ＮＨＫジュニアスペシャル 第19回「なめらかな連係プレー 〜骨・筋肉」
ＶＴＲ台本 ＰＤ：杉山 優
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│ＶＴＲ１ 宇宙飛行士の無重力体験 │
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スカイラブ打ち上げ│0231│Ｑ １９７３年、宇宙実験室
│ │ スカイラブの打ち上げです。
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│ │ スカイラブは人間を月に送った
│ │ アポロ計画のあとを継いで
│ │ 人間が長期間、宇宙に滞在し
│ │ 様々な宇宙実験を
│ │ 行うというものでした
│ │
宇宙のスカイラブ │0251│Ｑ 地球からおよそ４３０キロ
スカイラブ内部 │ │ ここは地球の引力から解き放たれた
│ │ 無重力の世界です
│ │
実験の様子 │0322│Ｑ 無重力状態の中で人間の身体が
│ │ どのように変化するのか
│ │ 宇宙飛行士たちから、
│ │ 様々な医学データが集められました
│ │
船外作業 │0339│Ｑ 宇宙実験室、スカイラブでは
│ │ ３チームのクルーが様々な実験に参加し
│ │ 一番長く滞在したクルーは
雲の流れ │ │ ８４日間、宇宙で生活しました
│ │
帰還船 │0358│Ｑ 宇宙飛行士たちが
│ │ 無重力の生活を終えて、
│ │ 地球に戻ってきました
│ │
着水 │0405│Ｑ スカイラブの帰還です
│ │
宇宙飛行士船外へ │0414│Ｑ 地球に戻ってきた宇宙飛行士、
│ │ 立ち上がるときに身体が揺れて
│ │ ちょっと不安定です
│ │
│ │
│ │
│ │
│ │
│0418│Ｑ 一つ一つの動きがだるそうで
│ │ とてもぎこちなく見えます
│ │ 地球に戻ってきたとき、
│ │ 宇宙飛行士たちは
│ │ 階段を下りることさえ辛いといいます
エレベーター │ │
の宇宙飛行士│0430│Ｑ わずかな高さでも
│ │ エレベーターが必要です
│ │ 健康で丈夫なからだの
│ │ 宇宙飛行士たちも宇宙から帰還すると
│ │ 動きがぎこちなくなるほど
│ │ 身体に変化があらわれるのです
│ │ 0447
│ │
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│ＶＴＲ２ 筋肉が動くメカニズム │
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人体 │0745│Ｑ 全身を自在に動かすことができるのは
│ │ 身体を支える骨とそれを動かす筋肉が
│ │ なめらかに連携しているからです。
│ │
レントゲン映像 │0755│Ｑ 筋肉が骨を動かす、
│ │ 基本的な仕組みを見てみましょう。
│ │ 骨を動かす筋肉は
│ │ １本の骨に２本が
│ │ ペアになってついています。
│ │ １本の筋肉が縮むとき
│ │ ペアになった、もう１本の筋肉は
│ │ 伸びる仕組みになっています
│ │
上腕 │0810│Ｑ 今度は筋肉が縮む仕組みを
│ │ コンピュータ・グラフィックスで
│ │ 見てみましょう
│ │
ＣＧ │0818│Ｑ 筋肉が骨とつながる部分は
│ │ アキレス腱のような腱になっています
│ │ 筋肉の断面を見ると筋肉は
│ │ いくつもの繊維の束、
│ │ 筋繊維でできています
│ │
│0839│Ｑ この繊維の束、筋繊維は
│ │ 更に細い筋原繊維という
│ │ 繊維でできています
│ │
│0850│Ｑ 筋原繊維の内部には２種類の蛋白質が
│ │ 規則正しく並んでいます
│ │
│ │Ｑ ２種類の蛋白質は
│ │ お互いに間隔を開けるようにして
│ │ 交互に並んでいます
│ │
│ │
│ │
│ │
│0922│Ｑ ２種類の蛋白質は
│ │ 赤い色で示した方がアクチン、
│ │ 白で示した方はミオシンといいます
│ │ 筋肉の収縮には
│ │ このアクチンとミオシンが
│ │ 重要な役割を果たしています
│ │
│0938│Ｑ この蛋白質、アクチンとミオシンが
