宇宙で暮らすことがどのようなものか考えるとき、地球の素晴らしい景色や、星々の中にいることの存在の驚異を想像するかもしれません。ワークアウトなどの実用的なことは考慮しないかもしれません。定期的にジムに行くべきであることは誰もが知っていますが、宇宙ステーションに住んでいると、それは言うは易く行うは難しです。
そして運動は重要であり、宇宙飛行士にとっては他の私たちよりもさらに重要です。それはおそらく、宇宙における人間の健康に対する最大の課題は、欠けているもの、つまり重力だからです。国際宇宙ステーション (ISS) には、いわゆる微小重力環境があります (技術的には完全に無重力ではありませんが、実際には十分に近いです)。体に重力がかからなければ、宇宙飛行士は空中を浮いたり回転したりすることができますが、それは、通常地球にいるときのように筋肉が体を支えるために働いていないことを意味します。
時間が経つにつれて、この重力の欠如は健康に重大な影響を与える可能性があります。筋肉と骨量は使用不足により減少し、宇宙飛行士が地球に帰還し、再び通常の重力条件に対処しなければならない場合、悲惨な結果になる可能性があります。微小重力は、心臓血管系など、他の影響も与える可能性があります。
したがって、宇宙飛行士にとって、微小重力の影響に対抗するために定期的に運動することが非常に重要です。宇宙飛行士は 1 日あたり 2 時間以上を運動に費やしていると聞いたことがあるかもしれません。これが理由です。宇宙飛行士は、私たちのほとんどが直立しているだけで 1 日を通して得ている筋肉へのすべての負荷を詰め込む必要があるだけでなく、健康を維持する必要があります。船外活動のような要求の厳しい仕事に適しています。
宇宙ステーションのジムに行く
ISS では現在、トレッドミル、エアロバイク、筋力トレーニング マシンの 3 つの主要な運動器具が使用されています。ある意味、宇宙飛行士が行うエクササイズは、地球上のジムで行われるものとそれほど変わりません。走ったり、自転車に乗ったり、ウェイトリフティングをしたりします。
しかし、無重力状態でウェイトを持ち上げる必要がある場合には、技術的な課題がいくつか発生します。
ARED (Advanced Resistive Exercise Device) と呼ばれるマシンには、スミス マシンやスクワット ラックに似た、さまざまな方法で動かせる固定バーが付いています。ただし、抵抗に重りを使用する代わりに、真空シリンダーを使用します。宇宙飛行士はバーを動かすためにこの真空の引力に逆らって働かなければなりませんが、より重いウェイトを使用して抵抗の量を変更してシミュレーションすることができます。
トレッドミルやエアロバイクは地球上と同じように機能しますが、これらには課題もあります。それは、宇宙飛行士が走ったりペダルを踏んだりするときに浮いてしまうのをどうやって止めるかということです。これを防ぐために、ハーネスを使用して機器に固定しますが、宇宙飛行士が運動中に宇宙ステーションに損傷を与える可能性のある振動を発生させないように機器を慎重に設計する必要もあります。
運動の時間を作る
NASAジョンソン宇宙センターの宇宙飛行士筋力・コンディショニング・リハビリテーショングループの専門家であるブルース・ニーシュヴィッツ氏は、運動は宇宙飛行士の身体的健康にとって重要であるだけではないと言う。
「運動の利点は、骨や筋肉、さらには心血管トレーニングだけではありません。これはまさに全身、全身のシステムに恩恵をもたらします」とニーシュヴィッツ氏はデジタルトレンドに語った。 「実地での研究だけでも、運動は気分を改善し、睡眠やそのような問題にも効果があることが分かっています。私たちが心配しているのは筋力や大きさだけではありません。私たちは、たとえ非常に奇妙で自然ではない環境であっても、乗組員が100%普通の人間であると感じられるように奨励したいと強く思っています。」
しかし、しばらくジムに通っている人なら誰でも知っているように、たとえ世界最高のマシンであっても、適切なプログラムがなければ役に立ちません。 NASA の宇宙飛行士向けの運動プログラムは、宇宙滞在中に経験する障害を克服し、怪我を避けるための最も効率的な方法に焦点を当てて特別に設計されています。これは、宇宙飛行士が地球に帰還する際に、重力のある生活にうまく適応できるようにするために特に重要です。
「運動は、彼らが住んでいる微小重力世界への対抗手段です」とニーシュヴィッツ氏は説明した。 「私たちは微小重力環境によって引き起こされる損失を回避しようとしています。したがって、私たちは筋肉を刺激し、骨を刺激し、できるだけ健康に保ちたいと考えています。つまり、健康こそが運動処方の主な焦点なのです。」
宇宙向けのプログラミング
チームは、ほとんどの宇宙飛行士が週6日行う有酸素運動と抵抗運動の両方のプログラムを設計している。宇宙飛行士は毎日 2 時間半を運動に費やしているとよく聞きますが、それは完全に正しくありません。宇宙飛行士には運動にそれだけの時間が割り当てられていますが、その時間には準備、準備、片付けも含まれます。
通常、各宇宙飛行士は ARED マシンを使用して約 1 時間の運動を行い、その後さらに 30 ～ 40 分間の有酸素運動を行います。それを解決するにはまだ時間がかかるが、ニーシュヴィッツ氏は、宇宙飛行士のモチベーションを高めるのは問題ないと言う。
「ほとんどの乗組員は、軌道上で行う演習時間を非常に大切にしています」とニーシュヴィッツ氏は語った。
