（一）水盐代谢平衡的改变
在太空飞行中，由于体液的头向分布从而引起机体的神经反射和内分泌及心血管系统的功能变化，使得机体内水和电解质代谢平衡发生一系列的变化。在航天飞行后的体检中发现，大部分航天员的体重是减轻的。前苏联14名“联盟号”航天员飞行后体重平均减轻2.7公斤，美国15名“阿波罗”号航天员平均减轻3公斤。航天员体重减轻是由于体液的丧失和肌肉质量的减少。飞行初期体重的减轻主要是由于体液的丧失。进入失重环境后，人体水分迅速丧失，1～2天内水分的丧失可达1.0～1.4升，然后稳定在已降低的水平上。“天空实验室”9名航天员水丧失量平均为1.1升。体液的丧失包括细胞内液和细胞外液的丧失。细胞外液由血浆和间质液组成，航天实践证明失重可引起血浆容量明显减少，减少的程度与飞行时间无关。失重飞行初期间质液是减少的，但经过一段时间，间质液可恢复到原有的水平。故长期飞行时水的丧失主要是血浆容量的减少和细胞内液的丢失。机体内的电解质如钠、钾、钙和磷等在航天飞行中都会出现不同程度的丢失，特别是钾和钙，它们的丢失随着飞行时间的延长渐趋严重。这种航天失重时水和电解质的负平衡，可以保证人体更快地适应失重环境，但同时它对人体的正常生理功能，尤其是返回地球后对地面重力环境的再适应能力有一定影响。航天飞行引起的血浆容量和循环血量减少，使人在返回地球后心血管系统的负荷增加，从而易出现立位耐力降低，也就是我们经常见到的航天员返回后不愿意站立，愿意躺着出舱的现象。此外，由于钾和钙对机体生理系统功能的稳定具有重要作用，在航天飞行中钾的减少将使心肌细胞的兴奋性增高，容易引起心律不齐和心电图的变化。而钙是骨骼中最主要的无机盐，钙的减少可引起失重性骨质疏松，严重者可导致骨折、肾结石、软组织钙化以及影响机体的其它生理功能。
（二）心血管系统功能的改变
心血管系统是我们机体中较为重要的系统之一，机体内所有组织及细胞的营养代谢都需要通过心血管系统来完成。如果心血管系统功能出现了不良改变，将直接和间接地影响航天员的健康状况和工作能力。在航天飞行中，由于航天员远离地球，从事的工作有一定的危险性，并且工作的负荷远高于在地面时的工作，航天员的心率一般都高于航天飞行前水平，血压的变化不明显。通过采用医学监测设备检查发现，在航天飞行中航天员心电图的变化比较明显，一些航天员在飞行中出现T波下降和心律紊乱，尤其运动、下体负压训练、出舱活动时更易诱发这些变化。例如，前苏联参加长期飞行的16名“和平”号空间站上的航天员，飞行中都出现T波幅度的降低，美国“阿波罗15”号登月舱的航天员在轨道飞行和月球表面工作时出现了多发性期前收缩。
在航天飞行中，心脏的形态和功能也发生了改变，心肌的质量会减少，如用超声心动图测量了两名航天飞行84天的航天员，左室心肌的估计质量减少了8%。这使得航天医学家们担心航天失重会引起心脏出现病理性的改变，因此在航天和地面模拟失重的动物模型中进行了大量的科学实验。对多种动物（鼠、猴、兔）的模拟失重研究表明，在这些动物的心脏中心肌细胞可出现细胞水平和分子水平的变化，如心肌毛细血管中出现了内皮细胞的胞浆肿胀，并形成不同体积的胞浆空泡，内皮细胞内的线粒体数量减少，内皮细胞破裂，心肌发生萎缩等变化。这些变化对心肌的收缩功能是有不良影响的，实验证明航天失重环境下心肌的收缩功能是下降的。如“天空实验室”上的航天员在航天飞行后卧位、运动和下体负压时都有明显的心脏射血期缩短、等容收缩期延长的现象。
