Quelle: ESA.

21 März 2019: Am 25. März 2019 startet die erste gemeinsame Langzeit-Bettruhestudie der Europäischen Weltraumorganisation ESA, der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt. Die jeweils 12 weiblichen und männlichen Probanden werden im Rahmen der Studie 60 Tage lang liegen, um die Auswirkungen von künstlicher Schwerkraft auf die Gesundheit von Astronauten zu untersuchen.

Durchgeführt wird die Langzeit-Bettruhestudie in der Forschungseinrichtung :envihab des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und ist die erste ihrer Art, die in Zusammenarbeit zwischen beiden Einrichtungen durchgeführt wird. Erstmalig wird auch die Kurzarm-Humanzentrifuge des DLR eingesetzt, um die Schwerkraft – zumindest zeitweise – für die Teilnehmer nachzuahmen und zu prüfen, inwieweit sie sich als Maßnahme gegen die Veränderungen in der Schwerelosigkeit eignet.

Wie leicht oder schwer fällt es den Teilnehmern, 60 Tage im Bett liegenzubleiben? Und welche Relevanz hat die künstliche Schwerkraft für die Weltraumforschung? Während die Vorbereitungen in vollem Gange sind, bringen wir Euch hinter die Kulissen dieser einzigartigen Studie.

Ein Traumjob
Bettruhestudien werden durchgeführt, um einige der Veränderungen nachzuvollziehen, die der menschliche Körper in der Schwerelosigkeit des Weltraums durchlebt. Im Weltraum werden die Knochen und Muskeln schwächer, weil es keine Schwerkraft gibt, die man überwinden muss.

Derzeit müssen sich Astronauten bis zu 2,5 Stunden täglich an Bord der Internationalen Raumstation sportlich betätigen. Außerdem müssen sie eine ausgewogene Ernährung einhalten, um die Auswirkungen der Schwerelosigkeit zu mildern. Wissenschaftler gehen davon aus, dass künstliche Schwerkraft bei längerfristigen Missionen entscheidend als mögliche Maßnahme gegen die negativen Effekte der Schwerelosigkeit auf den menschlichen Organismus eingesetzt werden könnte.

Es mag vielleicht erholsam klingen, aber für die beteiligten Probanden werden die 60 Tage, die sie dauerhaft im Bett liegen sollen, sicherlich herausfordernd sein. Dazu kommen inklusive Eingewöhnungs- und Erholungsphase 29 Tage hinzu.

Während des gesamten Studienverlaufs verbleiben alle 24 Teilnehmer bei :envihab auf dem DLR-Campus. Dort liegen sie in Betten mit einem um 6° geneigten Kopfteil und müssen sicherstellen, dass eine ihrer Schultern jederzeit die Matratze berührt. Damit soll die Verlagerung der Körperflüssigkeiten sichergestellt werden.

Die Forscher werden Veränderungen und Testtechniken von der Ernährung bis hin zu körperlichen Betätigungen untersuchen, die durch den Zufluss des Blutes in ihre Köpfe und den Muskelabbau aufgrund der Unterbeanspruchung ausgelöst werden. Die künstliche Schwerkraft ist eine der Techniken, die im Mittelpunkt der Untersuchung steht.

Schwerkraft nachahmen
Einmal täglich werden einige Probanden im Liegen auf der Kurzarm-Zentrifuge in der Forschungsanlage des DLR :envihab gedreht. Damit wird der Blutfluss zu ihren Füßen gefördert und die Forscher können das Potenzial der künstlichen Schwerkraft bei der Bekämpfung der negativen Auswirkungen der Schwerelosigkeit erkunden.

Die Intensität der Zentrifugalkraft kann an jede Person entsprechend ihrer Größe angepasst werden. Sie lässt sich auch so einstellen, dass die Probanden um ihren Kopf oder ihre Brust gesponnen werden. Eine solche Positionsänderung könnte weitreichende Folgen für die Rehabilitation haben. Allerdings sind die Folgen derzeit unbekannt, da es sich um einen neuen Bereich handelt.

Im Laufe der Studie werden verschiedene Experimente in Bezug auf Herz-Kreislauf-Funktion, Gleichgewicht und Muskelkraft, Stoffwechsel und kognitive Leistungsfähigkeit durchgeführt. Sieben dieser Experimente werden von europäischen Forschungsgruppen umgesetzt, um die Ergebnisse anschließend auf der Internationalen Raumstation bei zukünftigen Missionen zu validieren.

