宇宙で心臓発作を起こしたらどうなるでしょうか?

私たちはメキシコ湾上空約34,000フィートの無重力状態で、乗り物酔いで嘔吐しないようにしながら、26,000ドルのマネキンの食道に超音波プローブを揺らしている。間もなく、中が空洞になったボーイング727は放物線の頂点に達し、機首を下げて10,000フィート急降下する。急降下前に、この微小重力実験を行っている3人の大学生がマネキンの死んだ心臓の粗い超音波画像を数枚撮影するのに十分な時間がある。

私たちの後ろでは、黒いバックパックが天井に向かって漂っています。飛行機のシートベルトはまるで水中にいるかのように上下に揺れています。NASA のカメラマンがカメラを手放すと、カメラは彼の顔の前で浮かんでいます。

座ったまま床から数センチ浮いていると（そしてまるで精霊になったような気分）、乗務員がエンジン音にかき消されて、無重力状態から重力の2倍の状態に移行すると叫んだ。重力が再び作用したときに逆さまになっては困るので、この警告は重要だ。これは放物線飛行でほとんどの人が吐き気を催す部分でもある。

数秒後、飛行機が高度 24,000 フィートまで急降下する中、私は飛行機のクッションフロアに仰向けに横たわっていた。スタンフォード大学の学生たちは手足のないマネキンの周りで席を交換し、脚を固定した。飛行機が次の無重力放物線に入ったとき、固定された実験装置から誰も浮かばれないようにするためだ。飛行機の前方では、別のチームの学生が袋に嘔吐していた。

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この飛行は、NASA の競争的な Microgravity University プログラムの一部です。高校生と大学生が低重力実験の提案を提出し、優勝したチームはヒューストンのエリントンフィールドに集まり、放物線飛行で締めくくられる 1 週間を過ごします。

私はスタンフォード大学の実験を取材するために飛行機に乗っている。この実験では、携帯型超音波装置が微小重力下で心臓の有用な画像を撮影できるかどうかをテストする。より大きな視点で見れば、人類の宇宙飛行の将来が問題になる。地球から何百万マイルも離れたところで、医療機器が私たちの命を支えてくれるのだろうか？

微小重力下では、ニュートンの等しく反対方向の反応の法則が特に顕著になります。

スタンフォード大学のチームリーダーは18歳のポール・ウォーレン。コンピューターサイエンスを専攻する1年生で、16歳のときに国際宇宙ステーションに飛行する生物学実験を設計した。私が初めてウォーレンと電話で話したとき、有人宇宙旅行の未来に対する彼の熱意は、飛行の見通しに対する私の恐怖をいくらか上回った。「人類はすべてを探求し、すべてを学ぶまで満足することはないと思います」と彼は言った。「しかし、長期の宇宙飛行を現実のものにする前に、地球の救急室にあるような医療機器を宇宙でも利用できるようにする必要があります。」ヒューストンにあるNASAのハンガー990で彼に会った朝、彼はSpaceXのTシャツを着て、ほとんどが彼より年上のチームの他の5人のメンバーを自信たっぷりに指揮していた。

現在、宇宙にいる人間は医療監視や治療に関して選択肢が限られており、例えば手術はまだ不可能である。しかし、国際宇宙ステーションで医療上の緊急事態が発生した場合、宇宙飛行士は地球上の病院からわずか数時間で到着できる。しかし、火星への有人ミッションでは、人間は一度に何ヶ月、あるいは何年も宇宙空間に滞在することになるため、乗組員は緊急事態に自力で対処する準備を整える必要がある。

学生たちがテストしている超音波装置は、宇宙ミッションに非常に適している。軽量でコンパクト、使用に医療訓練はほとんど必要なく、プローブは一度に 72 時間体内に留まることができる。しかし、この技術はこれまで地球上でしか使用されておらず、無重力状態で正しく機能するかどうかは誰にもわからない。最も大きな懸念は、微小重力によってプローブが位置から外れてしまうことである。

チームの指導者で、心臓外科医で宇宙医学の専門家でもあるピーター・リー氏は、食道に留置する超音波プローブは長期宇宙飛行に理想的な診断ツールだと語る。「地球から遠く離れた宇宙飛行士が心血管疾患に罹患したり、何らかの理由で無力になり人工呼吸器を使わなければならなくなった場合、現在（宇宙では）心臓の連続画像を提供する画像診断法はありません」とリー氏は言う。「（体外）超音波を使うことはできますが、技術者がずっとそこにいて胸に当てていなければなりません。」

