宇宙飛行士になるのは簡単ではありません！新しい研究により、宇宙飛行は20年後に永久的な骨量減少を引き起こす可能性があることが確認された

地球を抜け出して宇宙に飛び出すのは、クールで誇らしいことです。

現在、人類は地球外に第二の故郷を探索することに希望と熱意を抱いています。おそらく遠い将来、人類は本当に地球から脱出し、太陽系を抜け出し、最新の宇宙船に乗って新しい居住可能な家に到達できるようになるかもしれません。

しかし、科学的研究により、人体が地球の重力磁場を離れた後は、宇宙の微小重力や放射線などの影響を受け、回復不可能な損傷を受ける可能性もあることが確認されています。

現在、新たな研究により宇宙飛行の危険性が再確認されている。

カナダのカルガリー大学のスポーツ科学者リー・ガベル氏とそのチームおよび協力者は、平均年齢47歳の宇宙飛行士17人（宇宙で4～7か月間生活）を追跡調査し、6か月以上続く宇宙ミッション中に、宇宙飛行士は20年の老化に相当する永久的な骨量減少を経験する可能性があることを発見した。

「長期宇宙飛行から帰還後1年経っても脛骨遠位部の骨強度と骨梁微細構造は不完全な回復」と題された関連研究論文が、科学誌「Scientific Reports」に掲載されました。

ダンベルを持ってきてください

人類が地球の重力と磁場から離れると、宇宙の微小重力と放射線が大きな問題となるでしょう。

微小重力に長期間さらされると、宇宙飛行士の脳が腫れ、脳と脊髄を囲む脳脊髄液の量が増加し、視力にも影響が出る可能性があります。

同様に、微小重力下では、筋肉は地上にいるときのようには緊張したままになりません。運動能力を失った人と同じように、運動不足により脚の筋肉は緩み、徐々に萎縮していきます。

1970年6月、2人の宇宙飛行士がソユーズ9号に乗って当時の記録である18日間の宇宙飛行から帰還したとき、そのうちの1人は着陸カプセルから出た時にヘルメットを運ぶことさえできないほど衰弱していた。

さらに、宇宙放射線は宇宙飛行士のがんやその他の病気のリスクを高める可能性もあります。

人類が地球を離れて宇宙に進出して以来、科学者たちは宇宙船の設計を何度も改良し、宇宙服をより着心地の良いものにしてきましたが、それでも宇宙飛行士の身体を宇宙の危害から守ることはできません。

無重力の宇宙飛行士は体力を維持するために宇宙ステーションで毎日数時間運動しているが、微小重力下での生活に関するその他の問題は未解決のままである。

現在、科学者たちは、将来の宇宙飛行士の安全と健康を守るために、人工重力スーツ、放射線耐性薬、小型医療機器を設計しており、これらは約10年以内に完成する可能性がある。

この研究では、研究チームは高解像度末梢定量的コンピューター断層撮影（HR-pQCT）を使用して、下腿の脛骨と前腕の橈骨の骨構造を画像化し、宇宙飛行士の3D骨微細構造を61ミクロン（人間の髪の毛よりも細い）のスケールで測定しました。

画像: 高解像度のコンピューター断層撮影画像を使用することで、研究者は宇宙飛行士の骨の 3D 骨微細構造を研究することができました (ここに示すのは脛骨の例です)。微妙な詳細により、骨密度や骨強度の変化が明らかになります。

研究者らは、宇宙飛行士の宇宙飛行前、宇宙から帰還した時、帰還から6か月後と1年後の4つの時点で骨の強度と密度を記録し、計算した。

データによれば、宇宙で6か月未満生活した宇宙飛行士は、地球に帰還してから1年後に宇宙飛行前の骨の強さを回復できるという。

宇宙で長い時間を過ごす宇宙飛行士は、脛骨の永久的な骨損失を経験しますが、これは数十年分の老化に相当します。

骨全体の強度を担う微細組織が失われると、宇宙飛行士が地球に帰還した後でも再生することはできないが、残った骨組織はある程度まで厚くなる。

この点について、論文の著者の一人であり、カナダのカルガリー大学のスポーツ科学者であるリー・ガベル氏は、骨は生きた臓器であると述べた。骨は生命力と活動力に満ち、絶えず作り変えられていますが、重力がなければ骨は強度を失ってしまいます。

