Ist das Leben im Weltraum voller Gefahren? Welche Veränderungen treten im Körper von Astronauten im Weltraum auf?

Der menschliche Körper ist ein äußerst komplexes und hochentwickeltes Instrument. Die Natur hat uns mit einem beispiellosen Gehirn ausgestattet, das es uns ermöglicht, durch Weisheit die Grenzen unseres eigenen Fleisches zu durchbrechen, nach dem Mond am Himmel zu greifen und Schildkröten in den fünf Ozeanen zu fangen; unsere gut entwickelten Schweißdrüsen ermöglichen es uns, lange Zeit zu laufen; Unsere flexiblen Hände sind unsere mächtigsten Werkzeuge zur Beherrschung der Erde. Dies alles sind großartige Ausformungen des Menschen durch die Natur, doch der Mensch selbst ist ein Geschöpf, das nicht in den Weltraum gehört.

Der amerikanische Astronaut Scott Kelly auf der Internationalen Raumstation

Von den Uraffen bis zu uns heute hat unsere Evolution in einer Umgebung mit einem g-Wert von 9,8 Metern pro Sekunde stattgefunden. Wenn Menschen ihre Weisheit nutzen, um sich von den Fesseln der Atmosphäre und der Schwerkraft zu befreien und in den Weltraum vorzudringen, bereit, ihre Talente im riesigen Universum unter Beweis zu stellen, stehen wir nicht nur vor wissenschaftlichen und technologischen Hindernissen, sondern auch unser eigener Körper muss mit der grausamen kosmischen Umgebung kämpfen. All dies ist nicht einfacher als die Entwicklung eines Raumfahrzeugs, das interstellare Reisen ermöglicht.

Während meiner letzten 159-tägigen Mission zur Raumstation verlor ich Knochenmasse, meine Muskeln verkümmerten und das Blut verteilte sich in meinem Körper neu, was meine Herzwände belastete und einengte. Noch beunruhigender war, dass ich, wie viele andere Astronauten auch, Sehprobleme bekam. Ich war mehr als 30-mal so viel Strahlung ausgesetzt wie ein Mensch auf der Erde, das entspricht etwa 10 Röntgenaufnahmen der Brust pro Tag. Diese Belastung erhöht mein Risiko, für den Rest meines Lebens an tödlichen Krebserkrankungen zu erkranken.

Hier berichtet der NASA-Astronaut Scott Kelly den Medien über die Auswirkungen der Raumfahrt auf seinen Körper.

Als wir auf der Erde lebten, konnten wir am einfachsten feststellen, ob etwas oben oder unten war, indem wir einen Gegenstand warf. Die Fallrichtung war nach unten, die andere Seite war nach oben. Normalerweise würde sich niemand näher mit dieser Angelegenheit befassen. Da sich die Astronauten in der Raumstation in einer Umgebung mit Mikrogravitation befinden, können sie beim Werfen von Gegenständen nicht zwischen „oben“ und „unten“ unterscheiden. Bei den Begriffen „oben“ und „unten“ handelt es sich in der Raumstation eher um eine künstliche Trennung, die es den Astronauten ermöglicht, diese zu unterscheiden und zu beschreiben.

Reisekrankheit im Weltraum

Das „Weltraumadaptationssyndrom“, kurz SAS, ist eine Art von Reisekrankheit, die im Weltraum auftritt, oder „Bewegungskrankheit“, die im Weltraum auftritt.

Die Schwerkraft spielt eine wichtige Rolle bei unserer Orientierung im Raum. Veränderungen der Schwerkraft, wie beispielsweise der Übergang zur Schwerelosigkeit während der Raumfahrt, beeinträchtigen unsere räumliche Orientierung und erfordern die Funktionsfähigkeit unseres Gleichgewichtssystems. Solange diese Anpassung nicht abgeschlossen ist, können Reisekrankheit (Übelkeit), optische Täuschungen und Desorientierung die Folge sein.

