为应对空间环境中的极端条件,航天任务演变得愈发复杂。在复杂的航天任务中,航天员的健康与安全也受到了越来越多的关注,对航天员自给自足解决医疗问题的需求也随之上涨。在航天任务期间,由于航天员受到微重力、湿度变化、空调系统以及禁闭空间等因素的影响,病毒与细菌感染成为了其患病的一大原因。
相关研究表明:在微重力或辐射暴露条件下,细菌耐药性可能更高,而抗菌剂稳定性则会降低。由此,考虑到未来航天活动的不断增加,了解空间环境可能引起的抗菌剂变化与航天员安全紧密相关。在 Space: Science & Technology(《空间科学与技术(英文)》)新发表的综述文章中,来自巴西维索萨联邦大学、巴西阿雷格里港联邦健康科学大学、葡萄牙里斯本大学、英国 InnovaSpace(伊诺凡空间)公司等多所高校和企业的学者们综述了抗菌剂在太空任务中的相关研究,展示太空环境下有关传染病治疗的最新进展,为航天员在太空任务中的健康安全增添保障。
首先,作者综述了航天员体内的生理变化和抗菌剂效果变化。人体在太空中的变化会影响抗菌剂的使用效果:微重力、宇宙辐射及其他环境因素不仅会影响航天员的心血管系统、免疫系统和胃肠道系统等器官系统,还会影响它们对感染和药物治疗的反应。这些变化包括体液的重新分配和胸腔扩张,或将导致心脏预负荷、卒中量、心输出量增加,同时也将导致血浆量、红细胞数量减少。此外,有报告表示航天员出现了知觉下降、运动技能受损、反射和协调能力受损、去脂体重减轻和骨密度下降等情况。钙排泄增加、胃肠道和代谢变化(包括胃排空改变、肠蠕动减少和酶活性变化)等情况的出现也有相关报告。此外,太空中也存在其他影响药物动力学和药效学的因素,致使地球重力下规定剂量相同的治疗方案可能无法达到其目标效果。
然后,作者讨论了航天任务期间抗菌剂稳定性。随着行星际航行时间增长,抗菌剂药物将受到更多、更高强度的舱内辐射,其功效可能受到影响,同时毒性将会增加。最初有学者认为,低剂量的辐射对药物稳定性没有影响,因为在放射灭菌过程中暴露于高剂量辐射时,药物稳定性也未发现变化。而实际上,与低剂量辐射相比,药物暴露于高剂量辐射下时反而更稳定,这进一步引出了未来火星任务中暴露于累积辐射剂量下的药物功效问题。其次,液体配方通常被认为比固体配方更易受到辐射影响,但有研究指出固体或粉状药物暴露于辐射时,由于药物辅料的改变,也会表现出由辐射引起的不稳定性。最后,除了辐射影响外,微重力、过度振动、大气二氧化碳浓度高、湿度和温度波动等因素也会影响药物稳定性。
之后,作者总结了抗菌剂耐药性研究。长时间暴露于微重力、辐射和密闭环境条件,也可能会影响载人航天器中微生物的动态变化和生长发育,许多研究调查了这些条件是否会增加微生物对抗生素的耐药性。一方面,肠道微生物群的改变可能会导致细菌出现耐药性,而飞行前和飞行过程中使用抗菌剂可能会加剧这种情况,这凸显了在入舱前分析航天员微生物群的重要性。另一方面,由空间环境中辐射增加而引起的细菌基因改变可能有助于提高抗菌效果。此外,最近的研究表明,微重力等太空环境因素也改变了肠炎沙门氏菌的特性,对其生长速度、对阿米卡星的耐药性、生物膜的形成、毒力及代谢速度均有影响。值得注意的是:不同种类微生物相互混合、培养条件变化、其他实验参数变化,均会导致太空飞行和地面环境实验之间的差异,这使得在解释空间环境对微生物影响时进行仔细和全面分析的重要性尤为突出,严格控制实验变量以确保更准确和结论性结果是极为必要的。
最后,作者展示了改进抗菌剂使用的最新进展。首先,研究人员探索了现有药物之间的新组合以延长药物保质期和有效期,从而减少了细菌耐药性增加的机会。Chevalier 等学者将 17 种喹唑啉衍生物作为佐剂进行了测评,发现其中几种组合可以增加细菌对氯霉素、环丙沙星和萘啶酸的敏感性。除此佐剂之外,研究人员还研究了各种具有杀菌作用的化合物,如依布硒啉和 5-氟-2'-脱氧尿苷,这些化合物已被证明对革兰氏阳性细菌(如金黄色葡萄球菌)有效。另一种解决抗菌剂多重耐药的策略是使病原体对于曾对其有效的药物敏感。这些干预措施研究为在空间站实施更安全和更有效的微生物控制措施打下基础。