彼らが最も正常だと感じるのは、運動をしているときです。
熱心にジムに行かない人でも、体と心の両方にワークアウトの利点があることを知っています。 「さまざまな人々が、運動をしているときが最も正常だと感じると言うのを聞いたことがあります」とニーシュヴィッツ氏は述べ、睡眠中や食事中よりもさらにそう感じると付け加えた。 「彼らは宇宙ステーションで、仕事に関連した生活の他の部分から逃げることができます。」
チームは、複数の大きな筋肉を同時に鍛えるのに効率的な方法であるため、スクワットやプレスなどの多関節複合エクササイズを多数プログラムしています。また、彼らは、低レップの筋力重視のワークから高レップの持久力中心のワークまで、さまざまなレップ範囲を使用します。有酸素運動も、高強度の短時間セッションや低強度の長時間セッションなど、さまざまです。
宇宙飛行士は、船外活動のような身体的に困難な作業の影響も考慮しており、船外活動の前後に数日間運動を休んで体を休めることを選択する乗組員もいますし、握力を向上させるために余分な作業をすることを選択する乗組員もいます。扱いにくい手袋を着用して繊細な作業を行う。
宇宙飛行士にはどのような訓練を行うかを選択する自由がありますが、通常はプログラムに従います。 「彼らは私たちから独立して物事を完全に変えることができますが、ほとんどの場合、彼らは私たちのチームを信頼しているため、私たちが望んでいることに正確に従います。そして、私たちはそれを長い間やってきて、多くの成功を収めてきました。それだ」とニーシュヴィッツは語った。
宇宙での運動の未来
ISS のエクササイズ マシンはこの時点でかなり最適化されており、最近では 350 ワットのバイクから 500 ワットのバイクにアップグレードするなど、改善は段階的に行われる傾向があります。
将来的に宇宙飛行士の健康をさらに改善するという観点から、研究者らは回復など他の方法で健康をサポートできる可能性のあるプロジェクトに注目している。たとえば、欧州宇宙機関 (ESA) の新しいプロジェクトでは、宇宙ステーション上の宇宙飛行士に対する電気筋肉刺激の使用が検討されています。
神経筋電気刺激 (NMES) は、地球上では主に脳卒中などの出来事後の 患者の回復を助ける ために使用されており、回復補助として一部の プロスポーツ選手 でテストされています。運動の代わりになるものではありませんが、運動後の痛みを和らげるのに役立つかもしれません。
研究プロジェクトの主任者であるイタリアのトリエステ大学のアレッサンドラ・ボスッティ氏は、NMESを宇宙に適用する場合、地上と比べて「原理はまったく同じです」と述べた。 「しかし、宇宙飛行士は浮いているので、違いは宇宙飛行士にプロトコルを適用する方法にあります。」
ボスッティ氏のプロジェクトでは、宇宙飛行士が運動後に身体に装着する小型の装置を使用し、それが回復に役立つかどうかを確認する。今後5～6年かけて、宇宙滞在前、滞在中、滞在後の宇宙飛行士からデータを取得し、この装置を使用していない宇宙飛行士のデータと比較する予定だ。
「このシステムは、宇宙飛行士がミッションを終えて地球に戻ったときに、より早く回復できるようにするという考えです」とボスッティ氏は説明した。
彼らは、宇宙飛行士がステーションで過ごす後半の期間、つまり宇宙飛行士がしばらくそこにいて、おそらく筋肉がいくらか落ちていることに特に興味を持っています。研究者らは、NMESのような介入が宇宙飛行士の筋力と筋肉量の維持に役立つかどうかをテストしたいと考えている。これは長期ミッションでは特に重要である。
長期的に見ると
火星への理論上の有人ミッションなどの長期ミッションを見据えると、宇宙飛行士はこれまで以上に長く地球を離れることになる。また、運動できるスペースは非常に限られており、持ち運べる重量もわずかです。
「私たちはより小型の装置、より軽量な装置、使いやすい装置、そして効率的な装置を必要としています」と欧州宇宙機関 (ESA) の Telespazio で人間研究主任サポートを務める Inês Antunes 氏は述べています。 「筋肉の刺激のようなものは受動的であり、小規模で限られたミッションに適しています。」
ESAは、宇宙飛行が人体に及ぼす悪影響を軽減することを期待して、遠心分離機のような 人工重力 機械の中で参加者に運動をさせたり、宇宙飛行士がリラックスできるように 使用したりするなど、さまざまな介入を検討している。
そして、人体の枠を超えて、研究者たちは健康という名のもとに、宇宙飛行士が活動する環境の最適化を目指している。 「宇宙飛行士がエネルギーを失わないよう、空腹を感じさせるなどの単純なことでもいいのです」とアントゥネス氏は言う。 「食べ物をよりカリカリにしたり、より快適に食事できる環境を用意したりすることで、子どもたちはより良く食べることができます。」
この研究の多くは、運動だけでなく、栄養、サプリメント、筋肉刺激などの受動的な介入もカバーしており、これらのさまざまな介入がすべて互いにどのように相互作用するかを観察しています。
「一つの体のシステムを個別に研究することは決してできません」とアントゥネス氏は言う。包括的な研究では、心血管系から栄養、精神的健康に至るまで、すべてを含む体全体を考慮する必要があるからだ。 「これらはすべて連携して機能します。誰かが精神的に大丈夫でない場合、免疫システムに影響を与えます。そして、免疫システムが良好でないと、筋肉に影響を及ぼします。」