下HJV的变化很可能与航天员太空飞行时贫血的发生与组织氧化应激有关。综述了HJV在肝脏、骨骼肌,血液等组织中的主要功能作用,同时结合失重及低压缺氧状态下铁代谢变化的国内外研究,对HJV在太空飞行或模拟失重引起全身生理或病理性变化中可能发挥的作用进行了展望。

高强度运动锻炼在载人航天飞行失重防护中的应用与展望

长期太空飞行面临的失重,会导致人体运动能力下降,体育运动锻炼是目前失重防护的核心措施,因此,该文对当前载人航天飞行的失重防护方案中运动锻炼模式和负荷强度进行了系统的综述。当前,空间站执行的基于运动锻炼的失重防护,多采用中低强度运动锻炼,但是中低强度锻炼防护方案耗时长,防护效果相对有限。高强度、高负荷锻炼能更为有效地对抗失重所致的多系统不良生理效应,但是高强度同时伴随较高的运动风险。中等强度与高强度交替进行的耐力锻炼与抗阻锻炼相结合的多维度综合性运动锻炼,或许是未来失重防护发展的主要方向之一。

运动生理学研究生教学中航天医学研究的体医融合实践探索

基于载人航天飞行时航天员所面临的失重问题及当前主要防护策略,提出基于“体医融合”的学科交叉课程设置改革方案。旨在培养综合性复合型体育学科运动人体科学专业研究生,以满足特种医学领域和特殊行业对运动科学专业技术人员的需求。通过对研究生实施运动生理学理论及实验课程内容设置的调整、英文文献资料的渗透、航天医学理论的引入等措施达到学科内容更新与融合,实现运动生理学向整合生理学的转型。从而为运动科学研究生培养质量的提升和学科的发展注入了新的活力,同时可为航空航天医学专业技术人员培养体系的改革和完善提供一定参考和借鉴。

基于DNA甲基化的中医概念与证候量化方法及其在抑郁症和癌症筛查中的应用

目的探索基于DNA甲基化的中医概念量化表征方法。方法采集集成抑郁症、轻度认知功能障碍、阿尔兹海默症、创伤后应激、焦虑障碍、产后抑郁症、骨质疏松、类风湿性关节炎、动脉硬化、脑卒中、乳腺癌、肠癌、肺癌等多种疾病的多组学数据,以及以中医术语注释的中药功效、药性、化学成分、靶标数据。提出了SEMO算法,计算干扰物与疾病表型的统计相关性。干扰物=药物/天然产物成分/营养素/中药/中医证候/中医治法。结果DAMOPA计算框架实现了基于DNA甲基化的中医证候、治法、方剂排序功能。在新冠重症预测、抑郁症、认知功能筛查、癌症预警等应用中,相比GO等本体论,中医证候标志物表型相关性更强,有因果涌现现象。开发的DNA甲基化捕获测序试剂盒,实现了基于唾液甲基化检测的中药复方计算(“甲基化开方”)、用证候甲基化标志物分析中药作用机制。结论通过DNA甲基化数据可以量化表征中医概念,中医证候与现代医学通路分析可以在同一个计算框架内实现。

航天飞行中的病症和损伤

航天飞行期间,正常及故障条件下航天员均有可能发生病症和损伤。其中部分病症由航天飞行环境引起的生理功能紊乱所导致,另一部分是地面上也会同样发生的临床病症和损伤。汇总了国内外航天飞行中出现过的病症和损伤,从发生率和严重程度上区分为常见的一般病症和损伤以及较严重的应急病症和损伤,并详细论述了空间运动病、头痛、背痛、睡眠障碍、感染性疾病、外伤、耳/鼻窦气压性损伤、航天飞行相关神经-视觉综合征等一般病症和损伤及心律失常、肾绞痛、尿路感染、Ⅱ度烧伤、化学性肺炎等应急病症和损伤的病因、发生率、对任务的影响和典型病例,以期为制定长期航天飞行疾病谱提供参考。

载人航天飞行中的情绪研究进展

载人航天环境中的微重力、振动、辐射、限制和隔离等各种应激源会使航天员出现焦虑、抑郁等各种负性情绪,进而影响到航天员的操作效率和飞行计划执行,甚至航天飞行的安全;情绪应激长期作用还会对航天员的身心健康造成损害。情绪研究是航天心理学的重要研究方向,国内外学者对航天飞行以及类似环境中航天员的情绪变化进行了大量研究。本文总结了情绪的基本理论,情绪测评的方法以及载人航天领域情绪研究的现状,并对载人航天情绪研究的未来进行了展望。

载人航天空间辐射主动防护方法

近地轨道短期载人航天飞行期间,由于存在地球磁场的保护,舱内航天员受到的空间辐射剂量处于可接受水平,适当的质量厚度屏蔽就可以确保航天员的空间辐射安全。星际飞行中的主要辐射是银河宇宙辐射和随机发生的太阳质子事件。由于缺少了地球磁场的保护,质量厚度屏蔽方法已经不能满足空间辐射防护的需要,必须寻找新的技术和方法解决该问题。本文介绍了国际上主要研究的三种载人航天主动防护方法:静电场防护,等离子体防护和磁场(包括约束磁场与非约束磁场)防护,并分别对它们的防护原理进行了阐述。

航天心理学研究与实践

国际载人航天60多年来,经过了短期到长期飞行的实践,航天心理学逐步探索出航天员的胜任特征,形成了一系列候选航天员及航天乘组的心理选拔方法、地面心理训练方法以及在轨心理支持措施,成为载人航天飞行任务成功的重要保障之一。本文系统介绍了航天心理学概念形成、短期、长期飞行中的心理应激源及其对策、研究内容及方法、心理支持措施等,以及未来航天飞行中所面临的心理挑战和航天心理学的发展方向。

长期航天飞行失重生理效应防护策略分析

载人航天50多年来,失重生理效应防护措施也已逐渐进入其成熟阶段。本文系统综述了美国和俄罗斯载人航天任务中的失重生理效应研究与防护措施在轨使用历史及其在轨应用方案,提出了失重生理效应防护措施未来三方面的发展策略:多锻炼方式的整合,锻炼与营养的整合,反向契合失重生理效应层次特征的锻炼-效果动态响应的应用。本综述旨在为我国相关的研究与应用提供参考。