長期宇宙飛行時における心臓自律神経活動に関する研究

宇宙航空研究開発機構、有人宇宙技術部
向向井千秋、大島秋 大島 博、田山一郎、石田博郎
暁 水暁、水野康
東京女子医科大学、東医療センター内科
東京女子医科大学
東医療センタ 内科
大塚邦明、久保 豊、山本直宗、林 光俊、石川元直

ヒトの生体リズムの変調－宇宙や南極では、生体リズムに変調をきたす可能性があるー
宇宙や南極では 生体リズムに変調をきたす可能性がある
直腸腸温（℃）

38.0

睡眠

睡眠

37.5
37.0
36.5

低照度環
境によるリズムの後退

睡眠の短縮
眠や質の低下1224122412（時）○低照度環境である宇宙では、長期滞在時に最大2時間の体温リズムの後退や睡眠時間の短縮等が報告されている
リズムの後退や睡眠時間の短縮等が報告されている。
（Gundel A, et al, 1997他）○南極の越冬時にも、睡眠時間の短縮や、特に白夜となる冬季に睡眠の質的な低下が認められている。
（Bhattacharyya M, et al, 2008）

目的
不眠を含む生体リズムの変調は、集中力や作業眠を含む生体 ズム 変調は 集中力や作業効率の低下、精神ストレスや事故発生リスクの増大などの問題を惹起する可能性を有し、宇宙医学研究の最重要課題のひとつにあげられている。
宇宙に長期滞在する飛行士の飛行前・中・後に24時間心電図記録を行い、心臓自律神経活動を時間心電図記録を行い 心臓自律神経活動を解析し、宇宙滞在時の生物学的リズム（交感神経と副交感神経のリズム）の変動と睡眠中における心臓の休息度等を評価し、宇宙飛行士の健康管理技術の向上に役立てる。

研究方法
１）対象
国際宇宙ステーションに長期滞在する宇宙飛行士
２）データ取得とダウンリンク
２）デタ取得とダウンリンク
飛行前1回、飛行中３回（前・中・後期各1回）、および飛行後1回、24時間心電波形を記録し 筑波宇宙センターへダウンリンクする
24時間心電波形を記録し、筑波宇宙センタへダウンリンクする。
３）解析方法心電図RR間隔の変動性（心拍変動と心拍のゆらぎ）を、周波数解析および非線形解析し、①交感神経や副交感神経活動の概日リズム②日中の安静覚醒状態における自律神経の基礎活動③夜間睡眠時における自律神経活動（自律神経活動から見た睡眠の質）を評価する。

データのダウンリンク
ﾒﾃﾞｨｱ
ｶ ﾞ
ｶｰﾄﾞ

MLT

きぼうJEM

IPU
US

デジタルホルター心電計

モジュール

Kuﾊﾞﾝﾄﾞ経由

地上局(ﾏｰｼｬﾙ)

筑波宇宙センター

高速ネットワーク

研究体制
ＪＡＸＡと東京女子大との共同研究
宇宙航空研究開発機構
宇宙医学生物学研究室 実験運用と評価
宇宙医学生物学研究室：実験運用と評価
向井千秋（室長:代表研究者）
大島博（研究領域ﾘ ﾀ ）、田山 郎（主任開発員)､大島博（研究領域ﾘｰﾀﾞ）、田山一郎（主任開発員)､石田暁（開発員）、水野康（招聘研究員）
東京女子医科大学
東京女科大学
東医療センター内科：データ解析と評価
大塚邦明（院長、教授）、久保 豊（講師）、山本直宗（講師） 、林 光俊（講師）、石川元直（助教）デジタルホルター心電計
デジタルホルター心電計65（W） 18（D） 62（H）mm
65（W）ｘ18（D）ｘ62（H）mm
78ｇ

Multi Media Card

小型、軽量、耐水性、小型
軽量 耐水性
PCでデータ送信可、自動解析ソフト

心臓自律神経活動の評価

・不整脈・虚血変化
・自律神経機能評価
7

生体時計と心拍変動リズムの調節
光

心拍変動リズムは時計遺伝
子や外界環境（光刺激など）の影響を受け、規則正しい影響を受け 規則
日内リズムが形成される。

中枢時計
視交叉上核

神経支配液性因子

外界の環境因子外界環境因子
宇宙環境
閉鎖環境

心臓末梢時計地上のデータ（msec）
2500

RR
間隔（red）

睡眠覚醒リズム
摂食リズム（mmsec2）
1200
1000

2000

800
1500
600
1000
400
500

200

0

副交感
神経の活動性（blue）

0024487296128144

168

経過時刻（時間）

ホルター心電図に見られる心拍変動リズム

交感感神経機能能(低周波成成分 / 高周波成分)~10.5/3.66sec Power Ratio

12時間周期1500

3.512503.0

1000

2.57502.0500000:00周期（1/hour）

04:00

夜間

A:ホルター心電図の周波数解析により見出される心拍の24時間周期と12時間周期（地上のデータ）
縦軸がパワー、横軸に周期（1/hour）を示す。
0 04 (1/24) 周期と0.08
0.04
周期と0 08 （1/12）周期に二峰性のピークを認める。

