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Experimente zur integrativen Humanphysiologie

SOLO: Wie kommt es zum Knochenschwund in der Schwerelosigkeit?


SOLO (Sodium Loading in Microgravity) hat Anfang Oktober 2008 begonnen und gehört damit zu den ersten im Cardiolab durchgeführten Experimenten. Das Cardiolab ist eine Anlage zur Herz-Kreislauf-Forschung, die in deutsch-französischer Kooperation entwickelt wurde. Sie ist Teil der European Physiology Modules (EPM) im Columbus-Labor. Beim Experiment SOLO untersuchen Mediziner den Zusammenhang zwischen Ernährung, Salz- und Flüssigkeitshaushalt sowie Knochen- und Muskelstoffwechsel beim längeren Aufenthalt des Menschen in Schwerelosigkeit.
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HealthLab: Messungen zur psychischen Belastung und Kreislaufregulation der Kosmonauten in Schwerelosigkeit


Vieles deutet darauf hin, dass das Autonome Nervensystem, das heißt das nicht willentlich beeinflussbare Nervensystem, auf psychische Belastung wie etwa Stress bei verschiedenen Menschen unterschiedlich reagiert. So erhöht sich bei vielen Personen der Blutdruck, einige reagieren mit Schweißausbrüchen und andere verspüren Magendruck. Man nennt dies das "Reaktionsmuster des Autonomen Nervensystems". Diese Erfahrungen konnten bislang jedoch nicht mit einer standardisierten Versuchsanordnung durch messbare Daten bestätigt werden – weder im Weltraum noch auf der Erde.
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PULS/PNEUMOCARD: Herz-Kreislauf-Analyse und autonomes Nervensystem


Die fehlende Schwerkraft bei Raumflügen verursacht umfangreiche physiologische Veränderungen. So verschiebt sich ein Teil des Blutvolumens in die obere Körperhälfte. Parallel dazu kommt es zu Veränderungen der Regulation des so genannten autonomen Nervensystems. Nach der Rückkehr zur Erde treten oft Störungen der Kreislaufregulation auf, die man als orthostatische Intoleranz bezeichnet. Ähnliche Störungen der Kreislaufregulation werden bei Patienten beobachtet. In den Projekten PULS/PNEUMOCARD wollen die Wissenschaftler die Ursachen der Kreislaufstörungen bei Astronauten besser verstehen und gleichzeitig neue Diagnostik- und Therapieverfahren für Patienten auf der Erde entwickeln.
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IMMUNO

IMMUNO: Hormonelle und immunologische Veränderungen von Astronauten während und nach Weltraumflügen


Seit langem ist bekannt, dass das Immunsystem von Astronauten durch den Weltraumaufenthalt beeinträchtigt wird, die genauen Ursachen und Mechanismen sind jedoch weitgehend unbekannt. Mit dem Experiment IMMUNO wollen deutsche Wissenschaftler dieses Rätsel lösen. Die DLR Raumfahrtagentur hat dazu in ihrem biowissenschaftlichen Programm einen Schwerpunkt zur Immunforschung eingerichtet, zu dem auch das Experiment IMMUNO gehört.
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3D Eye Tracking System: Vom All in den klinischen Alltag


Das Gleichgewichtssystem des Menschen ist primär für die Wahrnehmung der Schwerkraft zuständig. Jedoch erst das in der Evolution eingeübte Zusammenspiel zwischen dem Gleichgewichtssinn und den durch Augen und den Tastsinn gelieferten Informationen im Gehirn ermöglicht eine optimale Orientierung im Raum. Seit vielen Jahren befasst sich ein Wissenschaftlerteam der Freien Universität Berlin um Prof. Clarke mit Störungen des menschlichen Gleichgewichtssystems auf der Erde sowie bei Astronauten in Schwerelosigkeit.
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PMDIS/TRAC: Reaktions- und Anpassungsfähigkeiten des Menschen unter veränderten Schwerkraftbedingungen


Beim Experiment PMDI/TRAC soll die Koordination von Bewegungen, insbesondere während den Anpassungsprozessen in der Schwerelosigkeit und nach der Rückkehr zur Erde untersucht werden. Im Detail untersuchen Sportmediziner der Universität Köln dabei, wie sich die manuelle Geschicklichkeit von Astronauten im Laufe einer Weltraummission verändert. Weitere Tests dienen zur Messung von Aufmerksamkeit, des räumlichen Wahrnehmungsvermögens und anderer kognitiver Funktionen.
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EKE: Bestimmung der Ausdauerleistungsfähigkeit mittels Gasaustausch- und Herzfrequenz-Kinetiken beim körperlichen Training


Zum Erhalt der Ausdauerleistungsfähigkeit in der Schwerelosigkeit müssen Astronauten ein vielfältiges körperliches Training absolvieren. Zur Leistungsbeurteilung ist es üblich, die Ausdauerleistungsfähigkeit mit Hilfe von Ausbelastungstests zu bestimmen, bei denen der Proband bis an die Grenze der körperlichen Leistungsfähigkeit geht. Will man dies vermeiden, bietet die Erfassung des Zeitverlaufs der muskulären Sauerstoffaufnahme nach Leistungsänderungen bei leichten bis mittleren Belastungsintensitäten eine mögliche Alternative. Hier setzt das ISS-Projekt EKE (Exercise-Kinetics-Experiment) an.
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OTOLITH: Untersuchung des Otolithensystems im Innenohr nach einem längeren Aufenthalt in der Schwerlosigkeit


Beim Experiment OTOLITH werden in der Zeit unmittelbar nach einer Weltraummission mehrere Funktionen der Otolithenorgane des Gleichgewichtssystems im Innenohr, die für die Wahrnehmung der Schwerkraft zuständig sind, untersucht, um den Prozess der (Re-)Adaptation an die irdischen Schwerkraftbedingungen zu beobachten und zu erfassen.
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THERMO: Messung der Wärmeverteilung beim Menschen in Schwerelosigkeit


Beim Eintritt in die Schwerelosigkeit kommt es beim Menschen zu einer raschen Umverteilung von Flüssigkeiten (Blut, Lymphe) von der unteren in die obere Körperhälfte. Damit verknüpft sind auch Veränderungen im Wärmehaushalt. Bei Außenbordeinsätzen sind Astronauten zudem extremen thermischen Umweltbedingungen ausgesetzt, außerdem ist die Arbeit in den Raumanzügen sehr anstrengend, wobei erhebliche Wärmemengen vom Körper gebildet werden. Dies kann innerhalb kürzester Zeit zu einem gefährlichen Anstieg der Körpertemperatur führen. Eine kontinuierliche Erfassung der Körperkerntemperatur ist daher von großer Bedeutung.
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