要約:
火星への旅行は、科学者たちがかつて懸念していたほど人間の心を揺るがすものではないかもしれません。研究によると、宇宙飛行士は何ヶ月にもわたる無重力状態にうまく適応することがわかっています。本日『サーキュレーション』誌に掲載されたこの研究は、人間が火星への宇宙旅行に耐え、より弱い重力下でも正常に機能できるという心強い証拠を提供するものである。
この研究では、科学者たちは国際宇宙ステーションで約6か月間過ごした13人の宇宙飛行士の心臓の状態を監視しました。その結果、宇宙飛行は最初は心臓の機能に影響を与えるものの、宇宙飛行士は徐々に環境に適応し、毎日の高強度の運動が心血管の健康維持に重要な役割を果たしていることが示された。
無重力状態と重力環境への復帰の両方が人体に課題をもたらすため、アメリカ航空宇宙局 (NASA) は、重力が地球の約 38% しかない火星の宇宙の微重力環境に宇宙飛行士の心臓と循環系が適応できるかどうかを懸念しています。
地球上では、心臓は重力に逆らって血液を送り出し続ける必要があり、筋肉は体重を支える必要があります。宇宙ではこれらの負荷は大幅に減少し、時間の経過とともに筋肉や心臓さえも萎縮してしまいます。しかし、重力環境に戻った後は血液が下半身に引き寄せられてしまいます。着陸後、宇宙飛行士はめまい、目の暗さ、さらには突然の血圧低下などの症状を経験することがよくあります。これを起立性低血圧といいます。しかし、研究に参加した宇宙飛行士は、おそらくミッション期間中継続した激しい運動プログラムのおかげで、新しい重力環境に概ねよく適応した。
NASA の「運動対策」プログラムの一環として、宇宙飛行士は 1 日あたり最大 2 時間運動します。トレーニングには、心血管系を強化するための 30 ～ 45 分の持久力トレーニングと、筋肉量と筋力を維持するための 60 ～ 75 分のレジスタンス トレーニングが含まれます。この論文の著者でノースウェスタン大学フェインバーグ医学部のジェームス・トーマス氏は、「無重力環境では、足を軽くたたくだけで、滑って仲間に挨拶することができます。運動量が減るため、筋肉と心臓の質量が減少します。これに対抗するには、宇宙での運動が不可欠です。」
長期間の宇宙飛行中に心臓に何が起こっているかを理解するために、研究者らは各宇宙飛行士のミッション前、ミッション中、ミッション後に心エコー図を収集しました。超音波スキャンでは、音波を使用して心臓の動的画像を生成し、医療スタッフが心臓の構造を検査し、ポンプ効率を測定できるようにします。国際宇宙ステーションの宇宙飛行士は数週間ごとにお互いの心臓をスキャンし、その記録を地球に送信します。研究者らは研究全体を通じて心臓機能の変化を監視した。トーマス教授は、テキサス大学サウスウェスタン医療センターのベンジャミン・レビン氏およびヒューストンにあるテキサス大学健康科学センターのマクガヴァン医科大学のマイケル・ブンゴ氏と共同でこの研究を実施した。
スキャンの結果、宇宙飛行士の心臓は当初、宇宙環境に適応することが困難であったことが示されました。宇宙滞在の最初の 2 週間で、研究者らは心臓充満容積、一回拍出量、および心血管機能の他のいくつかの尺度の減少を観察しました。心臓充満量は心拍の間に心臓に入る血液の量を指しますが、拍出量は収縮ごとに心臓によって送り出される血液の量を指します。どちらの測定値もミッションの早い段階で低下しており、宇宙飛行士の心臓が拍動ごとに一時的に送り出す血液が減少していたことを示しています。
しかし、宇宙飛行士が長期間宇宙に滞在するにつれて、心血管系は徐々に適応していきます。心臓充満量と一回拍出量は徐々に改善し、最終的には発射前のレベルに近づきました。これらの結果は、特に宇宙飛行士が定期的な身体活動を維持している場合、心臓は以前の測定で示唆されていたよりも長期間の無重力状態に適応しやすい可能性があることを示唆している。
研究者らはまた、火星への将来のミッションにとって重要な質問に答えたいと考えていました。それは、何ヶ月も無重力状態で過ごした宇宙飛行士が突然重力に戻ったらどうなるのかということです。火星の表面の重力は地球よりもはるかに弱いですが、宇宙飛行士の心臓の仕組みは、数か月も宇宙に浮かんだ後でも変化するでしょう。このような影響を再現するために、研究者らは宇宙飛行士が地球に帰還した後、火星の重力実験を模擬的に実施した。
テスト中、各宇宙飛行士は血液が下半身に流れるように横たわった姿勢から上に 22 度傾け、火星の重力が循環系に及ぼす影響をシミュレートしました。テスト結果は有望なものでした。約 6 か月間宇宙で過ごした後、宇宙飛行士の心臓は、模擬火星の重力下でも、ミッション前に地球上で直立していたときと同じように機能しました。これは、宇宙飛行中に心臓血管の健康状態を維持している宇宙飛行士は、大きな心臓血管の問題を経験することなく火星の弱い重力に適応できる可能性があることを示唆している。
この研究はサンプルサイズが小さく、実際の火星着陸シナリオではなくシミュレーションを使用していますが、それでも将来のミッション計画に貴重な証拠を提供します。 「私たちの発見に基づいて、人類は火星に飛行し、火星に無事着陸し、火星の表面で作業を行うことができると信じるのが合理的です。」トーマスは言いました。 (侯恵晶)
関連論文情報:
https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.125.078665
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