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宇宙医学は、航空宇宙医学の専門分野から発展した救急医療（フェローシップトレーニングパスウェイ）のサブスペシャリティです。宇宙医学は、宇宙活動の成功を制限する可能性のある病状の予防と治療に専念しています。宇宙医学は、宇宙飛行士と宇宙飛行参加者の医療を提供するために、特に予防、急性期医療、救急医療、荒野医療、高圧/低圧医療に焦点を当てています。宇宙飛行環境は、重力、微小重力、低圧や高二酸化炭素などの異常な雰囲気、宇宙放射線など、人体に多くの独特のストレス要因をもたらします。宇宙医学は、宇宙生理学、予防医学、プライマリケア、救急医療、急性期医療、緊縮医療、公衆衛生、毒物学を適用して、宇宙での医療問題の予防と治療を行います。この専門知識はさらに、ミッションの目的を達成しながら人間の健康とパフォーマンスへのリスクを最小限に抑えるための車両システム設計にも使用されます。
宇宙衛生とは、宇宙飛行士の健康を害する可能性のある危険への曝露を防止または制御するための科学技術の応用である。これら2つの科学は、宇宙飛行士が安全な環境で作業できるようにするために連携して機能している。視力障害や骨粗鬆症などの医学的影響は、有人宇宙飛行に関連している。[2] [3]
2015年10月、NASA監察総監室は火星への有人ミッションを含む宇宙探査に関連した健康被害報告書を発行した。[4] [5]
歴史
フーベルトゥス・シュトルグホルト（1898年 - 1987年）は、元ナチスの医師で生理学者であり、第二次世界大戦後にペーパークリップ作戦の一環として米国に連れてこられた。[6]彼は1948年に初めて「宇宙医学」という言葉を作り出し、テキサス州ランドルフ空軍基地の航空医学学校（SAM）で宇宙医学の初代教授であり唯一の教授であった。 1949年、ストルグホールドはオハイオ州ライト・パターソン空軍基地のSAM（現在の米空軍航空宇宙医学学校（USAFSAM））の宇宙医学部長に就任した。彼は初期のアメリカ人宇宙飛行士が着用した与圧服の開発に重要な役割を果たした。彼は1950年に航空宇宙医学協会の宇宙医学部門の共同設立者となった。ブルックス空軍基地の航空医学図書館は1977年に彼の名にちなんで名付けられたが、ニュルンベルク戦争犯罪法廷の文書でストルグホールドがダッハウ強制収容所の囚人を拷問し殺害した医学実験に関与していたことが判明したため、後に改名された。[7]
ソ連の宇宙医学研究は、航空医学科学試験研究所 (NIIAM) を中心に進められた。1949 年、ソ連国防大臣の A.M. ヴァシレフスキーは、セルゲイ・コロリョフの主導により、NIIAM に生物学および医学研究を行うよう指示した。1951 年、NIIAM は「特殊な状況での飛行能力の生理学的および衛生学的実証」と題する最初の研究作業に着手し、主要な研究課題、与圧キャビン、生命維持システム、救助および制御および記録装置に必要な要件を策定した。コロリョフ設計局では、動物を 200～250 km および 500～600 km まで運ぶためのロケットを製作し、その後、人工衛星の開発や宇宙への人間の打ち上げについて話し合い始めた。[8] その後、1963 年に宇宙医学の研究を行うために生物医学問題研究所 (IMBP) が設立された。[9]
動物実験
宇宙機関は、人間を送る前に、宇宙旅行が人体に与える影響を研究するために動物を使った。[10]数年にわたる動物の回収の失敗の後、 1951年9月のエアロビーロケットの打ち上げは、サルとネズミの群れが宇宙高度近くから初めて無事に帰還した。[11] 1957年11月3日、スプートニク2号は、ライカという名の犬を生きた動物として宇宙に運んだ最初のミッションとなった。この飛行と他の飛行は、制御された環境内で安全に宇宙を飛行する可能性を示唆し、生物が宇宙飛行にどのように反応するかに関するデータを提供した。[10]その後、動物の被験体を観察するためのカメラを搭載した飛行では、高Gや無重力などの飛行条件が示された。[11]ロシアのテストでは、動物テストからより貴重な生理学的データが得られました。[11]
1961年1月31日、ハムという名のチンパンジーがマーキュリー・レッドストーンロケットで弾道飛行に打ち上げられた。この飛行は、宇宙飛行士アラン・シェパードの計画されたミッションをモデル化するためのものだった。このミッションでは、高度115マイル、最高時速4400マイルに到達する予定だった。[12]しかし、実際の飛行は157マイルに達し、最高時速5857マイルだった。[12]飛行中、ハムは6.6分間の無重力状態を経験した。大西洋に着水した後、ハムはUSSドナーに救助された。[13]飛行中の負傷は鼻を打撲したのみで軽微だった。[14]ハムのバイタルサインは16分間の飛行中ずっと監視・収集され、後の人間の宇宙飛行士のための生命維持システムの開発に使用された。[14]