Der Deutsche Stepanowitsch Titow war der zweite sowjetische Kosmonaut im Weltraum und der erste Mensch, der sich aufgrund schwerer Reisekrankheit im Weltraum übergeben musste. Er gilt als der erste SAS-Patient. Der bislang schwerste bekannte SAS-Patient ist der amerikanische Nutzlastspezialist Jack Garn. Während seiner Space-Shuttle-Mission STS-51 im Jahr 1985 litt er unter so schweren SAS-Symptomen, dass die NASA später scherzhaft die sogenannte „Garn-Skala“ verwendete, um die Schwere des SAS bei Astronauten zu messen.

German Titow, der zweite sowjetische Kosmonaut im Weltraum

Jack Garn, amerikanischer Astronaut

Während seiner Mission im Weltraum gelang es dem amerikanischen Astronauten Garn kaum, sich an die Mikrogravitation anzupassen. Seine Muskeln konnten räumlich nicht koordiniert arbeiten, sein Gleichgewichtssystem funktionierte nicht richtig und er war nicht in der Lage, die Entfernung zwischen sich und den vor ihm liegenden Objekten einzuschätzen. Mit geschlossenen Augen konnte er nicht bestimmen, wohin er fliegen sollte oder wie lange es dauern würde, bis er das Zielobjekt erreichte. Die Fähigkeit seiner Augen, die Entfernung zu Objekten einzuschätzen, verschlechterte sich ... Gut ausgebildete Astronauten erreichen dieses Niveau grundsätzlich nicht, und diese Phänomene verschwinden in der Regel innerhalb von drei Tagen allmählich, wenn sich der Körper allmählich anpasst.

Allerdings muss hier klargestellt werden, dass Garn während des Fluges bei guter Gesundheit war und der SAS keine gesundheitlichen Probleme auferlegt wurden. Bei den Übungen im Mikrogravitationssimulator zeigte er keinerlei Symptome.

Susanna Nucky von der Technischen Universität Delft in den Niederlanden hat das SAS-Phänomen untersucht. Mithilfe von Zentrifugen, die bei der Ausbildung von Kampfpiloten verwendet werden, stellte sie fest, dass Personen, die über längere Zeiträume hoher Schwerkraft in einer menschlichen Zentrifuge ausgesetzt waren, SAS-Symptome entwickelten. Um dies zu erleben, müsste man mehr als eine Stunde in einer Zentrifuge verbringen und einer dreimal höheren Schwerkraft als auf der Erde standhalten. Das Drehen selbst ist nicht besonders unangenehm, aber nachdem sie die Zentrifuge verlassen und normalen Boden betreten hatten, traten bei etwa der Hälfte der Testpersonen Symptome auf, die denen des SAS ähnelten. Es stellt sich heraus, dass Astronauten, die während eines Raumflugs an der Raumkrankheit leiden, diese Symptome auch nach einer langen Rotation auf der Erde verspüren. Dies bedeutet, dass diese Symptome nicht durch die Schwerelosigkeit selbst verursacht werden, sondern vielmehr dadurch, dass sich das Gleichgewichtssystem des Körpers nicht an eine andere Schwerkraftumgebung anpasst.

Nucky konzentrierte ihre Forschung auf die Organe im menschlichen Körper, die dem Gleichgewichtssinn dienen. Es befindet sich im Innenohr und umfasst die Bogengänge, die empfindlich auf Rotation reagieren, und die Otolithen, die auf lineare Beschleunigung reagieren. Es wurde bereits vermutet, dass Unterschiede in der Funktion des linken und rechten Otolithen Astronauten anfälliger für Krankheiten machen könnten. Nucky testete diese Hypothese der asymmetrischen Otolithenfunktion, indem er die Otolithen- und Bogengangfunktion bei 15 Personen, die bekanntermaßen anfällig für Raumkrankheit waren, beidseitig maß. Bei denjenigen, die nach der Rotation an Raumkrankheit erkrankten, zeigte sich ein hoher Grad an Otolithenasymmetrie und ein empfindlicheres Otolithen- und Gehörgangssystem. Diese Personen können nicht allein aufgrund dieser Asymmetrie als sensibel oder unempfindlich eingestuft werden, sondern eher aufgrund einer Kombination verschiedener Otolithen- und Gehörgangsmerkmale. Dies lässt darauf schließen, dass das gesamte Gleichgewichtsorgan an der Raumkrankheit beteiligt ist und dass möglicherweise ein komplexes Zusammenspiel seiner verschiedenen Teile erforderlich ist.

