中药在载人航天医学健康保障中的应用

中药在载人航天医学健康保障中的应用

中国“神5”和“神6”的成功发射和成功回归，标志着中国在航空航天领域取得了突破，实现了中华民族自古以来的航空梦想。载人航天飞行具有很大风险,宇航员要面对与地面不同的恶劣的太空环境,如振动、冲击、噪声、失重、超重、宇宙辐射、高真空、昼夜节律变化、剧烈的温度变化、超负荷的心理和工作压力等,这些环境因素可能导致机体心血管系统功能紊乱、航天运动病、骨骼与肌肉结构和功能变化、感觉-运动功能迟缓、睡眠周期紊乱、情感抑郁等一系列生物医学和心理方面的问题,直接影响航天员的工作效率和身体健康,甚则威胁生命。因此,如何提高航天或太空特殊环境下的机体适应能力,最大程度保护航天员的健康一直是航天医学领域的重要课题。较之前苏联和美国,虽然我国的航天医学探索起步较晚,但我国航天医学较早地融合了有着几千年经验的以整体综合调节为特征的传统中医药学,探索将中医辨证论治的丰富经验和中药复方的整体调节特色运用于航天载人的医学健康保障,取得显著成效,不仅为保障航天员飞行和维护其健康发挥了重要作用,而且对建立具有中国医学特色的航天医学保障体系有重要的意义。1中医药进入基层治疗体育化学新发展的前景分析航天飞行中航天员所经历了不同的飞行阶段,这些阶段是连续的。人体是一个复杂系统,各系统之间是密切联系的。因此航天飞行中的生理适应性反应是一个多系统、连锁的整体性反应。前苏联学者Blomqvist曾提出航天状态下的机体适应是一个从分子、细胞到器官、系统多个层次的综合生理学问题的概念,提示仅着眼于局部或单一系统的干预是难以解决航天生理适应性问题的。近些年来,人们越来越感到整体调节对于解决航天医学问题的重要性。但由于受局部分析等认识方法上的局限,到目前为止,在针对航天特殊环境下机体的适应特点实施综合调节以最大程度地保持航天员良好身心状态和工作能力方面,西医尚未找到合适的切入点。基于中药含有多种成分,具有多环节调节及因机体状态而选择性(适应原样)发挥作用等特点,俄罗斯宇航员曾应用人参来提高前庭耐力,加加林航天员训练中心曾将红景天等草药口服液,作为个人物品带向空间站,对长期飞行的航天员进行医疗保健。不过,有关草药的运用仍限于经验的提示,其确切的效用仍有待科学评价。中医药在我国有着几千年的历史,历代医家在运用中药防治疾病方面积累了丰富的经验。中医学认为人与自然相应,体内五脏六腑与经络官窍是相互联系的。疾病是特定自然环境下的机体阴阳失调的结果,疗疾防病本质上就是从机体阴阳气血和脏腑之间的失调关系中求得新的平衡。中医还特别重视疾病演变中的时空特性和治疗中“因人因时因地”的针对性。中医的诊疗主要是在辨别具体病证基础上,根据中医药学理,通过多味药的合理配伍组成复方来对患者进行施治,而中药复方则以其多系统、多环节作用呈现出对机体的整合效用为特点。中医的这种整体观和治疗学特点与航天机体适应的综合生理学概念内涵非常接近,中医“辨证论治”经验中蕴涵的整体动态调节理念也与航天飞行中机体多系统多时相的适应反应相吻合,提示运用中医药以提高航天特因环境下的机体整体功能调节能力是可能的。不过从逻辑上讲,中医中药虽然有几千年的运用经验,但这些经验均是源自常态地球圈内的医疗实践活动,用于航天特因环境中的人是否也有效仍是一个问号。2证论治的中医应用研究较之于俄美国家,我国航天事业起步较晚,航天医学的研究也是20世纪90年代前后才开始的。我国科学家们在追踪国外研究动态的基础上,在航天医学各领域积极探索的同时,开始尝试运用中医中药来解决航天飞行中一些医学问题。最初,研究人员观察了刺激穴位、运用中药、气功等方法对模拟实验动物生理病理的影响,发现中医药具有一定的调节作用。不过早期的研究尚没有考虑到运用中医药理论,大多数实验仅限于对动物个别系统或某些局部的药理作用观察,研究比较零散,缺乏主攻目标,从有关研究结果中难以得出中医药在航天领域运用的实际价值。