マイクロ コンピューター断層撮影骨密度イメージングは、STS-118 で高度に接続された密な海綿状の骨構造を持つグラウンド マウス (G)、接続性の少ないフライト マウス (F)、およびミオスタチン阻害剤 (F+D) で処理されたフライト マウスを示しています。微小重力の影響を受けない骨構造を持っています。クレジット:Bioserve
今年の米国骨ミネラル学会の会議で、NASA の科学者は、微小重力が骨密度にどのように悪影響を与えるかについて、半世紀に及ぶ関連する宇宙飛行研究から学んだことを共有しました。
50 代に達すると、骨量減少の始まりなど、健康上の変化が予想される場合があります。骨粗鬆症や運動制限に苦しんでいるか、宇宙飛行士であった場合を除き、全盛期にそのような困難に直面することはないと思います。科学者たちは、宇宙飛行の初期の頃から、微小重力が高度な速度で骨密度に悪影響を与えることを知っていました.この宇宙での生活の影響を調べることで、研究者は骨の健康に関する研究を加速する機会を得ることができます。
骨の研究は、人間の宇宙旅行の開始時に始まり、宇宙と地上の両方で実験が行われました。この研究分野は、国際宇宙ステーションに乗って今日も続けられており、前任者に基づいた調査が行われています。乗組員の骨密度は、閉経後の女性が 1 年間で失う骨密度と同じくらい 1 か月で失われます。科学者は、このネガティブをポジティブに変えることができます。微小重力条件を使用して、より短い時間でより多くの研究を成し遂げることができます。彼らの宇宙での調査は、骨量減少の原因を調査し、対策を特定すると同時に、地球上および宇宙で使用するための治療法の開発に貢献しています。
「6 か月のミッションで、骨量減少に対抗する研究を行うことができます。これは、地球でのおよそ 5 年間の縦断研究に相当します」ヒューストンにある NASA のジョンソン宇宙センター。 「これにより、生理学の変化を地球上よりも速く見ることができ、典型的な[地上]研究とは非常に異なる研究集団で.この視点は、全体的な理解に貢献し、一般的な知識ベースに貴重な情報を追加して、私たち全員がより迅速に治療を受けることができるようにします。」
最近の出版物「人間の宇宙旅行の 50 年:骨とカルシウムの研究への影響」で、スコットと彼の同僚は学んだ教訓を振り返ります。彼は、微小重力下での骨の損失と闘うために、地球上で骨の健康を促進することを目指していると指摘しています。例えば、宇宙でのげっ歯類を使ったモデル動物研究は、すでに骨量減少を緩和できる医薬品の臨床試験に貢献しています。これらの治療法の一部は、すでに人々が使用できるようになっています.
現在の乗組員でサンプル収集を終了するPro-K調査など、軌道上で研究が続けられています。 Pro-K の目標は、食事が骨に与える影響を調べることで、栄養を最適化する方法を開発することです。具体的には、研究者は、宇宙飛行士が消費するカリウムに対する動物性タンパク質の比率が減少すると、骨の崩壊がどのように軽減されるかを調べています.問題は、乗組員が肉を減らして果物や野菜を多く食べると、骨格の健康を改善するのに役立つでしょうか?
この調査結果は、地球上で骨量減少に苦しんでいる人々に影響を与える可能性があり、個人の食事の適切なバランスによる緩和の可能性を提供します. 「宇宙旅行者のために行われた研究は、栄養と骨生物学の分野における全体的な知識ベースに独自に貢献しています」とスミス氏は述べています.
より良い骨を作ることは、牛乳を飲むことほど簡単ではありません。ビタミン D とカルシウムは重要な成分の 1 つですが、物理的、薬理学的、栄養学的という 3 つのカテゴリに分類される対策の適切なバランスを科学者が特定することは、実際には複雑な探求です。研究者が発見したことは、栄養がこの方程式の大部分を占めていますが、適切な種類と量の運動と組み合わせて機能することです.これらの調査結果は、Journal of Bone and Mineral Research に掲載されました。 .