宇宙での動物実験は現在も続けられており、マウスやアリなどの動物が国際宇宙ステーションに定期的に送られている。[15] 2014年には、微小重力下でのアリの集団行動を調査するために8つのアリのコロニーがISSに送られた。ISSでは、特別に設計されたカプセルで動物を送ることなく、動物の行動を調査することができる。[15]
ノースアメリカンX-15
ロケット推進航空機ノースアメリカンX-15は、近宇宙環境が人間の生理機能に与える影響を研究する初期の機会を提供した。[16] X-15は、最高速度と最高高度で約5分間の無重力状態を実現した。この機会により、圧力服などの低圧、高加速度環境での作業を容易にする装置や、生理学的データを収集するための遠隔測定システムの開発が可能になった。 [17]このデータと技術により、将来の宇宙ミッションのより良いミッション計画が可能になった。[17]
マーキュリー計画
宇宙医学は、マーキュリー計画に始まる米国の有人宇宙計画の重要な要素でした。[18]マーキュリー計画の宇宙飛行士が打ち上げや再突入などの高G環境から身を守るために取った主な予防措置は、宇宙飛行士が強制的に位置から動かされないようにシートベルト付きのソファを使用することでした。さらに、経験豊富なパイロットは高Gシナリオにうまく対処できることが証明されました。[11]マーキュリー計画のミッション環境に関する差し迫った懸念の1つは、キャビンの隔離された性質でした。生理的な健康への影響よりも心理的な問題に対する懸念が深まりました。大規模な動物実験により、NASAのエンジニアは、気候制御された環境であれば宇宙飛行を安全に行うことができることを合理的な疑いの余地なく証明しました。[11]
ジェミニ計画
ジェミニ計画は、主に2人の乗組員が宇宙で孤立することによる心理的問題に対処することを目的としていました。宇宙から帰還した乗組員はバランス感覚の喪失と無酸素運動能力の低下を経験したことが記録されています。[19]
アポロ計画
アポロ計画は、マーキュリーとジェミニ両計画からの医学的知識と予防措置という十分な基盤に基づいて開始された。高G環境と低G環境に関する理解は十分に文書化されており、隔離の影響についてはジェミニとアポロが1つのカプセルに複数の乗員を乗せることで対処されていた。アポロ計画の主な研究は、飛行前と飛行後の監視に重点が置かれていた。[19]アポロ計画の一部は、乗組員の一部または全員が伝染病にかかったため延期または変更された。アポロ14号では、典型的な病気の伝染を抑えるために、乗組員に対して一種の検疫措置を講じた。[19]乗組員の一部が依然として病気にかかったため、飛行乗組員健康安定化プログラムの有効性には疑問が残るものの、[19]このプログラムは、現在の宇宙計画で実施を維持するのに十分な結果を示した。[20]
宇宙旅行の影響
2018年10月、NASAの資金提供を受けた研究者らは、火星への旅行を含む宇宙への長期の旅は、 宇宙飛行士の胃腸組織に大きなダメージを与える可能性があることを発見した。この研究は、そのような旅が宇宙飛行士の脳に重大なダメージを与え、早期老化を引き起こす可能性があることを発見した以前の研究を裏付けている。 [21]
2019年11月、研究者らは11人の健康な宇宙飛行士を対象とした6か月間の研究に基づき、国際宇宙ステーションに搭乗中に宇宙飛行士が深刻な血流と血栓の問題を経験したと報告した。研究者らによると、この結果は火星へのミッションを含む長期宇宙飛行に影響を及ぼす可能性があるという。[22] [23]
血栓
首の内頸静脈の深部静脈血栓症は、2020年に国際宇宙ステーションに長期滞在中の宇宙飛行士で初めて発見され、抗凝血剤による治療が必要となった。[24]その後、11人の宇宙飛行士を対象にした研究では、首の静脈の血流が遅くなり、2人の宇宙飛行士で血流が逆流していることがわかった。[25] NASAは現在、これらの異常が宇宙飛行士に血栓症を引き起こしやすいかどうかを調べるためにさらなる研究を行っている。
心臓のリズム
宇宙飛行士の間で心拍リズムの乱れが見られた。[26]これらのほとんどは心血管疾患に関連しているが、これが既存の病状によるものか宇宙飛行の影響によるものかは明らかではない。冠動脈疾患の高度なスクリーニングによってこのリスクが大幅に軽減されることが期待される。心房細動などのその他の心拍リズムの問題は時間の経過とともに発症する可能性があり、乗組員の心拍リズムの定期的なスクリーニングが必要になる。これらの地上での心臓リスク以外にも、微小重力への長期曝露が心拍リズムの乱れにつながる可能性があるという懸念がある。これは現在まで観察されていないが、さらなる監視が必要である。
宇宙飛行中の減圧症
宇宙では、宇宙飛行士は宇宙服、つまり本質的には自己完結型の個人用宇宙船を使用して、船外活動(EVA) を行います。宇宙服は通常、全圧が通常の大気圧の 3 分の 1 未満の100%酸素で膨らまされます。窒素などの不活性大気成分を排除することで、宇宙飛行士は快適に呼吸できるだけでなく、手、腕、脚を使って必要な作業を行う機動性も得られます。これは、高圧の宇宙服では難しい作業です。
