中华急诊医学杂志  2022, Vol. 31 Issue (6): 736-739   DOI: 10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2022.06.006
空间站任务阶段航天员的医疗救护保障
王瑞娟 , 李连勇 , 谭荣 , 娄晓同 , 刘骥 , 王刚 , 赵蓓 , 陈锐 , 韩国鑫 , 杨鹤鸣 , 顾建文     
中国人民解放军战略支援部队特色医学中心,北京 100101
摘要: 目的 回顾总结载人航天史上曾经发生的主要问题以及我国自2003年神舟五号首次载人航天任务以来主着陆场航天员医疗保障的经验,重点分析自神舟十二号开始的空间站建造期间的技术状态和返回特点,制定有针对性的伤病救治预案,确保航天员安全。方法 总结国外航天史上航天员发生意外伤害的教训,尤其是空间站阶段,结合我国载人航天的航天员医疗保障经验,针对空间站任务飞船在轨时间长、主着陆场调整的任务特点,提出系列的组织、预案以及救治方案。结果 在原有舱前急救、直升机ICU综合救护平台的基础上,进一步优化了急救程序,制定了不同复杂地形情况下的救治预案及航天员的快速救治和后送原则。结论 空间站任务医疗救护的综合救援方案、直升机救护平台的构建以及组织实施,可以保障空间站任务航天员各种情况返回的有效救治。
关键词: 空间站    航天员    救护飞机    急救医疗服务    
Medical rescue support for astronauts of space station mission
Wang Ruijuan , Li Lianyong , Tan Rong , Lou Xiaotong , Liu Ji , Wang Gang , Zhao Bei , Chen Rui , Han Guoxin , Yang Heming , Gu Jianwen     
PLA Strategic Support Force Medical Center, Beijing 100101, China
Abstract: Objective To review and summarize the main problems that have occurred in the history of manned spaceflight worldwide and the experience of the medical rescue support for astronauts at the main landing site since the first manned spaceflight mission of the Shenzhou-5 in China in 2003, focus on the technical status and return characteristics during the construction of the space station since the Shenzhou-12, and formulate a targeted injury treatment plan to ensure the safety of astronauts. Methods This article summarized the lessons of accidental injuries of astronauts in foreign aerospace history, especially in the space station stage, combined with the experience of medical support of astronauts in manned spaceflight in China, and put forward a series of organizations, plans and treatments according to the mission characteristics of long-term orbits and adjustments of the main landing sites of space station mission spacecraft. Results On the basis of the original pre-cabin emergency and helicopter ICU comprehensive rescue platform, the emergency procedures were further optimized, and the treatment plans under different complex terrains and the principles of rapid treatment and evacuation of astronauts were formulated. Conclusions The effective treatment of astronauts returning from the space station in various situations could be ensured by the comprehensive rescue plan for the medical rescue of the space station mission and the construction and organization of the helicopter rescue platform.
Key words: Space station mission    Astronaut    Air ambulances    Emergency medical services    

我国载人航天已经取得了载人飞行、出舱活动、交会对接、空间实验室安全返回等举世瞩目的辉煌成就,昂首阔步迈入我国载人航天“三步走”的第三步,即空间站任务,其又分为空间站关键技术验证阶段、空间站建造阶段和空间站运营阶段,主要任务是建成和运营我国近地载人空间站,掌握近地空间长期载人飞行技术,具备长期开展近地空间有人参与科学实验、技术实验和综合开发利用太空资源的能力。“神舟十二号”空间站航天员历经3个月在轨飞行后的顺利返回和“神舟十三号”的平稳在轨运行,标志着我国初步完成了空间站的在轨建造任务,完成了空间站任务关键技术验证阶段的各项科学试验。空间站任务阶段航天员在轨飞行时间明显延长,生理功能下降更显著,返回地面后重力环境再适应反应更明显、所需时间更长,同时载人飞船由草原返回改为在沙漠戈壁区域返回着陆,这些都给此阶段的医疗救护保障提出了更新、更高的要求。

1 载人航天史上发生的主要问题和空间站任务对人体的影响 1.1 载人航天史上发生的主要事故和安全问题

在过去60年的世界航天史上,美国和前苏联载人航天先后发生过多种事故、故障和安全问题,包括飞机失事爆炸、推进剂和燃料泄漏、操作失误、线路故障等,分别造成18人和6人死亡。在飞船待发段、发射段、运行段、返回段以及着陆后均可能出现不同的危及航天员健康的应急工况。