随着研究的逐渐开展,人们试图依据中医学理和辨证论治的经验来解决航天机体适应中的一些问题。张瑞钧等曾根据人体神经—内分泌—免疫系统生理功能的改变和相互关系,提出了航天飞行机体反应的“整体功能态”的概念,将航天员的生理反应归纳为抑制型、应激型和血瘀型三种功能态类型,提出三种类型分别与中医的阳虚证、阴虚火旺证和血瘀证相对应。谢力勤等曾根据中医学气血虚实理论,认为航天初期为气机逆乱的实证,随着飞行时间延长,正气渐损,出现肝肾阴虚合并气滞血瘀的虚实夹杂证。沈羡云等利用兔头低位-20°限制活动模拟失重,通过观察动物血液循环系统的变化,提出“航天血瘀证”的概念以及“活血化瘀”、“益气活血”、“扶正固本”等中医防护大法。王宝珍等运用中医望、闻、问、切四诊合参的方法,对头低位-6°卧床模拟失重的人体进行辨证,发现被试者在21天的卧床全程中先后出现类似中医肾阴虚、阴虚阳亢、脾气虚和血瘀四种证型的变化。在中药运用研究方面,则以寻求对抗性有效中药为目标。如针对失重状态出现的中医血瘀证及其涉及到的现代病理基础,从中医活血化瘀中药中选出药味组成复方丹黄合剂,观察复方对模拟失重动物血液流变学的影响。也有以药理作用为指导,观察单味中药及其成分如斛皮素、泽兰提取物对微重力环境下的心肌收缩力和血液流变性的作用,以期能筛选出有效中药单体或组分。这一阶段的研究主要是通过模拟一些航天条件下的动物实验和人体试验,获得了一批有关航天飞行中机体适应性反应的资料,依据中医辨证经验,从整体功能反应的角度,初步观察到航天环境下机体适应反应中的中医证候类型,为进一步运用中医药干预航天环境下机体适应的研究奠定了一定基础。但此阶段,还没有能从整体上系统认识到航天飞行过程中不同适应阶段的中医病机及其演变规律和提出适宜的防治原则及方法,所拟防治方药与病证病机之间的针对性不够。有关中药防护效应的研究也比较局限,未能很好体现出中药复方的多向整合作用及其对航天生理适应的整体系统调节等特点,方药效应机理的研究也待开展。3太空飞行对人体生理状态的影响在经历上述有关中医药运用与航天领域的一些探索后,研究者进一步调整了以中医辨证论治经验为背景的研究思路。中医辨证与施治是密切联系、相互统一的两个环节。辨证是施治的基础,施治是针对辨证结果落实治疗方案和具体方药。其中从整体上把握航天员机体适应的中医发病及病机演变规律是确定防治原则和方法的关键。由航天医学工程研究所和北京中医药大学国家重点方剂学学科联合组成攻关小组,在前期研究的基础上进一步调整了研究思路。研究小组在充分收集目前国内外航天飞行中机体各系统生理反应相关资料的基础上,综合分析航天员航天飞行各阶段人体的整体功能状态,结合我国航天训练员的整体反应特点;根据中医“人与天地相参,与日月相应”即强调人的生命活动受自然环境影响的观点和航天飞行中人体受到如失重、昼夜紊乱、太空辐射等特殊因素的作用和航天飞行中离地升空、太空适应、返回地面不同阶段的特点,运用中医病因病机学说对航天特因环境下机体适应的不同阶段的症候反应态进行归纳类比,提出航天飞行生理适应性反应的中医病机及辨证的理论假说。失重长期适应于地面的航天员从地面进入太空,机体突然处于失重或微重力状态下,流向头部的血流加速增多,出现头面肿胀,头重鼻塞,眩晕呕恶,甚则昏仆等症,即所谓“运动病”,这种状态类似于中医的阳失潜藏,阳亢气逆,由此而引起气血逆乱,脏腑功能紊乱,较为突出的是肝旺阳浮,肝火升动而见目赤头痛、心烦易怒等症;心阳浮动,神失潜藏,而见心悸、心烦不寐;肝阳扰胃,升降失常,而见恶心呕吐,饮食减少等症。飞船环境飞船狭小拥挤,人体也处于紧张应激、孤独寂寞的状态,这些特殊的精神情志活动,作为一种持续刺激则可引起体内多种功能紊乱导致疾病。中医认为心主神,肝主疏泄,人的精神活动主要由心所主宰,与肝的疏泄功能也有密切关系。狭小隔离环境,紧张孤独引起情志郁结;而紧张应激,引起心阳不潜,血脉不利。病位早期虽主涉肝、心二脏,日久则可波及脾肾。