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第1章 重力概述1

1.1为什么要采用人工重力1

1.2火星任务构想4

1.3失重的危害8

1.3.1骨丢失8

1.3.2肌肉萎缩9

1.3.3心血管功能失调11

1.3.4感觉一运动功能失调12

1.3.5调节生理学14

1.3.6人的因素15

1.4火星表面活动17

1.5现在的对抗措施19

1.5.1在轨对抗措施19

1.5.2对抗措施的研究23

1.6人工重力是一种综合对抗措施25

参考文献31

第2章 人工重力物理学36

2.1什么是人工重力37

2.1.1定义37

2.1.2如何产生人工重力38

2.2旋转产生的人工重力41

2.2.1重力大小42

2.2.2重力梯度43

2.2.3科里奥利力45

2.3人的因素考虑48

2.3.1重力大小48

2.3.2转速49

2.3.3重力梯度50

2.3.4舒适域51

2.4设计方法53

2.4.1连续人工重力：旋转航天器53

2.4.2间歇人工重力：内部离心机60

参考文献62

第3章 人工重力历史65

3.1概念65

3.1.1人工重力和航天旅行的历史65

3.1.2科幻小说69

3.1.3科学研究76

3.2人工重力的试验79

3.2.1动物飞行试验79

3.2.2人类太空经验82

3.3地面离心机试验87

3.3.1长臂离心机89

3.3.2短臂离心机92

3.3.3人力离心机95

3.4小结101

参考文献103

第4章 人工重力的生理学对象：感觉一运动系统110

4.1感觉一运动系统的结构和功能111

4.2空间定向115

4.2.1视觉定向116

4.2.2感觉重新调整118

4.2.3“垂直”的感知119

4.2.4驾驶期间的空间失定向120

4.3运动病122

4.3.1感觉冲突模型122

4.3.2离心机诱发的运动病123

4.3.3科氏加速度刺激引发的运动病125

4.4眼动128

4.4.1离心过程中的眼动129

4.4.2眼球反转131

4.4.3速度存储132

4.5头部及手臂运动，以及物体操作133

4.5.1微重力环境133

4.5.2旋转环境135

4.6姿态和步态139

4.6.1重力作用141

4.6.2人工重力影响144

4.7结论146

参考文献148

第5章 人工重力的生理学对象：心血管系统160

5.1心血管生理学161

5.2太空飞行的影响162

5.2.1飞行期间162

5.2.2飞行后163

5.3超重的影响163

5.3.1超重对肺的急性影响164

5.3.2超重对体循环的急性影响169

5.3.3超重对锻炼肌肉氧获取的急性影响171

5.4长臂和短臂离心机172

5.5短臂离心作为一种对抗措施173

5.5.1卧床研究173

5.5.2干性浸水174

5.6航天和卧床中其他类似重力的对抗措施175

5.6.1下体负压175

5.6.2卧床期间站立和散步的效应177

5.7双人自行车系统178

5.8结论182

参考文献185

第6章 人工重力的生理学对象：神经肌肉系统191

6.1废用对肌肉单纤维的影响191

6.1.1结构191

6.1.2肌球蛋白重链193

6.1.3收缩特性194

6.2脱锻炼和废用对整个肌肉的影响196

6.2.1结构196

6.2.2 肌肉构造198

6.2.3力量和能量199

6.2.4 肌肉能量代谢201

6.2.5 肌肉的易疲劳性203

6.2.6 肌腱机械特性203

6.2.7肌肉损伤205

6.2.8神经驱动和肌肉运动能力205

6.3防护效应206

6.3.1有氧锻炼207

6.3.2阻力锻炼207

6.3.3企鹅服208

6.3.4下体负压209

6.3.5电刺激210

6.3.6人工重力210

6.4结论212

参考文献214

第7章 人工重力的生理学目标：骨的适应过程225

7.1引言226

7.2骨生物学基础228

7.2.1作为器官的骨228

7.2.2作为组织的骨230

7.2.3作为材料的骨235

7.3骨的机械功能236

7.3.1应变和应力237

7.3.2老化239

7.3.3几何和结构特性240

