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第2863号 2010年1月18日


【新春対談】
2010年宇宙医学の旅

向井千秋氏(JAXA宇宙医学生物学研究室室長/宇宙飛行士/医師)
栗原 敏氏(日本宇宙航空環境医学会理事長/東京慈恵会医科大学学長・細胞生理学講座教授)


 国際宇宙ステーションの日本実験棟「きぼう」( キーワード)が,設計着手から20年余りをかけて2009年7月に完成した。さらに本年後半には,「国際宇宙ステーション」が完成予定である。1961年にガガーリンが人類で初めて宇宙飛行を行ってからおよそ50年,本格的な宇宙環境利用の時代を迎え,新薬や医療機器の開発にも期待が集まる。本紙では,日本宇宙航空環境医学会理事長の栗原敏氏,医師であり日本人初の女性宇宙飛行士の向井千秋氏による新春対談を企画した。いざ,未知なる「2010年宇宙医学の旅」へ。

◆キーワード
 国際宇宙ステーションと日本実験棟「きぼう」

 国際宇宙ステーション(International Space Station;ISS)は,1998年から建設が進められている有人実験施設。84年に当時のレーガン米国大統領によって提唱され,現在は米国のほか,ロシア,日本,カナダ,欧州ヨーロッパ宇宙機関加盟11か国が参加する国際協力プロジェクトとなっている。サッカー場ほどの大きさ(約100m四方)があり,「きぼう」を含む5つの実験モジュールと1つの居住モジュールで構成。高度400kmの地球低軌道を周回している。2000年から宇宙飛行士が数か月ずつ交代で暮らしており,未完成だった米国の実験棟も今年中に完成予定。「きぼう」は,国際宇宙ステーションに設置した日本初の有人宇宙施設として2009年7月に完成した。2つの実験スペース(船内実験室と船外実験プラットフォーム),船内保管室,船外パレット,ロボットアーム,衛星間通信システムで構成されており,国際宇宙ステーションの中で最も大きい実験モジュール。微小重力環境を利用した科学実験以外にも,教育・芸術利用,有償利用(商業活動)など多目的用途に使えるように設計されているのが特徴だ。

 なお,国際宇宙ステーションの運用には,生活物資や実験機器類,国際宇宙ステーションを維持する部品類などの物資の輸送が必要である。2009年9月には,日本初の無人補給機「HTV」(H-II Transfer Vehicle)が国際宇宙ステーションへのドッキングに成功。国際宇宙ステーションへの物資輸送の主力として国際的に期待されている。


栗原 昨年は,若田光一宇宙飛行士が国際宇宙ステーションに約4か月半にわたって長期滞在し,「きぼう」が完成しました。現在は野口聡一宇宙飛行士の長期滞在が行われており,いままさに,われわれに“希望”を与えてくれるプロジェクトが進行しています。そもそも国際宇宙ステーションにおいて,「きぼう」はどう位置づけられるのでしょうか。

向井 国際宇宙ステーションはいわば“賃貸集合住宅”です。1人では買えないため皆でお金を出しあってつくったような施設で,拠出金によって利用権が違ってきます。日本は米国に次ぐ利用権を持っており,また「きぼう」という独自に使える多目的施設を持ちました。今後はより頻繁に,日本の宇宙飛行士が国際宇宙ステーションで活動できることになります。

骨粗鬆症治療薬の予防的投与を宇宙で

栗原 JAXA(宇宙航空研究開発機構)は2007年4月に宇宙医学生物学研究室を創設し,同年の10月から向井先生が室長を務めておられます。この研究室では,どのような取り組みをされているのでしょうか。

向井 宇宙長期滞在は微小重力と放射線,閉鎖環境という3つの要因があいまって,ヒトの人体に影響を与えます。宇宙医学生物学研究室は,そういった医学的リスクの軽減という観点から,(1)生理的対策,(2)精神心理支援,(3)宇宙放射線被曝管理,(4)遠隔医療システム,(5)宇宙船内環境,と主に5つの研究分野に取り組んでいます。

栗原 その中で若田さんはどういった実験に取り組まれたのでしょうか。

向井 主に3つあります。1つ目は,遠隔医療システムの検証です。今回は,小型のホルター心電計で24時間心電図をとり,そのデータが軌道上から地球上に送られてくるシステムを構築しました。また,ハイビジョンカメラを使った宇宙飛行士の視診も行いました。宇宙飛行士が病気になっても地上から医師が駆けつけるわけにはいきません。日本の医療機器は小型で高性能ですから,軌道上健康管理技術の向上に役立つことが期待されています。