狭小环境,航天员的体能活动受限,加上失重,机体几乎处于一种悬浮状态,骨骼肌肉去负重,类似中医病因中的过逸状态。过逸可导致气血运行不畅,久则气滞血瘀;筋骨肌肉不用,久则筋骨痿软,肌肉萎缩;少动则脾失健运,化源不足可致气血不足,而见心悸气短,倦怠乏力;气机不畅日久还可导致气郁、瘀血、水湿、痰阻等病变。节律变化飞船在太空绕地球飞行,往复于地球阳面(相对于太阳)与阴面,每90分钟(一圈)经历一昼夜的变化,24小时绕地球飞行16圈。按中医“天地人”和“昼夜阴阳消长”的观点,进入太空飞行后,长期适应地面每24小时一昼夜的人体在一天内要经历16个昼夜的再适应,如此大的变动幅度对经脉运行、脏腑盛衰及阴阳变化产生重大影响。祖国医学认为“卫气者,昼日常行于阳,夜行于阴,故阳气尽则卧,阴气尽则寤”(《内经》)。睡眠—觉醒异常与卫气有密切关系,日节律的变化对航天员睡眠造成一定影响,且对营卫的影响最大。卫气充养肌腠,护卫机体不受外邪侵犯;营气化生血液,营养全身。中医还认为月亮朔望运行周期和人体生理活动相应,“月始生则血气始精,卫气始行。月廓满则血气实,肌肉坚。月廓空则肌肉减,经络虚”(《内经》)。长期飞行中,月节律的变化也会影响气血运行和脏腑功能。太空飞行中的“天地人”系统、大气场发生的根本性变化,可能对机体生理状态产生深远影响。太空辐射太空中除飞船的振动、噪声、低压、高浓氧、高低温等因素外,太空辐射也是影响人体的一个较为重要的因素。宇航员的出舱活动,太阳核子的异常活跃,都可能使航天员接受的辐射剂量大大增加,导致人体的防御、修复、代偿及免疫功能等的低下。辐射类似中医的热毒邪气,可损害人体的脏腑气阴,引起脏腑阴虚阳热的病机。中长期飞行有研究指出随着太空飞行时间的延长,机体适应可导致不可逆性的损伤。中医认为早期的不适症状虽然可随着适应时间持续而有所减轻或消失,但适应过程中机体经历了由实(阳旺气郁血滞)向虚(阳弱气虚阴伤)的转化过程。根据脾主运化,在体合肉;心主血,在体合脉;肝主藏血,在体合筋;肾主藏精,在体合骨等理论,推测这些变化可能涉及肝肾不足,精髓亏乏,血不荣筋,肌损骨痿;脾胃虚弱,气血渐耗,卫外无能,心脉虚衰。中长期飞行返回地面时,已适应于太空环境的机体内环境由于再次受到重力的作用,心血管反射性调节作用减弱,回心血流减少以致脑部缺血而发生晕厥,与中医气血虚弱基础上的阳气虚陷,气血无能上注,脑失充养的机制很为类似。在以上中医病机类比分析的基础上,初步概括出航天特因环境下生理适应的中医发病学理论:航天生理适应以神劳—形逸—毒损引起的脏腑虚损,气血逆乱,阴阳失调为主轴;其中航天早期(升空和初入太空阶段)阳亢神浮,气血升逆,营卫不和;中期(太空飞行适应及后期阶段)气虚血滞,阴伤精亏,筋骨失养;后期(返回地面阶段)气血两虚,清阳虚陷,心脑失充为其主要病机。4养肝和养肝根据上述病机假说,结合中医药治疗经验,首先确定航天飞行人体生理适应中医药干预的分时相辨证论治原则,再根据早、中、后不同时相的主要证候病机,分别设定平肝降胃,养心安神,调和气血;补肾养肝,健脾益气,行气活血;补气升阳,养血活血的防治大法和制定体现三法的相应方剂;进一步重点围绕载人航天中的失重、辐射等特因条件下机体心血管、运动系统(骨组织)、免疫系统的生理适应性问题,选择多种模拟航天条件下动物模型和以模拟失重为重点的人体试验,从神经—内分泌—免疫相互联系的角度,分别观察有关方药对模拟的航天不同生理适应期的动物模型的干预效应,并在整体、器官、细胞以及分子不同水平上探讨其作用机理。4.1强骨抗俄罗斯药检测最初的中医药干预性研究是以航天飞行中较为突出的由失重所引起的骨丢失问题为切入点。失重下骨丢失主要表现为骨质疏松,筋骨萎软,腰膝无力,类属中医的“骨痿”。航天失重骨丢失主要发生在飞行中长期,根据中医“肾主骨”、“肝主筋”、“脾主肌肉”的理论和脾肾不足,肝郁血滞,筋骨失养的病机,设立补肾健脾,舒肝活血,荣筋强骨治法,据此组成强骨抗萎方,在整体、离体,组织、细胞及分子不同层面上较为全面的观察了该方对失重骨丢失的影响。