宇宙飛行士が宇宙服を着用した後、空気は「窒素パージ」と呼ばれるプロセスで 100% 酸素に置き換えられます。減圧症のリスクを減らすために、宇宙飛行士は中程度の窒素分圧で数時間「事前呼吸」して、体組織から窒素をゆっくりと放出し、泡が形成されないようにする必要があります。宇宙飛行士が船外活動後に宇宙船の「シャツの袖」環境に戻ると、圧力はその宇宙船の動作圧力、通常は通常の大気圧に戻ります。宇宙飛行中の減圧症は、減圧症 (DCS) と、補償されない圧力の変化によるその他の傷害、または気圧外傷で構成されます。
減圧症
減圧症は、組織や血液中に窒素の泡が存在することで生じる体の組織の障害です。これは、周囲の圧力が急激に低下し、溶解した窒素が体内でガス泡として溶液から抜け出すために発生します。[27]宇宙では、体の組織内の窒素を洗い流す技術を使用することで、DCSのリスクが大幅に軽減されます。これは、宇宙服を着用する前に指定された時間100％の酸素を呼吸することで達成され、窒素パージ後も継続されます。 [28] [29] DCSは、不十分または中断された事前酸素化時間、または宇宙飛行士の水分補給レベル、体調、以前の怪我、年齢などの他の要因によって引き起こされる可能性があります。DCSの他のリスクには、EMUでの不十分な窒素パージ、激しいまたは過度に長時間のEVA、またはスーツの圧力の低下が含まれます。宇宙船の客室の圧力が失われた場合、EVA以外の乗組員もDCSのリスクにさらされる可能性があります。
宇宙でのDCSの症状には、胸痛、息切れ、咳、深呼吸時の痛み、異常な疲労感、ふらつき、めまい、頭痛、原因不明の筋骨格痛、チクチク感やしびれ、四肢の脱力、視覚異常などがあります。[30]
主な治療の原則は、スーツ内の再加圧による窒素気泡の再溶解、[31]組織への再酸素化のための100％酸素、[32]損傷した組織への血行を改善するための水分補給、[33]です。
気圧外傷
気圧外傷は、体内の空間と周囲の大気圧との圧力差の結果として、体内の空気で満たされた空間の組織が損傷することです。空気で満たされた空間には、中耳、副鼻腔、肺、消化管が含まれます。[34] [35]既存の上気道感染症、鼻アレルギー、頻繁な圧力変化、脱水、または不適切な圧力平衡技術によって、気圧外傷になりやすくなります。
空気で満たされた空間の陽圧は、船外活動の減圧段階で気圧が低下することによって生じます。[36] [37]腹部膨満、耳や副鼻腔の痛み、聴力の低下、歯や顎の痛みを引き起こす可能性があります。[35] [38]腹部膨満は、腹部を伸展させ、優しくマッサージし、放屁を促すことで治療できます。耳や副鼻腔の圧迫感は、陽圧を受動的に解放することで緩和できます。[39]感受性の高い人に対する前治療には、経口および経鼻充血除去薬、または経口および経鼻ステロイドが含まれます。[40]
空気充填空間の負圧は、船外活動後の再加圧中または低下した客室圧力の計画的な回復後に気圧が上昇することによって発生します。一般的な症状には、耳や副鼻腔の痛み、聴力の低下、歯や顎の痛みなどがあります。[41]
治療には、耳と副鼻腔の積極的な陽圧均等化[42] 、 [39]、経口および鼻腔充血除去薬、または経口および鼻腔ステロイド、必要に応じて適切な鎮痛剤が含まれる場合があります。[40]
免疫機能の低下
宇宙にいる宇宙飛行士は免疫システムが弱体化しており、新たなウイルスへの感染に対する脆弱性が高まるだけでなく、体内にすでに存在するウイルス（通常は抑制されている）が活性化する。[43]宇宙ではT細胞が適切に増殖せず、存在する細胞も感染を撃退する能力が低下する。[44] NASAの研究では、宇宙飛行士の免疫システムの変化を測定するとともに、宇宙でT細胞を使った実験を行っている。
2013年4月29日、NASAの資金提供を受けたレンセラー工科大学の科学者らは、国際宇宙ステーションでの宇宙飛行中に、微生物が「地球上では観察されない」方法で、また「増殖と毒性の増加につながる可能性がある」方法で宇宙環境に適応しているようだと報告した。[45]
2019年3月、NASAは、人間の体内に潜むウイルスが宇宙ミッション中に活性化する可能性があり、将来の深宇宙ミッションでは宇宙飛行士にさらなるリスクをもたらす可能性があると報告した。[46]
感染リスクの増大
2006年のスペースシャトルの実験では、食中毒を引き起こす可能性のある細菌であるサルモネラチフス菌が、宇宙で培養されると毒性が強くなることが判明しました。[47] 2013年4月29日、NASAの資金提供を受けたレンセラー工科大学の科学者は、国際宇宙ステーションでの宇宙飛行中に、微生物が「地球上では観察されない」方法や「増殖と毒性の増加につながる可能性がある」方法で宇宙環境に適応しているようだと報告しました。[45]さらに最近では、2017年に、細菌は抗生物質に対する耐性が強く、宇宙のほぼ無重力状態で繁栄することがわかりました。[ 48]微生物が宇宙空間の真空でも生き残ることが観察されています。[49] [50] 2018年に研究者らは、国際宇宙ステーション（ISS）で5種類のエンテロバクター・ブガンデンシス細菌株（いずれもヒトに病原性はない）の存在を検出した後、宇宙飛行士にとって医学的に健康な環境を継続的に保証するために、ISSの微生物を注意深く監視する必要があると報告した。[51] [52]
