益生元与航天员保健 Prebiotics & Astronaut Healthcare 中国航天员中心 白树民 2013.12

目 录 一、前言 二、航天肠道菌群变化 三、航天肠道微生态失调对机体的不良影响 四、 航天肠道微生态失调的原因及可能的机理 五、防止航天员肠道微生态失调的措施 六、结束语 中国航天员科研训练中心

一、前言 航天特殊作业的特点和工作环境，必定会对航天飞行的航天员的健康产生一定的影响，为了保证航天员的健康，必然要求我们采用先进的医学成就和技术方法，研究航天飞行人员的健康和疾病规律及其与航天飞行的关系。 航天肠道微生态是航天医学新的研究领域，主要研究内容是在航天特殊作业特点和工作环境中，航天员肠道微生态的变化规律、肠道微生态变化对航天员健康的影响以及防治对策。

二、航天肠道菌群变化 航天肠道微生态变化及对机体的影响越来越受到航天生物医学工作者的关注。现有资料表明，不论是长期还是短期航天，所有航天员都发生程度不同的肠道菌群失调，这种失调的特点为以厌氧菌为代表的“屏障”微生物种群数量降低，直至完全消失，在原籍菌的生境中出现过路菌及条件致病菌，即发生肠道微生态失调的现象。

概念：微生态失调 是指“正常的微生物群之间和正常微生物群与宿主之间的微生态平衡，在外环境影响下，由生理性组合转变为病理性组合状态。”简单说，人体微生态失调就是体内菌与菌的失调，或是菌与机体的失调，或是菌和机体的统一体与外环境失调，使人体从正常状态转为病态。 中国航天员科研训练中心

（一）生物卫星观察到的结果 宇宙号系列生物卫星，应用啮齿类动物小鼠和大鼠、灵长类动物恒河猴，进行了多次航天条件下机体肠道菌群变化情况的观察。观察结果表明所有实验动物均出现肠道微生态失调的情况，具有单向性和单型性的特点，单向性为厌氧菌受到抑制，单型性为主要是双歧杆菌数量减少。 中国航天员科研训练中心

（二）地面模拟实验观察到的结果 采用尾吊大鼠的方法模拟失重，结果表明模拟失重组大鼠肠道菌群出现了明显的改变：肠球菌数量增加显著（三次检测均P﹤0.05），肠杆菌的数量明显增加（第2、3次检测P﹤0.05），类杆菌有增加的趋势（第2次检测的P﹤ 0.05，第1次和第3次检测结果较对照组的高）； 双歧杆菌的数量显著减少（三次检测均P﹤0.001），而乳杆菌数量变化不太明显；在所有检测的菌种中以双歧杆菌变化最显著； 过路菌群（肠球菌和肠杆菌）的数量与原籍菌（类杆菌、双歧杆菌和乳杆菌）数量的比值也比对照组高。 中国航天员科研训练中心

（三）地面人体实验的结果 对结肠清洗试验志愿受试者进行了肠道微生物检测，结果表明：结肠清洗后，各种细菌数量明显减少，出现肠道微生态失调，但是每种细菌数量在检测的总细菌数量中所占比例构成没有明显变化。 本实验结果表明，曾经风行一时“洗肠减肥”法并不可取。 中国航天员科研训练中心

（四）航天飞行的观察结果 据美俄的观察结果，20人11次共96天的航天飞行，所有航天员均出现肠道微生态失调的现象，表现为双歧杆菌、乳杆菌数量减少，梭状芽孢杆菌含量增加。 在“阿波罗”飞行中，航天员出现胃肠道功能失调的症状，当时未对这些飞行员肠道菌群进行分析，推测很有可能是由于肠道微生态失调引起的。   中国航天员科研训练中心

我国首位航天员杨利伟着陆后第一次粪便（从结肠清洗到第一次排便的时间是98h）的微生物检测，几乎检测不到双歧杆菌，证明航天飞行加重了结肠清洗后的肠道微生态失调。此后SZ6—SZ10飞行航天员的检测结果也类似，表明无论飞行时间长短，都发生了肠道微生态失调的现象。 中国航天员科研训练中心

三、肠道微生态失调对机体的不良影响 （一）菌群失调症 1.内源性感染:菌群易位,过路菌(条件致病菌)过度繁殖。 2. 外源性感染:肠道生理性细菌定植抗力减弱,致病菌入侵。 （二）消化功能失调 1.脂肪吸收不良,出现脂肪泻; 2.消化道对营养素的吸收能力下降,出现贫血和血液蛋白含量降低； 3.肠道内异常发酵,排气增多,污染座舱环境。

能量摄入不足、营养素消化吸收不良可导致物质代谢负平衡。 （四）机体抵抗力下降 （三）物质代谢失衡 能量摄入不足、营养素消化吸收不良可导致物质代谢负平衡。 （四）机体抵抗力下降 肠道是机体最大的免疫器官，肠道菌群发挥 重要作用，肠道菌群失调会削弱机体的免疫功能。 （五）座舱环境卫生条件恶化,可导致航天员之间产生心理不相容。 （六）健康水平和工作效率下降 中国航天员科研训练中心