1.2 长期在轨飞行对人体的影响

空间站任务3~6个月的长期在轨飞行,原有的生理系统稳态平衡遭到破坏,并将发生一系列适应失重环境的改变,最终达到新的平衡。长期的太空驻留会影响人的身体,导致各种健康问题,如心血管功能紊乱、体液重新分配、肌肉萎缩、骨质丢失、免疫功能失调、皮肤病变、伤口愈合受损等[1-4]。随着飞行时间延长,微重力、噪声、辐射、狭小孤立环境和高任务负荷等因素成为载人航天中影响航天员身心健康的应激原,导致注意力下降、睡眠障碍、疲劳、情绪不稳、认知和操作能力下降等[5]。生理及心理的影响二者叠加导致航天员出现疾病和不适的几率进一步增加,包括感染、胃肠道病症、外伤及心血管功能异常等。

1.3 空间站飞行任务期间可能发生的医学问题

空间运动病、减压病、心血管病症、感染性病症、各种疼痛、睡眠障碍、皮肤病症、视疲劳与视力下降及外伤、中毒、胃肠道病症、烧伤、急腹症等医学急症。

1.4 长期在轨飞行返回后需要关注的医学问题

航天员在太空中对失重环境适应后生理系统会达到新的平衡,返回地面后又需要对地球的重力环境进行再适应,在此过程中会出现心血管功能失调、骨骼肌功能下降及神经-前庭功能不适等,表现为立位耐力和运动耐力的下降、姿势平衡障碍及运动病症状。在轨飞行时间越长,返回后恢复所需时间也越长。此外还包括各种异常工况下返回导致的着陆冲击过载、减压损伤等严重医学问题。

2 空间站任务特点及医疗救护特点 2.1 飞行时间

本次任务较往历次任务大大延长,在轨驻留时间为3~6个月,航天员发生疾病的概率明显增加,随时可能应急返回。随着飞行时间的延长,返回后失重引起的立位耐力不良及运动耐力下降、前庭功能紊乱、心血管功能失调、肌肉萎缩导致的肌力减退及协调性下降等问题凸显,加大了健康判断难度及决策风险。

2.2 场地变化

预设着陆场区由内蒙古四子王旗调整至东风着陆场,该地区地形复杂,以戈壁为主,包括硬戈壁、软戈壁,同时还有沙漠、丘陵、梭梭林、湿地和水域等多种地貌;气候环境多样,多风沙、沙尘天气,紫外线照射强,昼夜温差大。应急着陆区覆盖国内外及陆上、海上,地理环境差别大。由于飞船返回时返回轨道的不确定性,实际任务中载人飞船着陆的瞄准点也不固定,可能在着陆场的任意区域、不同地形条件着陆,大大提升了搜救和医疗救护的难度。

2.3 任务更多、更新

除返回段和着陆后的医疗救护外,我们还承担了飞船发射的待发段及上升段部分责任区的医疗救护任务。升力式返回、弹道式返回、应急返回等不同返回方式航天员可能发生的伤情种类也都有很大区别,这些都对医疗救护提出了极大的挑战。

2.4 软硬件变化

搜救力量和载体有较大调整,空间站任务距离神舟十一号任务已过去5年,间隔时间较长,参加搜救的单位、人员和载体都有较大调整;对航天员的携行物品也进行了调整,实验样本及数据载体的种类和数量较前期任务有明显增加。这些都对着陆场系统的演练、训练、任务组织和医疗救护提出了更高要求。

2.5 要求更高

航天员在轨飞行时间长,重力再适应反应明显,出舱时机更难把握,而且所需时间更长。

3 空间站任务医疗救护策略

在载人航天飞行任务中,可能出现的事故和安全问题是多种多样的,航天员可能发生的伤病也是复杂的[6]。我国载人航天从神舟五号到神舟十一号,除神舟八号未载人外,其他各次均分别搭载航天员1~3人,飞行时间从1~33 d不等,航天员都没有发生明显的伤病。结合既往的医疗救护保障经验和空间站任务特点,对医疗救护方案进行了进一步的细化。