疲労の影響
有人宇宙飛行では、宇宙飛行士の乗組員が長時間休憩なしで耐えることがしばしば求められます。研究によると、睡眠不足は疲労を引き起こし、重要なタスクを実行する際にエラーにつながる可能性があります。 [53] [54] [55] また、疲労している個人は、障害の程度を判断できない場合がよくあります。 [56] 宇宙飛行士と地上クルーは、睡眠不足と概日リズムの乱れの影響を頻繁に受けます。睡眠不足、睡眠の変化、仕事の過負荷による疲労は、パフォーマンスエラーを引き起こし、宇宙飛行の参加者をミッションの目的と搭乗者の健康と安全を損なうリスクにさらす可能性があります。
バランスの喪失
地球の重力から離れて再び地球に戻ると、宇宙飛行士は「宇宙酔い」やめまい、平衡感覚の喪失などの症状に悩まされる。NASAは、感覚、脳、内耳、血圧など人体のバランスに変化がどう影響するかを研究することで、地球と宇宙で平衡感覚障害を矯正する治療法の開発を目指している。それまでは、NASAの宇宙飛行士はミドドリン（一時的に血圧を上げる「めまい止め」薬）やプロメタジンなどの薬に頼って、無事に帰還するために必要な作業をこなさなければならない。[57]
骨密度の低下
宇宙飛行性骨減少症は、人間の宇宙飛行に関連する骨の減少です。[3]微小重力下ではカルシウムの代謝が制限されるため、骨からカルシウムが漏れ出します。[10] 3～4か月の宇宙旅行の後、失われた骨密度を取り戻すには約2～3年かかります。[58] [59]宇宙飛行士の回復を早めるための新しい技術が開発されています。次の分野の研究は、新しい骨の成長プロセスを助ける可能性を秘めています。
- 食生活と運動を変えることで骨粗しょう症を軽減できる可能性があります。
- 振動療法は骨の成長を刺激する可能性がある。[60]
- 薬物療法により、骨の成長と形成に関与するタンパク質の体内での生成が促進される可能性がある。
筋肉量の減少
宇宙では、脚、背中、脊椎、心臓の筋肉は重力に打ち勝つ必要がなくなるため、衰弱し、衰えていきます。これは、加齢とともに身体活動が減って筋肉が失われるのと同じです。[3]宇宙飛行士は、筋肉を増強し、体重を維持するために、以下の分野の研究に頼っています。
- 1日あたり少なくとも2時間、筋力トレーニングのルーチンを実行すると、運動によって筋肉が増強される可能性があります。
- 筋萎縮を予防する方法としての神経筋電気刺激[17]
視力障害
長期の宇宙飛行ミッション中、宇宙飛行士は宇宙関連神経眼症候群（SANS）として総称される眼の変化や視覚障害を発症する可能性があります。[2] [3] [61] [62] [ 63] [64] [65] [66]このような視覚障害は、火星への有人ミッションを含む将来の深宇宙飛行ミッションにおける大きな懸念事項となる可能性があります。[61] [62] [63] [64] [67]
知的能力の喪失とアルツハイマー病のリスク
2012年12月31日、NASAが支援した研究では、有人宇宙飛行は宇宙飛行士の脳に悪影響を及ぼし、アルツハイマー病の発症を早める可能性があると報告された。[68] [69] [70]
2017年11月2日、科学者たちは、 MRI研究に基づいて、宇宙旅行をした宇宙飛行士の脳の位置と構造に大きな変化が見られたと報告した。より長い宇宙旅行をした宇宙飛行士は、より大きな脳の変化と関連していた。[71] [72]
起立性不耐症
地球の重力の影響により、立っているときには血液やその他の体液は下半身に引き寄せられる。宇宙探査中に重力がなくなると、体全体の静水圧がなくなり、その結果生じる血液分布の変化は、静水圧の差が最小限に抑えられる地球上で横になっているときと同様になる可能性がある。地球に帰還すると、宇宙飛行による血液量の減少により起立性低血圧が起こる。[74]宇宙飛行後の起立耐性は、着陸前に宇宙飛行士が講じる体液負荷対策によって大幅に改善されている。[75]
放射線の影響
1982年に地球周回軌道上で211日間を過ごしたソ連の宇宙飛行士 ヴァレンティン・レベデフは（地球周回軌道滞在の絶対的な記録）、進行性白内障で視力を失った。レベデフは「私は宇宙で大量の放射線に苦しみました。ソ連時代当時はすべて隠されていましたが、今ではあの飛行で健康を害したと言えます」と述べた。[3] [80] 2013年5月31日、NASAの科学者は、 2011年から2012年にかけて地球から火星へ移動中にマーズ・サイエンス・ラボラトリーのRADによって検出された高エネルギー粒子放射線の量に基づいて、火星への有人ミッションには大きな放射線リスクが伴う可能性があると報告した。[67] [76] [77] [78] [79]