「過去数年間、栄養と運動が宇宙飛行士の骨密度を保護するのに役立つことがわかってきました」とスミス氏は述べています。 「半世紀以上にわたる宇宙飛行の中で、これを見たのは初めてです。私たちはまだ終わっていませんが、前進しています。それは信じられないほどエキサイティングなことです。」
科学者たちは、地球上と同じように、食事と運動が人間の骨を健康に保つための勝利チームであると考えていました.しかし、この知識の応用は、すぐに宇宙環境に反映されませんでした。ミール宇宙ステーションでの運動の初期の試みと国際宇宙ステーションでの初期の試みは、骨量減少の軽減にほとんど影響を与えませんでした.乗組員は、骨と筋肉に生産的にストレスを与えるのに十分な「重量」を提供する抵抗ベースの運動を必要としていました. 2008 年に発売された Advanced Resistance Exercise Device (ARED) に参加してください。ARED を追加することで、研究者は適切な種類の運動と栄養を組み合わせることで骨密度を維持できることが証明されました。
スミス氏は著書の中で、「ARED にアクセスした乗組員は、飛行から戻ったとき、体重の減少がなく、除脂肪体重の割合が増加し、脂肪量の割合が減少し、体脂肪率が維持されていたことが示されました」と述べています。ほとんどの部位と全身スキャンでの骨密度。」
骨の健康におけるミネラルと食事の役割は、宇宙ステーションの居住中に別の焦点になりました. 2009 年、乗組員が尿を使って水の再生を行ったとき (長期間の宇宙探査に必要)、圧力の懸念からシステムをシャットダウンする必要がありました。過剰なミネラル、特に硫酸カルシウムがハードウェアを詰まらせていたことが判明しました.宇宙ステーションのトイレで使用された硫黄は、宇宙で加速された骨分解の結果として失われた乗組員のカルシウムと結合していました.その結果、宇宙飛行士の尿中のカルシウム濃度が高くなり、骨量減少とカルシウムの関係だけでなく、乗組員の水の消費量を増やす必要性も指摘されました。同様に、水の消費量を増やすと、腎臓結石のリスクを低く抑えることができます。これは、宇宙飛行士にとってもう 1 つの懸念事項です。
研究者たちは、ビタミンD、オメガ3脂肪酸、タンパク質、カリウム、ナトリウム、鉄、リンなど、骨の健康のための適切な量のカルシウム摂取とその他の食事要因を引き続き調べています.骨の健康のために食事と栄養の最適なバランスを求める宇宙ステーションで計画されている次の研究は、統合栄養と呼ばれます。この実験は、NASA の Space Food Systems Laboratory と Johnson の Nutritional Biochemistry Laboratory チームの共同作業です。
「長期の宇宙飛行中に骨を保護するのに役立つように、地上または飛行研究で骨に保護効果があることが知られている多くの食事要因の摂取を最適化することに取り組んでいます」とスミス氏は述べています. 「私たちは、骨に対するこの可能性について非常に楽観的であり、これが他の多くの身体システムにも有益な効果をもたらす可能性が高いと考えています.」
この多面的な懸念の一部は、全体としてだけでなく、対策中に骨のどの部分が構築されているかに従って、骨の強度を調べることです.研究者は、明らかな予防が、実際には、全体的な損失の停止ではなく、抵抗ベースの運動による追加の骨の蓄積であるかどうかを突き止めたいと考えています.目標は、密度だけでなく、宇宙飛行が骨の強度にどのように影響するかを理解することです。
「骨の再形成のこのモードは、骨の再吸収と形成の増加を伴い、骨のミネラル密度を維持しましたが、飛行前に存在していたものとは異なる強度特性を持つ骨を生み出す可能性があります」とスコットは続けた. 「この現象をよりよく理解するために、飛行後の骨強度を評価する研究が NASA で進行中です。」
また、閉経後の女性の骨量減少との以前の比較に基づいて、研究者は性別にも注目しています.眼窩に関する研究の過程で、研究者は骨ミネラル分解の処理に関して男女間の類似性を発見しました.
「今年の 7 月に、宇宙飛行に対する男性と女性の反応、および食事と運動に対する反応は、骨と腎結石のリスクに関して差がないことを示すデータを発表しました」とスミス氏は述べています。 「飛行した宇宙飛行士の数はまだ比較的少ないですが、常に増え続けています。宇宙ステーションは素晴らしいプラットフォームを提供してくれました。すでに何年にもわたる長時間の飛行が可能になっています。対策が進化するにつれて、対応の違いや、宇宙飛行士のサブグループ間の違いが見え始めています。」
出版物 :
- Smith SM., et al., 「宇宙にいる男女:長期間の宇宙飛行後の骨量減少と腎臓結石のリスク」、Journal of Bone and Mineral Research、2014 年 7 月;29(7):1639-45. doi:10.1002/jbmr.2185.
- Scott M Smith, et al., 「長期間の宇宙飛行におけるレジスタンス エクササイズと栄養による骨の利点:生化学とデンシトメトリーによる証拠」、Journal of Bone and Mineral Research、第 27 巻、第 9 号、1896 ～ 1906 ページ、2012; DOI:10.1002/jbmr.1647