3.1 人员配置

目前空间站任务航天员为3人乘组,参考《航空医学救援医务人员配置的专家共识》[7]及既往经验,医疗救护人员的组成仍然采用一个救护小组对应1名航天员,每组3医1护、共计12人组成空中救护分队,与同样建制的地面分队构成空中和地面立体高效救护网[8]。空中救护分队专业内外科兼顾,覆盖普通外科、骨科、神经外科、泌尿外科、麻醉科、耳鼻喉科、心血管内科、消化内科、呼吸内科、急诊科及护理等,人员组成采用以老带新、老中青相结合的方式,有参试经验的占50%,年龄分布30~55岁,平均年龄43岁。每组3名医生职责定位明确,包括组长、主诊医生、监护医生,分别负责全面救治和医嘱下达、伤情检查和诊断、气道管理和生命体征监测。同时制作岗位责任卡片,进一步明确人员职责、携行设备清单及操作要点,每次演练及任务前都需仔细核对,杜绝疏漏。

3.2 医疗设备配置

由于机载医疗设施难以满足所有可能发生的意外情况,所以设计中包含的设备必须仔细选择,以便发挥最大效用。空间站任务继续沿用原有直升机医疗救护平台,包括抢救和手术平台、照明设备、输液输血装置、骨髓穿刺输液系统、除颤监护仪、野战呼吸机、便携式B超、电动吸引器、氧气瓶(碳钢瓶,9 L和12 L各1只)、铲式担架、血液药品冷藏箱等[9-10],具备独立救治航天员的能力。新增加了自动数字式胸腔闭式引流系统、输液泵、静脉泵用以保证治疗的及时性、准确性和精细化;新增头戴式照明装置以保证空中操作的安全性;配备了防护服、护目镜、手套等全套装备以保证在染毒环境下救护人员等安全;同时还配备了防毒服、防毒面具,可以保证在极端情况下第一时间对航天员进行施救。高质量的心肺复苏在院前急救中具有很大的挑战性,尤其是转运途中,国外有部分急救医疗机构在直升机救护平台中引入了机械式胸部按压装置,但从文献荟萃分析结果看创伤患者获益不及非创伤患者[11],加之其本身重量和直升机的有限空间,所以目前暂未引入该设备。

3.3 明确舱前救治原则,优化携行设备,提高救治效率

如出舱时航天员生命体征不平稳,需心肺复苏或合并头颅、胸腹部开放伤,则由医监医保人员破除航天服,快速建立静脉通道、气管插管、变开放伤为闭合伤,待其生命体征稳定后再搬运至医疗救护直升机内救治。如出舱时航天员生命体征稳定,则快速搬运至医疗救护直升机内进行救治。优化后的舱前救治携行设备包括:铲式担架、心电监护除颤仪、氧气瓶及吸氧装置、负压吸引装置、喉镜、气管插管装置及简易呼吸器、综合急救箱、静脉输液相关物品、骨髓枪、快速血糖仪及指脉氧仪,由每组4名医护人员依据分工分别携带。

3.4 细化伤情处置流程

针对空间站任务期间可能发生的各种伤情及其对航天员的潜在影响进行排序和救治流程的细化。具体伤情种类包括颅脑外伤、胸部外伤、腹部外伤、烧伤、脊柱骨折并脊髓损伤、失血性休克、高空减压病、肼中毒、航天运动病等,针对每一种伤情从发病机制、临床表现、舱前处置原则到后送治疗方案制定标准操作流程(SOP),并制作成手册,保证人手一册,反复练习,熟记于心。

3.5 出舱时机及方式

航天员之间的个体差异大,出舱时需要医监、医保与医疗救护人员共同把握其恢复状态和出舱时机。相对于返回舱内的狭小空间,舱外环境更有利于航天员重力再适应,所以原则上应尽可能早出舱,在舱外进行重力再适应。考虑长期太空中微重力环境下的脊柱节段性运动受损和椎旁肌肉的损失、成分变化会对航天员的脊柱功能产生不良影响,并可能导致返回后的病理学改变,包括腰痛、椎间盘突出和骨折的风险增加[12-13],所以不应让航天员自主出舱,而是由医监医保和医疗救护人员共同将其抬出舱外并置于座椅上半躺、进行短暂休息,避免站立、活动及体位的大幅度变化,待医疗救护人员进行健康确认后尽快抬送进入医监医救直升机。

3.6 体能训练及疫情防控

针对着陆场区地形条件复杂的特点,全体救护人员均参加一定强度的体能训练和高空索降演练,保证在直升机无法降落时能够第一时间到达地面对航天员施救。此外,受新冠肺炎疫情的影响,航天员返回后的卫生防疫需参照三级隔离标准执行。所有参事的医疗救护队员每周定期进行核酸检测。