腎機能の低下
2024年6月11日、ロンドン大学腎臓医学部の研究者らは、「銀河放射線と微小重力に長くさらされるほど、腎臓に関して深刻な健康リスクが生じる」と報告した。[81] [82] [83] [84]実際、研究者らはマウスを使った最新の研究に基づき、火星ミッションで3年ほど微小重力、低重力、銀河放射線にさらされた宇宙飛行士は、透析装置を装着したまま地球に戻らなければならない可能性があると予測した。[85]
睡眠障害
宇宙飛行は、人間の睡眠パターンに影響を与える生理学的プロセスを乱すことが観察されている。[86]宇宙飛行士は、コルチゾールのリズムが同期せず、体温の日内変動が鈍化し、睡眠の質が低下する。[86]宇宙飛行士の睡眠パターンの乱れは、外因性（環境によって引き起こされる）概日リズム睡眠障害の一種である。[86]
宇宙飛行の類似物
宇宙での生物医学研究は費用がかかり、ロジスティクスと技術が複雑で限界がある。宇宙で医学研究を行うだけでは、惑星間旅行者の安全を確保するために必要な深い知識を人類に提供することはできない。宇宙での研究を補完するのが、宇宙飛行類似物の使用である。類似物は、免疫、睡眠、心理的要因、人間のパフォーマンス、居住性、遠隔医療の研究に特に有用である。宇宙飛行類似物の例としては、閉じ込めチャンバー（Mars-500）、水中居住施設（NEEMO）、南極（コンコルディア基地）と北極のFMARSと（ホートン・火星計画）ステーションなどがある。[67]
宇宙医学のキャリア
宇宙医学の医師は、一般的に NASA の業務や研究に従事しますが、最近では民間または商業の宇宙飛行士や宇宙飛行参加者を乗せた宇宙関連企業でも勤務しています。このやりがいのある刺激的な職業に就く機会を求める個人には、通常、専門医資格が必要です。
研究医は、宇宙関連神経眼症候群などの特定の宇宙医療問題を研究したり、将来の深宇宙探査ミッションの医療能力に焦点を当てたりします。研究医は宇宙飛行士のケアにおける臨床責任を負わないため、宇宙医学の専門訓練を受けていないことがよくあります。
関連する学位、専門分野、認定資格
現在、宇宙医学のフェローシップは、テキサス大学ヒューストン校、UCLA、ハーバード大学の 3 校のみです。同様の航空宇宙医学予防医学トレーニング パスウェイについては、 航空宇宙医学のページを参照してください。
上記のすべてのトレーニング プログラムには、次の分野のトレーニングを含める必要があります。
- 急性期医療
- 商業宇宙飛行訓練
- 飛行医学
- インターベンショナルラジオロジーの手順
- 宇宙における人間の生命維持システム
- 救急医療
- 航空宇宙研究
- グローバルヘルス
- 高圧・低圧医療
- 公衆衛生
- 災害医療
- 救急医療
- 荒野と極限医療
宇宙看護
宇宙看護は、宇宙旅行が人間の反応パターンにどのような影響を与えるかを研究する看護の専門分野です。宇宙医学と同様に、この専門分野は地球上の患者の看護ケアに関する知識にも貢献しています。[87] [88]
飛行中の医薬品
睡眠薬
宇宙飛行士の間では催眠睡眠補助薬の使用が広く行われており、10年間にわたるある研究では、ISSとスペースシャトルの乗組員のそれぞれ75%と78%が宇宙滞在中にそのような薬を服用したと報告している。[89]催眠薬を服用した宇宙飛行士のうち、使用頻度は全夜のうち52%であった。NASAはISSに搭乗する宇宙飛行士に1日あたり8.5時間の睡眠のための「ダウンタイム」を割り当てているが、平均睡眠時間はわずか6時間である。[90]睡眠の質と量が悪いと、宇宙飛行士の日中のパフォーマンスと注意力が損なわれる可能性がある。そのため、夜間の睡眠を改善することは、半世紀以上にわたってNASAの資金提供による研究のテーマとなっている。[91]宇宙での睡眠に関しては、以下の薬理学的および環境的戦略が研究されてきた。
- 様々な強度と波長の可視光にさらすことで概日リズムを同調させる光療法は、NASAが資金提供する研究で重要な関心事である。 [92]メラノプシン、ロドプシン、フォトプシンなど、人間の目のさまざまな光受容体は、視交叉上核（脳のマスター概日リズムペースメーカー）と通信して概日リズムを同調させる。[93]メラノプシン光受容体は、470〜490 nmの範囲の青色光の波長（青色光）に最も敏感である。[94] NASAは、宇宙飛行士の概日リズムを同調させるために、ISSでリズミカルな光パネルを試験的に導入した。[95] [96] NASAは、時間帯に応じて出力光の強度と波長を変えるより高度な光パネルを近々テストする予定であり、赤色の光（<600 nm）は夜間の視認性を確保するために使用され、より短い波長の高光強度の光は朝や警戒が必要な時間帯に使用される。[97] [98]
- 松果体から分泌される天然ホルモンであるメラトニンは、睡眠潜時を短縮する効果があることが示されています。 [99]