航天失重引起的心血管功能失调对航天员的健康和工作能力有一定的影响，主要表现为航天员的立位耐力和运动耐力明显下降。几乎所有的航天员在航天飞行中和飞行后都出现明显的立位耐力下降，航天员返回地面后，常常感到有2～3倍体重的重量压在身上，感觉站立吃力，甚至会发生晕厥。一些航天员在返回后，需用担架抬到救护车上。部分航天员的恢复较慢，在返回后2～3天内都不能站立。而航天员运动耐力的变化不尽相同，这与在航天飞行时采用的防护方法有关。一般而言，运动耐力的下降表现为运动量和耐受时间明显减少，运动时的心率、耗氧量、心输出量等指标的变化也有别于正常状态时的反应。
（三）肌肉系统功能的改变
肌肉系统在机体上的作用是众所周知的。通过骨骼肌，我们可以对抗地球重力的作用，通过收缩和舒张肌肉来完成各项生理运动；通过平滑肌，我们的血管才富有弹性，我们的胃肠才能蠕动；通过心肌，我们的心跳才能如此有力。在航天环境下，失重对肌肉系统也有着不良的影响，特别是对骨骼肌的影响最为明显。在失重情况下，人体是自由漂浮在航天器内的，航天员如果要从航天器的这一端到另一端去，根本就不用费什么力，只需在舱壁上用手指头轻轻一点，身体就漂了过去。而拿东西时也是一样，在地球表面上很重的物品，在航天器中只需轻轻的一托，就可以举起来。所以，在这样的环境中，人体内的许多骨骼肌是发挥不了它们在地球表面上时的作用的，那么，机体为了适应新的环境，就会逐渐废除这些肌肉，肌肉就要出现萎缩，从而导致结构和功能的改变。航天失重时各肌肉群萎缩的程度与其在地面时的对抗重力作用和运动时的反应有关，在航天飞行中对抗重力的肌群和运动时的慢反应肌群的萎缩最明显，表现为肌肉质量和体积减少、肌纤维直径缩小以及慢反应肌群向快反应肌群的转化，但总的纤维数量不变。这些变化可引起肌肉的工作能力、力量、耐力和协调性的下降。航天飞行7～10天后，80%航天员的手肌力量减少了4～22公斤，腿肌力量的减少比手肌更多，部分肌群易疲劳无力。在航天飞行的头几天，肌肉群的协调性较差，完成某种操作动作的时间延长，并且不易判断肌肉用力的大小，往往用力过度。这些都给航天员在飞行过程中的工作带来不良的影响，如出舱飞行进行卫星的维修与回收，进行空间站的维修等都要消耗较大的体力负荷，肌肉群的疲软和不协调将使这些工作更加难以完成。
（四）骨骼系统功能的改变
骨骼系统是我们机体的主要支撑结构，它有两个重要的功能：它既是基本矿物质（钙和磷）的存储地，又能与肌肉合作共同对抗重力而维持人体直立姿势。人体的肌肉群与骨骼之间有密切的联系，肌肉越发达，骨骼也越粗壮。反之，肌肉越纤细，骨骼也越疏松。在地球表面上，我们在站立或通过肌肉活动而运动时，骨骼可以受到重力和肌肉收缩力的作用，从而使骨骼结构发生一定的变形，这种变形一方面可以产生电脉冲，另一方面可以导致骨骼内部液体的流动。电脉冲可以调节骨骼组织的营养供应，骨骼内的液体流动可以对骨骼细胞产生剪切应力作用，调节骨骼细胞的功能进而影响骨吸收和骨形成之间的平衡。在航天飞行中，由于重力作用的消失，肌肉负荷和活动的急剧减弱，骨骼受到的机械力作用消失或减小，使得骨骼内的电活动和流体剪切应力消失或明显降低，结果造成骨组织营养障碍和成骨细胞功能降低，从而引起骨结构的变化。在航天飞行后对航天员的体检中发现，失重可导致骨骼密度的迅速降低，特别是在地球表面承受体重较大的骨骼的密度下降最为明显。