 2つ目は,日本が開発した放射線被曝量測定器の検証です。これはいわゆるフィルムバッチみたいなもので,身体に着けて,どの程度の被曝量かを調べることができます。

栗原 宇宙飛行士のフライト当たりの滞在日数や生涯搭乗日数は,被曝量で制限されるわけですね。

向井 そうです。ですから,この測定器を適用すれば,より精度の高い計測が可能になることが期待されます。

 3つ目は,骨粗鬆症治療薬のビスフォスフォネートを用いた研究です。これはNASA(米国航空宇宙局)との共同研究で,日本側の主任研究者は松本俊夫先生(徳島大)です。微小重力環境下では骨吸収が亢進し,地上の骨粗鬆症の約10倍の速さで骨量は減少します。ビスフォスフォネートを用いることによって,骨量減少・尿路結石のリスクを軽減することを目的としています。

栗原 骨量減少・筋萎縮といった生体変化は宇宙で活動する上で大きな課題ですね。以前,長期滞在した宇宙飛行士の中には,地球帰還後に長期間苦しんで,トレーニングしてもなかなか回復しないケースがあったと聞きます。ビスフォスフォネートの投与によって,骨量減少のリスクを軽減できるということですか。

向井 そうなることを期待しています。若田さんが最初の被験者で,まだ一例なので成果の判断はできませんが,プレス・カンファレンスなどで本人も話しているとおり運動や食事,そして薬剤等の医学支援が功を奏したようで,宇宙飛行後も元気いっぱいでした。被験者の数を増やすことが次のステップとなります。

栗原 私も生理学の観点から骨格筋を研究しているので,大変に興味があるところです。これまでの常識ですと,負荷がかからないと骨格筋の維持は難しいとされていますが,薬剤だけで予防できるものなのでしょうか。

向井 負荷もやはり必要だと思います。長期滞在中の宇宙飛行士は,1日2時間程度の運動が義務付けられています。若田さんはトレッドミル,エルゴメーター,抵抗運動器の3つを組み合わせて,機械的な刺激によって筋骨の減少を防いでいました(左写真)。しかし,毎日2時間頑張って運動したとしても,微小重力下での残りの22時間はまったく負荷のない状況になっているとも言えます。

宇宙飛行時の若田光一氏。改良型エクササイズ装置で運動を行う場面(左)とDomeGene実験でクリーンベンチの作業を行う場面(右)。提供:NASA/JAXA

栗原 重力があれば,脊柱起立筋など私たちが意識しない筋肉も常に働いています。微小重力だとそういう筋肉は働きませんからね。薬剤の予防的投与とは独立して,2時間の運動効果自体は認められるのですか。

向井 運動しないのはもちろん駄目ですが,2時間の運動で十分かどうかはまだ検証されていません。2時間で,地上の4時間に相当するような,より効果的な運動がないか,あるいは一度に2時間やるよりも朝昼晩と分散して運動したほうがいいのかなど,そういった研究はまだこれからです。

栗原 特殊な装置を使うなどして無理に負荷をかけないと,微小重力下での筋肉維持はなかなか難しいかもしれませんね。

向井 そうですね。私たちは今後,地球上の環境も宇宙のシミュレーションとして有効活用しようとしていて,そのひとつが南極大陸を利用した国立極地研究所との共同研究です。南極は基地などで雪に閉じ込められるとなかなか運動ができない。そういった中で,電気刺激を用いた筋力トレーニングの研究がなされていて,効果が実証されれば,宇宙ステーションでの運動にも取り入れようと考えています。

重力が変われば既成概念も変わる

向井 通常,「宇宙医学」と言われる分野は,宇宙飛行士の健康管理を主な目的とした臨床的な研究を指します。しかし,ヒトに対しての医療を確実にするためには,生物全体のライフサイエンスを考えることが必要だと思っています。それで,研究室の名称も「宇宙医学生物学研究室」と,“生物”を入れているわけです。

 先ほど挙げた研究はいずれもヒトが対象ですが,軌道上の微小重力環境を利用した動物実験にも取り組んでいます。「きぼう」の利用を3年ぐらいずつ3つの期間に分けて,公募制でさまざまな研究を行っています。さらに医師である古川聡宇宙飛行士が宇宙に長期滞在する2011年には,日本が開発している水棲生物実験装置が「きぼう」に加わることになり,メダカを飼育することが可能になります。実験環境も整いつつあるところです。

栗原 そのほかにも,月面での有人活動に必要となる医学を「月面開拓医学」と名付け,新たな研究領域に加えていると伺っています。具体的にはどのような研究テーマがあるのでしょうか。

