微小重力は宇宙飛行士の骨と筋肉にどのように影響しますか？

微小重力は骨と筋肉の両方を弱めます。 筋肉の弱体化は骨の弱体化を加速するため、効果は相互に関連しています。 これにより、宇宙飛行士は長期的な筋肉と骨の喪失を余儀なくされる可能性があります。 宇宙飛行士の骨や筋肉に対する微小重力の影響を理解し、できればそれと戦うことは、宇宙旅行にとって重大な課題です。

微小重力はいくつかの方法で筋肉を弱めます。それはイタリアのウディネ大学による2003年の研究で調査されました。 宇宙で約240日後、宇宙飛行士の総体力は開始時の体力の約70％に低下します。 人間の筋肉には2種類の筋繊維があり、どちらも弱くなりますが、影響はわずかに異なります。 遅筋繊維は、総強度とほぼ同じ速度で弱まります。 ただし、速筋線維はさらに急速に萎縮し、約6か月後には開始時の強度の約45％になります。 これにより、宇宙飛行士の筋肉は大幅に弱まります。 不思議なことに、筋肉の喪失は上半身で最も根本的に起こるようですが、骨の喪失は下半身で最も深刻な影響を引き起こす傾向があります。

微小重力は、骨減少症、骨密度の低下、骨粗鬆症に関連する状態を引き起こします。 実際、国立宇宙生物医学研究所の骨研究のチームリーダーであるジェイ・シャピロ博士によれば、「これの大きさ（問題） NASAは、骨量減少が長期宇宙飛行の固有のリスクであると考えるようになりました。」この問題の主要な要素は、細胞での活動に起因します。 レベル。 通常の状態では、破骨細胞と呼ばれる一連の細胞が骨を分解し、別の種類の骨細胞である骨芽細胞が同時に新しい骨を作ります。 しかし、骨芽細胞はストレスに反応し、体が骨を押すところに骨を作り上げます。 宇宙では、重力が骨を引っ張っておらず、筋肉が弱くなっているために骨にかかるストレスが少ないため、骨はほとんどストレスを感じません。 これにより、古い骨を破壊し、新しい骨を構築するプロセスが同期しなくなり、骨が弱くなります。 しかし、他の要因もこの問題に寄与しているようです。 たとえば、体は微小重力下で奇形のコラーゲン繊維を生成する傾向があり、これが骨の健康の低下に寄与します。

臨床レベルでは、これらの骨と筋肉の変化は宇宙飛行士に多くの問題を引き起こします。 骨量減少は下半身で最も顕著であり、宇宙飛行士は下半身の1〜2パーセントを失う可能性があります。 1か月あたりの骨量は、最長で約20％の骨量減少で横ばいになっているようですが 宇宙飛行。 骨と筋肉の衰弱は、最終的には長期間の安静の影響に似ています。 宇宙飛行士は、自分の筋肉を地球の重力に再適応させるのに時間が必要です。 これに加えて、骨が質量を失うにつれてカルシウムが血中に蓄積します。 これは宇宙飛行士の腎臓結石を促進します。

NASAには、これらの条件に対抗するために自由に使えるいくつかの方法があります。 まず、宇宙での運動は、骨量の減少と筋力低下を軽減するのに役立ちます。 突然の動きを伴う「爆発的な」タイプのエクササイズを追加すると、微小重力の最悪の影響を回避する上でのエクササイズの利点がさらに増える可能性があります。 同様に、遠心分離機で運動することで、微小重力の長期的な影響をさらに軽減し、心臓の筋肉を強化することができます。 さらに、宇宙飛行士の食事の変更は、骨や筋肉への微小重力の影響を減らすことで有望であることが示されています。 最後に、NASAは骨量減少と戦うために薬を使用する実験を始めました。 具体的には、NASAは、地球上の骨粗鬆症の治療と予防に使用される薬剤であるビスフォスフォネート宇宙飛行士の発行を開始しました。 科学者たちは、微小重力による骨量減少を理解することが、骨粗鬆症などの骨障害を持つ地球上の人々のより良い治療につながることを期待しています。