Research press release


Scientific Reports

Space health: The path of most resistance could help limit bone loss during spaceflight

3か月以上にわたる宇宙飛行を終えて帰還した宇宙飛行士の場合、地球上での1年間の生活を経ても骨が十分に回復していないことを示す徴候が見られることがある。これに対しては、宇宙飛行中に抵抗運動(筋肉に抵抗を与える運動)の回数を増やすことが、骨減少の抑制に役立つ可能性のあることが明らかになった。今回、さまざまな国の宇宙飛行士17人を対象とした小規模な研究が行われ、帰還から1年後の時点で、脛骨が部分的に回復したが、解消されなかった骨減少があり、通常の加齢に関連した骨減少の10年分に相当することが判明した。今回の研究を報告する論文が、Scientific Reports に掲載される。

今回、Steven Boydたちの研究チームは、17人の宇宙飛行士(男性14人、女性3人)の宇宙飛行前と地球への帰還時と回復期(6か月後と12か月後)に脛骨(膝から足首の間にある2本の骨のうちの内側の太い骨)と橈骨(前腕にある2本の長い骨のうちの親指側の骨)の骨スキャンを実施し、骨折に対する骨の抵抗力(破壊荷重)、骨組織中の骨塩量と骨組織厚を算出した。また、宇宙飛行中と飛行後に宇宙飛行士が実行した運動トレーニング(サイクリング、トレッドミル走、デッドリフトなど)の記録も作成された。

宇宙飛行から1年後の16人の宇宙飛行士の測定結果の中央値は、脛骨の回復が十分でないことを示した。脛骨の破壊荷重(骨強度の指標)の中央値は、飛行前の1万579ニュートンから1年後には152.0ニュートン減少して1万427ニュートンになった。また、総骨塩密度は、飛行前の1立方センチメートル当たり326.8 mgに比べて、1立方センチメートル当たり4.5 mg低下した。回復期(12か月後)の16人の宇宙飛行士の前腕の測定値は、飛行前と同じだった。



Astronauts that have returned after spaceflights over three months may show signs of incomplete bone recovery even after one year on Earth, but adding in more resistance-based exercises during spaceflight may help limit bone loss. The small study, published in Scientific Reports, on 17 international astronauts found that while the shinbone partially recovers, the sustained bone losses after one year are equivalent to ten years of normal age-related bone loss on Earth.

Steven Boyd and colleagues imaged 17 astronauts (14 male, three female) before spaceflight, at return to Earth, and after six and 12 months of recovery. They conducted bone scans on the tibia (shinbone) and radius (forearm) to calculate the resistance of the bone to fracture (failure load), bone mineral in the bone tissue, and tissue thickness. The authors also recorded exercises such as cycling, treadmill running and deadlifting completed by astronauts in-flight and post-flight.

One year after flight the median results for 16 of the astronauts showed incomplete recovery of the shinbone. Median shinbone failure load, measuring bone strength, was reduced by 152.0 newtons from 10,579 newtons at pre-flight to 10,427 newtons after one year. Total bone mineral density reduced by 4.5 milligrams per cubic centimeter compared to pre-flight levels of 326.8 mg/cm3. Measures of the forearm across all astronauts did not differ at 12 months’ recovery compared to pre-flight.

The authors observed that astronauts on missions longer than six months (a total of eight astronauts) had substantially less bone recovery. In astronauts on missions over six months the median shinbone failure load reduced by 333.9 newtons after one year compared to pre-flight, while in astronauts on missions shorter than six months (nine astronauts) the failure load reduced by 79.9 newtons. Similar differences were found for total bone mineral density in the shinbone. Altogether, nine of the astronauts (seven from long missions) did not fully recover shinbone total bone mineral density after 12 months.

Across all astronauts, those who completed greater amounts of in-flight deadlift training, relative to their individual training pre-flight, were identified as part of those who recovered tibia bone mineral density. The authors propose that as well as currently used exercise routines, a jumping resistance-based exercise that provides high-impact dynamic loads on the legs may help prevent bone loss and promote the formation of bone on spaceflight missions.

doi: 10.1038/s41598-022-13461-1


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