2016年3月初め、宇宙飛行士スコット・ケリーは、アメリカの連続宇宙滞在記録340日を更新して地球に戻ってきた。 彼の国際宇宙ステーションへのミッションの目的は、過酷な宇宙環境に人体がどのように反応し、適応していくかをより深く理解することでした。 この研究は、月や小惑星への有人研究ミッション、そして最終的には火星へのミッションに備えるために、そのようなリスクを減らすことを期待しています。 ここでは、体が宇宙環境にどのように反応し、そこでどのような問題が発生し、どのように対処すればよいかを考察します。
宇宙旅行の健康への影響
歌手のデヴィッド・ボウイは、宇宙飛行士トム少佐の体験を描いた「スペース・オディティ」を書きました。 「私はとても奇妙な方法で浮いている」。 確かに、宇宙と地球の大きな違いは、宇宙では重力がほとんどないため無重力状態になり、宇宙飛行士が乗っている宇宙船や宇宙ステーションが地球の中心に向かって自由落下していることです。 自由落下とは、重力だけが作用している物体の運動のことです。 シャトルや宇宙ステーションは、重力だけを利用して地球を回っているので（宇宙空間には空気抵抗がありません）、自由落下の状態にあると言えます。 1545>
宇宙飛行士は、特殊な放物線状のルートを飛ぶ低重力の飛行機で練習することによって、この状況に対応できるように訓練されます。 この訓練は宇宙での機能を助けるものですが、無重力による健康への害を防ぐものではありません。 1545>
無重力を短時間体験すると、宇宙適応症候群（SAS）や「宇宙酔い」が起こりますが、これは宇宙旅行で最もよく見られる問題です。 無重力は宇宙での私たちの姿勢に影響を与え、多くの生理的プロセス（主に平衡システムに関連するプロセス）を新しい条件に適応させることを要求します。 このような症状が最初に報告されたのは、ソ連の宇宙飛行士ゲルマン・ティトフで、彼は1961年末に史上4人目、ユーリ・ガガーリンに次いで2番目に地球を1周する宇宙飛行を成し遂げました。 これまでのデータから、宇宙旅行者の約45％が宇宙酔いをすることが分かっている。 しかし、体が新しい環境に適応する3日以上続くことはほとんどありません。
無重力に長期間さらされると、体液の再分配や骨・筋肉量の減少など、さまざまな健康上の問題が生じます。 時間が経つにつれて、これらの影響は宇宙飛行士のパフォーマンスを低下させ、危害を受けるリスクを高めるだけでなく、酸素を吸収する能力を低下させ、心血管活動を鈍らせる。
液体の再分配
人間の体重の約60％を占める液体は、重力の影響下にあると体の下部に蓄積されやすく、進化の過程で、立ったまま心臓と脳への血流を均衡させるシステムを発達させた。 このシステムは重力がない状態でも働き続けるため、体液は上半身に溜まります。 宇宙飛行士の顔がむくんでいるのはこのためです。
体液分布の変化は、バランスの問題や、味覚や嗅覚の喪失にも反映されます。 さらに重要なのは、新しい環境に体を適応させるために考案された一連の全身的な作用を促すことですが、これらは地球への帰還後に危険な結果をもたらすのです。
この現象は、自律神経系による血圧の調節の変化と、血液量の約20パーセントの減少に起因しています。 この影響は、宇宙に長くいればいるほど大きくなりますが、地球に戻れば数週間で元に戻ります。 心筋が弱くなると血圧が下がり、脳への酸素の流れが妨げられる可能性があります。
無重力下で骨と筋肉の量を維持するには、定期的な抵抗トレーニングが不可欠です｜Photograph: NASA
筋肉の萎縮と骨粗しょう症
無重力による大きな影響のうち、より長期的なものは、筋肉と骨の量の減少です。 重力のない状態では、背中や足の筋肉に体重の負荷がかからないので、筋肉が弱り、縮み始める。 1545>
骨に機械的な圧力がかからないため、無重力環境では1カ月で1.5パーセント、通常の環境では健康な人の10年間で3パーセントの骨量が失われるのに対して、宇宙飛行士は5～11日で筋肉量の20パーセントを失う可能性があります。 骨量の減少は、主に脊椎の下部脊椎骨、股関節、大腿骨に影響を及ぼします。 密度の急激な変化のため、骨がもろくなり、骨粗鬆症に似た症状を示すことがあります。
宇宙では、骨の破壊と構築のプロセスさえも変化します。 地球上では、骨を壊す細胞と骨を作る細胞がバランスよく配置され、定期的に破壊と更新が繰り返されています。 骨の組織が破壊されると、その代わりに新しい組織が作られる、この2つのプロセスは互いに連動しています。
マウスの研究では、無重力で16日間過ごすと、骨を破壊する細胞が増え、骨をつくる細胞が減り、骨をつくる成長因子の濃度も低下することが分かっています。 宇宙飛行士は、特に、通常の重力条件下でほとんどの荷重を支える骨盤領域で、骨破壊細胞の活動の増加を示しています。 しかし、骨粗鬆症の患者とは異なり、3～4カ月間宇宙に滞在した宇宙飛行士は、地球に戻って2～3年経つと、通常の骨密度を取り戻す。
無重力の影響への対処
無重力の影響を避ける最善の方法は、人工重力を作り出すことだ。 現在までのところ、科学者は実験室の条件下で、許容される安全レベルを超える強い磁場を用いてのみ重力を作り出すことに成功していますが、これはもちろん宇宙旅行では現実的ではありません。 しかし、SFではしばしば人工重力が登場する。 例えば、映画「火星の人」では、火星に向かう宇宙船が回転する円形の構造をしており、その外周には地球の表面と同じ40％に相当する重力があり、赤い惑星の重力と同じような重力になっています。
また、体が慣れていない運動パターンの結果である船酔いの治療に使用される薬剤は、宇宙酔いの治療にも役立ちますが、薬剤による眠気やその他の副作用よりも宇宙旅行の最初の2日間の自然適応コースが好まれるため、ほとんど使用されていません。 宇宙服は、打ち上げや着陸はもちろん、宇宙船の外での活動（宇宙遊泳）でも着用することがほとんどです。 宇宙船や宇宙ステーションの外での活動は、宇宙での環境に適応するために、ミッションの初期には通常計画されません。 これはスーツ内で嘔吐する危険を防ぐためで、パッチは通常バックアップ用のみです。
重力の欠如が筋肉、特に心筋に与える悪影響を軽減・回避するために、国際宇宙ステーションには抵抗トレーニングに使用するスポーツ器具が備えられています。 トレッドミルでのジョギング（浮き上がらないようにゴムバンドで体を固定）、固定式自転車、ウェイトリフティングなど、もちろんバネに逆らって、1日に最低2時間は体を動かすことが宇宙飛行士には義務づけられています。
NASAは、無重力の宇宙に滞在する宇宙飛行士の筋肉や骨の退化を食い止める最善の方法を理解するために、高度な計算ツールを使用しています。 計算シミュレーションは主に、運動が骨の関節のねじれ（トルク）に及ぼす影響を評価し、宇宙飛行士に最適な運動レジームを推奨するために使用されています。
スコット・ケリーが長い宇宙滞在中に集めた情報は、無重力が人間の健康に及ぼす影響にさらに光を当て、宇宙飛行士の地球帰還時に遭遇する問題の多くを防ぐのに役立つと期待されます。 彼のミッションはその長さが特徴的で、これまで検証されていなかった、より長期的な宇宙旅行の影響を調査することができます。
楽しい思い出です。 デヴィッド・ボウイ『スペース・オディティ』