7.4骨的适应过程242

7.4.1骨建造242

7.4.2骨重建244

7.4.3力调控理论246

7.4.4纵向生长247

7.4.5 肌肉收缩对骨的重要作用248

7.4.6锻炼对骨的影响251

7.5体内平衡252

7.6超重骨研究254

7.6.1过去的研究255

7.6.2研究问题259

参考文献262

第8章 人工重力中前庭、自主神经和骨骼系统的交互作用276

8.1引言276

8.2中枢前庭-自主神经通路277

8.3前庭对心肺调节的影响278

8.3.1心血管调节278

8.3.2呼吸系统282

8.4前庭对骨矿化作用的影响283

8.5前庭对下丘脑调节的影响285

8.6采用人工重力作为对抗措施的启示287

参考文献288

第9章 人工重力、生理系统和营养代谢之间的相互影响294

9.1引言294

9.2能量摄入和宏量营养素的供给295

9.2.1能量摄入296

9.2.2蛋白质补充298

9.2.3胰岛素抵抗299

9.3维生素与人工重力300

9.3.1维生素A300

9.3.2维生素K301

9.3.3维生素B6302

9.4矿物质与人工重力303

9.4.1钙和维生素D303

9.4.2磷和镁305

9.4.3钠305

9.4.4钾307

9.4.5铁308

9.5人工重力对胃肠功能的影响309

参考文献310

第10章 人工重力和免疫系统功能323

10.1太空飞行的效应325

10.2人工重力研究中免疫方面的设计325

10.2.1样本采集325

10.2.2心理应激测量326

10.2.3生理应激326

10.2.4免疫系统状态327

10.3潜伏病毒再激活330

10.3.1 EB病毒330

10.3.2巨细胞病毒332

10.3.3水痘-带状疱疹病毒333

10.3.4在人工重力研究中定量病毒再激活335

参考文献337

第11章 人工重力的医学、心理学和环境问题343

11.1引言343

11.2航天医学345

11.2.1太空飞行的环境危害因素345

11.2.2生活舱内部的环境危害350

11.2.3心理危害351

11.2.4微重力352

11.2.5飞行医生的作用353

11.3人工重力研究中的医学监督363

11.3.1晕厥364

11.3.2先兆症状364

11.3.3心率365

11.3.4血压366

11.3.5运动病368

11.3.6心律失常368

11.4危急情况371

参考文献372

第12章 人工重力研究中的安全问题376

12.1通用安全原则376

12.1.1系统安全376

12.1.2安全分析技术379

12.1.3通用安全小结382

12.2离心机系统设计中要考虑的危险382

12.2.1机械危险382

12.2.2危险能源控制（锁定或标识）385

12.3离心机设计中的安全385

12.3.1结构设计386

12.3.2驱动系统387

12.3.3控制系统387

12.3.4独立的刹车系统388

12.3.5电气系统389

12.3.6通话与监视389

12.3.7联锁系统389

12.3.8紧急出口390

12.4设备安全因素390

12.4.1建筑物的空间布局391

12.4.2暖通空调系统392

12.4.3应急电气设施考虑393

12.4.4建筑材料393

12.4.5火灾监测报警及抑制系统394

12.4.6照明394

12.5受试者安全394

参考文献396

第13章 研究建议397

13.1引言397

13.2可能的研究工具400

13.3动物模型402

13.3.1灵长类动物403

13.3.2大鼠404

13.3.3小鼠406

13.4关键问题407

13.4.1生理功能失调408

13.4.2航天员的健康和活动408

13.4.3其他航天环境因素409

13.4.4飞行舱的设计和任务设计409

13.5建议409

13.5.1人工重力作为多用途防护措施409

13.5.2人工重力装置410

13.5.3重力研究的需求411

13.5.4防护措施的有效性412

13.6实验方法学414

13.6.1非卧床研究415

13.6.2卧床实验416

13.6.3在轨飞行研究417

13.7结论419

参考文献422