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微小重力は、骨と筋肉の両方を弱めます。筋肉が弱くなると骨が弱くなるので、効果は相互に関連しています。これにより、宇宙飛行士に長期的な筋肉と骨の損失が生じる可能性があります。宇宙飛行士の骨と筋肉への微小重力の影響を理解し、できれば戦うことは、宇宙旅行の重要な課題です。
筋力
微小重力は、いくつかの方法で筋肉を弱めます。これは、イタリアのウーディネ大学による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種類の筋肉繊維があり、どちらも弱くなりますが、わずかに異なる影響を受けます。遅筋繊維は、総強度とほぼ同じ速度で弱まります。しかし、速筋線維の萎縮はさらに速く、約6か月後には開始時の強さの約45％になります。これにより、宇宙飛行士の筋肉が大幅に弱体化します。不思議なことに、筋肉の損失は上半身で最も根本的に起こるようですが、骨の損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。
骨量減少
微小重力は、骨粗鬆症に関連する状態である骨密度の低下である骨減少症を引き起こします。実際、National Space Biomedical Research Instituteの骨研究のチームリーダーであるJay Shapiro博士によると、「この（問題）の大きさから、NASAは骨損失を長期宇宙飛行の固有のリスクと考えています」。この問題の主要な要素は、細胞レベルでの活動に起因します。通常の条件下では、破骨細胞と呼ばれる一連の細胞が骨を分解し、別のタイプの骨細胞である骨芽細胞が同時に新しい骨を作成します。しかし、骨芽細胞はストレスに反応し、体がそれを押す骨を作ります。宇宙では、重力が骨を引っ張るのではなく、弱った筋肉が骨に与え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、古い骨を取り壊して新しい骨を構築するプロセスが同期しなくなり、結果として骨が弱くなります。しかし、他の要因もこの問題に寄与しているようです。例えば、体は微小重力で奇形のコラーゲン線維を生成する傾向があり、これは骨の健康の低下に寄与する。
微小重力の症状
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、宇宙飛行士は月に1〜2％の骨量を失う可能性がありますが、最も長い宇宙飛行で約20％の骨量減少で横ばいになるようです。骨と筋肉の衰弱は、最終的に長期にわたる安静の影響に似ています。宇宙飛行士は、筋肉を地球の重力に再適応させる時間が必要です。これに加えて、骨が質量を失うとカルシウムが血液中に蓄積します。これにより、宇宙飛行士の腎臓結石が促進されます。
健康問題への対処
NASAには、これらの状況に対処するためのいくつかの方法があります。第一に、宇宙での運動は骨量の減少と筋肉の衰弱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、遠心分離機での運動は、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のに役立ちます。さらに、宇宙飛行士の食事の変更により、微小重力が骨と筋肉に及ぼす影響を減らすことが期待されています。最後に、NASAは、骨量減少と戦うために薬物を使用する実験を開始しました。具体的には、NASAは、地球の骨粗鬆症の治療と予防に使用される薬物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。科学者は、微小重力による骨損失を理解することが、骨粗鬆症のような骨疾患を抱える地球上の人々のより良い治療につながることを望んでいます。