│ │ 互いに働き合うことによって
│ │ 筋肉の収縮が起こります
│ │
海 │0946│Ｑ 地球に生きる生き物は
│ │ ３千万種にのぼるといわれます
│ │ アクチンとミオシンは
│ │ その大部分の生き物に共通する
│ │ 蛋白質です
│ │
コケムシ │0954│Ｑ 顕微鏡でようやく見える
│ │ この小さな生き物、
│ │ 水中で岩などに貼り付いている
│ │ コケムシが、獲物を捉える運動も
│ │ アクチンとミオシンの作用です
│ │
フクロワムシ │1018│Ｑ こちらはフクロワムシ。
│ │ 原始的なこれらの生き物の運動も
│ │ アクチンとミオシンの働きなのです
│ │
│ │Ｑ アクチンとミオシン、
│ │ ２つの蛋白質はどうやって
│ │ 筋肉を動かしているのでしょうか
│ │
上腕 │1034│Ｑ 筋肉には神経細胞から
│ │ 刺激が伝えられます
ＣＧ │ │ 神経からの刺激が筋肉に
│ │ 伝わってきました
│1044│ 刺激は筋肉を造る束、
│ │ 筋繊維の表面を伝わっていきます
│ │
│ │
│ │
筋繊維 │1103│Ｑ 伝わり方を拡大すると刺激は
│ │ 筋原繊維をとりまく膜に
│ │ 伝わっていることが分かります
│ │ 膜の中にはカルシウムイオンが
│ │ 蓄えられています
│ │
拡大ＣＧ │1110│Ｑ 刺激が来るとそのカルシウムイオンが
│ │ 放出されます
│ │ カルシウムイオンの放出が
│ │ きっかけとなって
│ │ 筋肉を構成する２つの蛋白質
│ │ アクチンとミオシンが
│ │ 共同で筋肉を収縮させます
│ │
アクチンとミオシン│1145│Ｑ 筋肉を動かすアクチンとミオシン。
│ │ ２種類の蛋白質は
│ │ カルシウムイオンがあって
│ │ はじめて筋肉を収縮させることが
│ │ できるのです
│ │
│ │
│ │
│ │
│ │ 1153
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│ＶＴＲ３ 骨のメカニズム │
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重量挙げ │1816│Ｑ 人間の身体を支える骨。
│ │ ただ体重を支えるだけでなく、
│ │ 時には体重の何倍もの重さに
│ │ 耐えることができます。
│ │
│ │ 大きな力に耐える骨。
│ │ まずはその構造を見てみましょう
│ │
大腿骨 │1842│Ｑ 太ももの骨、大腿骨を通して
│ │ その強さの秘密を探ってみます
│ │
ＣＧ合成 │1851│Ｑ 大腿骨に体重が加わったときの様子を
│ │ 分析してみました
│ │ 赤い線が示すように
│ │ 斜めの方向に力が集中しているのが
│ │ わかります
│ │ 力が集中している所に筋が見えます。
│ │ これは、骨を補強している支えです
│ │ この支えは骨梁と呼ばれています
│ │ １本の棒のように見える骨には
│ │ このような構造が秘められているのです
│ │
空洞の断面 │1909│Ｑ 更に骨の中心部は空洞になっています
│ │
鉄材の比較 │1918│Ｑ 同じ長さ、同じ重さの鉄の棒と
│ │ 鉄のパイプで強さを比較してみます
│ │
グラフ │1941│Ｑ 棒よりも骨と同じように
│ │ 内部が空洞になっている
│ │ パイプの方が２倍の力に
│ │ 耐えられることがわかりました
│ │
骨の断面 │1955│Ｑ 軽くて丈夫な骨、
│ │ 今度は更に細かな構造を
│ │ 顕微鏡で拡大していきます
│ │
│ │
顕微鏡写真 │2000│Ｑ 木の年輪のような構造が見えます。
│ │ これを作っているのは
│ │ リン酸カルシウムなどの
│ │ 硬い物質です
│ │
│ │Ｑ 年輪の構造を更に拡大してみます
│ │
骨細胞 │2010│Ｑ この点の一つ一つは、骨細胞です
│ │ 骨細胞は血液と骨の間で
│ │ カルシウムなどを移動させている
│ │ 細胞です
│ │ 骨細胞は一つ一つが
│ │ 多くの突起をのばして
│ │ 隣の細胞と連絡を取り合っています。
│ │ そして、この突起が
│ │ 血液と骨の間で、カルシウムなどを
