重力変動や閉鎖環境による循環調節機構の変化

• Project Area: "LIVING IN SPACE" - Integral Understanding of life-regulation mechanism from "SPACE"
• Project/Area Number: 15H05939
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Nihon University
• Principal Investigator: 岩崎 賢一 日本大学, 医学部, 教授 (80287630)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小川 洋二郎 日本大学, 医学部, 准教授 (60434073) ; 柳田 亮 日本大学, 医学部, 助手 (00644741) ; 田子 智晴 日本大学, 医学部, 助手 (70780229) ; 大平 宇志 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 有人宇宙技術部門, 研究開発員 (40633532) ; 上田 要 日本大学, 医学部, 助手 (00598964) ; 青木 健 日本大学, 医学部, 助教 (60332938) ; 篠島 亜里 日本大学, 医学部, 助教 (60647189)
• Project Period (FY): 2015-06-29 – 2020-03-31
• Project Status: Granted(Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥79,820,000 (Direct Cost : ¥61,400,000、Indirect Cost : ¥18,420,000); Fiscal Year 2019 : ¥13,910,000 (Direct Cost : ¥10,700,000、Indirect Cost : ¥3,210,000); Fiscal Year 2018 : ¥13,130,000 (Direct Cost : ¥10,100,000、Indirect Cost : ¥3,030,000); Fiscal Year 2017 : ¥13,910,000 (Direct Cost : ¥10,700,000、Indirect Cost : ¥3,210,000); Fiscal Year 2016 : ¥14,300,000 (Direct Cost : ¥11,000,000、Indirect Cost : ¥3,300,000); Fiscal Year 2015 : ¥24,570,000 (Direct Cost : ¥18,900,000、Indirect Cost : ¥5,670,000)
• Keywords: 宇宙医学 / 衛生 / 生理学 / 宇宙科学

Outline of Annual Research Achievements

宇宙飛行により視神経乳頭浮腫を発症する場合があり脳循環や頭蓋内圧の変化の関与が疑われている。それに寄与する因子として無重力による「頭部方向への体液シフト」と、空気の自然対流が起こらないことによる「高濃度二酸化炭素（CO2）曝露」があげられている。そこで、両因子の組み合わせの影響を検討する実験を行い、本研究助成をもとに最新の解析法も追加応用した。その結果、両因子の混合影響で脳循環調節機能の減弱が認められることがわかり論文発表した。さらに、主に「体液シフト」の影響で頭蓋内圧が上昇することが明らかになって論文発表した。
一方、宇宙飛行による生理学的変化に対し軽度過重力を対策として使用することが考えられている。その際は、過重力負荷中に脳血流が低下するリスクがあり、血圧や脳血流の負荷中の時間変化を把握しておくことが重要となる。そのため、過重力負荷開始から20分間の脳血流及び血圧の経時的変化を評価した。その結果、脳血流は負荷開始から徐々に低下し始め、5分以降で有意な低下となったので、軽度の過重力であっても負荷5分以降は特に注意が必要と考えられた。また、これらの結果から負荷中の脳循環の簡便で非侵襲的なモニターが必要と考え、一般臨床においても脳循環のモニターとして普及が進んでいる近赤外分光計を測定機器として加えた実験を行った。その結果、全般的脳血流量と局所脳組織酸素飽和度の変化に違いがあることを認めた。
JAXAが実施した閉鎖環境適応訓練設備での実験から得たデータの解析を進め、14日間の閉鎖環境は体循環調節機能に大きな影響は与えない結果を得た。
また、将来の宇宙での使用が期待されるオレキシン受容体拮抗薬と従来から臨床使用されているベンゾジアゼピン系薬剤の循環調節機能への影響を比較した。その結果、種類の異なる両薬剤が脳循環調節に関しては類似した影響を示すことが明らかとなった。