08:00

12:00

16:00

20:00

昼間

副交感神神経（高周周波）成分

24時間周期時間周期

4.0~3.6 sec Powerr (msec2)

パワーー (ms2/hoour)

ヒトの長時間連続測定のホルター心電図の心拍変動を周波数解析することにより、ヒトの心臓循環器系に関わるリズムを観察することが出来ます。

00:00

時間（時）

B:ホルター心電図の周波数解析より得られた高周波成分と低周波成分との比率の24時間の経過（地上のデータ）
就寝から夜間にかけて活動性が上昇しピークを認める24時間周期を示す高周波成分（青）と相補的な活動性を認める低周波成分（赤）が見られる。

（Otsuka K et al. Computers in Cardiology 1999）

長時間心拍変動と冠動脈疾患と脳梗塞の発症の関連6年間の追跡研究の結果、長時間心拍変動の小さいヒトでは、脳梗塞の発症率が10.9倍、冠動脈疾患6.5倍であることが報告されている。
長時間の心拍変動リズムは、脳梗塞や冠動脈疾患の発症の予測に有用な指標であることが報告されている。
地上のデータ

心拍変動の小さいヒトの脳梗塞の発症率

相対危険度 10.9倍 [95%CI, 4.1-28.5]

心拍変動の小さいヒトの冠動脈疾患の発症率-15.0 -10.0 -5.0

発症危険度が低くなる

相対危険度 6.5倍 [95%CI, 2.6-11.5]

05.0

10.0 15.0

発症危険度が高くなる（Otsuka K et al. Clin. Cardiol. 1997）

極地での環境因子が心拍変動に与える影響
生体時計の同調信号として光が最も強力であるが、地磁気変動もその１つとして報告されている。
オーロラ圏では、オーロラによる地磁気擾乱への暴露の翌日に心筋梗塞の発生率が上昇する（A）。
オ ロラに暴露されると 翌日の心拍変動リズムの超低周波成分が小さくなる(B)オーロラに暴露されると、翌日の心拍変動リズムの超低周波成分が小さくなる(B)。

*
110

10090
12

345超低周波成超成分 (msecc2)

オーロラ

6 (日目)

A: 地磁気と心筋梗塞の発症率（地上のデータ）
心筋梗塞の発症率は、オーロラ翌日に上昇する（*）。

25000

11600

20000

11200

15000
10800
10000
10400

5000
0
1日目

地磁気 水平地平成分（H）

心筋梗塞発生率 （%）
心オーロラ

10000
2日目

3日目

4日目

5日目

B: 地磁気と心拍変動の超低周波成分（地上のデータ）
オーロラ翌日に心拍変動の超低周波成分が減少し（赤丸の部分）、その影響は翌日まで持続している。

（Halberg et al. 1991, Otsuka K et al., Biomed Pharmacother 2001）

極限環境（宇宙と南極）での心拍変動研究の意義
ヒトの昼夜の体内リズムは、毎朝明るい光を浴び24時間周期になっている。
ISSでは室内照明のみ 南極では季節により日照時間が変動するため 両者とも自律神経活動やISSでは室内照明のみ、南極では季節により日照時間が変動するため、両者とも自律神経活動や睡眠覚醒などの体内リズムが変調することが 予想され、その実態解明と対策に役立てる。

長期宇宙滞在時の医学運用・医学研究

昭和基地隊員の医学研究（極地研との共同研究）

今後の計画①健康管理運用
動悸や不正脈時の遠隔医療の実践（循環機能や自律神経機能診断）に活用する。
②宇宙医学実験と昭和基地での実験
長期宇宙滞在が慨日リズム（自律神経機能）に及ぼす影響に関する宇宙医学研究を実施する。さらに、日本南極地域観測隊員を被験者とする研究（JAXAと極地研との共同研究）と一緒に、宇宙での長期滞在と南極越冬生活における健康管理技術の向上に役立てる。