Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Edition

1. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.

2. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
44章 航空,高高度,宇宙生理学
UNIT VIII
航空,宇宙,深海潜水の生理学

3. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
低酸素分圧が体に及ぼす影響

4. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
標高
(ft/m)
大気
圧
(mmHg)
大気内
PO2
(mmHg)
空気呼吸 純酸素呼吸
PACO2
(mmHg)
PAO2
(mmHg)
SaO2
(%)
PACO2
(mmHg)
PAO2
(mmHg)
SaO2
(%)
0 760 159 40(40) 104(104) 97(97) 40 673 100
10,000/
3048 523 110 36(23) 67(77) 90(92) 40 436 100
20,000/
6096 349 73 24(10) 40(53) 73(85) 40 262 100
30,000/
9144 226 47 24(7) 18(30) 24(38) 40 139 99
40,000/
12,192 141 29 36 58 84
50,000/
15,240 87 18 24 16 15
低大気圧と肺胞ガス濃度,SaO2
()内の数値は,順応した場合の数値

5. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
CO2と水蒸気がPAO2を低下させる
高地でも,CO2は持続的に血液から肺胞に排泄される.
非常に高い所では,PACO2は,海面レベルの40mmHg
から,より低い値になる.
順応acclimatizationした人の場合は,換気が約5倍
に増加するため,PACO2は約7mmHgにまで低下する.
水蒸気が,気道の表面から吸入気に付加される.
肺胞気の水蒸気圧は,標高にかかわらず,体温が正常
である限り47mmHg.
この2つのガスが,肺胞のO2を希釈して濃度を下げる.
異なる高度におけるPAO2

6. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
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CO2と水蒸気がPAO2を低下させる
大気圧が,760から253mmHgに低下した場合
(標高29,028feetのEverestの頂上の数値)
47mmHgは,水蒸気
253-47=206mmHgが,水蒸気以外のガス
順応した人の場合,206mmHgのうち,CO2は
7mmHg.
残り206-7=199mmHgがその他のガス.
体による酸素消費が無いと仮定すると,199の1/5はO2
で,4/5はN2だから,PAO2は40mmHg
このO2の一部は,持続的に血液内に吸収されている
ので,約35mmHgの酸素が肺胞に残る.
異なる高度におけるPAO2

7. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
標高とSaO2
純酸素呼吸
空気呼吸
標高(千フィート,0.3km)
動脈血酸素飽和度(%)
♣ 標高1万ft.までは,空気呼吸でも
SaO2は,少なくとも90%はある.
♣ 1万ft.を超えると,SaO2は
急速に下降し,2万ft.では
70%を僅かに下回る.

8. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
標高
(ft/m)
大気
圧
(mmHg)
大気内
PO2
(mmHg)
空気呼吸 純酸素呼吸
PACO2
(mmHg)
PAO2
(mmHg)
SaO2
(%)
PACO2
(mmHg)
PAO2
(mmHg)
SaO2
(%)
0 760 159 40(40) 104(104) 97(97) 40 673 100
10,000/
3048
523 110 36(23) 67(77) 90(92) 40 436 100
20,000/
6096
349 73 24(10) 40(53) 73(85) 40 262 100
30,000/
9144
226 47 24(7) 18(30) 24(38) 40 139 99
40,000/
12,192
141 29 36 58 84
50,000/
15,240
87 18 24 16 15
純酸素吸入がPAO2に及ぼす影響
♣ 空気のかわりに,純酸素を吸入した場合.
♣ 窒素が占拠していたスペースを,酸素が占拠する.
♣ 高度3万ft.では,飛行士のPAO2が,空気呼吸の場合の18mmHgから,純酸素
呼吸では139mmHgにまで増加する.

9. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
純酸素吸入がSaO2に及ぼす影響
純酸素呼吸
空気呼吸
標高(千フィート,0.3km)
動脈血酸素飽和度(%)
♣ 純酸素吸入では,飛行士が
約3万9千ft.まで高度をあげて
も90%以上のSaO2を維持で
きる.
♣ 4万7千ft.付近から
は,急速にSaO2が低
下し,約50%程度に至
る.

10. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
与圧していない航空機の上昇限度
純酸素呼吸
空気呼吸
標高(千フィート,0.3km)
動脈血酸素飽和度(%)
♣ 与圧していない飛行機の操縦士
は,純酸素吸入により,空気呼吸の
時と比較してはるかに高高度まで
上昇できる.
♣ 酸素呼吸している場合,4
万7千ft.の時のSaO2は約
50%で,空気呼吸で2万3
千ft.を飛行している時と同
値.

11. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
与圧していない航空機の上昇限度
順応していない人の場合,SaO2が50%までは,
意識が保たれる.
与圧していない飛行機の操縦士が,短時間暴露で
きる高度は,空気呼吸の場合,約23,000ft.
純酸素呼吸の場合,約47,000ft.

12. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
順応していない人が空気呼吸で,低酸素に陥った
場合(約1.2万ft.から出始める.)
嗜眠傾向,倦怠感,疲労感,精神疲労,筋肉疲労
時に頭痛,しばしば嘔気,時に多幸感
1.8万ft.で攣縮,痙攣
2.3万ft.で昏睡となり,死亡に至る.
低酸素の,もっとも重要な影響は,精神的な熟達
度の劣化
判断,記憶,別個のモーター運動の精度
風土馴化していない飛行士が,1時間1.5万ft.に滞在す
ると,精神的な熟達度は,正常の約50%に劣化,18時間
の滞在で,約20%にまで低下する.
低酸素の急性期の影響

13. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
一人の人が,数日,数週間,ないし数年間と高地に
居留し続けると,次第に低PO2へ順応する.
体に対する,悪影響が薄れる.
低酸素の影響なく,重労働が可能になり,より標高の高
い山に登頂できる.
順応の基本的な方法
1. 肺胞換気量を大きく増加
2. RBCs数の増加
3. 肺の拡散能の増加
4. 末梢組織の,血管の増加
5. 組織細胞による,低PO2下の酸素利用能の増強
低PO2への順応

14. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
換気量増加は,体液のPCO2を低下,pHを増加
する.
これらの変化は,低PO2が,末梢化学受容体を
介して呼吸を刺激するのとは反対に,脳幹の呼
吸中枢に対して抑制的に作用する.
ただし,この抑制は,その後の2~5日間の間に次
第に消失して,呼吸中枢は,末梢化学受容体の
低酸素に対する換気刺激に完全に反応するよ
うになり,肺胞換気量は,正常の約5倍にまで増
加する.
肺胞換気量の増加ｰ化学受容体の役割

15. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
CSF内,脳組織内のHCO3
-が減少するため.
 呼吸中枢の化学的感受性神経線維の周囲の液のpHを低
下させ,呼吸中枢の呼吸刺激活性を上昇
次第にHCO3
-が減少するのは,腎が,呼吸性アルカロー
シスを代償するため.
 腎は,PCO2減少に反応して,H+の分泌を減少し,HCO3
-の排
泄を増加.
 この呼吸性アルカローシスにたいする代謝性代償により,次
第に血漿ないしCSFのHCO3
-濃度を減らし,pHを正常化
し,H+濃度低下による呼吸抑制効果を除去して行く.
 結果として,呼吸中枢は,腎がalkalosisを代償した後は,低
酸素による末梢化学受容体による刺激により感受性が高く
なる.
PCO2低下,pH上昇による換気抑制効果が薄れるのは

16. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
低酸素は,RBC増産の主要な刺激因子
一度に,数週間低酸素に暴露されると,
Ht.は正常値40-45%からゆっくり約60%に増加,
Hbは,正常値15g/dLから約20g/dLに増加.
血液量が,20-30%増量.
Hbの濃度上昇と併せて,全Hb量が50%以上増加.
RBC数,Hb濃度増加による順応

17. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
正常な拡散能:21mL/mmHg/min
労作時には,3倍まで増量可能
高高度でも,同様に拡散能増加が可能
毛細血管血液量の増加
毛細血管拡張
拡散表面積拡張
肺気量の拡大
肺胞毛細血管間の表面積を拡大
肺動脈圧の上昇
より多くの毛細血管に血流が生じる.
とくに普段血流量の少ない上位肺に顕著
拡散能上昇による順応

18. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
高高度に上ると,心拍出量はすぐに30%程度上昇する
 数週間後,Htが上昇するため,心拍出量はもとの正常値に
復帰する.
 結果的に,末梢組織に運搬される酸素量は,以前と変わらな
い
体毛細血管数の増加
 angiogenesis血管増生
 高地で生まれ育つ動物に顕著.
 生後に,高地に移動した動物ではそれほどで無い.
活動的な組織が,慢性的に低酸素にさらされると,毛細
血管がより増加する.
 例;高地では,低酸素に加えて,肺高血圧による右室負荷か
ら,仕事量が過剰となった右心室は,著明に毛細血管が増
生する.
組織毛細血管の増加による順応

19. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
生まれつき高度1.3~1.7万ft付近に居住する動
物の場合,海上レベルで暮らす動物より,細胞内
のmitochondriaや細胞内酸素化酵素系が
豊富.
組織の高地順応から,人でも,順応した個人は
より効率的に酸素を利用できると推察される.
細胞の順応

20. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
DNAと結合する転写因子
利用可能な酸素の減少に反応して,組織に適
切な量の酸素を運搬し,エネルギー代謝に必要
な蛋白を符号化しているいくつかの遺伝子を活
性化する.
原始的な虫から人まで,事実上全ての酸素を
利用している種で認められる.
Hypoxia-Inducible Factors(HIFs)
低酸素誘導因子

21. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
血管増生を刺激する血管内皮成⾧因子
vascular endothelial growth factor
(VEGF)に関連した遺伝子
RBCの産生を刺激するerythropoietin遺伝
子.
エネルギー利用に関連したmitochondria遺
伝子.
嫌気的代謝に関連した解糖系遺伝子
肺血管を拡張するNOの利用効率を上昇する
遺伝子.
HIFsによって制御される遺伝子

22. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
酸素が,十分存在する場合
様々な遺伝子を活性化するのに必要なHIFの
subunitは,特異的なHIF水酸化酵素
hydroxylaseにより減少,不活化されている.
低酸素状態の場合
HIF水酸化酵素事態が不活化され,転写活性型
HIF複合体が形成される.
HIFsは,体が低酸素に適切に反応するための
“master switch主幹スイッチ”の役を果たして
いる.
HIFsは,低酸素に反応する主幹スイッチ

23. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
血液供給を要する組織は,HIFを介してVEGFを放出
Chapt.22:Stem Cells and Tissue Renewal
B.Alberts: Molecular Biology of THE CELL 6th Edition
P 1238 Fig.22-26
HIF 1α: hypoxia inducible factor 1α
VEGF: vascular endothelial growth factor

24. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
Andes,Himalayas地方の先住民は,標高約1.3
万ft.の高地に居住している.
Peruvian Andesの一族は,標高1.75万ft.に居
住していて,標高1.9万ft.の鉱山で働いている.
彼らは,この高地で生まれ,一生を送る.
低地人が,高地で10年以上暮らして,最高に順応
したとしても,高地先住民の方が,順応のあらゆる
面で優れている.
先住民の順応は,幼少からはじまる.
胸郭が著明に拡大する一方,体格は縮小し,体格に対
する換気能力比が高くなる.
心臓も,低地人と比較して,大きい.
高地居住先住民の自然な順応

25. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
居住標高と酸素Hb解離曲線
山岳居住者
海面レベル居住者
(動脈の値)
(静脈の値)
血中酸素分圧(PO2)(mmHg)
血中酸素含量(vol%,
mL/dL)
山岳居住者のPaO2は,わず
40mmHg だがHbが多いため,酸
素含量は海面レベル居住者より
多い.

26. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
居住標高と酸素Hb解離曲線
山岳居住者
海面レベル居住者
(動脈の値)
(静脈の値)
血中酸素分圧(PO2)(mmHg)
血中酸素含量(vol%,
mL/dL)
山岳居住者の場合,PaO2が非常に低
値なのに,PvO2は,海面レベル居住者
のPvO2より,わずか15mmHg少ないだ
けで,組織へ酸素運搬能は,山岳居住
者の方が効率的である事を示している.

27. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
運動能(正常の%)
順応なし 50
2ヶ月の順応 68
13,200feetの住人が
17,000feetで仕事を
した場合
87
標高1.7万ft.における運動能と順応の有無
♣ 生来の山岳居住者は,海上レベル居住者が海上レベル
で発揮できる運動能とほぼ同様の力(87%)をしめすが,
低値居住者が2ヶ月順応しても,運動能は68%に留まる.

28. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
急に高山に登山した人のごく一部は,急性に病
的となり,酸素投与をしないか,低地への急速な
移動で死亡する可能性がある.
この病態は,登山後数時間から約2日後までに
発症.
2つの病態が,関与
1. 急性脳浮腫
2. 急性肺水腫
急性高山病と高高度肺水腫

29. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
1. 急性脳浮腫
 低酸素による脳血管の局所的拡張が原因と考え
られている.
 細動脈の拡張から毛細血管内圧が上昇し,組織
への漏出を増す.
 血管内皮成⾧因子vascular endothelial
growth factor,VEGFや炎症性サイトカインによ
る透過性の亢進も関与
 重篤な失見当識や脳機能に関連した他の影響
急性高山病と高高度肺水腫

30. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
2. 急性肺水腫
 原因は,未だに不明
 説
 高度の低酸素から,肺細動脈を著明に収縮. 収縮
の高度な部分から,収縮が軽度な部分へ血流が偏
移して,この部分の毛細血管圧が上昇し,局所浮腫を
生じる.
 この領域が拡大すると,肺水腫に至り,致命的となる
可能性のある重篤な肺機能障害が発生.
 O2吸入により,過程は逆転
 脳の浮腫の場合同様の,化学的因子も関与しており
可能性.
急性高山病と高高度肺水腫

31. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
⾧期間,標高の高い山に留まると以下の変化
が起こる.
1. RBCs,Ht.が,以上に大きくなる
2. 順応の際に起こるより過剰な肺動脈圧の上昇
3. 右心系の肥大
4. 末梢動脈圧が低下し始める.
5. 結果的に,うっ血性心不全に至る.
6. 低地に移動しないと,死に至る場合も.
慢性高山病

32. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
考えられる主要な3つの原因
1. RBCが大きくなりすぎて,血液の粘度が数倍上昇.結
果として,組織血流量が減少し,酸素運搬量が減少し
始める.
2. 低酸素により,肺細動脈が収縮. 通常は,この現象は,
低酸素肺胞から高酸素肺胞へ血流を偏移させるため
の現象だが,高山では全ての肺が低酸素のため,全て
の細動脈が収縮し,結果的に肺動脈圧が著明に上昇
し,右心不全に至る.
3. 肺胞細動脈の攣縮が,非肺胞肺血管へ血流を偏移.
血液が酸素化されないシャント血流を増し,事態を一
層悪化.
多くの人は,低地に移動することにより数日から数週間
以内に,回復.
慢性高山病

33. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
飛行機や宇宙船では速度と運動方向が急激
に変化するため、飛行中にいくつかの種類の加
速力が体に影響を与える
飛行開始時には単純な線形加速が発生
飛行終了時には減速が発生
機体が旋回するたびに遠心加速が発生
飛行,宇宙における加速力の影響

34. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
飛行機が旋回する際の遠心力
f=
f:遠心力
m:物体の質量
v:速度
r:旋回半径
速度vが増すと,その二乗に比例して遠心力が増加
旋回半径rと反比例.
遠心力
centrifugal acceleratory forces

35. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
+1G
飛行士が,座席に座っているときに,座席に押しつける力
は,重力の引力から生じ,人の体重に等しくなる.この力
の強さは,重力gravityに等しいので+1Gという.
+5G
急降下から急上昇に転じるとき,飛行士が座席を押す
力が5倍になった場合,座席に作用する力は+5Gとなる.
-1G
機体が外側のループを通過する際に,飛行士がシート
ベルトで押さえつけられると,その力が体の重さに等しい
場合,負の力ｰ1Gがかかっている.
加速力“G”の測定

36. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
飛行士が,陽性のGにさらされる場合
血液は,体の最下部に向かって遠心分離される
遠心加速力が+5Gの場合,人が不働化されて立位
にある場合,足の静脈圧は,大幅に増加
(約450mmHg)
座位では,圧力は約300mmHg
下半身の血管内圧が上昇すると,受動的に血管が
拡張し,上半身からの血液の大部分が下半身に移
動.
血液が,心臓に還流しない分,心拍出量が減少.
遠心力の循環への影響

37. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
座位の人に遠心力+3.3Gが
かかった際の上半身の血圧
加重開始からの経過時間
(秒)
動脈圧
(mmHg)
♣ 加重当初数秒間は,SBP,DBPいずれも
22mmHg以下にまで低下.
♣ その後の10-15秒以内には,SBP約
55mmHg, DBP20mmHgにまで回復
♣ この回復は,圧受容体反射の活性化による

38. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
+4~+6G以上の加速力
数秒以内に,視力が消失
直に,意識消失
さらに高いGの場合
持続すると,死に至る.
過大なGの影響

39. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
非常に高い加速力は,たとえ数秒の1の間でも,
椎体骨の骨折を起こす可能性あり.
平均的人間が,椎体骨骨折以前に, 座位で耐
えられる陽性加速力は約20G
脊椎への影響

40. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
 陰性Gは,急性には,陽性Gほど劇的ではない.
 永久的には,陽性Gより,より有害.
 パイロットは,外向きループの際に,恒久的な障害無しに-4~-5Gの負の
加速力を受けるが,一過性には頭部に強い充血がおこる.
 脳浮腫のために,15-20分間持続する精神障害がおこることがある.
 時に,陰性Gが過大(例,-20G)となり,遠心濾過されて脳に集まる血液
が著増し,脳血圧が300-400mmHgにまで至り,頭表,脳内の小血管の
断裂がおこる.
 頭蓋内の血管は,以下の理由により断裂を起こしにくい.
 血液同様,CSFも遠心分離を受け,頭部のCSFの圧が著明に上昇し,頭
蓋内血管の破綻を防ぐ,外周の緩衝性クッションの役割を演じる.
 眼球は,頭蓋に守られていないため,強い陰性Gの際に,強度の充血
を呈する. 結果として,いわゆる“redout,あかくらみ”とよばれる,一
過性の盲目状態になる.
陰性G

41. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
陽性Gからパイロットを擁護する処置,様式
1. 腹筋を緊張させて,腹部の血管に血液がプールされる
のを予防して,blackout意識消失の発生を遅らせる.
2. 下腹部,下肢への血液の貯留を予防する“anti-G”
スーツが開発されてきた. G力が,増すにつれてbagを
加圧膨張して,下肢,腹部を圧迫する.
理論的には,体を水のタンクやスーツに沈めた状態にして
おくと,水に働くG力の影響が,体に働くG力を相殺できる.
肺だけは,水の中でも,Gの影響を受けて心臓,肺,横隔
膜が異常な位置に偏移する.
これらの方法を使用しても,安全限界は10G以下である.
遠心加速力に対抗する体の防御

42. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
飛行機と違い,宇宙船は急旋回ができないので
遠心加速力の重要性は少ない.
かわりに,発射,着陸の際の加速,減速は凄まじ
い.
線形加速 linear acceleration
positive
negative
宇宙船の加速力

43. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
3段式宇宙船発射の際の加速度
初回
補助推進
二回目
補助推進
宇宙
船内
加速度(G)
分
♣ 立位では,この加速度Gに耐え
られない.
♣ 加速度軸を横切るセミリクライ
ニング体位では,一度に数分間の
加速度が持続するにもかかわら
ず,容易に加速度に耐えられる

44. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
Mach1(音速,高速の飛行機の速度)の場合,安全
に減速するのに要する距離は約0.12マイル.
Mach100(惑星間飛行時のスピード)では,安全に
減速するのに要する距離は約10,000マイル.
減速時に減らすエネルギーの全量は,速さの二乗
に比例→Mach1とMach100では,減速距離が
10,000倍になる.
高速からの減速は,より時間をかける必要がある.
大気圏再突入時の問題

45. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
パイロットが,パラシュートで飛行機を離脱する場
合
最初の降下速度は,0ft/sec.
重力加速の影響で,1秒以内に降下速度32ft/sec.(空
気抵抗がないと仮定して)
2秒後,64ft/sec
降下速度が増すほど,空気抵抗による増加
最終的に,空気抵抗による減速力と重力による加速力
が均衡し,降下約12秒後に
は,109~119mile/hr(175ft/sec)に落ち着く.
パラシュートが開く際には,最大1200ポンドの開口衝撃
荷重が発生する可能性がある.
パラシュートに関連した減速力

46. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
パラシュートサイズが通常の場合
最終速度は,1/9まで減速される.→20ft/sec
大地着陸時の衝撃は,パラシュートなしの1/81まで
緩和
それでも,着地訓練を受けていないと,体にかなりの
ダメージを負う可能性.
パラシュートによる着地の衝撃は,パラシュートなし
で約6ft.の高さから飛び降りた場合と同程度.
パラシュートに関連した減速力

47. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
初期の宇宙船内では,酸素分圧260mmHgが採用され
ていた.
最近の宇宙船では,大気と同様の酸素分圧に設定され,
窒素は酸素の4倍で,合計760mmHg.
 窒素を混入することにより,火災,爆発の可能性を大きく減少.
 窒素混入により,吸収性無気肺も予防.
宇宙船の滞在が数ヶ月以上にわたる場合,同じ酸素を
繰り返し再利用する.
 水を電気分解して酸素を放出などの物理学的方法
 光合成の過程でCO2からO2を放出するために,クロロフィル
の大きな貯蔵を伴う藻類の仕様などの生物学的方法
 完全に,満足の行く再利用方法は,まだ実現されていない.
密閉された宇宙船内の人工気候

48. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
weightlessness, microgravity
船内で,床や壁,天井に引きつけられること無く,浮い
ている状態.
近くの天体からの重力が,まだ活動しているため,重
力が体を引っ張ることができないわけではない.
重力は,宇宙船と人に同時に作用しているため,両
方が全く同じ加速度で同じ方向に引っ張られている.
このため,ひとは単に宇宙船の特定の壁に引きつけ
られないだけ.
宇宙での無重力(微小重力)

49. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
1. 当初の数日間の乗り物酔い
2. 重力が正常な静水圧を引き起こさないために,
体内の液体が移動
3. 重力に抗する筋収縮の強さが不要なため,身
体活動が低下
無重力の生理学的課題

50. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
乗り物酔い
 宇宙飛行士のほぼ50％が、宇宙旅行の最初の2
～5日間に、吐き気や時には嘔吐を伴う乗り物酔
いを経験
 この乗り物酔いは、おそらく、脳の平衡中枢に到
達する動き信号のなじみのないパターンと、同時
に重力信号の欠如に起因.
無重力の生理学的課題

51. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
⾧期滞在により観察された効果
1. 血液量の減少
2. 赤血球量の減少
3. 筋力と作業能力の低下
4. 最大心拍出量の減少
5. 骨からのカルシウムとリン酸塩の喪失、および骨量の
喪失
 これらの同じ効果のほとんどは、⾧期間ベッドに横た
わっている人々にも発生
 このため、運動プログラムは、⾧期の宇宙ミッション中
に宇宙飛行士によって実行される
無重力の生理学的課題

52. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
⾧期滞在により観察された効果
運動プログラムがそれほど活発ではなかった以前の
宇宙実験室遠征では、宇宙飛行士は地球に戻っ
た後の最初の数日間、作業能力を大幅に低下さ
せていた
彼らはまた、血液量の減少と動脈圧制御メカニズ
ムの反応の減少のために、重力に戻った後の最初
の数日間, 立ち上がったときに失神する傾向があっ
た(現在も残存）
無重力の生理学的課題

53. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
⾧い宇宙旅行,微小重力への暴露により
毎月,骨量の1.0%を喪失
心臓,骨格筋の萎縮
作業能力の低下
血液量減少
圧受容体反射の障害
起立耐性低下
⾧期の無重力への暴露による心臓血管,筋,骨の失調

54. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
⾧い宇宙旅行,微小重力への暴露により
飛行前の心臓血管,骨,筋肉の状態に戻るのに数
週間を要する
緊急着陸の際,宇宙飛行士に非常に深刻な脅威を
もたらす可能性
方策として,
間歇的な人工的重力の適用で,1日1時間,2-3G
を作り出せる短腕遠心分離機にすわって訓練する.
⾧期の無重力への暴露による心臓血管,筋,骨の失調

55. 44 Aviation, High Altitude, and Space Physiology
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
44章 航空,高高度,宇宙生理学
UNIT VIII
航空,宇宙,深海潜水の生理学