向井 例えば,月面の表面を覆う鉱物性ダスト対策や放射線被曝の研究,あるいは月面での歩行や姿勢制御を研究する運動生理学です。

 NASAによるアポロ計画(1961-75年)の月面着陸映像をみると,月面を歩いているというよりはぴょんぴょん飛び跳ねている感じです。彼らは「月面では,片方の足を押して次の足が下りてくるまで,もどかしくて待ってられない」と言うわけです。1G(Gravity)の地球上における二足歩行では,重心を前に移動させ,その不安定性を使って足を出し移動します。しかし,これは仮説ですが,月面の6分の1Gの環境下ではそういった歩行のストラテジーが変わってくるかもしれません。

栗原 国際宇宙ステーションは微小重力,つまり0Gに近く,地球は1G,月面は6分の1Gです。そうやって重力を可変のパラメーターとして研究することができるのが面白いところですね。

 循環系を考えてみますと,1Gでは血液によって心臓も負荷を受けているわけですが,微小重力下で心筋がどのような影響を受けるのか興味のあるところです。そういった研究も行われているのですか。

向井 循環系では,体液調節,自律神経系,心機能などに注目しているいくつかの研究グループがあります。その中には,「宇宙では循環血液量が減少し心負荷が少なくなることで心筋が弱まり,心機能が低下する」と提唱しているグループもあります。

栗原 重力をパラメーターとして変化させることによって,ヒトの生理機能がわかってくるかもしれませんね。

向井 それに,重力によって見過ごされてきた潜在的機能が見つかることも考えられます。

 私は1998年の宇宙飛行の際,東北大学の高橋秀幸先生が提唱されたキュウリの種を使った実験を軌道上で行っています。キュウリの種は,種を包む袋から双葉が出るのですが,その際にpegと呼ばれる塊が袋の下側を押さえるような形で根と茎の間から突出してきて,双葉だけがきれいに伸びていける。このpegは,地球上の通常の状態では1個しかできません。しかし同じことを軌道上で行うと,2-3個できるのです。主任研究者の高橋先生によると,キュウリには本来そういうものを複数つくる機能があるけれど,1Gの地球上では押さえられている可能性があるというのですね。

宇宙飛行時の向井千秋氏。植物に水をあげる場面(左)とトンネルを通ってSLモジュールに入る場面(右)。提供:NASA/JAXA

宇宙ステーションから月面滞在,そして遥か彼方の火星へ

栗原 将来展望として,月に人が住むところまで視野に入っているのでしょうか。放射線被曝など克服すべき課題が多く,かなり長期的展望が必要ではないかと思うのですが,どのようにお考えでしょうか。

向井 宇宙ステーションについては,“Living and working in space”と皆が言うように,実際に宇宙に住んでそこで仕事をする時代は既に実現しています。

 月面については,日本は月周回衛星「かぐや」による多くの研究成果がありますが,有人探査に関しては残念ながら足踏みしている段階です。一方,米国は2020年以降の有人滞在ミッションを計画しています。国際的な動きから見ると,米国,ロシア,欧州は火星に行くことを1つのターゲットに,月面を開拓しようとしています。

栗原 地球と火星の中間に,月面は位置付けられるのですか。

向井 ただ,月面と火星はまったく違います。月面は片道3日程度ですからまだ地球の延長線上で,地球から物を運んで生活できます。遠隔医療にしても,こちら側からコマンドを打つとそれほど遅れなく届きますし,もし本格的な治療が必要なら地球に戻ればいい。旅行者が押し寄せるような状況にでもならない限り,月面に本格的な病院をつくる必要はないでしょう。

 しかし火星の場合は,飛び立ってから帰還まで2年半の長旅になります。遠隔医療に関しては月面とはまったく違って,自立型を考えないといけません。閉鎖空間で宇宙放射線を浴び続けることになるので,精神面や医学面で解決すべき問題が多々あります。ロシアは地球上に閉鎖空間施設を設けていて,「Mars500」という,将来の火星有人探査のために閉鎖環境で6人が500日間暮らす実験が始まっています。月と環境の違う火星を研究することによって,また別の視点で地上の生活に役立つ知見が得られると思います。

栗原 われわれは地球環境に適応しているわけですが,宇宙という環境ではそれが揺さぶられる。そのときのいろいろな反応から人間の生理的な調節機能を考え,それが医学に還元できるのではないかと感じています。そこに宇宙医学の醍醐味がありますね。

 宇宙医学生物学研究室のロゴマーク
向井 その通りなのです。宇宙医学生物学研究室の理念は,ロゴマーク(図)に表現されています。国際宇宙ステーションを研究の足場としつつ,月や火星を視野に入れて,宇宙医学のフロンティアを開拓する。その研究成果を,地球上の人々が享受できるような学問に,宇宙医学を発展させていきたいと思います。