Internationale Zusammenarbeit
ESA-Wissenschaftskoordinatorin Jennifer Ngo-Anh weist darauf hin, dass der internationale Charakter der Langzeit-Bettruhestudie die internationale Zusammenarbeit widerspiegelt, die bei künftigen Langzeitmissionen wie zum Mond notwendig sind.

„Um sichere und nachhaltige Langzeitmissionen zu ermöglichen, müssen verschiedene gesundheitsgefährdende Risiken für die Astronauten minimiert werden. Die AGBRESA- Studie ermöglicht es uns, Muskelschwund durch die Schwerelosigkeit, aber auch andere Belastungen wie kosmische Strahlung, Isolation und räumliche Einschränkungen zu erforschen.“

Der Beitrag Die ESA und die Bettruhestudie AGBRESA erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DLR.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) startet am 25. März 2019 gemeinsam mit der europäischen Weltraumorganisation ESA und der amerikanischen Weltraumbehörde NASA mit AGBRESA (Artificial Gravity Bed Rest Study) die erste gemeinsame Langzeit-Bettruhestudie. Erstmals wird dabei der Einsatz von künstlicher Schwerkraft als mögliche Maßnahme gegen die negativen Effekte der Schwerelosigkeit auf den menschlichen Organismus untersucht. Sollen Astronauten künftig für lange Zeit im Weltraum oder auf dem Mond und Mars leben, müssen effektive Gegenmaßnahmen gegen Knochen- und Muskelschwund entwickelt werden. Zwei Drittel der Probanden werden daher während der dreimonatigen Studie täglich im Liegen auf der DLR-Kurzarm-Zentrifuge in der luft- und raumfahrtmedizinischen Forschungsanlage :envihab gedreht.

„Die astronautische Raumfahrt ist auch in Zukunft wichtig, um Experimente in der Schwerelosigkeit durchzuführen – dafür müssen wir sie für die Astronauten aber auch so sicher wie möglich machen“, sagt Prof. Hansjörg Dittus, DLR-Vorstand für Raumfahrtforschung und -technologie. „Diese Bettruhestudie von DLR, NASA und ESA bietet Raumfahrtforschern aus ganz Europa und den USA die Möglichkeit, zusammenzuarbeiten und gemeinsam ein Maximum an humanwissenschaftlichen Erkenntnissen zu gewinnen.“

„Das Raumfahrtmanagement des DLR fördert mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie die Experimente der deutschen Wissenschaftler, die von der ESA zur Teilnahme an der Studie ausgewählt wurden. Die starke Beteiligung Deutschlands am ISS-Nutzungsprogramm bildet eine exzellente Voraussetzung für deutsche Hochschulinstitute und Forschungseinrichtungen, einzigartige Möglichkeiten zu nutzen – die Resultate sind sowohl für die weitere Forschung im All als auch auf der Erde relevant“, sagt Dr. Thomas Galinski, zuständiger Projektdirektor im DLR Raumfahrtmanagement.

Die jeweils zwölf weiblichen und männlichen Probanden werden 60 Tage in den Betten des :envihab am DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin in Köln verbringen. Inklusive Eingewöhnungs- und Erholungsphase wird ihr Aufenthalt 89 Tage dauern. Während der Bettruhephase finden sämtliche Aktivitäten wie Experimente, Essen und Freizeitgestaltung im Liegen statt. In ihren Bewegungen sind die Probanden eingeschränkt, sodass sich die Beanspruchung von Muskeln, Sehnen und Skelett reduziert. Da die Betten zum Kopf hin um sechs Grad nach unten geneigt sind, wird die Verlagerung der Körperflüssigkeiten wie bei den Astronauten in Schwerelosigkeit ausgelöst.

