Astronaut zu sein ist nicht einfach! Neue Forschungsergebnisse bestätigen, dass Raumflüge nach 20 Jahren zu dauerhaftem Knochenschwund führen können

Es ist cool und stolz, aus der Erde auszubrechen und in den Weltraum vorzudringen.

Derzeit hoffen und engagieren sich die Menschen für die Erforschung einer zweiten Heimat außerhalb der Erde. Vielleicht gelingt es den Menschen in ferner Zukunft tatsächlich, mit modernsten Raumschiffen von der Erde zu fliehen, aus dem Sonnensystem auszubrechen und eine neue bewohnbare Heimat zu erreichen.

Wissenschaftliche Untersuchungen haben jedoch bestätigt, dass der menschliche Körper, nachdem er das Gravitationsmagnetfeld der Erde verlassen hat, von der Mikrogravitation im Weltraum, Strahlung usw. beeinflusst wird und sogar irreversible Schäden davontragen kann.

Nun hat eine neue Studie die Gefahren der Raumfahrt erneut bestätigt.

Leigh Gabel, ein Sportwissenschaftler an der Universität Calgary in Kanada, und sein Team sowie Mitarbeiter beobachteten 17 Astronauten mit einem Durchschnittsalter von 47 Jahren (die 4 bis 7 Monate im Weltraum lebten) und fanden heraus, dass Astronauten bei Weltraummissionen, die 6 Monate oder länger dauerten, einen dauerhaften Knochenschwund erleiden konnten, der einem Altern von 20 Jahren entspricht.

Die zugehörige Forschungsarbeit mit dem Titel „Unvollständige Wiederherstellung der Knochenstärke und der trabekulären Mikroarchitektur an der distalen Tibia 1 Jahr nach der Rückkehr von einem Langzeitraumflug“ wurde in der Fachzeitschrift Scientific Reports veröffentlicht.

Bringen Sie Ihre Hanteln mit

Sobald die Menschen die Schwerkraft und das Magnetfeld der Erde verlassen, werden Mikrogravitation und Strahlung im Weltraum zu einem großen Problem.

Längerer Aufenthalt in der Mikrogravitation kann bei Astronauten zu einer Schwellung des Gehirns führen, die Menge der Gehirn-Rückenmarks-Flüssigkeit, die das Gehirn und das Rückenmark umgibt, kann ansteigen und sogar das Sehvermögen beeinträchtigen.

Ebenso bleiben die Muskeln in der Mikrogravitation nicht so angespannt wie auf dem Boden. Wie bei einer Person, die ihre Bewegungsfähigkeit verloren hat, wirken die Beinmuskeln aufgrund mangelnder Bewegung schlaff und verkümmern langsam.

Als im Juni 1970 zwei Kosmonauten von einem damals rekordverdächtigen 18-tägigen Raumflug an Bord der Sojus 9 zurückkehrten, war einer von ihnen so gebrechlich, dass er beim Aussteigen aus der Landekapsel nicht einmal seinen Helm tragen konnte.

Darüber hinaus kann die Weltraumstrahlung bei Astronauten auch das Risiko von Krebs und anderen Erkrankungen erhöhen.

Seitdem die Menschheit die Erde verlassen und ins All vorgedrungen ist, haben Wissenschaftler das Design von Raumfahrzeugen unzählige Male verbessert und den Tragekomfort von Raumanzügen erhöht. Doch noch immer können sie den Körper von Astronauten nicht vor den Gefahren des Weltraums schützen.

Obwohl Astronauten in der Raumstation täglich mehrere Stunden trainieren, um ihre Kräfte zu erhalten, sind andere Fragen des Lebens in der Mikrogravitation noch immer ungeklärt.

Heute entwickeln Wissenschaftler Anzüge mit künstlicher Schwerkraft, strahlenresistente Medikamente und miniaturisierte medizinische Geräte, die in etwa einem Jahrzehnt bereit sein könnten, um zukünftige Raumfahrer sicher und gesund zu halten.

Im Rahmen dieser Arbeit maß das Forschungsteam die dreidimensionale Knochenmikrostruktur der Astronauten in einer Größenordnung von 61 Mikrometern (dünner als ein menschliches Haar) mithilfe der hochauflösenden peripheren quantitativen Computertomographie (HR-pQCT) und bildete die Knochenstruktur der Tibia im Unterschenkel und des Radius des Unterarms ab.

Bild: Mithilfe hochauflösender Computertomographie konnten Forscher die dreidimensionale Mikrostruktur der Knochen von Astronauten untersuchen (hier ist ein Beispiel eines Schienbeins abgebildet). Kleine Details können Veränderungen der Knochendichte und -stärke offenbaren.

Sie zeichneten die Knochenstärke und -dichte zu vier Zeitpunkten auf und berechneten sie: vor dem Raumflug der Astronauten, als die Astronauten aus dem Weltraum zurückkehrten und sechs Monate und ein Jahr nach ihrer Rückkehr.

Daten zeigen, dass Astronauten, die weniger als sechs Monate im Weltraum leben, ein Jahr nach ihrer Rückkehr zur Erde ihre Knochenstärke wiedererlangen können, die sie vor dem Raumflug hatten.

Astronauten, die längere Zeit im Weltraum verbringen, erleiden einen dauerhaften Knochenschwund in ihren Schienbeinen, was einem jahrzehntelangen Altern gleichkommt.

Wenn das mikroskopische Gewebe, das den Knochen ihre allgemeine Festigkeit verleiht, erst einmal verschwunden ist, kann es auch nach der Rückkehr der Astronauten zur Erde nicht wieder aufgebaut werden. Das verbleibende Knochengewebe wird sich jedoch bis zu einem gewissen Grad verdicken.

