（一）失重的概念
失重是物体在引力场中自由运动时有质量而不表现重量的一种状态。我们知道，地球引力（g）是以力场形式在一定空间范围起作用的。物体所受引力的大小与物体距地心距离的平方成反比，离地心距离越远，引力越小，物体重量越轻。如在距地面6400公里和19200公里高度，物体的重量只有其在地面重量的1/4和1/9；在57600公里高度，物体重量仅相当于地面的1/100.这种部分的失重是由于物体远离地心引起的，属于低重力和微重力范畴。在经典的力学中，物体与地球之间的引力等于物体的质量m与g的乘积，即F=mg，物体要飞离地球必须克服地球引力的作用。克服地球引力最简单的方法是对物体施加一个大于mg、并与其方向相反的外力，问题是外力作用停止时，物体又会被地球引力拉回地面。为了让航天器绕地球轨道飞行，采用了发射火箭的方法，使航天器以第一宇宙速度（7.9千米/秒）飞离地球，航天器就会进入地球轨道，绕地球飞行。此时，航天器受到地球引力作为其环绕地球飞行的向心力；或者说，航天器环绕地球飞行所产生的离心力与地球引力的方向相反、大小相等，矢量和为零，因而产生了失重，航天器及其内部的人和物体均处于失重状态。但是，严格地说，实际上只有航天器的质心处于零重力状态，其他部分由于它们的向心力与地球引力不完全相等而获得相对于质心的微加速度，这称为微重力状态。航天器上轨道控制推进器点火、航天员的运动、电机的转动以及微小的气动阻力等都会使航天器产生微加速度。因此，航天器所处的失重状态严格地说是微重力状态。航天器旋转会破坏这种状态。但是，从微重力和失重对人体生理功能的影响来看，两者无明显差别，故统称为失重。
（二）失重时人体生理系统变化的原因
人是在地球表面重力环境中进化和生活的，因此人体各生理系统都是适应地球表面重力环境要求的。但当航天员进入太空后将暴露于失重的环境中，重力的消失将引起人体各生理系统的明显变化。失重对航天员的生理影响是多方面的，失重环境下血液重新分配、下肢血量减小而头部增多，平均动脉血压升高10～12mmHg，反射性引起排尿量增多，时间一久还会出现肌肉萎缩，骨质变脆，引发一系列的“航天病”，包括水和电解质代谢紊乱、心血管功能失调、航天贫血症、骨质疏松、肌肉萎缩、免疫功能下降、空间运动病等变化。这些系统功能的变化对航天员的影响是十分严重的。那么这么多系统的功能变化是如何导致的呢？其实，原因归纳起来只有三个方面，即体液头向分布、运动减退和感觉传入冲动的改变。
1.体液头向分布
在地球上生活的人，受地心引力的作用，体内的液体是有重量的。在人的血管中存在流体静压的作用，故站立时头部血压低，下身血压高。假设人心脏部位的平均动脉压是13.3kPa（100mmHg），那么站立时人头部平均动脉压约为10.1kPa（76mmHg）左右，脚部约为20.0kPa（150mmHg）左右，于是造成大约500毫升血液滞留在下肢静脉中。失重时，流体静压消失，身体各部位的压力相同，滞留在下身血管内的血液迅速地向头胸部转移。同时，由于下肢血管内压的降低，下肢组织的细胞间液和细胞内液逐渐地向血管内转移，增加体液的头向分布。根据航天中测量的结果，飞行中约有1.5～2.0升体液由下肢转移到上身，其变化是呈指数形式下降：一进入失重环境明显下降，在24小时达到最大值，3～5天达到一个新的稳态，但整个飞行过程中这种体液头向分布现象一直存在。体液头向分布引起一系列主客观症状和生理系统的变化。航天员一进入轨道飞行，立即感到血液冲向头部，出现不同程度的头胀、头晕、头痛、鼻堵等感觉，并出现鼻咽部及面部水肿、皱纹消失、眼睑变厚、颈和颞部静脉扩张、球结膜充血、下肢皮肤皱缩等症状。体液头向转移对生理系统的影响主要是改变了各组织器官的血液供应状态和血管内压力，引起组织器官结构、代谢和功能的变化。
2.运动减退
地球上的人，无论行走、站立、工作都要克服地心引力的作用。长时间的发展进化，形成了一套适应重力的、发达的肌肉和骨骼系统。失重时重力消失，运动和维持体位在一定状态，不需要对抗重力做功，肌肉和骨骼的作用降低，长时间的影响将出现肌肉萎缩、骨质疏松。它不仅使人的工作能力和运动耐力下降，而且对心血管等其他生理系统也有影响。
3.感觉传入冲动
改变人在长期的进化过程中，逐步产生了适应重力环境的、具有各种特异功能结构的感受器，这些感受器不断地发放冲动到达中枢，使中枢神经系统产生了一系列适应地球环境的调节机制。航天中，由于重力消失，一些与重力刺激有关的感受器，如前庭感受器（耳石和半规管）、压力感受器（颈动脉窦和心肺压力感受器）、触压觉感受器、肌肉与肌腱感受器等的传入冲动发生变化，这些变化势必导致在地面长期形成的、存储于各级神经中枢内的感觉-调节模式紊乱，同时它也更新原来存储的信息，出现中枢神经系统的重调和生理系统的改变，以适应新的失重环境。
（三）失重时生理系统变化的基本过程
其实，在航天环境中这么多系统的变化也不是同时出现的。对于我们人类来说，航天失重是一种新的力学环境，各个生理系统为了适应新的环境的需要才发生了各式各样的变化，而且，这些变化的特点也是随各个系统而有不同的表现。空间运动病在一进入失重环境就出现，3天左右最明显，一周内基本消失；体液和电解质的反应稍后；心血管系统的最大反应在3周左右；红细胞质量的下降在飞行1个月时达到最严重的程度。以上四个系统的变化在达到最大值后逐渐下降至一种新的、适应失重环境的水平。而骨质疏松和肌肉萎缩随着飞行时间的延长有逐渐加重的趋势。几十年的载人航天飞行研究，已经证实了我们人类至少是可以适应一年多的失重环境的，而且这段时间内由失重所导致的生理变化在航天员返回地球后是可以在一定时间内恢复的。
根据航天飞行中的生理变化，可将生理系统的适应过程分为四个时期。
1.初期反应期在进入失重环境的即刻就可出现定向反应变差、空间错觉、运动协调障碍、空间运动病，以及由于血液涌向头部而产生的头晕、头胀、面部充血、鼻堵等主观症状。所有的这些不良反应可以看作是由于进入太空后体液头向分布、植物神经不稳定及分析系统障碍所引起的。这一时期大约持续1周左右。
2.基本适应期这段时期机体的功能及其调节发生变化，初期的不适应反应渐渐消失，血压、心率基本恢复稳定，前庭反应逐步减弱，持续时间约1周。
3.基本适应完成期这一时期内大部分生理系统已达到反应的最高峰，逐渐向稳定的方向发展，持续时间4～5周。
4.相对稳定期机体所有的功能达到新的稳定水平，一般可以保持相当长时间的体内环境稳定。
当人体适应失重环境，达到一种新的稳态后，返回地面又会出现对地面重力环境的不适应，从而需要一个再适应过程。各生理系统的再适应过程也是不同的，返回地面后，一些在航天飞行初期出现的反应又出现了，如立位耐力降低、前庭系统的运动病症状、错觉和协调障碍等。大部分的生理功能在飞行后1～3月内恢复到飞行前水平。