- ゾルピデム、ゾピクロン、ザレプロンなどの非ベンゾジアゼピン系鎮静催眠薬（「Z薬」とも呼ばれる）は、国際宇宙ステーションで最も一般的に処方される薬剤である。[100]宇宙飛行士の間で広く使用されているにもかかわらず、宇宙飛行の文脈での非ベンゾジアゼピン系薬剤に関する研究は比較的少ない。以前の研究では、非ベンゾジアゼピン系薬剤はほとんどのベンゾジアゼピン系薬剤よりも残存障害が少ない可能性があることが示唆されている。[101]最も短時間作用する非ベンゾジアゼピン系薬剤であるザレプロンは、覚醒のわずか1時間前に投与した場合でも、認知障害をほとんどまたはまったく引き起こさない（臨床的に意味のある用量で）。[102]宇宙飛行士は頻繁に催眠薬の2回目の投与を受けるが、非ベンゾジアゼピン系薬剤の作用持続時間が短いため、真夜中の投与に適している可能性がある。[103]
- ベンゾジアゼピンは宇宙で頻繁に使用される薬であるが、非ベンゾジアゼピン系の「Zドラッグ」ほど頻繁ではない。 [104]宇宙飛行士が使用する一部のベンゾジアゼピン、例えばテマゼパムは、その作用時間が長いため、朝の覚醒障害を引き起こす可能性が高いため、宇宙飛行での使用には「理想的ではない」とされている。[103]
- 覚醒剤のモダフィニルは、睡眠障害の有害な影響を軽減し、「疲労時のパフォーマンスを最適化する」ために宇宙ステーションで利用可能です。 [105]モダフィニルは、完全な睡眠不足に直面しても認知機能をベースラインに回復させるという肯定的な結果を示していますが、宇宙飛行士に対するモダフィニルの効果を調べる研究は行われていません。
超音波と宇宙
ISS および近い将来のミッションでは、超音波が主な診断用画像ツールです。X 線やCT スキャンには、宇宙環境では許容されない放射線が含まれます。MRIは磁気を使用して画像を作成しますが、現時点では実行可能なオプションとして検討するには大きすぎます。超音波は音波を使用して画像を作成し、ラップトップ サイズのパッケージで提供され、さまざまな組織や臓器の画像を提供します。現在、NASA が主に長期滞在の宇宙飛行士に認めた変化の原因を特定するために、眼球と視神経の検査に使用されています。NASA は、筋骨格の問題に関しても超音波の使用限界を押し広げています。筋骨格の問題は、最も一般的で発生する可能性が最も高い問題の一部だからです。宇宙ミッションで超音波を使用する際の大きな課題は、宇宙飛行士に機器の使用方法を訓練すること (超音波技術者は、仕事で「優秀」になるために必要なスキルの訓練と開発に何年も費やします) と、キャプチャされた画像の解釈です。超音波の解釈の多くはリアルタイムで行われますが、宇宙飛行士に実際に超音波の読み取り/解釈を訓練するのは現実的ではありません。そのため、現在、データはミッションコントロールに送り返され、医療従事者に転送されて読み取りと解釈が行われています。緊急/緊急の医療状況では送信に時間がかかりすぎるため、将来の探査クラスのミッションは自律的である必要があります。自律的であること、または MRI などの他の機器を使用する能力は現在研究中です。
スペースシャトル時代
スペースシャトル計画によって追加された持ち上げ能力により、NASAの設計者はより包括的な医療準備キットを作成することができました。SOMSは、薬剤および包帯キット（MBK）と緊急医療キット（EMK）の2つの別々のパッケージで構成されています。MBKにはカプセル薬（錠剤、カプセル、座薬）、包帯材料、局所薬が含まれていましたが、EMKには注射で投与する薬剤、小手術を行うためのアイテム、診断/治療アイテム、微生物学的検査キットが含まれていました。[106]
地球を周回した最初のアメリカ人宇宙飛行士であるジョン・グレンは、77歳でSTS-95で再び大々的に宇宙に戻り、宇宙飛行士の長期宇宙旅行を妨げる生理学的課題（骨密度の低下、筋肉量の減少、バランス障害、睡眠障害、心血管系の変化、免疫系の低下）に立ち向かった。これらはすべて、宇宙飛行士だけでなく高齢者が直面する問題である。[107]
今後の調査
長期宇宙飛行の実現可能性
宇宙飛行の長期化の可能性を創出するため、NASA は医学的に予防可能な病状だけでなく外傷についても予防宇宙医学の研究と応用に投資してきました。外傷は生命を脅かす状況ですが、医学的に予防可能な病状のほうが宇宙飛行士にとってより大きな脅威となります。 「関係する乗組員は、ミッションのストレスと宇宙船に搭載された完全な治療能力の欠如のために危険にさらされており、その結果、地上環境で同じ病気に通常伴う症状よりも重篤な症状が現れる可能性がある。また、宇宙船の小さく閉鎖された生態系は病気の伝染を助長するため、状況は他の乗組員にとっても潜在的に危険である。病気が伝染しなくても、病気の乗組員の能力喪失によって他の乗組員の安全が脅かされる可能性がある。このような事態は、乗組員によるミッションの期間が長くなり、運用手順がより複雑になるにつれて、より深刻で潜在的に危険になる。