│ │ 行き来させる通路になっています
│ │ 一見、無生物のように見える
│ │ 丈夫な骨の中には、たくさんの細胞が
│ │ 生きているのです
│ │
頭蓋骨 │2040│Ｑ しかし、この丈夫さも
│ │ 地球上に働く重力がないと
│ │ 維持していくことはできません
│ │
元宇宙飛行士写真 │2051│Ｑ ８４日間の宇宙生活から帰還した
│ │ 宇宙飛行士の身体は
│ │ 骨も筋肉も無重力の影響で
│ │ とても弱くなっていました
│ │
走り │2103│Ｑ 地球に戻ってから、
│ │ 弱くなった体を鍛えるために
│ │ トレーニングを続けました。
│ │ その結果筋肉は数カ月で
│ │ 元の力強さを取り戻しましたが
│ │ 骨はなかなか元に戻りませんでした
│ │
│ │
│ │
│ │
骨ＵＰ │2117│Ｑ 宇宙にいる間に骨からは
│ │ ５％のカルシウムが失われました。
│ │ その結果、骨梁と年輪構造が少なくなり
│ │ 骨は弱くなってしまいました
│ │
│ │ 一体、骨に何が起こったのでしょうか
│ │
破骨細胞 │2143│Ｑ 実は骨を溶かす細胞がいるのです
│ │ これは骨を溶かす、破骨細胞が
│ │ 骨を溶かしていく様子です
│ │ 骨の中には骨細胞の他に
│ │ こんな細胞もいるのです
│ │
電子顕微鏡写真 │2208│Ｑ 電子顕微鏡で見ると
│ │ 骨を溶かしているのがよくわかります
│ │
│ │Ｑ 更に骨を溶かす細胞と反対に
│ │ 骨を作る細胞もいます
│ │
アニメーション │2219│Ｑ 破骨細胞が、
│ │ 骨の中のカルシウムを溶かすと、
│ │ その後に、骨を作る骨芽細胞が
│ │ 新しく、年輪構造と支えである骨梁を
│ │ 作り上げます
│ │
│ │ 破骨細胞によって溶かされた
│ │ カルシウムは、骨細胞の突起を通って
│ │ 血液に運ばれます。
│ │ 反対に血液から骨細胞の突起を通って
│ │ 運ばれてきたカルシウムは
│ │ 骨芽細胞によって
│ │ 新しい年輪構造と骨梁を
│ │ 作り上げるのです
│ │ このように２種類の細胞が
│ │ 溶かしては作るという作業を
│ │ 繰り返しながら、
│ │ 骨は、その強さを保っているのです
│ │
│ │
│ │
│ │ しかし、このバランスが崩れると
│ │ 先程の宇宙飛行士のように
│ │ 骨のカルシウムは失われてしまいます
│ │
年輪構造 │2256│Ｑ ではなぜ、宇宙では
│ │ ２種類の細胞のバランスが
│ │ 崩れてしまうのでしょうか
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スカイラブ内部 │2308│Ｑ その理由の一つは
│ │ 宇宙の、無重力という環境でした
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│ │Ｑ 地球の重力のもとでは、
│ │ 運動をすると骨には力が加わり、
│ │ それが刺激となって、骨芽細胞が
│ │ 新しい骨を作ると考えられています
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刺激の役割実験 │2324│Ｑ 骨に刺激を与えるとどうなるのか
│ │ 実験してみました
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│ │Ｑ 骨の両端にわずかな電流も捉える
│ │ 電極をセットして、
│ │ 骨に刺激を与えてみます
│ │
│ │Ｑ 刺激を加えると、
│ │ 微かな電気が生じました
│ │ その電気が信号となって
│ │ 骨を作る骨芽細胞を活発に働かせると
│ │ 考えられています
大腿骨 │ │ 無重力の宇宙では、運動しても
│ │ 骨には、あまり刺激が伝わりません
│ │ そのために
│ │ 骨芽細胞が適切に働かず、
│ │ 骨は弱くになりました
│ │ 骨は、地球の重力の元で
│ │ 破骨細胞と骨芽細胞によって
│ │ 新しく作り替えないと
│ │ 元通りにはならないので
│ │ 筋肉よりも回復に時間がかかるのです
│ │
│ │ 2425