「地上に役立つ宇宙医学」研究の発展に向けて

栗原 宇宙は特殊な環境という感覚がまだまだ強いと思いますが,先生のお話を伺っていると非常に身近なところにある気がします。

向井 実は私たちが住んでいる地球も宇宙の一部であり,宇宙の中で地球は特殊環境なのです。私が宇宙飛行から帰ってきて面白かったのは,地球上の重力に人間はすごく縛られていて,この環境のほうが特殊なのだと感じたことです。そういったことを考えていくと,宇宙医学は非常に面白い分野として開けてくるのではないかと思います。

栗原 これまでは,宇宙実験施設の設計やシャトル打ち上げなど理学・工学分野が中心でした。今後は宇宙医学が発展し,その研究成果が地球上に還元され,医学・医療の発展にも大変大きな貢献をすることが期待されます。例えば,本格的な宇宙実験時代となると,今後は創薬にもつながっていくのだろうと思うのです。

国際宇宙ステーションに取り付けられた「きぼう」船内実験室(下),ロボットアーム(左)と移設後の船内保管室(中央)。提供:NASA/JAXA

向井 そうですね。「国際宇宙ステーション」と呼ばれるくらいで,いろいろな実験が国際協力の下に行われています。日本は残念ながら人員不足で,薬学の基礎研究までテーマに入れていませんが,NASAには薬学博士がいて,吸収や代謝などの研究をしています。

栗原 研究の公募はありますか。

向井 これからは1年から1年半に1回ぐらい,国際公募があります。現在も国際公募のとりまとめ中で,欧州科学財団(European Science Foundation)でピア・レビューを行い,JAXAとしても日本の研究者からの応募をサポートする体制を構築しつつあります。

栗原 日本宇宙航空環境医学会でも,若い研究者を応援して,JAXAのさまざまなプロジェクトに協力していきたいと考えています。

向井 ぜひ学会とJAXAの連携を強化したいです。若い人には「宇宙飛行士を支える宇宙医学」だけでなく,「地上に役立つ宇宙医学」があることを知ってもらいたい。そうすれば,もっと研究の分野が広がると思うのです。

栗原 骨や筋肉など,宇宙で起きてくる問題は老化現象に非常に似ていますね。これから高齢社会になるとさらに切実な問題です。このような問題に関して宇宙医学の成果が還元されることを期待したいと思います。

向井 宇宙医学生物学研究室では,「プロジェクト研究員」という約3年間の任期付きのポスドクを毎年採用しています。リハビリテーションやスキンケア,口内衛生などさまざまな研究課題がありますから,若手の研究者の皆さんにこの制度を大いに利用していただき,多職種による学際的な研究を進めていきたいと思います。

栗原 それは素晴らしいですね。日本宇宙航空環境医学会では「若手の会」ができました。今後は学会としても若手研究者の育成を支援していきたいと考えています。

向井 将来的には日本宇宙航空環境医学会とJAXAが中心になって,若手研究者がローテートできるシステムをつくれるといいと思うのです。例えばJAXAで3年間ポスドクを経た後は大学に戻る,その後またJAXAや他の研究施設での仕事にかかわる,といったふうに継続して研究を続けていける環境ですね。あるいは,研究のみでなく航空宇宙産業での臨床をローテートするのも有益と思います。航空会社でパイロットの健康管理を,JAXAで宇宙飛行士の健康管理をそれぞれ3か月間ぐらい勉強して,お互いの観点を学ぶのもいいかもしれません。

栗原 そうやってコラボレーションできるといいですね。その中でやはり,向井先生は絶大なる人気がありますから,宇宙医学のめざすところを,大いに啓蒙していただきたいと期待しています。

(了)


栗原敏氏
1971年慈恵医大卒。同大第二生理学教室を経て,英国University College London生理学教室,米国Mayo Clinic薬理学教室に留学。86年より慈恵医大第二生理学教室教授。2001年より同大学長,03年より学校法人慈恵大理事長も務める。日本生理学会常任幹事,日本病態生理学会理事,日本宇宙航空環境医学会理事長。専門は心筋および骨格筋の興奮収縮連関機構,特に細胞内Caイオンと収縮・弛緩の関係。編著書に『医療入門――よりよいコラボレーションのために』『学生のための生理学』(ともに医学書院)など。

向井千秋氏
1977年慶大医学部卒。77-85同大外科学教室医局員として心臓血管外科の臨床および研究に従事。2年弱におよぶ採用試験の結果,85年に宇宙開発事業団(現在の宇宙航空研究開発機構)より宇宙飛行士に選定される。94年,98年と2度の宇宙飛行を行い,微小重力環境下での生命科学および宇宙医学分野の実験を実施。2004年より07年9月まで,国際宇宙大学の客員教授として国際宇宙ステーションでの宇宙医学研究ならびに健康管理への貢献をめざした教育を行う。2007年10月より現職。若手研究者の育成が今後の目標。