無重力と宇宙飛行士への影響

重力の影響を感じない無重力の感覚。 重力は2つの物体を引き寄せる力と定義されているので、厳密に言えば、宇宙のどこにでも重力は存在します。 例えば、国際宇宙ステーションは、地球の上空で常に自由落下しています。 しかし、その前進は地球への「落下」速度とほぼ等しい。 つまり、中の宇宙飛行士は特定の方向に引っ張られることはないのです。

足に体重をかけないというのはリラックスできそうですが、長期的には多くの健康上の問題があります。 骨や筋肉が弱くなるなど、体内にもさまざまな変化が起こります。 ISSの役割のひとつは、長時間の無重力状態が宇宙飛行士の健康にどのような影響を与えるかを研究することです。

無重力を体験する

重力の束縛から(ほんの少し)逃れるには、地球を離れる必要はありません。 高速のジェットコースターで丘の頂上を登った人、あるいは風で突然押し下げられた小型飛行機で座った人は、短時間、無重力を体験した。

放物線を飛行する飛行機では、より持続的な時間が可能です。 例えばNASAの減圧重力飛行計画では、研究者が機内で実験を行うために、約30〜40回の放物線を描いて飛行機を飛ばします。 上昇するたびに30秒間、重力の約2倍の力が発生します。 そして、乗客の中には吐き気を催す人もいることから「嘔吐彗星」とも呼ばれる飛行機がパラボラの頂点に到達して降下するとき、乗客は約25秒間微小重力を感じることができます。 (自分で体験したい人は、ゼロG社などの会社が、もちろん有料で、航空機での無重力ジョイライドを提供しています)

映画「アポロ13」の撮影スタッフと俳優たちは、パラボラ飛行を何度も繰り返す飛行機に何時間も乗り込みました。

しかし、宇宙飛行士はもっと長い間、無重力を体験しています。

しかし、宇宙飛行士はもっと長い期間、無重力状態を経験します。宇宙で過ごした最も長い持続時間は1994年から1995年にかけて行われ、ヴァレリー・ポリアコフがほぼ438日間宇宙に滞在したときです。

2006年のSTS-115で2週間宇宙にいたハイデマリー・ステファニー・ピパーが発見したように、数日間であっても、一時的に健康問題が生じることがあります。

一時的な健康への影響

無重力は、もはや重力と戦っていないため、体のいくつかの主要なシステムをリラックスさせます。 前庭システムが地面と天井の位置を把握できなくなるため、宇宙飛行士の上下の感覚は混乱するとNASAは述べています。 例えばISSでは、壁に書かれた文字がすべて同じ方向を向いています。

また、クルーは、腕や脚など体の部位が相対的にどこにあるかを示す固有感覚系にも障害が生じます。 「あるアポロ宇宙飛行士はNASAのインタビューで、「宇宙での最初の夜、眠りに落ちようとしていたとき、突然、自分の腕と脚が分からなくなっていることに気づいた」と語っています。 私の頭の中では、私の手足はそこになかったのです」

このような方向感覚の喪失により、宇宙飛行士は数日間、気分が悪くなることがあります。 有名な例としては、1969年のアポロ9号での出来事があります。 ラスティ・シュワイカートは気分が悪くなったため、予定していた宇宙遊泳を変更しなければなりませんでした。 宇宙服を着たまま嘔吐すると、体液がヘルメットを通って広がり(視界が悪くなる)、呼吸装置に干渉して窒息死する可能性があるからです。 例えば、宇宙遊泳の際、宇宙飛行士は体を固定して浮かないように、宇宙船の外側に追加の手掛けと足掛けを必要とします。 (

長期的な健康への影響

宇宙飛行士が数週間から数ヶ月間宇宙に滞在すると、トラブルに見舞われることがあります。 骨に含まれるカルシウムは尿を通じて分泌される。 骨が弱くなると、骨粗鬆症の人と同じように、宇宙飛行士も滑って転ぶと骨折しやすくなります。 しかし、国際宇宙ステーションに滞在することで、宇宙飛行士の健康が無重力状態によってどのような影響を受けるかについて、NASAが調査を行うことができるようになりました。 すでに、NASAは変更を加えています。 例えば、2008年にiRED(Interim Resistive Exercise Device)をAdvanced Resistive Exercise Deviceに変更し、宇宙飛行士が自分の最高重量を超えることなく重量挙げができるようにしました。 AREDは、骨密度や筋力の向上と関連していますが、宇宙飛行士の集団はすでに健康で非常に小さいため、宇宙でのすべての結論を出すことは(一般的には)困難です。

宇宙飛行士は通常、これらの影響を打ち消すために、宇宙で1日に2時間の運動時間を割り当てられています。 この時間には、有酸素運動や重量挙げだけでなく、着替えや機材の設置・撤去の時間も含まれます。運動はしても、通常6ヶ月の宇宙ミッションの後、地上で適応するためには数ヶ月のリハビリが必要です。 最近では、医師が軌道上での眼圧の変化を発見しています。 NASAは、宇宙ステーションに滞在していた宇宙飛行士の視力の変化を追跡調査していますが、心配するほど深刻なものはありません。 その原因はまだ調査中ですが、考えられる原因の1つは、地上では横になったり立ち上がったりするたびに通常起こる変化が、微小重力下では一定に保たれる髄液にあるようです。 2017年の研究では、脊髄液に加え、短時間飛行と長時間飛行の宇宙飛行士の変化を追跡調査しています。 また、宇宙飛行士はステーションでろ過システムのために二酸化炭素のレベルが少し上昇することを指摘する研究もあり、そのガスも目の問題の一因になる可能性があります。

元NASAの宇宙飛行士スコット・ケリーは、2015年から16年にかけて、国際宇宙ステーションへの珍しい1年間のミッションに参加した。 双子の弟で元NASA宇宙飛行士のマーク(スコットより先に引退)は、宇宙でのスコットの健康と地上でのマークの健康を比較するためのいくつかの「双子実験」に、スコットとともに参加することに同意した。

2017年10月に発表されたある研究の予備的な結果では、宇宙では異なる遺伝子がオンまたはオフになることが示されました。 その年の初めに議論された他の研究でも、微妙な変化が明らかになりました。 たとえば、スコットのテロメア(染色体の劣化を遅らせる)は、宇宙で一時的に長くなった。

微小重力環境での健康実験を行う科学者たちは、軌道上で見られる変化は、多くの場合、人が自然に年をとるときに起こることと似ているが、そのプロセスは異なっていることに注目しています。 カナダの研究者グループ(その中には宇宙医学の専門家もいます)は、ウォータールー大学の高齢者向け長期健康施設を利用することができます。 そこでは、研究者は高齢者を研究室に連れてくるのではなく、自宅にいながら高齢者の健康状態を測定することができます。

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