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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A 300

9.3.2维生素K 301

9.3.3维生素B6 302

9.4矿物质与人工重力 303

9.4.1钙和维生素D 303

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