乗組員の健康と安全が重要になるだけでなく、飛行中に病気が発生した場合、ミッションの成功の可能性も低くなる。ミッションの目標が達成される前に病気の乗組員を帰還させるためにミッションを中止することは、費用がかかり、潜在的に危険である。」[108] 外傷の治療には無重力状態での手術が必要になる場合がありますが[109] 、これは血液サンプルを封じ込める必要があるため困難な提案です。乗組員の診断と監視は特に重要なニーズです。NASAは、軌道上での月や火星への旅行のためにこの機能を向上させるためにrHEALTH ONE [110]をテストしました。この機能は、ミッション中に発生する病状による健康状態の悪化やパフォーマンスの低下のリスク、およびミッションでの曝露による長期的な健康状態にマッピングされています。機内での医療監視を実行するアプローチがなければ、乗組員の損失により長期ミッションが危険にさらされる可能性があります。
科学と医学への影響
宇宙医学研究の恩恵を受けるのは宇宙飛行士だけではありません。宇宙スピンオフと呼ばれる医療製品がいくつか開発されてきました。宇宙計画から生まれた医療分野の実用化です。NASA、国立老化研究所 (国立衛生研究所の一部)、その他の老化関連組織の共同研究により、宇宙探査は社会の特定の層、つまり高齢者に恩恵をもたらしました。宇宙で行われた老化関連の医療研究の証拠は、STS-95 の期間中に最も公に目立ちました。これらのスピンオフは「エキソメディシン」と呼ばれることもあります。
プレマーキュリーからアポロまで
- がん治療のための放射線療法：クリーブランドクリニックと連携して、オハイオ州クリーブランドのグレン研究センターのサイクロトロンが、がん患者の中性子療法の治療と評価のための最初の臨床試験に使用されました。 [111]
- 折りたたみ式歩行器: NASA が航空機や宇宙船用に開発した軽量金属素材で作られた折りたたみ式歩行器は、持ち運びやすく、扱いも簡単です。
- 個人用警報システム: 緊急医療または安全支援を必要とする可能性のある個人が着用できる緊急警報装置です。ボタンを押すと、装置は遠隔地に信号を送信して助けを求めます。信号を送信するために、装置は NASA で開発されたテレメトリ技術を利用しています。
- CATスキャンとMRIスキャン：これらの装置は病院で人体の内部を見るために使用されています。これらの装置の開発は、NASAが地球の月のより良い写真を撮る方法を発見した後に提供された技術なしには不可能でした。[112]
- 神経筋電気刺激（NMES）：宇宙での筋萎縮を抑えるために開発された治療法で、宇宙以外でも応用できることがわかっています。宇宙医学以外で使用されているNMESの代表的な例は、麻痺した人のための筋肉刺激装置です。これらの装置は、麻痺した人の筋萎縮を防ぐために、1日30分まで使用できます。[113]これは、週に3マイルジョギングするのと同等の電気刺激を筋肉に与えます。よく知られている例としては、クリストファー・リーブが治療にこれを使用したことです。麻痺した人以外にも、スポーツ医学にも応用されており、アスリートの激しいライフスタイルが与える潜在的な損傷を管理または予防するために使用されています。[114]
- 整形外科評価ツール: 姿勢、歩行、バランス障害を評価する機器が NASA で開発され、振動を使用して骨の柔軟性を測定する放射線を使わない方法も開発されました。
- 糖尿病患者の足のマッピング: この技術は、足における糖尿病の影響を監視するために、オハイオ州クリーブランドにある NASA のセンターで開発されました。
- フォームクッション: 打ち上げ時に宇宙飛行士のクッションとして使用される特殊なフォームは、潰瘍の予防、圧力の緩和、よりよい睡眠の提供を目的として、多くの介護施設や病院の枕やマットレスに使用されています。
- 腎臓透析装置：NASAの前身企業であるマーカード社は、1960年代後半の宇宙ミッション中に水を浄化しリサイクルするシステムを開発していました。 [115]このプロジェクトから、マーカード社は、これらのプロセスが使用済みの透析液から有毒廃棄物を除去するのに使用できることに気づきました。[115]これにより、腎臓透析装置の開発が可能になりました。 [115]これらの装置は、使用済みの透析液から有毒廃棄物を処理して除去するためにNASAによって開発された技術に依存しています。[115 ]