结果发现,强骨抗萎方能显著提高模型大鼠负重骨的骨生物力学性能最大载荷、最大应力和增强其骨密度、骨矿含量;显著升高模型大鼠血清Ca2+、P2+、肌苷(Cr)和碱性磷酸酶(ALP)及腰椎骨羟脯氨酸含量;显著提高模型大鼠小肠和胫骨组织ALP活性。光镜观察到,该方能增加悬吊大鼠胫骨骨干处骨皮质厚度、骺端骺板厚度及骨皮质中的骨细胞数,促进成骨细胞分化,减少破骨细胞形成,改善哈佛系统结构;电镜观察显示,该方能增加模型大鼠胫骨骨基质内胶原纤维含量,使其成骨细胞呈活跃的增殖状态。进一步的体外研究表明,该方可改善模拟失重条件下类成骨细胞分化抑制状态,显著提高类成骨细胞ALP活性及其mRNA转录水平。首次从多个不同角度证实了中药具有对抗失重下骨丢失的效用,证明中药用于对抗失重下骨丢失的可能性。4.2干预功效的检测上述研究结果使课题组人员兴奋不已。接着课题组根据航天员航天飞行各阶段整体功能状态特点及其中医病机,制定出不同时相干预方药A方、B方和C方,动物实验分别观察了三方对航天不同时相的生理适应的调节效应,人体试验采用序贯给药观察了三方对模拟航天条件下生理适应整体调节效应,以验证中医防治理论的合理性,并结合分析性模型探讨方药的作用机理。动物实验观察到,中药方A具有显著提高短期模拟失重兔立位耐力的作用,能显著降低尾悬吊大鼠应激早期血清去甲肾上腺素和多巴胺含量(抑制交感神经兴奋性);降低模型大鼠心肌ATP酶、琥珀酸脱氢酶(SDH)、乳酸脱氢酶活性(LDH),升高储存能荷值(降低增强的有氧代谢,减少能耗,保存了心肌能量的储备)。电镜下还观察到中药方对悬吊5天的模型大鼠心肌肌原纤维的溶解或断裂、线粒体嵴模糊或膜局部退化以及核膜间隙局部扩张等异常变化有一定的保护效应。序贯给药可提高尾悬吊中后期大鼠的椎骨矿盐含量和骨骼的结构力学及材料力学性能,改善骨形态,提高血清总骨调素(BGP)、结合BGP及骨组织BGP含量。人体-6°头低位卧床试验观察到,A、B和C三方序贯给药对被试者静息状态下指标的变化影响不明显,但能显著提高动态负荷状态下各观察点的心肺功能储备、心血管调节能力、体能耐力;显著提高不同观察时间点的血BGP和ALP同功酶及卧床第18天、恢复后5天的血P水平,降低卧床第18天甲状旁腺激素水平;提高卧床21天的胫骨骨密度。结果表明干预方药具有调节心肺血管功能和骨代谢的作用。体外研究表明,中药方能抑制模拟失重条件下培养的心肌细胞LDH活性,上调其心肌细胞钙调蛋白的mRNA表达,减轻由失重引起的心肌细胞凋亡。上述研究从不同纬度上初步证明了依据不同时相的中药治方序贯给药对人体心肺功能和骨盐代谢的调节作用,对模型动物早期心血管的保护和对中后期骨盐代谢的改善作用,且在不同层面上发现其保护或改善作用的部分机制。4.3太空燮理汤对航天中长期飞行中的机体免疫系统的影响研究表明,按中医防治理论,分阶段序贯给药对航天飞行不同时相的适应反应中某些异常改变,尤其是对于心血管功能和骨丢失具有显著改善或调节作用。考虑到航天医学面临的突出问题是中长期载人飞行中骨丢失和免疫系统的潜在损伤,而在航天环境中的诸多复合因素中尤其以失重和可能的辐射对机体影响最为突出,贯穿于各时相的中医病机虽然侧重点不同,但其间演变有着一定的内在联系,这些联系变化以神经—内分泌—免疫网络为基础。研究人员在归纳出贯穿飞行不同时相的中医基本病机“肝肾不足,心脾两虚,气血瘀滞”的同时,对先前序贯给予的A、B、C三方中的药味进行重新组合,拟订出体现“补益肝肾,健脾养心,行气活血”治法的基础干预方药“太空燮理汤”,在探索复制大鼠模拟失重(尾部悬吊)和空间辐射(60Co-γ)复合的动物模型的基础上,重点考察了太空燮理汤对模型大鼠中后期的不同时间点下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPAA)、免疫功能以及骨调节因子的影响。