私たちが十分に議論していない重力の問題

火星への到達の課題——ロケット推進、輸送中の放射線被曝、薄い大気を持つ惑星への大型有人宇宙船の着陸——は広範な報道を受けています。あまり議論されていないのは、到着後に人体に何が起こるかです。低重力環境における筋肉損失についての新しい研究は、火星が地球の約38パーセントの重力であり、人間の筋骨格系に十分な機械的負荷を供給できず、長期的な植民地の健康と能力を大幅に低下させる進行性の筋肉萎縮を防ぐことができない可能性があることを示唆しています。

この研究は、国際宇宙ステーション(ISS)からの数年分のデータに基づいています。ISS上の宇宙飛行士は、広範な日常的な運動対策にもかかわらず、微重力環境で劇的な筋肉と骨質量の喪失率を経験しています。新しい研究が対処している問題は、火星の0.38gのような部分的な重力が、数年間の居住期間にわたって筋肉量を維持するのに十分なスティミュラスを提供するのか、それとも定期的に運動をしている人々でさえ段階的だが回復不可能な悪化を可能にする危険ゾーンに陥るのかということです。

重力が筋肉を維持する方法

筋肉量は固定された生物学的定数ではなく、タンパク質合成とタンパク質分解のバランスによって継続的に調節される動的量です。体は筋肉量を維持するために、機械的負荷——筋肉が重力に抵抗するときに生成される力——を絶えず感知し、それに応じてタンパク質合成速度を調整することで維持しています。重力負荷が不在または低下している環境では、筋肉量を維持するためのスティミュラスが減少し、体はタンパク質合成を減らし、分解を増やして対応します。このプロセスは廃用性萎縮と呼ばれています。

地球上では、単に立つことと歩くことだけで、継続的な重力負荷を通じてほとんどの筋肉量を維持することができます。宇宙では、この負荷は消えます。ISSの宇宙飛行士は、1日2時間の激しい運動にもかかわらず、かなりの筋肉量と骨密度を失います。NASAの長期宇宙飛行データは、この損失の一部は地球への帰還後に回復可能であることを示していますが、非常に長いミッションではその回復は遅く、不完全です。

火星の重力の問題

火星の重力はゼロではなく、3.7 m/s²です。これは地球の9.8 m/s²およびISSの本質的にゼロと比較されます。地球の重力の38パーセントが意味のある筋肉保存スティミュラスを提供するかどうかは、新しい研究が対処する中心的な問題です。懸念は、0.38gは歩いているように感じるのに十分かもしれませんが、体が数年間にわたって完全な筋肉量を維持するために必要な機械的負荷信号を提供するには不十分である可能性があるということです。

研究の結果は、筋肉維持のための最小有効重力スティミュラスが0.38gより高いことを示唆しており、火星の住民は定期的な運動にもかかわらず持続的で段階的な筋肉萎縮を経験する可能性が高いことを意味しています。速度は完全な微重力より遅いでしょうが、数年間の居住にわたる累積損失は実質的である可能性があります——物理的能力を低下させ、怪我のリスクを増やし、持続的な身体的努力を必要とする緊急事態のシナリオを複雑にします。

植民地化計画への影響

結果は楽観的な植民地化のタイムラインに重要な警告を加えます。SpaceXの火星植民地化計画は、永久に表面に住む定住者を想定しており、基本的に地球に戻るという考えを放棄しています。火星の重力が長期的な筋肉の健康に不十分である場合、永久定住者は、現在のどの医学的介入も完全に対抗できない段階的な健康軌跡に直面することになります。

可能な解決策には人工重力ハビタット——遠心力を使用してより高い重力をシミュレートする回転構造——が含まれていますが、火星上にそのような構造を構築することは、膨大なエンジニアリングの複雑性とコストをもたらします。筋肉タンパク質の分解を減らすための薬理学的介入が研究されていますが、重力スティミュラス剥奪を完全に補うのに十分な効果がまだありません。部分的な重力条件のために特別に設計された強化された運動プロトコルは緩和される可能性がありますが、おそらく問題を完全には解決しません。

骨および心血管の側面

筋肉損失は分離して起こりません。骨密度は、減少した重力負荷の下で筋肉量と並行して減少し、骨折リスクが増加します。心肺フィットネスは、心臓が低重力環境で血液をポンプで送ることに適応するにつれて低下します。流体の再分配——低重力で頭部に向かって移動する血液と脳脊髄液——は、一部のISS宇宙飛行士で観察されたビジョンの問題に寄与する可能性があります。

累積画像は、進化していない環境に徐々に適応する体であり、適応プロセス自体が損傷を引き起こすというものです。数年または数十年のタイムスケールで、これらの変化の完全な範囲を理解するには、6ヶ月から1年に限定されたISS活動から取得できないデータが必要です。このデータは、月またはMars環境への長期ミッションからのみ取得できます。

ミッション計画が意味すること

この研究は火星植民地化を不可能にはしませんが、0.38gでの生活の生理学は、到達するためのエンジニアリング課題と同じくらい重大な医学的課題である火星での長期居住のことを明確にしています。将来の火星ミッション計画は、0.38gでの生活の生理学を一次設計制約として扱う必要があります——ハビタット設計、日常活動の要件、医学的規定、および長期的な定住者が署名しているものの正直な評価に通知します。

この記事はGizmodoのレポートに基づいています。元の記事を読む。