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- 話す車椅子: 話すことが困難な麻痺した人は、NASA が航空機用の合成音声を作成するために開発した車椅子の会話機能を使用できます。「話す車椅子」または多目的ポータブル音声補綴装置 (VSP) は、非言語の人のコミュニケーションを支援する技術です。[117]このプロジェクトは 1978 年 5 月に開始され、1981 年 11 月に終了しました。 [117]もともと、この技術は、従来の電動車椅子を使用している脳性麻痺と診断された人のために作成されました。[ 117 ]この技術はポータブルで多目的であり、非常に成功した音声補綴装置です。 [117]ただし、「話す車椅子」というニックネームは、車椅子自体からいくらか離れています。[117] VSP は、1 つまたは複数のスイッチまたはキーボードの操作によって使用者が簡単にアクセスでき、音声合成に使用される音声を使用します。[117]合成音声は、群衆の中にいる人々とのコミュニケーション、暗闇でのコミュニケーション、視覚障害のある人々とのコミュニケーション、幼い子供とのコミュニケーション、聞き手が背を向けているときのコミュニケーションなど、通常の会話をする人が持つコミュニケーションの機会を提供します。 [117]合成音声はまた、キーボードに「楽しい」言葉や「捨て台詞」をプログラムできるため、個人的で個別のコミュニケーションの感覚を提供します。[117]多目的ポータブル音声補綴装置の最初のバージョンは、1979年5月に完成しました。 [117] 1979年11月にはVSPに追加が行われ、音声用のコントロールが追加されました。[117] 1979年11月までに、VSPは英語のテキストを取り込み、英語の音声を出力することに成功しました。[117]ユーザーは語彙を保存および取得できるだけでなく、新しい語彙を編集および作成することもできました。[117] VSPのコントロールとプラグは多用途で、プラグアンドゴー機能が可能でした。[117] ASRシステムの限界により、ポータブル音声補綴装置はサイレント音声認識（SSR）の使用に移行しました。[118] VSPでSSRを使用する目的は、表面筋電図（sEMG）などのいくつかのモーダルと音声に関連する情報を認識することです。[118]音声認識モデルは、sEMG信号を通じて音声関連の特徴を抽出するアルゴリズムを使用しました。[118] sEMG信号のパターンは、単語のシーケンスを認識するために文法モデルを使用しました。[118]音素ベースのモデルは、以前に訓練されていない単語の語彙を認識するときにも使用されました。[118]これらのアルゴリズムでは、人間の顔や首にある小さな関節筋からのsEMG信号の測定値を記録するために、柔軟に配置することができるマルチポイントセンサーが使用されました。[118]
- 折りたたみ式軽量車椅子：折りたたんで車のトランクに収納できる持ち運び用に設計された車椅子。NASAが航空宇宙船用に開発した合成素材を使用しています。
- 外科的に植え込む心臓ペースメーカー：これらの装置はNASAが衛星で使用するために開発した技術に依存している。電池交換が必要になるまでの残り時間など、ペースメーカーの活動に関する情報を伝達する。[119]
- 植込み型心臓除細動器: この装置は心臓の活動を継続的に監視し、電気ショックを与えて心拍の規則性を回復することができます。
- EMS 通信: 地球と宇宙の間で遠隔測定を行うために使用される技術は、地上から宇宙にいる宇宙飛行士の健康状態を監視するために NASA によって開発されました。救急車はこの同じ技術を使用して、搬送中の患者から心電図の測定値などの情報を病院に送信します。これにより、より迅速で質の高い治療が可能になります。
- 無重力療法：宇宙の無重力は、地球上での移動が制限されている人々、通常は車椅子に縛られている人々でさえ、自由に動き回ることを可能にします。物理学者のスティーブン・ホーキングは、 2007年にNASAのボミット・コメット航空機で無重力を利用しました。[120]このアイデアは、NASAの技術による反重力トレッドミルの開発にもつながりました。これは「重力を模倣するために差圧を使用します。」[121]
超音波微小重力
微小重力下での高度 診断用超音波研究は、国立宇宙生物医学研究所の資金提供を受けており、元ISS司令官のリロイ・チャオやゲンナジー・パダルカを含む宇宙飛行士が超音波を使用して、宇宙で数百の病状を診断し、場合によっては治療することを目的としています。この研究は広範囲に影響を及ぼし、プロやオリンピックのスポーツ選手の負傷や医学生にも対象が拡大されました。遠隔誘導超音波は、地球上の緊急時や田舎でのケアにも応用されると期待されています。この研究の成果は、国際宇宙ステーションの放射線学ジャーナルに掲載されました。宇宙で提出された最初の論文です。[122] [123] [124]
参照
参考文献
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外部リンク
- 宇宙医学協会
- 宇宙医学の説明 2007-03-17 にWayback Machineでアーカイブされました
- NASA 歴史シリーズの出版物 (その多くはオンラインで公開されています)
- Sleep in Space、NASA が STS-90 および STS-95 ミッションで使用したデジタル睡眠記録装置
- 宇宙での医療ニーズと窮屈な居住空間の解決策 – NASA 2016-04-12ウェイバックマシンにアーカイブ