Wenn eine Person unter Reisekrankheit leidet, besteht aufgrund der unklaren Wahrnehmung räumlicher Entfernungen eine hohe Wahrscheinlichkeit einer Fehlbedienung bei der Bedienung präziser wissenschaftlicher Instrumente, die zu Schäden an der Ausrüstung oder schwereren Verletzungen des Personals führen kann. Dies ist einer der Gründe, warum Astronauten im Allgemeinen aus Piloten mit längerer Flugzeit ausgewählt werden.

Wenn Sie kein professioneller Astronaut sind: Der japanische TBS-Reporter Akiyama Toyohiro, der erste Mensch der Welt, der mit kommerziellen Mitteln ins All flog, betrat die Raumstation Mir ohne jegliche Ausbildung und litt bereits am ersten Tag im All an schwerer Raumkrankheit. Wenn ein normaler Mensch unbedacht in den Weltraum fliegt, kann es sein, dass er in seinem Schlafsack ohnmächtig wird, bevor er Zeit hat, die wunderschöne Landschaft unserer Erde zu genießen.

Nach Jahrzehnten angesammelter physiologischer Experimente im Weltraum besteht unsere beste Möglichkeit, der Weltraumkrankheit vorzubeugen, in der Einnahme von Dimenhydrinat, der Verwendung von Dimenhydrinatpflastern (Draminat) oder ähnlichen Medikamenten, die die Aktivität des Gleichgewichtssystems hemmen können. Astronauten können es bei Außenbordeinsätzen auf ihre Haut kleben. Dimenhydrinat wird allmählich ins Blut freigesetzt, hemmt die Aktivität des Gleichgewichtssystems und lindert die Symptome des SAS erheblich.

Knochen- und Muskelschwund

In unserem Körper interagieren Osteoklasten und Osteoblasten und unterstützen sich gegenseitig, um das Gleichgewicht und die Gesundheit der menschlichen Knochendichte aufrechtzuerhalten. Im Weltraum funktionieren jedoch die Knochen, Skelettmuskeln und Rückenmuskeln, die das Körpergewicht tragen sollen, nicht mehr.

Auf der Erde werden Knochen in einem ausgewogenen, miteinander gekoppelten System ständig abgebaut und regeneriert. Wenn Knochen abgebaut werden, werden neue Knochenschichten gebildet, die die abgebauten ersetzen, wodurch ein dynamisches Gleichgewicht in unserem Körper entsteht. Im Weltraum nimmt jedoch aufgrund der Mikrogravitation die Aktivität der Osteoklasten zu, was dazu führt, dass Osteoklasten aktiver sind als Osteoblasten. Knochen müssen bei Bewegungen oder gar der Aufrechterhaltung der Körperhaltung keine Unterstützung mehr bieten. Dadurch wird das Skelettsystem kaum oder gar nicht belastet und Menschen, die lange Zeit im Weltraum leben, erleiden einen fortschreitenden Knochenschwund. Vor Ort können Patienten, die über längere Zeit bettlägerig sind, aufgrund der Unterbelastung ihrer Knochen auch an Osteoporose erkranken.

Die Auswirkung dieser erhöhten Osteoklastenaktivität ist besonders in den Bereichen deutlich, die der Schwerkraft am stärksten ausgesetzt sind, wie etwa im Becken-, Schienbein- und Fußbereich. Das aus den Knochen verlorene Kalzium gelangt in den Körperflüssigkeitskreislauf und die Kalziumionen im Körperplasma lagern sich beim Durchgang durch die Glomeruli nach und nach in den Nieren ab, wodurch das Risiko von Nierensteinen erheblich steigt.

Was die Muskeln betrifft, so werden in NASA-Dokumenten die Muskeln, die sich im Weltraum zusammenziehen, als „Antigravitationsmuskeln“ bezeichnet, also Muskeln, die der Schwerkraft entgegenwirken, wie etwa Wadenmuskeln, Quadrizeps, Rücken- und Nackenmuskeln. Diese Muskeln sorgen dafür, dass wir auf der Erde stehen und ziehen sich im Weltraum aufgrund der fehlenden Schwerkraft kaum zusammen. Ohne regelmäßiges Training werden diese Muskeln schwach und degenerieren. Es handelt sich hierbei um einen Schrumpfungsprozess.