Dr. Leticia Vega, stellvertretende Chefwissenschaftlerin für internationale Kooperationen für das Human Research Programme der NASA, erklärt: „Beide Effekte sind vergleichbar mit denen von Astronauten im Weltraum. Zwar werden die Auswirkungen der Schwerelosigkeit primär auf der Internationalen Raumstation erforscht. Je nach Forschungsfrage hat es allerdings Vorteile, einen oder mehrere Aspekte zunächst auf der Erde unter kontrollierten Bedingungen zu simulieren. Später werden die Ergebnisse auf der ISS validiert.“

Das Motto: „For space and Earth“
„In internationaler Kooperation plant die ESA sichere und nachhaltige Langzeitmissionen in die Tiefen des Weltalls. Um dies zu ermöglichen, müssen verschiedene gesundheits- und damit missionsgefährdende Risiken minimiert werden“, ergänzt Dr. Dr. Jennifer Ngo-Anh, Wissenschaftskoordinatorin bei der ESA. „Mit AGBRESA widmen wir uns dem Muskelschwund durch die Schwerelosigkeit. Andere Belastungen wie Weltraumstrahlung, Isolation, räumliche und andere Einschränkungen gehören aber genauso auf unsere Forschungsagenda.“

Die humanphysiologische Forschung in Schwerelosigkeit oder unter simulierten Bedingungen ist nicht nur wichtig für Astronauten zum Erhalt der Gesundheit und Leistungsfähigkeit im All, sondern auch für den Menschen auf der Erde. Raumfahrtmedizin bedeutet deshalb auch Gesundheitsforschung für die Erde in allen Bereichen der Prävention, Diagnostik und Therapie.

Das DLR stellt die Wissenschaftler, Räumlichkeiten, Ärzte sowie das Betreuungs- und Ernährungsteam. „Das :envihab bietet für diese Studie die besten Voraussetzungen: Wir können hier zwölf Probanden gleichzeitig unterbringen, versorgen, untersuchen und eine große Anzahl an Experimenten durchführen“, sagt Prof. Jens Jordan, Leiter des DLR-Instituts für Luft- und Raumfahrtmedizin. „Neben der Probandenstation befindet sich in direkter Nachbarschaft ein MRT und die DLR-Kurzarm-Humanzentrifuge. Weltweit erstmalig bei einer Langzeit-Bettruhestudie setzen wir mit Fahrten auf einer Zentrifuge künstlich erzeugte Schwerkraft ein, um zu testen, inwieweit sie sich als Präventions- und Gegenmaßnahme zu den physiologischen Veränderungen unter Schwerelosigkeit eignet.“ Dazu wird eine Vielzahl von Experimenten durchgeführt, unter anderem zu Herz-Kreislauf-Funktion, Gleichgewicht, Muskelkraft sowie kognitive Tests und auch invasive Untersuchungen wie Gewebeentnahme aus den Muskeln, Mikrodialyse, Messung der elektrischen Muskelaktivität und regelmäßige Blutabnahmen.

Der menschliche Körper – eine Maschine, die abbaut, was sie nicht braucht
Der menschliche Körper ist auf Effizienz getrimmt. Schließlich war seine Nahrungsversorgung über viele Evolutionsstufen nicht gesichert und so galt es, mit den Kräften hauszuhalten. Die Konsequenz: Alle Funktionen und Ressourcen, die mittel- bis längerfristig wenig oder gar nicht genutzt werden, fährt der Körper spürbar zurück. Der Kraftverlust und Rückgang an Muskelmasse, den Hobbysportler bereits nach einer mehrwöchigen Trainingspause im Ansatz verspüren, kann bei Astronauten auf längeren Weltraummissionen in der Schwerelosigkeit erhebliche Ausmaße annehmen. Ohne Gravitation bilden sich Muskeln und Knochen stark zurück. Körperflüssigkeiten verschieben sich in die obere Körperhälfte und das ganze Herz-Kreislauf-System wird weniger beansprucht und verliert an Leistungsfähigkeit – kurz: Im Vergleich zur Degeneration auf der Erde läuft sie im All wie im Zeitraffer ab.

Bettruhestudien sind in der weltraummedizinischen Forschung der Goldstandard, um auf der Erde die Wirkung von Schwerelosigkeit auf den Körper zu simulieren. Zuletzt sammelten die Kölner Raumfahrtmediziner des DLR 2017 Erfahrungen bei der VaPER-Studie. Die AGBRESA-Studie findet in zwei Kampagnen statt, die ersten Probanden ziehen am 25. März 2019 ein, die zweite Kampagne beginnt Anfang September dieses Jahres. Für die zweite Phase im Herbst suchen die Forscher noch weitere Probanden, insbesondere Teilnehmerinnen. Denn Ziel ist es, Erkenntnisse für alle künftigen Raumfahrer zu gewinnen – Astronautinnen und Astronauten.

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