Current Status of Research Progress

2 :  Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

現有機器とあわせて平成29年度までに主要測定機器（ドプラ血流計、連続血圧計、近赤外線分光計など）に絞って購入を行い、日本大学医学部での遠心人工重力装置とティルトベッドによる重力実験と、ヒューストンＮＡＳＡでの宇宙飛行士対象実験、筑波宇宙センターでの閉鎖環境曝露実験、治験施設での睡眠導入剤の実験を、並行してほぼ同様の仕様の測定セットで実施ができている。そのため、非常に効率よく、各種環境因子の循環影響の研究がすすめられている。これまでの研究成果から考えられた追加検討をすると有益となるパラメーター（局所血流計）や負荷（ティルトベッド）用の機器は平成30年度に購入することを計画している。
「重力変動による循環調節機構の変化」の研究に関しては、あらたな実験実施だけでなく、これまで実施した研究の更なる解析等を過年度に引き続いて実施しており、研究成果を論文発表した。特に、ケンブリッジ大学が主となり開発した脳循環調節機能と頭蓋内圧を解析可能な最新コンピューターソフトのライセンスを、これまでに購入しているが、それらを使用してこれまで以上に多くの情報が得られている。
「睡眠導入剤がヒトの循環系に及ぼす影響」の比較実験に関しては、計画の15名のデータ測定を年度内に完了でき、解析および結果のまとめも概ね完了して、現在、論文および学会発表準備中である。
これらの地上実験で個々の因子の循環影響についての結果を得ているが、これらと複数因子の影響を受ける国際宇宙ステーションに滞在する宇宙飛行士の実験の結果を比較、考察する予定である。現在、国際宇宙ステーションに滞在する宇宙飛行士の脳循環調節機能や頭蓋内圧の変化を明らかにする実験を実施中であり、飛行前後のみの測定は平成30年中に予定していた全11例が完了する見込みであり、地上実験で結果との比較を開始できる見込みである。