骨骼密度的变化反映的是骨骼内矿物质的大量丢失，主要是钙的丢失。在航天飞行过程中，骨骼中的钙不断被释放到血中，导致血钙、尿钙和粪钙增高，钙向体外排出增加，使得机体出现了钙的负平衡。骨骼密度的降低和钙的丢失，在骨骼结构上则表现为失重性骨质疏松，即骨骼松质骨的吸收增加，出现较多的空洞结构。骨骼的力学性能因此受到较大的不良影响，长期航天飞行后返回地球表面，这样的骨骼容易发生骨折。而血钙的升高，使得钙在肾脏、血管和软组织内的沉积增加，容易导致航天员出现肾结石、动脉粥样硬化和软组织钙化等问题。在航天飞行中，骨骼内钙的丢失是持续进行的，而不会出现生理适应中止丢失的现象，这意味着骨骼的结构变化和功能改变随飞行时间的延长而进一步恶化。这种骨骼系统在失重环境下的变化现在已经成为阻碍人类长期航天飞行的主要因素之一。
（五）血液系统的改变
血液系统对于人体来说，起着重要的营养代谢的运输作用。人体的各级组织结构都需要通过血液来输入养分，带走代谢产物。同时，组织分泌的部分激素、调节因子也需要通过血液系统的传递，来调节其它组织的功能。机体的血液中，重要的成份是血细胞和血浆，其中血浆占55%，血细胞占45%。在航天飞行中，失重环境对血液系统的主要影响一是使得血浆容量减少，减少的范围可以达到4%～16%，如在美国SLS-1航天飞行任务中进行的检测时发现，航天员的血浆容量在飞行的第二天减少了23%，到第八天则部分恢复，但仍较正常时减少了14%。二是使得血细胞中的红细胞质量和数量减少，形态发生不规则变化。美国航空航天局的检测结果表明，在航天飞行的第四天航天员的红细胞质量就会出现降低，且随飞行时间的延长而加重。而在航天飞行中，红细胞数量的降低幅度可以达到2.4%～15.6%，这种变化与飞行时间的长短无显着关系。红细胞的形态可出现不规则变化，各种异型如圆形、椭圆形、薄口形、棘形和裂口形的红细胞都可以在航天飞行中的航天员血液中观察到。目前，科学家们对航天飞行中失重导致的这些血液系统的变化机理进行了大量的研究，但还没有得出一致公认的研究结果来。血浆容量的减少可能是由于在失重环境下，血液头向分布，从而引发一系列的神经内分泌反应，导致机体排出水分的增加，最终使得血浆容量减少。红细胞的各种变化则可能跟失重环境中体力负荷的降低，氧的消耗量下降，机体通过反射性调节机制，适应性地减少了红细胞的数量和质量，也可能和失重环境中血液在机体内的重新分布有关，部分与造血有关的组织充血，引起反射性的造血抑制。
（六）免疫系统功能的改变
免疫系统是我们人体的防御堡垒，它是机体对抗各种致病因素的最强有力的武器。通过免疫系统中的各种细胞因子、白细胞和淋巴细胞，机体可以抵御病毒、细菌、微生物和各种有害异物的侵袭。航天员是经过千挑万选和无数次训练后才选拔出来的，他们的机体也是非常健康的。但就是这样的特殊人群，在航天飞行中的失重环境下，机体的免疫系统也会发生不良的改变。各国航天局对航天员和模拟失重动物的研究表明，失重可以导致机体的免疫器官（如胸腺、脾脏和淋巴结等）发生变性和萎缩。而细胞免疫功能的变化也十分明显，淋巴细胞产生细胞因子干扰素的能力下降，淋巴细胞的活性降低，且起增强免疫功能作用的免疫细胞数目降低，起抑制作用的免疫细胞数目增加。这些变化带来的直接后果是机体对疾病的防御能力迅速下降，航天员的健康状况受到较地球表面更为严重的威胁。此外，科学家们发现，在空间站里的细菌和真菌等各种指标，竟比地球高约10倍，且其耐受力也比它们的地球同类高出10倍。这是因为宇宙中的自然淘汰特别严格，在辐射加强和失重的条件下，只有最强的生命才能生存。科学家们担心，这些变异了的细菌可能会给航天员的健康带来难以对付的危害，从而危害航天事业。万幸的是，通过采用药物等提高机体免疫力的措施，目前还尚未发生航天员在航天飞行中患重病的现象。
