Der Mars rückt näher

28 Mai 2004

Ende Mai lief die vom Zentrum für Muskel- und Knochenforschung (ZMK) der Berliner Charité in Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation ESA durchgeführte BedRest-Studie erfolgreich aus. Im Brennpunkt der Studie zur Vorbereitung einer bemannten Marsmission standen die Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf den Bewegungsapparat. Erste Befunde zeigen: Durch geeignetes Training können Astronauten ihre Muskulatur und besonders ihre Knochensubstanz auch auf Langzeitflügen in Mikrogravitation weitgehend erhalten. Damit rückt der Rote Planet wieder ein Stück näher.

Wer wochen- oder monatelang untätig im Bett liegt, dem schrumpfen die Muskeln. Auch die Knochen verlieren an Substanz, werden spröde. So hat die Natur es eingerichtet. Wenn der Bewegungsapparat nicht gebraucht wird, bildet er sich zurück.
Dieses „Naturgesetz“ macht auch Raumfahrern zu schaffen. Wegen permanenter Minderbelastung des Bewegungsapparates durch fehlende Schwerkraft kommt es zum Abbau von Muskel- und Knochensubstanz. Besonders betroffen sind die untere Rumpfpartie, das Becken und die Beine. Die gewichtstragenden Knochen verlieren im All pro Monat etwa 1 bis 2 Prozent an Masse. Nur wenn diese körperlichen Einbußen kompensiert werden können, sind bemannte Langzeitmissionen – beispielsweise zum Mars – überhaupt zu verwirklichen. Ohne geeignete Gegenmaßnahmen liefen die Marspioniere Gefahr, sich bei den ersten Schritten auf dem Roten Planeten die Beine zu brechen. Wenn sie überhaupt noch laufen könnten.

Erdgravitation ausgetrickst

Felsenberg und Rittweger im Kreis ihrer Erdastronauten

Astronauten und Bettlägerige sind also gleichermaßen und aus denselben Gründen von Muskel- und Knochenschwund betroffen. Diese Parallelität macht sich die Weltraummedizin zunutze, um das Schwerefeld der Erde auszutricksen. In Untersuchungen wie der Berliner BedRest-Studie werden Schwerelosigkeit und deren Folgen simuliert, indem man ausgewählten Testpersonen strikte Bettruhe verordnet und dann die physiologischen Veränderungen beobachtet.
Die Berliner Studie ging jedoch noch einen Schritt weiter: Neben der Beobachtung physiologischer Effekte galt das Hauptaugenmerk der Erprobung einer neue Trainingsstrategie, um dem Muskel- und Knochenabbau im All beizukommen.

Liegemarathon im Dienst der Weltraummedizin

Vibrationsmuskeltraining mit dem "Galileo Space"

Für die im Februar 2003 angelaufene BedRest-Studie hatte das internationale Team um den ZMK-Osteoporoseforscher Dieter Felsenberg aus über 1000 männlichen Bewerbern 20 Versuchspersonen ausgewählt. Die Liegeastronauten im Alter von 20 bis 45 Jahren wurden zu fünf Vierer-Crews zusammengefasst. Sie mussten jeweils acht Wochen lang strikt das Bett hüten.
„Die Jungs waren handverlesen, exzellent psychologisch gescreent“, erklärte Felsenberg. „Kein Einziger ist vorzeitig ausgestiegen“. Und dies trotz der verschärften Bedingungen: Essen, Waschen und Notdurft im Liegen verrichten, keine direkten Kontakte zu Freunden und Verwandten und ein Tag füllendes medizinisch-wissenschaftliches Untersuchungsprogramm. Also eine Studie, die sich ganz nah am realen Leben von Astronauten bewegt.

Die Hälfte der terrestrischen Astronauten trainierte während der zwei Monate in der Horizontalen täglich fünf bis zehn Minuten mit einem neuartigen Trainingsgerät namens „Galileo Space“. Der von einem Forschungsteam des ZMK und der Firma Novotec in Pforzheim entwickelte Vibrationstrainer stimuliert die Beinmuskulatur durch hochfrequente Schwingungen in derartige Weise, dass diese bis zu 1600 Mal pro Minute angespannt und wieder gelockert wird. Die Beinmuskeln leisten auf diese Art – also im Liegen – in drei Minuten jene Kontraktionsarbeit, die sonst bei einem 10 000-Meter-Lauf entstehen würde.

Grünes Licht für den Flug zum Mars

Beschwerlich: Das Aufrichten nach dem Liegemarathon

Nach dem Abschluss der Studie läuft die wissenschaftliche Auswertung der Ergebnisse bereits auf Hochtouren. „Wir stehen mit der Auswertung zwar noch ganz am Anfang“, erklärt Jörn Rittweger, der für die wissenschaftliche Koordination der Berliner Liegestudie zuständig ist. „Aber schon jetzt ist klar, dass wir mit dem Vibrationstraining eine Methode haben, die alles bisher da Gewesene übertrifft“.

Das Vibrationstraining regt insbesondere das Wachstum der so genannten Typ II-Muskelfasern an, die für die dynamische Muskelkraft verantwortlich sind. Die dynamischen Kräfte wirken über diese Muskelfasern auf den Knochen ein, der auf die Stimulation mit dem Aufbau von Knochenmasse reagiert. Mit dem Vibrationstraining lassen sich also nicht nur die Muskeln, sondern zugleich auch – und das ist entscheidend – die Knochen fit halten.
„Wir haben eine 100%ige Wirksamkeit für den Erhalt der Muskelkraft beobachtet und eine über 90%ige Wirksamkeit für den Erhalt der Knochenmasse“/i>, so Rittweger. Es sei also gelungen, den Abbau von Muskel- und Knochenmasse in der Bettlägerigkeit im Wesentlichen zu stoppen. „Das ist meiner Meinung nach ein Meilenstein für die Planung von Langzeit-Weltraummissionen“, freut sich Rittweger und wagt eine Prognose: „Im Prinzip können wir mit diesem Verfahren Leute auf den Mars schicken.“

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