Studien haben gezeigt, dass Astronauten während eines 5- bis 11-tägigen Raumflugs 20 % ihrer Muskelmasse verlieren. Dies ist für Astronauten äußerst gefährlich, da es bedeutet, dass sie bei ihrer Rückkehr zur Erde möglicherweise nicht in der Lage sind, der Schwerkraft der Erde entgegenzuwirken. Obwohl Muskelmasse und -kraft nach der Rückkehr der Astronauten zur Erde wiederhergestellt werden können, ist der Erhalt der Muskeln im Weltraum ein Problem, insbesondere bei Langzeit-Weltraummissionen. Die einzige Möglichkeit, den Muskelschwund im Weltraum zu reduzieren, ist intensives Training, insbesondere Krafttraining, in Kombination mit einer richtigen Ernährung.

Eine Skelettschwäche aufgrund eines allmählichen Verlusts der Knochenmasse ist bei längeren Raumflügen ein ernstes Problem. Studien an Astronauten, die mehrere Monate auf der Raumstation Mir verbrachten, haben gezeigt, dass Raumfahrer jeden Monat 1 bis 2 Prozent ihrer Knochenmasse verlieren können. Natürlich gibt es Möglichkeiten, dies zu lindern. Der direkteste Weg ist die Einnahme von Vitamin D, Bisphosphonaten, Kalziumtabletten und Bewegung in der Raumstation. Als sehr effektiv hat sich die Stimulation von Muskeln und Knochen erwiesen, die im Weltraum keiner Belastung ausgesetzt werden können, wie etwa durch Weltraumfahrräder und Laufbänder, Widerstandsbänder, Widerstandsmaschinen usw. Astronauten an Bord der Internationalen Raumstation trainieren täglich zweieinhalb Stunden, um den Auswirkungen von Muskelschwund entgegenzuwirken.

Chinesische Astronauten bereiten sich auf Übungen im Kernmodul von Tianhe vor

Astronauten, die Hunderte von Tagen im Weltraum verbracht haben, werden auch nach ihrer Rückkehr zur Erde noch immer große Probleme haben, sich an die Schwerkraft anzupassen. Bei ihrer Rückkehr zur Erde werden sie zunächst von Menschen getragen.

Umverteilung von Körperflüssigkeiten

Das Blut und andere Körperflüssigkeiten werden durch die Schwerkraft in Richtung Unterkörper gezogen. Wenn im Weltraum die Schwerkraft verschwindet, staut sich das Blut im Oberkörper, was zu Schwellungen im Gesicht und Oberkörper usw. führt. Der Körper passt sich an, um ein neues Gleichgewicht zu erreichen. Sie werden feststellen, dass Astronauten im Weltraum immer aufgebläht wirken.

Vergleich des chinesischen Astronauten Wang Yaping am Boden und in der Raumstation

Nach der Rückkehr der Astronauten zur Erde beginnt sich das Blut erneut in den unteren Gliedmaßen anzusammeln, was zu einer orthostatischen Hypotonie führt. Dies ähnelt ein wenig dem Gefühl, wenn man morgens plötzlich aufsteht oder nach langem Hocken plötzlich aufsteht. Der Körper normalisiert sich jedoch langsam wieder. Im Weltraum verringert sich auch das Blutvolumen der Astronauten, was zu einer Verringerung der Herzfrequenz und zu Hypotonie führt. Astronauten spüren beim Betreten des Weltraums keine orthostatische Hypotonie, aber nach der Rückkehr in die Atmosphäre und der Landung spüren sie deutlich, wie das Blut in den Unterkörper zurückfließt und der Blutdruck im Kopf plötzlich abfällt, was zu Schwindel und der Unfähigkeit führt, sich eine Zeit lang an das aufrechte Gehen zu gewöhnen.