（七）前庭系统功能的改变
前庭系统是控制我们机体位置知觉的主要系统，通过前庭系统我们可以感知自身的运动状态、方向状态和身体的姿势状态，我们可以感知上下左右，知道什么是前进和后退。但前庭系统的功能是人类在地球表面经过长期进化才形成的，它对地球的重力环境是具有高度适应性的。在航天飞行中，由于机体处于失重环境，航天员的身体漂浮在航天器内，身体的位置是可以各种各样的，也没有上下左右之分，所以失重对前庭系统可产生较为严重的影响。在航天医学发展史上，失重环境中出现的第一个明显的生理变化，而又达到临床疾病诊断标准的就是空间运动病。地面上的运动病大家可能都有体会，如晕车、晕船和晕机。在航天飞行中，航天员也会出现类似的症状，并且空间运动病的发病具有一些独特的特点。主要是发病率高，有超过半数的航天员都出现过空间运动病；发病速率快，航天员进入失重环境数十分钟就可发病，8～12小时是症状最严重的时候；发病的同时伴有错觉的发生，除头痛、恶心等运动病症状外，还有头朝下、体位颠倒、周围物体发生位移等错觉的出现。但空间运动病来得快，恢复得也快，一般一周左右就可自行恢复。目前，对空间运动病的发病机理几种不同的解释，包括感觉冲突理论、体液重新分布理论和耳石不对称理论，它们都有一定的道理，但也有各自无法解释的现象。运动病的机理是十分复杂的，这不仅与前庭系统有关，还与航天员的身体状态、心理状态有关，当机体疲劳、睡眠不佳、心情不畅、饮食不当时都容易诱发空间运动病。
（八）心理机能的改变
作为精英中的精英的航天员，不仅要具有丰富的知识技能，强健的身体素质，还要有非常良好的心理机能。一个心理健康的人，进入航天飞行的特殊环境中，心理上会发生无法预料的变化。现代的科技进步使得航天员可以在航天失重环境下停留更长的时间，航天员长期生活在寂寞、狭小、人员稀少、制度严格和缺少娱乐的航天器中，在加上失重导致的身体不适，难免会产生各种各样的心理问题，如忧郁、烦躁、厌倦、想念家人、人际关系紧张等。这些问题的解决与否，将直接影响航天飞行任务完成的质量，也会影响航天员的身心健康和工作效率。在航天飞行中，航天员因心理障碍拒绝完成任务或产生返回地面的想法并不罕见。大家可能看过美国的太空探险电影《阿波罗13》，或听说过这次登月飞行的惊险故事。但大家知道么，在这次飞行中，除了由于意外事故导致的安全危机外，航天员中也由于激烈的争执而不得不中止工作一天来解决大家之间的分歧，可以说“阿波罗13”号登月飞行也是一次因心理障碍引起的不成功的飞行。为了解决航天员的心理问题，科学家们也想尽了各种办法，如通过心理选拔，选择关系良好的人员组成任务组进行航天飞行；通过改进设计，提供更加宽敞舒适的工作和休息空间；通过通讯网络，提供航天员与家人的经常性联系等。这些措施部分解决了航天员的心理障碍问题，但还不能完全解决。因此，心理障碍与骨质丢失和太空辐射一同被认为是影响长期航天飞行的三大因素。
