Sauerstoffverbrauch bei Kniebeugen auf einer Kurzarmzentrifuge

Kurzfassung

Physiologische Veränderungen und Anpassungen in der Schwerelosigkeit Die fehlende Beschleunigung durch die Schwerkraft führt im menschlichen Körper zu verschiedenen kurz-, mittel- und langfristigen Veränderungen von unterschiedlichen Ausmaßen. Praktisch unmittelbar nach Eintritt in die Schwerelosigkeit kommt es zu einer Umverteilung von Flüssigkeit aus den unteren Extremitäten in den Bereich des Thorax und des Kopfes [1]. Dieser „Fluid shift“ hat neben einem leichten Anschwellen der Weichteile des Kopfes und einem verminderten Geschmacksempfinden auch ernstere, aktuell noch wenig verstandene Folgen wie das SANS (Space flight-associated neuro-ocular syndrome)[2] zur Folge. Dabei kommt es durch die Flüssigkeitsumverteilung zu einem klinischen Bild, das der Symptomatik eines erhöhten Hirndrucks ähnelt [3]. Manche der zum SANS gehörenden Veränderungen wie beispielsweise die Hyperopisierung, können dauerhaft sein. Dennoch sind seine genaue Pathogenese und langfristigen Folgen noch kaum erforscht. Space Motion Sickness (SMS, eine Art der Kinetose [4]) betrifft circa die Hälfte aller Raumfahrer und äußert sich mit Symptomen wie Übelkeit und Erbrechen, Schweißausbrüchen, und natürlich einer reduzierten Leistungsfähigkeit. Meistens klingen die Symptome nach zwei bis drei Tagen ab [5], können aber nach der Rückkehr zur Erde erneut auftreten. Während dieses Krankheitsbild auf der Erde schon extrem unangenehm und störend sein kann, ist es im All höchst gefährlich und kann den Erfolg und die Sicherheit einer Mission beeinträchtigen. Der Verlust an Knochensubstanz ist eine mittel- bis langfristige Konsequenz der Schwerelosigkeit. Etwa 1% der Knochenmasse geht pro Monat trotz der aktuell etablierten Gegenmaßnahmen verloren [6]. Dabei nimmt die Rate des Verlustes jedoch mit der Zeit ab, so dass es möglicherweise ein Equilibrium geben könnte, an dem kein zusätzlicher Knochenverlust mehr stattfindet [7]. Allerdings wäre der bis dahin aufgetretene Verlust an Knochenmasse gewiss mit einem extremen Frakturrisiko schon im All und besonders nach der Rückkehr auf die Erde verbunden. Da es sich beim Wiederaufbau der Knochensubstanz insgesamt um einen sehr langsamen Prozess handelt, dauert dieser nach Rückkehr in das Schwerefeld der Erde teilweise länger als der Aufenthalt im All. [8] Ein Aufenthalt im All führt überdies auch zu einem Verlust an Muskelmasse, was in einer niedrigeren Muskelkraft resultiert. Vor allem langsame Typ I-Fasern scheinen davon stark betroffen zu sein, was wohl mit ihrer hauptsächlich stabilisierenden Rolle zusammenhängt, die in der Schwerelosigkeit größtenteils wegfällt [9, 10]. Doch auch die schnelleren Typ II-Fasern, welche für explosive Kraftentwicklung verantwortlich sind, atrophieren stark [11].8 Laut der Bioastronautics Critical Path Roadmap der NASA [12] sind die größten mit der Schwerelosigkeit assoziierten kardiovaskulären Gefahren Herzrhythmusstörungen, Auftreten von bisher asymptomatischen Herzkreislauferkrankungen, orthostatische Intoleranz und eine inadäquate Reaktion auf Belastung des Herzkreislaufsystems [13]. Dass Raumfahrer im All und auch einige Zeit nach ihrer Rückkehr ein reduziertes Schlagvolumen aufweisen, ist schon lange bekannt[14]. Des Weiteren nimmt bei einem Aufenthalt in der Schwerelosigkeit auch die Herzgröße ab, wobei das Herzminutenvolumen durch eine kompensatorisch erhöhte Herzfrequenz aufrechterhalten wird [15]. Insgesamt resultiert dies in einer reduzierten aeroben Leistungsfähigkeit, wobei hier wohl auch ein reduziertes Blutvolumen von Bedeutung ist [16]. Um diese unphysiologischen und schädlichen Veränderungen im menschlichen Körper zu verhindern oder zumindest zu reduzieren werden verschiedene Gegenmaßnahmen, sogenannte Countermeasures genutzt