Quantifizierung der Variabilität muskuloskelettaler Adaptationen nach Bettruhe und Mikrogravitation: Implementierung von Gegenmaßnahmen durch Transfer von Wissenschaft in die Praxis

Kurzfassung

Unter Mikrogravitationsbedingungen im Rahmen von Raumfahrtmissionen kommt es zu einem Abbau von Muskulatur als auch Knochen trotz eines beinahe täglichen Trainings. Um die Folgen für die Raumfahrt genauer untersuchen zu können und mögliche Gegenmaßnahmen zur Reduktion oder Vermeidung negativer Anpassungen zu erproben, werden auf der Erde Bettruhestudien durchgeführt. Diese Bettruhestudien führen zu vergleichbaren Abbauprozessen der Muskeln sowie Knochen. Allerdings ist bislang nicht bekannt, inwieweit die inter-individuelle als auch intra-individuelle Variabilität der muskuloskelettalen Adaptationen ebenfalls adäquat durch die Bettruhe simuliert wird. Daher hat sich diese Dissertation zum Ziel gesetzt, einen statistischen Ansatz zu erarbeiten, der die Variabilität der muskuloskelettalen Adaptationen quantifiziert unter Berücksichtigung der Messungenauigkeit des genutzten Messsystems. Dieser Ansatz sollte in einem weiteren Schritt um den Einfluss der durchgeführten Gegenmaßnahmen während der Bettruhe zum Erhalt der Muskulatur und des Knochens erweitert werden. Schließlich war es das Ziel, diesen Ansatz auch bei Daten von Raumfahrenden anzuwenden und dies mit der Variabilität nach Bettruhe zu vergleichen. Zu diesem Zweck wurden sowohl die Teilnehmenden aus den Bettruhestudien als auch die Raumfahrenden mittels peripherer quantitativer Computertomographie (pQCT) am Unterschenkel untersucht. Mittels der pQCT-Messungen konnten so Erkenntnisse über die Abnahme des Muskelquerschnitts als auch den Abbau des Knochens gesammelt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass der entwickelte Ansatz eine gute Möglichkeit zur Quantifizierung der Variabilität der muskuloskelettalen Adaptationen darstellt. Es wurde gezeigt, dass nach Bettruhe eine hohe inter-individuelle Variabilität vorliegt. Die untersuchten Muskelregionen wiesen keine intra-individuelle Variabilität auf, bei den Knochenregionen war jedoch eine intra-individuelle Variabilität zu erkennen. Entgegen der Annahme, dass Gegenmaßnahmen die Variabilität zusätzlich erhöhen, zeigten die Ergebnisse keinen Einfluss der Gegenmaßnahmen auf die Variabilität. Der Vergleich der Ergebnisse nach Bettruhe und nach Mikrogravitation zeigte, dass es keine Unterschiede bezüglich der inter- als auch intra-individuellen Variabilität der muskuloskelettalen Adaptationen gab. Dementsprechend bilden die Bettruhestudien auch diesen Aspekt der Raumfahrt sinnvoll ab. Bettruhestudien können genutzt werden, um Parameter, die einen Abbau von Muskeln und Knochen begünstigen, zu bestimmen. Dies kann dann für die zu-künftige Auswahl von Raumfahrenden genutzt werden, da das Crew-Mitglied mit dem größten Abbau die größte Gefährdung für eine erfolgreiche Mission darstellt.

Ein weiteres Ziel dieser Dissertation war es, aufgrund der thematischen Überschneidungen der Bettruhe bzw. Inaktivität, Erkenntnisse aus der Raumfahrtwissenschaft in die Langzeitpflege zu übertragen. Ein Trainingsalgorithmus, der zu Teilen auf Erkenntnissen aus der Raumfahrtwissenschaft basiert, sollte hinsichtlich der Akzeptanz und Machbarkeit in einer Pflegeheimumgebung untersucht werden. Denn neben der Wirksamkeit sind die Akzeptanz und Machbarkeit die entscheidenden Faktoren, die die Effektivität eines Trainingsprogrammes beeinflussen. Dazu wurde der KNIMS-Trainingsalgorithmus in fünf Pflegeeinrichtungen implementiert, indem das dortige Personal geschult wurde. Über einen Interventionszeitraum von vier Wochen wurde das Training entweder als Einzel- oder als Gruppentraining durchgeführt und dokumentiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die kombinierte Akzeptanz und Machbarkeit, die das Verhältnis von durchgeführten Trainingseinheiten zu geplanten Trainingseinheiten beschreibt, bei 54% lagen. Maßgeblich wurde dieser Wert dadurch beeinflusst, dass die Studie während der Covid-19-Pandemie durchgeführt wurde und es daher häufig zu Trainingsausfällen aufgrund von erkranktem Personal oder Pflegeheimbewohnenden kam. Die operationelle Machbarkeit, die das Verhältnis von angebotenen Trainingseinheiten in Relation zu geplanten Trainingseinheiten beschreibt, lag bei 91%. Alle drei Übungen des KNIMS-Trainingsalgorithmus konnten bei ≥ 88% der Trainingseinheiten von den Pflegeheimbewohnenden durchgeführt werden. Es wurde damit gezeigt, dass der Transfer aus der Raumfahrtwissenschaft in die Pflegeheimumgebung möglich ist. Diese Erkenntnis kann dazu genutzt werden, dass in Zukunft nachgewiesen effektive Maßnahmen aus der Raumfahrtwissenschaft zeitnah in die Pflegeheimumgebung übertragen werden, da in beiden Bereichen ähnliche Herausforderungen vorliegen.