四、肠道微生态失调的原因及机理 （一）应激反应 飞行前,飞行中(进入失重环境)航天员精神神经紧张,机体出现应激反应。激活丘脑-脑下垂体-肾上腺系统，肾上腺皮质激素分泌增加，机体发生一系列生理生化改变,导致肠道微生态失调。 （二）消化功能失调 消化道功能失调主要由肠运动减弱、改变分泌活性和粘膜形态功能改变所组成。 中国航天员科研训练中心

在失重条件下,体液重新分布,血液向上体转移;消化道运动性下降,肠蠕动减慢。 （四）高体力负荷： 可导致应激。 （三）失重环境 在失重条件下,体液重新分布,血液向上体转移;消化道运动性下降,肠蠕动减慢。 （四）高体力负荷： 可导致应激。 （五）狭小人工环境： 气体参数与地面不同，如氧分压偏高 （六）特殊饮食 航天饮食通常具有高能量、高营养、低残渣的特点，膳食结构多为高蛋白、高脂肪、低碳水化物、低膳食纤维。这种饮食不利于肠道益生菌的生长。 中国航天员科研训练中心

（七）饮水杀菌剂，通常采取加碘（美）和加银（俄）的方法。饮用后对肠道正常菌群有抑制作用。 （八）人为干预 短期航天飞行前的清洁灌肠,目的是减少肠道产气和排便,却使肠道菌群彻底失调。此乃权宜之计,长期航天不宜采用。美国现采用飞行前进食低膳食纤维饮食的方法替代清洁灌肠。 中国航天员科研训练中心

五、防止肠道微生态失调的措施 （一）飞行前地面训练期间 地面训练高强度、高负荷、精神紧张（应激），易出现肠道微生态失调。膳食精细，膳食纤维摄入量低，不利于肠道益生菌的生长。 防护措施为调整膳食结构，增加膳食纤维的摄入量，加强饮食指导和调查，进行肠道菌群组成的分析，增加含益生元和益生菌食物的摄入，保持航天员肠道微生态处于佳态。   中国航天员科研训练中心

如前所述,在航天期间航天员发生肠道微生态失调。其中膳食因素是重要影响因素之一。 （二）航天期间 如前所述,在航天期间航天员发生肠道微生态失调。其中膳食因素是重要影响因素之一。 科学配餐，合理营养，提高膳食纤维的摄入量。 研制和提供具有调整肠道微生态功能的保健食品。如我们从SZ-5首次载人飞行开始，就在航天食谱中就安排了含益生元水苏糖的绿茶。在我们研制的航天复水饮料中，还有冻干酸奶。 中国航天员科研训练中心

提供微生态制剂，在飞行前、中、后服用益生元、益生菌和合生元制剂。美俄从九十年代后期起，就对航天员采用了益生菌和合生元制剂，并取得了明显的效果。 我们根据多年地面研究和历次飞行观察的结果，并利用飞船搭载后选育的双歧杆菌优良菌株，从SZ-9号飞行开始，在为航天员提供益生元食品的同时，为航天员提供自主研发的益生菌制剂，对纠正航天微生态失调和增进航天员的消化功能收到良好效果。 中国航天员科研训练中心

（三）返回后康复期 文献报道,乳杆菌减少的时间越长(大于2天),肠道微生态恢复正常所需时间也越长(10-14天)。因此，为了尽快使航天员肠道微生态恢复正常，应采取积极主动的干预措施。在航天食品中添加一些益生元、益生菌或合生元，加速航天员业已失调的肠道微生态恢复平衡。 中国航天员科研训练中心

（四）微生态制剂 是根据微生态学原理，借助生物工程和微生态工程技术，利用对宿主有益的正常生理性微生物及其代谢产物和促进物质制成的活的微生物制剂。 微生态制剂有三大类型：益生菌、益生原和合生元。 1、益生菌（Probiotics）：又称益生剂，是指摄入后通过改善宿主肠道菌群生态平衡而发挥有益作用，达到提高宿主（人和动物）健康水平和健康佳态的活菌制剂及其代谢产物。 中国航天员科研训练中心

2、益生原（prebiotics）：是指不被人体上消化道吸收分解，到达结肠后能够选择性促进一种或几种益生菌的增殖，并对机体产生健康益处的食物成分，最常见的是功能性低聚糖，如低聚果糖、菊粉、水苏糖、低聚木糖、低聚异麦芽糖、大豆低聚糖（主要成分是棉籽糖和水苏糖）等。 3、合生元(synbiotics)：又称为合生素，是指益生菌和益生元的组合制剂，或再加入维生素、微量元素等。它既可发挥益生菌的生理性细菌活性，又可选择性地快速增加这种菌的数量，使益生菌作用更显著持久。 中国航天员科研训练中心

六、结束语 航天期间，应激、失重、饮食（饮水）、环境（氧分压、辐射等）多种因素造成航天员肠道菌群失调，导致微生态失调，引起机体消化功能失调、物质代谢失衡、免疫功能降低、自身感染性疾病发病率增加、健康水平下降。 通过调整航天食品的膳食结构，增加膳食纤维和酸奶等结肠食品的摄入量，对调整肠道菌群失调能起到积极作用。在飞行前、中、后服用微生态制剂是纠正航天肠道微生态失调的有效方法。 以功能性低聚糖为主的益生元具有形式多样、制作简单、服用方便、功效全面的优点，在航天员保健中得到广泛的应用。 中国航天员科研训练中心

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