実験の背景

ヒトの筋肉や骨は、負荷をかけていないとどんどん小さくなり、次第に機能しなくなる“萎縮”という現象が起きることが知られています。これは、重力負荷がない宇宙に長期間滞在する宇宙飛行士の、大きな問題のひとつとなっています。例えば、6か月の国際宇宙ステーション（ISS）滞在で、腓腹筋（ひふくきん：ふくらはぎ部分の筋肉）やヒラメ筋（ふくらはぎの奥の筋肉）では、32%も萎縮するという事例報告があります。

志波直人先生の研究グループは、小型の装置で簡易に効率よく、筋肉や骨を維持するための「ハイブリッドトレーニング」を開発しました。これは、例えば、肘を伸ばす運動を行う際に、同時に肘を曲げるための反対の筋肉側に電気刺激を加え、伸ばす運動の抵抗にする、という原理のコンパクトな装置です。曲げる運動ではこの逆となります（図1, 2）。

図1：ハイブリッドトレーニング原理。肘を伸ばす際の例。肘を曲げる時はこの逆になる。

筋肉が縮みながら長さが短くなる状態を求心性収縮（物を持ち上げるときに働く筋肉の状態）、縮む筋肉が重力や外からの力で引き伸ばされる状態を遠心性収縮（物をゆっくり下ろす時に働く筋肉の状態）、さらに筋肉が収縮して一定の姿勢を保つ状態を等尺性収縮（物を持ち上げた状態を保つときに働く筋肉の状態）と言います。

電気刺激による筋収縮のなかでは、等尺性や求心性に比べて、遠心性では30%から50%ほど大きな力を発生します。ハイブリッドトレーニングでは、その電気刺激による遠心性収縮を用いているので、従来の電気刺激による等尺性や求心性収縮を用いたトレーニング法に比べると、同じ電気刺激でより大きな力を利用でき、効果が大きいと言えます。そのため、電気刺激の強さを低くすることができ、電気刺激による不快感や痛みを低く抑えることができます。

ハイブリッドトレーニングについては、これまで、さまざまな地上実験、臨床実験が実施されています。例えば、人工膝関節手術後の早い段階からハイブリッドトレーニングを行い、安全に術後の筋萎縮を抑え、筋力増強効果を得た結果があります（図3）。

これまでの地上での実験結果から、長期宇宙滞在の宇宙飛行士に対して実施すれば、効率のよい筋力や筋量維持が期待できます。また、小型なので、普段使われているISS内の大きな運動装置（図4）の故障時のバックアップや、月や火星など、将来の小型宇宙船でも、有用な装置となると考えています。