4 神舟十二号返回和神舟十三号平稳在轨飞行

2021年9月17日,神舟十二号返回舱经过92 d的在轨飞行后在东风着陆场顺利着陆,医监医保和医疗救护直升机第一时间抵达现场,3名航天员精神状态良好,没有出现严重头晕恶心、心率加快、血压下降、面色苍白、冷汗等对重力环境不适应的表现。依据医监医保流程抬出舱外在座椅上半躺休息、重力再适应,医疗救护人员对健康状况进行复核后即进入医监医救直升机进行更衣、补液、进餐及进一步医学检查。舱前处置时间的缩短最大限度减少了航天员初返地球的身体不适,随后在医监医保和医疗救护人员的陪同下于当日返回北京。1个月后神舟十三号顺利发射升空,目前已经平稳在轨飞行近6个月,航天员健康状况良好,即将返回地球。

随着我国步入空间站建设任务的新征程,载人飞船的发射任务也愈加频繁。空间站任务的突出特点是航天员在轨时间长、着陆场区地形复杂,各种不可预见的因素增多,航天员发生意外伤害的风险仍然存在。据此在既往的医疗救护经验基础上,对参试人员组成、医疗设备配置、伤情处置流程、舱前携行设备及舱前救治原则、出舱时机和方式等均进行了优化和细化,为后续空间站系列医疗救护任务的顺利完成打下了良好的基础。

利益冲突   所有作者声明无利益冲突

作者贡献声明王瑞娟:撰写论文初稿;杨鹤鸣、顾建文:论文设计与修改;李连勇:论文修改及英文摘要润色;谭荣、娄晓同、刘骥、王刚、赵蓓、陈锐、韩国鑫:论文指导

参考文献
[1] White RJ, Averner M. Humans in space[J]. Nature, 2001, 409(6823): 1115-1118. DOI:10.1038/35059243
[2] Grimm D, Grosse J, Wehland M, et al. The impact of microgravity on bone in humans[J]. Bone, 2016, 87: 44-56. DOI:10.1016/j.bone.2015.12.057
[3] Frippiat JP, Crucian BE, de Quervain Quervain DJF, et al. Towards human exploration of space: the THESEUS review series on immunology research priorities[J]. Npj Microgravity, 2016, 2: 16040. DOI:10.1038/npjmgrav.2016.40
[4] Farkas Á, Farkas G. Effects of spaceflight on human skin[J]. Skin Pharmacol Physiol, 2021, 34(5): 239-245. DOI:10.1159/000515963
[5] 李莹辉, 曲丽娜, 陈海龙. 航天应激损伤与防护措施[J]. 生理科学进展, 2013, 44(5): 354-358.
[6] 刘志国, 牛恩喜, 贾付坤, 等. "神舟九号"交会对接主着陆场航天员的医疗救护保障[J]. 中华急诊医学杂志, 2012, 21(10): 1103-1105. DOI:10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2012.10.008
[7] 国家航空医学救援基地, 航空医学救援医务人员配置专家共识组. 航空医学救援医务人员配置的专家共识[J]. 中华急诊医学杂志, 2018, 27(8): 840-843. DOI:10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2018.08.004
[8] 谭荣, 杨鹤鸣, 娄晓同, 等. 神舟十二号空间站任务航天员医疗救护新特点与对策[J]. 中华急诊医学杂志, 2021, 30(11): 1308-1311. DOI:10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2021.11.005
[9] 刘志国, 牛恩喜, 贾付坤, 等. "神十"任务主着陆场航天员的医疗救护保障[J]. 中华急诊医学杂志, 2013, 22(12): 1352-1354. DOI:10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2013.12.012
[10] 谭荣, 顾建文, 李鲁, 等. "神舟十一号"飞船航天员医疗救护保障特点与应对策略[J]. 中华急诊医学杂志, 2016, 25(12): 1325-1328. DOI:10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2016.12.026
[11] Pietsch U, Reiser D, Wenzel V, et al. Mechanical chest compression devices in the helicopter emergency medical service in Switzerland[J]. Scand J Trauma Resusc Emerg Med, 2020, 28(1): 71. DOI:10.1186/s13049-020-00758-1
[12] Lazzari ZT, Aria KM, Menger R. Neurosurgery and spinal adaptations in spaceflight: a literature review[J]. Clin Neurol Neurosurg, 2021, 207: 106755. DOI:10.1016/j.clineuro.2021.106755
[13] Bailey JF, Nyayapati P, Johnson GTA, et al. Biomechanical changes in the lumbar spine following spaceflight and factors associated with postspaceflight disc herniation[J]. Spine J, 2022, 22(2): 197-206. DOI:10.1016/j.spinee.2021.07.021