In diesem Zusammenhang sagte Leigh Gabel, einer der Autoren des Artikels und Sportwissenschaftler an der Universität von Calgary in Kanada, dass Knochen lebende Organe seien. Sie sind voller Vitalität und Aktivität und werden ständig umgebaut, doch ohne die Schwerkraft verlieren die Knochen ihre Festigkeit.

Ein weiteres Ergebnis war, dass sich die Knochenstruktur und der Radius des Unterarms der Astronauten kaum veränderten. Ein möglicher Grund dafür ist, dass Unterarmknochen keine tragenden Knochen sind.

Als Reaktion auf dieses Phänomen schlug Steven Boyd, ein Sportwissenschaftler an der Universität von Calgary, außerdem vor, dass „eine Steigerung des Gewichthebetrainings im Weltraum dazu beitragen kann, das Problem des Knochenschwunds zu verringern.“

Abbildung｜Beinkrafttraining hilft, den durch die Mikrogravitation verursachten Knochenschwund zu reduzieren.

Laurence Vico, Physiologe an der Universität Saint-Etienne in Frankreich, glaubt, dass die möglicherweise längere Zeit im Weltraum in Zukunft bei Astronauten zu einem stärkeren Knochenschwund und größeren Problemen bei der Genesung führen wird.

Dies ist besonders besorgniserregend, da selbst Reisen zum Mars im Rahmen künftiger bemannter Missionen mindestens zwei Jahre dauern werden.

Foto: Wissenschaftler untersuchen, wie Astronauten auf Missionen zum Mars geschützt werden können, da für medizinische Geräte nur begrenzt Platz zur Verfügung steht.

Darüber hinaus, so Vico weiter, sollten Raumfahrtagenturen weitere Maßnahmen zur Knochengesundheit in Betracht ziehen, etwa Nahrungsergänzungsmittel, um den Knochenabbau zu verringern und die Knochenbildung zu steigern.

Gabel, Boyd und ihre Kollegen hoffen, in Zukunft Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie sich Astronauten verändern, nachdem sie mehr als sieben Monate im Weltraum verbracht haben. Die Forschung ist Teil eines laufenden NASA-Projekts zur Untersuchung der Auswirkungen eines einjährigen Raumflugs auf mehr als ein Dutzend Körpersysteme von Astronauten.

„Wir hoffen wirklich, ein ‚Plateau‘ zu finden, wo Astronauten nach einer gewissen Zeit keine Knochenmasse mehr verlieren“, sagte Boyd.

Bemühungen der Astronauten

Es ist wirklich nicht einfach, Astronaut zu werden.

Astronauten leiden nicht nur unter den Schäden durch die Mikrogravitation und Strahlung im Weltraum, sondern müssen sich auf der Erde auch einem äußerst grausamen „Teufelstraining“ unterziehen.

Um beispielsweise der enormen Überlastung standzuhalten, wach zu bleiben und während des Auf- und Abstiegs des Raumfahrzeugs richtig zu funktionieren, werden sie einem Ausdauer- und Anpassungstraining mit Übergewicht unterzogen und müssen in einer Hochgeschwindigkeits-Drehzentrifuge der achtfachen Erdbeschleunigung standhalten.

Sie führen außerdem ein Training der Vestibularfunktion durch, indem sie schnelle 360-Grad-Bewegungen im und gegen den Uhrzeigersinn ausführen und dabei auf und ab sowie vor und zurück schwingen. Der Hauptzweck besteht darin, die Stabilität der Vestibularfunktion zu verbessern, das Auftreten der Weltraumkrankheit zu verringern und die Symptome der Weltraumkrankheit zu lindern.

Ein weiterer Punkt ist das Training mit neutralen Auftriebstanks, bei dem Astronauten in einer simulierten Schwerelosigkeitsumgebung Außenbordaktivitäten trainieren, insbesondere Außenbordeinsätze wie Außenbordgehen sowie die Montage und Wartung von Außenbordfahrzeugen.

Kurz gesagt: Jede im Weltraum ausgeführte Aktion ist das Ergebnis eines um ein Vielfaches größeren Aufwands auf der Erde.

Um sicherzustellen, dass Astronauten aufrecht gehen können, ist es außerdem notwendig, zukünftige Raumstationen mit einigen künstlichen Schwerkraftmaschinen auszustatten, wie beispielsweise dem Unterkörper-Unterdrucksystem (LBNP).

Wenn der Körper des Astronauten von der Taille abwärts abgedichtet ist, übt das Gerät Vakuumdruck auf den Unterkörper des Astronauten aus. Das Vakuum ahmt die nach unten gerichtete Schwerkraft nach, sodass die Füße des Astronauten fest auf dem Boden der Raumstation stehen und Körperflüssigkeiten in Richtung der Beine gezogen werden.

Abbildung ｜LBNP

Doch handelt es sich bei diesen LBNPs lediglich um frühe Formen künstlicher Schwerkraft, und ihr Vorteil besteht darin, dass sie möglicherweise leichter in den Weltraum geschickt werden können als die derzeit getesteten Alternativen.

Wie bereits erwähnt, können Zentrifugen durch die Zentrifugalkraft die Schwerkraft simulieren und so Astronauten dabei helfen, in Umgebungen mit Mikrogravitation besser zu arbeiten.

Allerdings ist es immer noch ein großes Problem, eine so sperrige Zentrifuge in den Weltraum zu bringen.

Aber egal was passiert, ich bin davon überzeugt, dass die Menschheit mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie in der Lage sein wird, Astronauten und noch mehr Menschen zu ermöglichen, die Erde zu verlassen und komfortabler im Weltraum zu leben.

Quellen:

https://www.nature.com/articles/s41598-022-13461-1

https://www.sciencenews.org/article/astronauts-mars-space-health-survival