もう一つの発見は、宇宙飛行士の前腕の骨の構造と半径がほとんど変化しなかったということだが、その理由としては、前腕の骨が荷重を支える骨ではないことが考えられる。

この現象を受けて、カルガリー大学のスポーツ科学者スティーブン・ボイド氏も「宇宙でのウエイトリフティングトレーニングを増やすことは、骨量減少の問題を軽減するのに役立つ可能性がある」と示唆した。

図｜脚力トレーニングは微小重力環境による骨量減少を軽減する。

フランスのサンテティエンヌ大学の生理学者ローレンス・ヴィコ氏は、将来宇宙飛行時間が延長されれば、宇宙飛行士の骨量がさらに減少し、回復にさらに大きな問題が生じると考えている。

将来の有人ミッションでの火星旅行でさえ少なくとも2年かかるため、これは特に心配なことだ。

写真：科学者たちは、医療機器を配置できるスペースが限られていることを考慮して、火星ミッションで宇宙飛行士を保護する方法を研究している。

さらに、ヴィコ氏は、宇宙機関は骨吸収を減らし、骨形成を増やすために栄養補給など他の骨の健康対策も検討すべきだと付け加えた。

将来的には、ゲーベル氏、ボイド氏、そして彼らの同僚たちは、宇宙飛行士が宇宙で7か月以上過ごした後にどのように変化するかについての洞察を得たいと考えている。この研究は、1年間の宇宙飛行が宇宙飛行士の12以上の身体系に与える影響を研究するNASAの進行中のプロジェクトの一環である。

「我々は、宇宙飛行士が一定期間後に骨量の減少を止める『プラトー』を見つけたいと本当に願っている」とボイド氏は語った。

宇宙飛行士の努力

宇宙飛行士になるのは本当に簡単なことではありません。

宇宙飛行士は、宇宙での微小重力や放射線によるダメージを受けるだけでなく、地球上でも極めて過酷な「悪魔の」訓練を受けなければならない。

例えば、宇宙船の上昇と下降中に巨大な過負荷に耐え、覚醒状態を保ち、正しく操作するために、彼らは過重耐久力と適応力の訓練を受け、高速回転遠心分離機で8倍の重力加速度に耐えます。

また、上下、前後にスイングしながら、360 度の時計回りと反時計回りの素早い動きを行う前庭機能のトレーニングも行います。主な目的は、前庭機能の安定性を改善し、宇宙酔いの発生率を減らし、宇宙酔いの症状を緩和することです。

もう一つは、中性浮力タンク訓練で、宇宙飛行士が模擬無重力訓練環境で船外活動訓練、特に船外歩行、船外組立・整備などの船外活動を行う訓練です。

つまり、宇宙で完了するすべての行動は、地球上での数倍の努力の結果なのです。

さらに、宇宙飛行士が直立歩行できるようにするため、将来の宇宙ステーションには下半身陰圧システム（LBNP）などの人工重力装置を装備することも必要です。

宇宙飛行士の腰から下が密閉されると、装置は宇宙飛行士の下半身に真空圧をかける。真空により重力の下向きの引力が再現され、宇宙飛行士の足が宇宙ステーションの床にしっかりと固定され、体液が脚のほうに引き寄せられるようになります。

フィギュア｜LBNP

しかし、これらのLBNPは人工重力の初期の形態に過ぎず、その利点は、テスト中の他の方法よりも宇宙に送り出すのが容易な可能性があることです。

前述のように、遠心分離機は遠心力によって重力をシミュレートできるため、宇宙飛行士が微小重力環境でより効率的に作業するのに役立ちます。

しかし、このような大型の遠心分離機をどうやって宇宙に持ち込むかは、依然として大きな問題です。

しかし、いずれにせよ、科学技術の進歩により、人類は宇宙飛行士やさらに多くの人々が地球を離れ、より快適に宇宙で生活できるようになると信じています。

参考文献:

https://www.nature.com/articles/s41598-022-13461-1

https://www.sciencenews.org/article/astronauts-mars-space-health-survival