無重力実験をシミュレートして、頭を下げ、足を高くした状態で 90 日間ベッドに横たわります。どれくらい持ちこたえられますか？

頭を低く、足を高くして、1日24時間横たわらなければならなかったら、どれくらい耐えられるでしょうか?最近、宇宙飛行士の90日間の頭を下にしたベッドでの休息実験が注目を集めています。無重力をシミュレートする典型的な生理学的実験であるため、参加者は多くのテストを受ける必要があります。それで、この実験はどのように行われたのでしょうか?どういう意味ですか？

長期無重力の研究

誰もが知っているように、宇宙空間は無重力環境です。人間は長い間、重力環境の中で生活しています。無重力環境に入ると、さまざまな生理的、心理的変化に直面する可能性があります。関連データによると、無重力状態は骨量減少や骨格筋萎縮を引き起こし、内耳の前庭系や視覚系に悪影響を及ぼし、運動持久力や立位持久力の低下などの一連の問題を引き起こす可能性がある。

無重力が人体に及ぼす悪影響を研究し、宇宙飛行士の身体的健康と作業効率を確保するために、科学研究者は、無重力後に人体に生じる生理学的変化を観察し、保護対策を模索することに多大な労力を費やさなければなりません。無重力を研究する最も一般的な方法は、飛行機内で無重力状態を作り出すことです。通常、飛行機は放物線を描いて飛行しているときに無重力状態を経験しますが、これでは数十秒間の無重力状態しか得られず、長時間の無重力状態における人体の変化を観察することは不可能です。水の自然な浮力を利用して重力の影響の一部を相殺する無重力状態をシミュレートする浸漬法は、長期の観測に使用できますが、それでも重力の影響を回避することはできません。

上記の 2 つの方法に加えて、頭を下にしてベッドに横たわるのも、無重力状態をシミュレートする古典的な方法です。頭を下げ、足を上げている姿勢を長時間続けると、体液が頭と胸に移動し、それに応じて脚の筋肉や骨も影響を受けます。これらの変化は、無重力状態後の身体の変化と似ています。この実験を通じて、研究者は長期間の無重力が人体に与える影響に関するデータを得ることができる。

頭を下にしてベッドで休む実験は、ソ連の宇宙飛行士が宇宙ミッションを終えて地球に帰還した際、睡眠中に体がずり落ちるのを頻繁に感じた1970年代に始まった。この異常な感覚を変えるために、彼らはベッドの足を彼らが感じる高さまで上げることにしました。研究者たちは、マイナス6度の状態で頭を下にしてベッドに横たわることによって引き起こされる生理学的変化が、宇宙飛行中の無重力によって引き起こされる生理学的変化に最も似ていることを発見した。やがて、頭を下にしてベッドで休息するという実験は、世界の主要宇宙大国が無重力状態を研究するための標準的な実験となった。

ボランティアが長期間の頭を下にしてのベッド安静実験を受ける

90日間横になって新たな世界記録を樹立

我が国の有人宇宙計画の初期には、短期飛行のために 7 ～ 21 日間の頭を下にしてベッドで休息する実験が行われました。我が国は、2006年以降、有人宇宙飛行の更なる発展を目指し、より長期間にわたる大規模な実験を数回にわたって実施してきました。

2007年、我が国は海外の科学研究機関の参加を得て、初の「アーススター1号」60日間の頭を下げたベッド安静実験を実施しました。 21人のボランティアは全員男性でした。この実験では、中国人ボランティアの免疫機能の変化を初めて体系的に研究した。この実験は、現時点では宇宙環境における宇宙飛行士の免疫機能の変化をすべて完全に再現することはできないが、将来の長期宇宙飛行中の無重力に対する防御の科学的根拠を提供するものである。

2009 年 6 月から 7 月にかけて、中国宇宙飛行士研究訓練センターは 30 日間の頭を下にしてベッドで休息する実験を実施しました。研究者らはまた、大量のデータを取得し、神経筋電気刺激は下肢筋の廃用性萎縮の速度を遅くすることはできるが、それを逆転させることはできないことを発見した。その後、我が国では女性を対象に15日間の頭を下げたベッドでの安静実験と45日間の頭を下げたベッドでの安静実験を実施し、いずれも大きな成果を上げました。

2019年、中国宇宙飛行士研究訓練センターは、「アースサット2」実験としても知られる、90日間にわたる36人の頭部を下げたベッドでの安静実験を実施した。この実験は、期間と参加者数の点で世界記録を破っただけでなく、22チームものチームが参加しました。実験全体は、就寝前15日間の適応テスト期間、就寝前90日間の安静期間、起床後33日間のテスト回復期間の3段階に分かれているため、実際の実験期間は約140日間となります。

「アーススター2」実験のボランティアは、心肺機能をテストするために仰向けの姿勢でトレッドミルで運動している。

横になって実験するのは簡単ではない

「アースサット2」の実験では、ボランティアに対して、起立性持久力、心肺機能、筋力、筋肉量、骨密度など、非常に多くの運動とテストが行​​われました。より客観的かつ現実的にするために、36 人のボランティアはランダムに 5 つの実験グループに分けられ、ベッドでバッチごとに実験が行われました。

実験前の 15 日間、被験者は頭を下にしたベッドの姿勢に徐々に慣れる必要がありました。被験者は、-6°の頭を下げた姿勢で、食事、飲水、シャワー、排尿、排便などの一連の日常的な活動に慣れました。すべてのボランティアは実験中ずっとこの姿勢を維持する必要があります。普通の人にとって、この姿勢を長時間維持することは、日常の活動を完了することは言うまでもなく、特に簡単な作業ではありません。

被験者のランニングやサイクリングの運動パターンは、私たちの日常の運動パターンとはまったく異なります。頭を下にしたベッドの姿勢では、姿勢が完全に横向きになり、トレッドミルは垂直のトレッドミルになり、自転車のペダルは 90 度回転します。実験中、被験者は毎日の心拍数、血圧、体温を測定し、データを記録することができます。同時に、被験者は日記を書くように求められましたが、もちろんこれも頭を下にしたベッドの姿勢で行われました。

「アーススター2」の実験では、ボランティアが仰向けの姿勢で自転車に乗り、心肺機能をテストした。

被験者は、垂直走行中の呼吸と姿勢をマスターし、関節の動きと筋力をコントロールして運動の効果と安全性を確保することも指導された。この実験では心理的サポートに特に重点が置かれました。研究者たちは、被験者が良好な精神状態を維持できるようにするために、いくつかのゲームやアクティビティを設計しました。事故を防ぐために、研究者は個々の被験者に対してタイムリーかつ効率的な心理評価も実施します。実験中、宇宙の英雄ヤン・リーウェイも現場に来て、被験者とコミュニケーションを取った。アイドルたちの応援があれば、きっと大きな励みになるはずだ。

この実験を通じて、研究者たちは、1日30分、週4日のランニング運動をすることで、90日間頭を下げてベッドで安静にした後でも有酸素持久力を維持できることを発見した。さらに、薬物療法や栄養介入など、骨量減少に影響を与える他の要因も予防策として考慮することが推奨されます。

中国の宇宙ステーションの時代が到来した。宇宙飛行士が宇宙ステーション内で長期間の軌道上滞在を成功させられるのは、彼ら自身の努力だけでなく、地上の無数の科学研究者の努力とも密接に関係しています。軌道上の宇宙飛行士が使用する防護措置が効果的かつ効率的であることを保証し、宇宙飛行士の長期滞在を保護するために、常に困難を克服しているのは彼らです。 （著者：林銀志、レビュー専門家：中国航天科学技術集団科学技術委員会副委員長、江凡）