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Otolith - Das Gleichgewichtssystem in Schwerelosigkeit (abgeschlossen)

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  • Untersuchung der Otolithenorgane

    Untersuchung der Otolithenorgane

    Beim Experiment Otolith wurden vor und unmittelbar nach einer Weltraummission mehrere Funktionen der Otolithenorgane untersucht.

  • Drehstuhlanlage mit unilateralem Zentrifugieren

    Drehstuhlanlage mit unilateralem Zentrifugieren

    Drehstuhlanlage mit unilateralem Zentrifugieren für die Messung des OORs und Bestimmung der SVV

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    Astronauten testen die Otolith-Anlage

    Astronauten testen die Otolith-Anlage mit dem DLR Eye-Tracking-Device zur Messung der Augenbewegungen in Houston

Hintergrund und wissenschaftliche Ziele:

Während der gesamten Evolution auf der Erde hat die Schwerkraft die Entwicklung von Organismen maßgeblich beeinflusst. Zudem ist sie eine unverzichtbare Bezugsgröße für die räumliche Orientierung und die Koordination sämtlicher Körperbewegungen. Beim Menschen und bei vielen Tieren sind die Otolithenorgane (Utriculus und Sacculus) des Gleichgewichtssystems im Innenohr für die Wahrnehmung der Schwerkraft zuständig. Gemeinsam mit der visuellen Reizverarbeitung und den Meldungen aus Muskeln und Gelenken erlaubt das Gleichgewichtssystem koordinierte und gezielte Bewegungen und räumliche Orientierung, indem es ständig alle Bewegungen des Kopfes sowie seine Stellung zur Schwerkraft misst. Entsprechend stellt deren Abwesenheit - zum Beispiel während eines bemannten Raumfluges - das Gleichgewichtssystem (sensomotorisches System/Vestibularis-System) vor eine große Herausforderung. Dieses System ist zwar in der Lage, sich innerhalb von wenigen Tagen effektiv an die neue Situation anzupassen. Dennoch leiden viele Astronauten während dieses Adaptationsprozesses mehr oder weniger stark an der Raumkrankheit. Nach der Landung auf der Erde, dem Mond oder einem anderen Planeten muss sich das System erneut auf die Schwerkraft einstellen. Diese Anpassung kann die Leistungsfähigkeit der Astronauten stark beinträchtigen. Deshalb ist die Entwicklung wirksamer Gegenmaßnahmen sehr wichtig. Weltraumexperimente bieten einzigartige Möglichkeiten, diese Adaptationsstrategien an gesunden Menschen zu untersuchen und zu verstehen.

Experimentbeschreibung:

Beim Experiment Otolith wurden vor und unmittelbar nach einer Weltraummission mehrere Funktionen der Otolithenorgane untersucht. Zum Einsatz kamen dabei neue Methoden, die in jüngster Zeit etabliert wurden und bereits im klinischen Labor - zum Beispiel für die Untersuchung von Schwindelpatienten - im Einsatz sind: die Messung des Otolith-Okulären Reflexes (OOR), die Bestimmung der Subjektiven Visuellen Vertikale (SVV) sowie die Messung von Vestibulär Evozierten Myogenen Potentiale (VEMP). Besonderes Merkmal aller drei Methoden ist die seitengetrennte - oder unilaterale - Prüfung der Otolithenfunktion im rechten beziehungsweise linken Innenohr.

Status:

Die Messungen begannen im April 2008 und wurden Mitte 2011 abgeschlossen. Insgesamt konnten Daten von zehn Astronauten gewonnen werden, die mit dem Space Shuttle zur ISS unterwegs waren und sich zwischen zehn und 14 Tagen in der Schwerelosigkeit aufhielten.

Ergebnisse:

Diese Studie hat erstmals umfangreich die seitengetrennte Otolithenfunktion in Schwerelosigkeit untersucht. Die Ergebnisse weisen auf deutliche Veränderungen während eines Weltraumaufenthalts hin. Nach der Mission dauerte die erneute Anpassung an die Schwerkraft auf Werte vor dem Raumflug bis zu zehn Tage, wobei große Unterschiede zwischen den einzelnen Astronauten festgestellt wurden. Bemerkenswert ist die Veränderung in der Symmetrie zwischen den Antworten der rechten und linken Utriculus-Organe, die innerhalb unseres Gleichgewichtssinns horizontale Linearbeschleunigungen erfassen: Während die Antwort eines der beiden Utriculi im Normalbereich lag, wich die Antwort des zweiten Utriculus stark ab. Dieses Ergebnis weist darauf hin, dass jeder Mensch ein dominantes Gleichgewichtslabyrinth besitzt - ähnlich der Händigkeit. Otolith lässt die Raumkrankheit somit in einem neuen Licht erscheinen: Im Gegensatz zu der bisherigen Otolithen-Asymmetrie-Hypothese, die von physikalischen Massenunterschieden in den Organen als Ursache der Raumkrankheit ausgeht, weisen die jetzigen Ergebnisse eher auf Unterschiede in den neuronalen Prozessen in den peripheren Organen sowie im zentralen Nervensystem hin.

Perspektiven für Forschung und Anwendung:

Die durch das Experiment gewonnenen Erkenntnisse sind nicht nur wichtig für das Verständnis von Raum- und Bewegungskrankheit und von bestimmten neurologischen Erkrankungen, sondern auch für die Weiterentwicklung der klinischen Diagnostik. Außerdem sind sie für die Entwicklung von wirksamen Gegenmaßnahmen und Rehabilitationsstrategien bei Astronauten sowie bei Schwindelpatienten von Bedeutung.

ISS-Zeitraum April 2008 bis Juli 2011
Unterbringung Vor-/Nachfluguntersuchungen am Boden
Experimentator Prof. Dr. Andrew Clarke
Einrichtung Charité Berlin
Bereich Humanphysiologie
Partner ESA, NASA

 

Zuletzt geändert am:
03.07.2014 12:04:50 Uhr