结果发现,模拟失重加辐射能引起机体细胞免疫功能下降,非特异性免疫功能中腹腔巨噬细胞功能增强,下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPAA)的功能紊乱。其中脾淋巴细胞功能下降与血清皮质酮(CORT)持续升高和脾细胞CORT受体mRNA表达的上调关系密切,而标志骨形成/吸收的血清BGP的降低总是伴随血清CORT和IL-1、IL-6升高,表明这些内分泌激素和免疫细胞因子参与了模拟失重和辐射引起的骨丢失形成。研究还发现HPA轴表现出不同时间的变化,实验较早期的第11天下丘脑促肾上腺皮质释放激素(CRH)、垂体促肾上腺皮质激素(ACTH)和血清CORT均显著增加,即此时存在HPAA兴奋;实验较后期的第16和21天,随着血清ACTH和CORT的逐渐回落,下丘脑室旁核的IL-1受体mRNA表达降低,下丘脑CRH下降,表现出HPA反馈性调节效应。实验第16天血清IL-1升高的同时伴有胸腺细胞凋亡的增加,提示存在非特异与特异性免疫之间的调控异常。中药太空燮理汤能通过减少胸腺细胞的过度凋亡,维持体内T淋巴细胞的数量,增强脾T淋巴细胞功能以及抑制过度升高的腹腔巨噬细胞功能来调节模拟失重加辐射引起的机体免疫功能的紊乱。该方还能通过降低升高的ACTH、CORT、IL-1和IL-6的含量,调节CRH的合成释放,上调下丘脑中IL-1受体mRNA表达和下调脾细胞糖皮质激素受体mRNA表达以及提高血清BGP水平等环节,恢复机体神经—内分泌—免疫网络的自稳功能,发挥其抗骨丢失和调节免疫等多种作用.上述研究成果曾经试用于航天特殊环境下的航天员适应性训练,结果表明有关方药的确有减轻训练员不良生理适应反应、对抗模拟失重状态骨组织丢失和提高特殊环境心血管耐力的效用,能提高航天员体能、增强对特殊环境的适应能力和耐受能力、缓解疲劳。相关方药应用于执行神州五号、六号载人航天飞行任务的航天员的健康保障,被证明有很好的效果。5中医药应用的拓展研究范围有利于合理利用人类载人航天已有40多年历史,航天医学在航天飞行生理适应机理的研究领域虽取得一些重要进展,但由于太空特因环境及其复合因素对机体综合影响的复杂性,有效可行的防护措施仍处于探索中,而提高航天员太空飞行的生理适应能力和最大程度地降低由于适应引起的机体病理损伤,保护航天员生命和提高其工作效率,仍是航天生命领域的重要课题。至今,航天员在太空停留最长的时间已达到438天。随着21世纪人类探索星际太空计划的实施,航天员在太空逗留的时间将进一步延长,解决载人航天飞行中航天员的健康问题就愈发迫切,而具有数千年经验的中医药学将越来越发挥其重要的作用。实践表明,运用中医药经验与理论解决航天特因环境下的生理适应引起的健康问题具有一定的可行性,并展现出良好的应用前景。中医药应用于航天医学赋予我国航天医学之特色,其与现代航天医学的结合也促进了一门新兴交叉领域——航天中医学的诞生。无论对于传统的中医药学,还是对于现代航天医学而言,都是一个全新的探索。随着该领域研究的深入,中医药在载人航天中将得到更多的应用,不仅将大大拓展中医药学的运用范围,也将对揭示中医药的生命调控奥秘及发展具有中国特色的航天医学产生重要的影响。(2006年7月27日收到)1BLOMQVISTCG,STONEHL.Cardiovascularadjustmenttogravitationalstress[J].AmPhysiolSoc,1983,2(3):1025-1063.2童伯伦,裴静琛,朱天威.耳穴刺激抗运动病的研究[J].航天医学与医学工程,1989,2(4):249-252.3王圣平,刘新民,尚伟芬,等.天麻醇提物对旋转诱发小鼠运动病的影响[J].航天医学与医学工程,1999,12(5):342-345.4何宏,段元儒,孙永恩,等.气功在航天失重飞行中的防护作用[J].中国气功科学,2000,7(8):16-19.5张瑞钧.整体功能态在航天医学研究中的意义