飛行前日、学生たちは、実物そっくりの皮膚で覆われ、解剖学的に正確な内臓模型が入ったマネキンに超音波プローブを装着して練習していました。柔軟なプローブを口から食道まで蛇行させ、体外超音波よりも鮮明な心臓画像を撮影します。プローブは白黒モニターに接続され、心臓の超音波画像をリアルタイムで表示します。画像から、心臓が鼓動しているかどうか、弁が正常に機能しているかどうか、心臓の周囲のどこに液体があるか、血液の流入と流出が多すぎないかがわかります。

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NASA のプログラムディレクターは、飛行前夜に十分な睡眠をとるよう警告しました。「アルコールは飲まないでください。また、重い食べ物は食べないようにしてください。」それでも、離陸前に受けたスコポラミン* 注射のせいで、私たちはみんな少しぼんやりしています。吐き気止めの薬のせいで、口と目がひどく乾き、聴覚が鈍く感じます。

重力が消えたとき、まず気づくのは天井に向かって浮いているということだと思うでしょう。実際、最初に気づくのは、内耳からの新しい奇妙な信号に脳が苦戦し、天井が上にあると認識しなくなることです。私はまず、自分がどういうわけかひっくり返ってしまったのだと思いました。実際、体に重みがあった数分前から、ほとんど動いていません。床から浮き始めると、私はパニックになり、近くの椅子につかまりました。目の前で、ウォーレンが空中で宙返りをしていました。

もちろん、重力が完全に消えたわけではなく、私たちはまだ地球の引力に大きく左右されています。1950 年代、航空科学者は放物線を描いて飛行することで無重力をシミュレートできることを発見しました。飛行機が 45 度の角度で上昇すると、上昇の力と地球の引力が組み合わさって、乗客は過重力 (通常約 2 G) を体験します。飛行機が機首を下げ始めると、機内に固定されていないすべての人や物は上昇を続け、客室の中央に浮かび上がります。

無重力状態は約 20 秒間続き、その後飛行機が弧を描き終えて機首を先にして地球に向かってスピードを上げ始めると、再び重力が 2 倍になります。飛行のこの部分は 2 マイルのジェットコースターの落下のように感じるのではないかと心配していました。しかし、床に横たわっていると、自分がとても重くなったように感じます。過重力状態では、腕を上げることさえ困難です。

実験に必要なデータを得るために、ウォーレンとチームメイトのサム・ベダー（23歳）、アンディ・ヴー（18歳）は、無重力の放物線ごとに心臓の画像を6枚撮影しなければならない。最初は、探査機を操作するのに十分な時間じっとしているのに苦労する。微小重力下では、ニュートンの反作用の法則が特に顕著だ。右手を少し動かすだけで、体全体が左に推進される。ある時点で、足を動かして、自分がバック宙をしていることに気づいた。

32 回の放物線と 1 時間ちょっと後、727 はエリントン飛行場に向かって戻り、私たちは客室後方の座席にシートベルトを締めた。NASA の乗務員が、短い帰路の飛行中に多くの乗客が眠ってしまうと教えてくれた。スコポラミンは鎮静剤だ。しかし、着陸する頃には、私たちは全員まだ目が覚めていて、ニヤニヤしながら話を語り合っていた。ありがたいことに、ポケットの中の嘔吐袋は空だった。

翌日、チームの残りのメンバー、ディニアナ・ピエクトフスキー (19 歳)、デイビッド・ガーソン (22 歳)、リサ・リー (21 歳) は、マネキンを再びパラボリック飛行に乗せた。運悪く、ピエクトフスキーだけが気分が悪くなった。「4 回も吐いてしまいました」と彼女は言う。「袋を何度も渡されました」 (このときの GoPro 映像もあると聞いたが、何度も動画を要求しても、手を振りながら笑いながら拒否された。)

飛行後、ウォーレン氏は地上で撮影したものと微小重力下で撮影したものの超音波画像のセットを心臓麻酔医に送り、各画像の品質を評価する。医師が両方のセットを同様に評価すれば、超音波プローブが将来宇宙で宇宙飛行士を監視できるかどうかを決定する第一歩となる。

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飛行から2か月後の6月初旬、ウォーレン氏は結果を報告した。心臓麻酔医は、地上で撮影した心臓の画像と無重力状態で撮影した心臓の画像に大きな違いは見られなかった。ウォーレン氏は、より多くの医師に画像を送って検討してもらう予定だ。チームは、最終的に結果を発表したいと考えている。

「将来、無重力状態で手術が必要になる日が来るでしょう」とウォーレン氏は飛行前に私に語った。「どうやって手術するのでしょうか？」