Das menschliche Bein ist wie ein kleines „Herz“, das Blut von den unteren Gliedmaßen nach oben zum Herzen transportiert und so den Blutdruck aufrechterhält. Die Muskelkontraktion der unteren Extremitäten ist eine wichtige Voraussetzung für die Förderung des venösen Blutflusses zum Herzen. Daher werden die Venen der unteren Extremitäten auch als „zweites Herz“ bezeichnet. Im Weltraum gibt es jedoch keine Aktivität, die die Venen in Ihren unteren Gliedmaßen stimuliert, sodass diese winzigen Muskeln in den Venen kaum genutzt werden. Nach der Rückkehr an die Oberfläche werden diese Muskeln erneut mobilisiert, sie „vergessen“ jedoch vorübergehend, wie sie sich zusammenziehen, d. h. sie sind vorübergehend nicht in der Lage, Blut zurück zum Herzen und Gehirn zu pumpen. Dieser Effekt wird nach längeren Raumflügen noch verstärkt. Auch dieses Phänomen ist von Person zu Person unterschiedlich. Manche Astronauten sind kaum betroffen, anderen wird sehr schwindelig. Bei etwa 20 % der Kurzzeit-Weltraumreisenden und 83 % der Langzeit-Weltraumreisenden treten nach dem Wiedereintritt oder der Landung Symptome auf. Es treten jedoch keine Folgeerscheinungen auf und der Patient kann nach der Landung mit einer Rehabilitationsbehandlung wieder normal werden.

Die Blutgefäße in den Beinen sind dicht gedrängt. Um das venöse Blut zurück in den Oberkörper zu pumpen, müssen auch die Venen in den unteren Gliedmaßen hart arbeiten.

Der Schmerz des Größerwerdens durch die Schwerelosigkeit

Ab einem Alter von etwa 25 Jahren nimmt die Körpergröße eines Menschen allmählich ab, da die schwammartigen Bandscheiben zwischen den Wirbeln in der Wirbelsäule schrumpfen und die Knochen dadurch näher zusammenrücken. Ab dem 40. Lebensjahr beginnt sich der Rücken nach vorne zu beugen. Zwischen dem 20. und 70. Lebensjahr kann es bei Frauen zu einer Schrumpfung von etwa 5 cm kommen, während bei Männern ein Verlust von etwa 2 cm möglich ist. Auf der Erde liegen unsere Wirbel aufgrund der Schwerkraft sehr eng aneinander. Da im Weltraum kein Gewicht auf die Wirbelsäule drückt, vergrößert sich der Abstand zwischen den einzelnen Wirbelpaaren leicht, wodurch die Wirbelsäule länger und die Astronauten somit „größer“ werden. Bei früheren US-Weltraumflügen klagten mehr als zwei Drittel der Astronauten über Rückenschmerzen. Diese Rückenschmerzen können mit der Streckung der Wirbelsäule zusammenhängen. Bei früheren Weltraummissionen wurden Messungen der Wirbelsäule durchgeführt. Dabei stellte sich heraus, dass die Körpergröße der Astronauten im Vergleich zu ihrer Körpergröße auf der Erde um bis zu 6 bis 8 Zentimeter zunahm und die normale Krümmung der Wirbelsäule abgeflacht war.

Schematische Darstellung der Zwischenwirbelstreckung unter verschiedenen Schwerkraftbedingungen

Der vergrößerte Abstand zwischen den Wirbeln führt zu Muskelzerrungen, die bei Astronauten zu Rückenschmerzen führen können.

Der amerikanische Astronaut Clayton Anderson beschrieb die Schmerzen als ähnlich einer Muskelzerrung. Er stützte die „Decke“ mit den Händen ab und trat mit den Füßen auf den „Boden“, um in beide Richtungen Kraft auszuüben. Dabei versuchte er, die Wirbelsäule wieder in die Position auf dem Boden zu bringen und die durch die Muskeldehnung verursachten Rückenschmerzen zu lindern. Bemerkenswerterweise können die Schmerzen Astronauten aus dem Schlaf wecken.

Geschmacksveränderungen

Die Geschmacksveränderung ist so, wie jeder Mensch einen anderen Geschmack in Bezug auf Essen hat, und es ist schwierig, diese Veränderung konkret zu beschreiben. Früher trank ein Astronaut auf der Erde gern Kaffee und Tee, doch im Weltraum schmeckten sie völlig anders. Infolgedessen erlitt er nach seiner Rückkehr zur Erde ein psychisches Trauma durch diese Dinge und wollte sie nicht mehr anfassen, auch wenn sich sein Geschmackssinn wieder normalisierte.