Strategy for Future Research Activity

これまでの成果から、宇宙飛行に含まれる因子のなかで、過重力負荷、体液シフトと高二酸化炭素血症、閉鎖環境曝露などが、それぞれに循環調節機構の特に脳循環調節機能に影響を与えていることが判明してきた。今後は、その詳細について、以下のような点に注目し発展させていく方針である。
「重力変動による変化」：現在までに、遠心過重力負荷やヘッドダウンティルト負荷において、全般的脳血流と局所脳組織酸素飽和度の変化の間、脳循環調節と頭蓋内圧の変化の間にはそれぞれ違いがあることが分かってきた。この様にこれまでの測定では頭部臓器においては内頸動脈系を重要視してきたが、今後さらに外頸動脈系の測定を加えて比較を行う予定である。また、過重力ならびにヘッドダウンティルトにおいて負荷量をさらに変化させた実験を加えて、負荷レベルと体循環調節・脳循環調節の変化の量影響関係のさらなる解明を行いたい。さらに、前庭系刺激が体循環調節と脳循環調節に及ぼす影響の違いについて明らかにする実験を行っていきたい。
「閉鎖環境ストレスによる変化、その他の研究」：これまで、閉鎖環境曝露により脳循環調節機能が悪化することを示唆する結果を得たが、一方で、体循環調節には有意な変化が認められず、身体活動度の低下は大きな影響を示していないことが考えらえた。そのため、今後は主に精神心理刺激が脳循環調節に与える影響の研究を進める予定にした。A02-4班が用いている作業負荷をさせた際におこる局所脳循環の反応と、我々の班が主に評価対象にしている総合的脳循環の反応とを比較する共同研究をさらに進める予定である。睡眠導入剤実験の結果などからヒントを得た、脳循環調節の日内変動やオーバーナイトの脱水が脳循環調節や体循環調節に及ぼす影響の研究を行いたい。
「宇宙実験との比較」：複数の因子の影響を受ける実際の宇宙実験データと地上実験データの比較を予定するである。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Massachusetts Institute of Technology/UT Southwestern Medical Center(米国)
• [Int'l Joint Research] Massachusetts Institute of Technology/UT Southwestern Medical Center(U.S.A.)
• [Int'l Joint Research] Massachusetts Institute of Technology/UT Southwestern Medical Center/IEEM(U.S.A.)
• [Journal Article] Non-invasive intracranial pressure estimation during combined exposure to CO2 and head-down tilt. (2018)
  • Author(s): Kurazumi T., Ogawa Y., Yanagida R., Morisaki H., Iwasaki K.
  • Journal Title: Aerosp Med Hum Perform. Volume : 89 Pages : 365-370
  • DOI: 10.3357/amhp.5015.2018
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamic cerebral autoregulation during the combination of mild hypercapnia and cephalad fluid shift. (2017)
  • Author(s): Kurazumi T, Ogawa Y, Yanagida R, Morisaki H, Iwasaki K.
  • Journal Title: Aerosp Med Hum Perform Volume : 88 Pages : 819-826
  • DOI: 10.3357/amhp.4870.2017
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The relationship between widespread changes in gravity and cerebral blood flow (2016)
  • Author(s): Ogawa Y, Yanagida R, Ueda K, Aoki K, Iwasaki K
  • Journal Title: Environmental Health and Preventive Medicine Volume : in press
  • DOI: 10.1007/s12199-016-0513-7
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 宇宙環境における循環調節の変化（シンポジウム：宇宙環境のおける生体影響） (2017)
  • Author(s): 岩崎賢一
  • Organizer: 第65回日本職業・災害医学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] 「頭部方向体液シフト」と「高二酸化炭素血症」が頭蓋内圧に与える影響 (2017)
  • Author(s): 倉住拓弥、小川洋二郎、柳田亮、小西透、加藤智一、田子智晴、岩崎賢一
  • Organizer: 第63回日本宇宙航空環境医学会大会
• [Presentation] 遠心人工重力装置による軽度過重力負荷中の脳血流及び血圧の変化 (2017)
  • Author(s): 小西透、倉住拓弥、加藤智一、大屋直子、田子智晴、小川洋二郎、岩崎賢一
  • Organizer: 第63回日本宇宙航空環境医学会大会
• [Presentation] 14日間の閉鎖環境が循環調節機能に与える影響 (2017)
  • Author(s): 加藤智一、柳田亮、田子智晴、倉住拓弥、井上夏彦、鈴木豪、小川洋二郎、古川聡、岩崎賢一
  • Organizer: 第63回日本宇宙航空環境医学会大会
• [Presentation] Non-invasive assessment of intracranial pressure for spaceflight and related visual impairment for one year mission (2017)
  • Author(s): Kenichi Iwasaki
  • Organizer: 1-Yr Mission Investigators’ Working Group
  • Place of Presentation: Houston, USA
  • Year and Date: 2017-03-28
• [Presentation] 14日間の閉鎖環境は脳循環調節機能に影響をもたらす (2017)
  • Author(s): 加藤智一, 柳田 亮, 田子智晴, 倉住拓弥, 井上夏彦, 鈴木 豪, 小川洋二郎, 岩﨑賢一
  • Organizer: 第87回日本衛生学会学術総会
  • Place of Presentation: シーガイアコンベンションセンター（宮崎県・宮崎市）
  • Year and Date: 2017-03-26
• [Presentation] 宇宙医学って何？ (2017)
  • Author(s): 小川洋二郎、岩崎賢一
  • Organizer: 第542回 日本大学医学会例会
  • Place of Presentation: 日本大学医学部（東京都・板橋区）
  • Year and Date: 2017-03-04
  • Invited
• [Presentation] Effects of the combination of CO2 and cephalad fluid shift on dynamic cerebral autoregulation (2016)
  • Author(s): T. Kurazumi, K. Iwasaki, Y. Ogawa, R. Yanagida, K. Aoki
  • Organizer: 16th International Symposium on Intracranial Pressure and Neuromonitoring in conjunction with the 6th Annual Meeting of the Cerebral Autoregulation Research Network
  • Place of Presentation: Boston, MA, USA
  • Year and Date: 2016-06-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シンポジウム6宇宙医学、「宇宙での脳循環変化の研究」 (2015)
  • Author(s): 岩崎賢一
  • Organizer: 第29回宇宙生物科学会大会
  • Place of Presentation: 帝京大学医学部（東京都板橋区）
  • Year and Date: 2015-09-26
• [Remarks] 日本大学医学部社会医学系衛生学分野
  • URL: http://www.med.nihon-u.ac.jp/department/spacemed/index.html
• [Remarks] 日本大学大学院医学研究科宇宙航空環境医学
  • URL: http://www.med.nihon-u.ac.jp/department/spacemed/index.html
• [Remarks] 日本大学医学部社会医学系衛生学分野
  • URL: http://www.med.nihon-u.ac.jp/department/spacemed/
• [Remarks] 宇宙に生きる
  • URL: http://living-in-space.jp/planning-study/A02-1/