Eine der wichtigsten theoretischen Grundlagen für die Annahme, dass sich der Geschmackssinn von Astronauten im Weltraum verändert, besteht darin, dass viele Astronauten im Weltraum ein „stickiges“ Gefühl verspüren. In der Mikrogravitation wird das Blut, das sich normalerweise in den Beinen sammelt, gleichmäßig im ganzen Körper verteilt, was bei Astronauten zu Erkältungsgefühlen führen kann. Diese verstopfte Nase beeinträchtigt den Geschmackssinn der Astronauten. Bei einer Erkältung kann man ein wenig darauf achten, ob sich der Geschmack der Speisen, die man vor der Erkältung mochte, durch die Erkältung verändert hat. Wenn ja, dann dürften diese Gefühle den Gefühlen einiger Astronauten ähneln.

Veränderungen des Sehvermögens

Einer von der NASA geförderten Studie zufolge können Raumflüge, die sechs Monate oder länger dauern, Veränderungen an den Augen und der Sehkraft von Astronauten verursachen. Im Rahmen der Studie wurden sieben Astronauten eingehend untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass alle von ihnen Anomalien in der Augenstruktur und im Sehvermögen aufwiesen. Die häufigste strukturelle Veränderung ist eine Abflachung der Rückseite des Augapfels. Es kommt auch zu Veränderungen der Netzhaut, des lichtempfindlichen Bereichs im hinteren Teil des Auges und des Sehnervs. Einige dieser Veränderungen bleiben noch lange nach der Rückkehr der Astronauten zur Erde bestehen.

Einer Theorie zufolge wurden die bei den sieben Astronauten festgestellten Anomalien durch eine Flüssigkeitsverschiebung in Richtung Kopf verursacht, die auf das Leben in der Mikrogravitation über lange Zeiträume zurückzuführen war. Nach Untersuchungen von Experten und Wissenschaftlern der American Academy of Ophthalmology könnten Veränderungen an den Sehnerven und Augen von Astronauten durch eine Flüssigkeitsverschiebung an die Seite des Kopfes aufgrund der langfristigen Einwirkung der Mikrogravitation verursacht werden. Durch die Umverteilung der Körperflüssigkeiten kommt es zu Flüssigkeitsansammlungen im Kopf, die zu einem erhöhten Hirndruck und einer Kompression der Sehnerven der Astronauten führen. Einem im Oktober 2011 in der Fachzeitschrift Ophthalmology der Gesellschaft veröffentlichten Artikel zufolge, in dem 300 von Astronauten ausgefüllte Sehtests zusammengefasst wurden, kam es bei etwa 30 Prozent der Astronauten auf Kurzzeitmissionen und 60 Prozent der Astronauten auf Langzeitmissionen zu einer Verschlechterung der Sehkraft und zu Veränderungen der vestibulo-okulären Reflexe. Einige dieser Sehstörungen haben sich auch nach Jahren des Fliegens nicht verbessert.

Es gibt noch ein weiteres Problem. Der Staub, die Metallsplitter, die Plastikfragmente und sogar die Hautschuppen und Hautpartikel der Astronauten in der Raumstation fallen nicht „zu Boden“, sondern schweben in der Luft, treffen manchmal direkt die Augen der Astronauten und verursachen Augeninfektionen.

Alle oben genannten Nebenwirkungen werden durch die Schwerelosigkeit verursacht, sie stellen jedoch nur einen Teil der Herausforderungen dar, denen der menschliche Körper in einer Umgebung der Schwerelosigkeit ausgesetzt ist. Darüber hinaus ist das durch kosmische Strahlung verursachte Krebsrisiko ein unvorhersehbares und unkalkulierbares Risiko.

Astronauten verdienen Respekt. Als Pioniere der Menschheit betraten sie das Universum, erforschten mit ihren Körpern das Unbekannte und prägten ihren Mut und ihre Ausdauer in den Sternenhimmel ein. Zum Abschluss dieses Artikels möchten wir den Astronauten unseren größten Respekt zollen.