Raumfahrt | 25. November 2021 | von Philipp Burtscheidt

Bettruhestudie SANS-CM: 30 Tage Liegen für die Raumfahrt

DLR%2dUnterdruckzylinder LBNP (Lower Body Negative Pressure Device)
Quelle: DLR (CC-BY 3.0)
Die Betten der aktuellen Bettruhestudie im DLR: Das Kopfende ist wie gewohnt um sechs Grad nach unten geneigt. Neu sind die Unterdruckzylinder, die den Körper ab Taille abwärts umschließen. Angewandt werden sie bei Probandinnen und Probanden für sechs Stunden pro Tag.

Was passiert mit uns in der Schwerelosigkeit? Welche Auswirkungen haben die Verhältnisse im Weltraum auf den menschlichen Körper? Wie verhindern wir unerwünschte Effekte bei einem Langzeit-Raumflug? Das sind Fragen, die sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auch auf der Erde stellen. Und sie finden Antworten, trotz der Schwerkraft, die hier herrscht. Die Forschenden können sie überlisten – wie bei der aktuellen Bettruhestudie im :envihab, unserer luft- und raumfahrtmedizinischen Forschungseinrichtung. Acht Männer und vier Frauen legen sich ohne Unterbrechung 30 Tage ins Bett. Das Kopfende ist um sechs Grad nach unten geneigt, es gibt kein Kissen. Dann verteilen sich die Flüssigkeiten im Körper wie in Schwerelosigkeit: von den Beinen in Richtung Kopf. Und schon ist man irdische Astronautin oder irdischer Astronaut.##markend##

Quelle: © DLR: Alle Rechte vorbehalten
Liegt ein Mensch in einem, mit dem Kopfende um sechs Grad nach unten geneigten Bett, verteilen sich die Körperflüssigkeiten wie in der Schwerelosigkeit. Auch die Untersuchungen und Tests mit den Teilnehmenden werden in dieser Position durchgeführt.

In den ersten drei bis fünf Tagen kann das unangenehm sein“, sagt Dr. Edwin Mulder, Projektleiter der Bettruhestudie. „Kreislauf, Rücken, Kopf, Verdauung – alles muss sich daran gewöhnen.“ Noch eine von vielen Gemeinsamkeiten der liegenden Probandinnen und Probanden und den Weltraum-Reisenden im All. Wenn die Schwerkraft fehlt, steigt mehr als ein halber Liter Flüssigkeit in die obere Körperhälfte. Das führt nicht nur zu kalten Füßen, einem heißen Kopf und „Puffy faces“, den Schwellungen im Gesicht. Es gibt weitaus schwerwiegendere Effekte: Die unübliche Flüssigkeitsverteilung ändert die Druckverhältnisse. Daraus folgen neurologische Auswirkungen, zum Beispiel beim Sehen. „Das ist ein großes Problem, gerade für Langzeitmissionen“, erklärt Edwin Mulder. Astronautinnen und Astronauten bedienen Instrumente, bestimmen Werte und arbeiten millimetergenau – dazu brauchen sie ihre volle Sehkraft.
 

Quelle: © DLR: Alle Rechte vorbehalten
Messung des Augeninnendrucks – auf dem Zeitplan stehen regelmäßig verschiedene Augenuntersuchungen

Der Unterdruckzylinder LBNP zieht das Blut in die untere Körperhälfte

Also müssen die Körperflüssigkeiten zurück in die Beine. Wie das gelingt, soll die aktuelle Bettruhestudie SANS-CM (Spaceflight-Associated Neuro-Ocular Syndrome Countermeasures study) zeigen. Sie wird wie frühere Studien im Auftrag der US-Raumfahrtbehörde NASA vom DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin durchgeführt.

Quelle: NASA/DLR
Logo der SANS-CM-Studie

Die erste von vier Kampagnen mit jeweils zwölf Teilnehmerinnen und Teilnehmern läuft gerade. Sie beinhaltet zwei Wochen Vorbereitung, 30 Tage im Bett und zwei Wochen Nachuntersuchungen mit Aufbautraining, insgesamt 59 Tage. Sechs Personen liegen während der Bettphase zweimal am Tag für drei Stunden in einem Unterdruckzylinder. Diese LBNP (Lower Body Negative Pressure Device), die von den DLR-Instituten für Luft- und Raumfahrtmedizin sowie Materialphysik im Weltraum und Systemhaus Technik in Abstimmung mit der NASA gebaut wurde, umschließt den Körper von der Taille abwärts. Der Unterdruck von 25 mmHg zieht Blut und Flüssigkeiten in die untere Körperhälfte.

Die Wirksamkeit wird durch Tests bewertet, etwa zur Herz-Kreislauf-Funktion, zu Gleichgewicht, Muskelkraft – und natürlich zum Sehen. Die anderen sechs Personen aus der Kontrollgruppe sitzen zweimal am Tag für drei Stunden aufrecht auf einem Stuhl. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer der zweiten Kampagne, die Ende Januar 2022 startet, werden wieder mit der LBNP arbeiten. In der dritten und vierten Kampagne werden spezielle Oberschenkel-Manschetten in Verbindung mit einem Radfahr-Training eingesetzt.

Bettruhestudien – eine lange Tradition im DLR

Die erste Bettruhestudie im Jahr 1988 diente der Vorbereitung auf die D-2-Mission, die 1993 startete. Damals brachte das Space Shuttle Columbia die beiden deutschen Astronauten Ulrich Walter und Hans Schlegel mit dem Raumlabor Spacelab für zehn Tage in den Orbit. Drei Jahrzehnte später stehen mögliche Langzeit-Missionen, zum Beispiel zum Mond oder Mars, im Mittelpunkt der Forschung. Bei der AGBRESA-Studie vor zwei Jahren verbrachten die Teilnehmenden sogar 60 Tage im Bett.

Als Maßnahme gegen physiologische Veränderungen fuhr die Trainingsgruppe täglich 30 Minuten in der Kurzarm-Zentrifuge im :envihab. Durch die schnellen Drehungen im Liegen erlebten sie eine künstliche Schwerkraft. Der Effekt auf den Körper hielt sich nach 30 Minuten in Grenzen, das hat die Studie ergeben. „Theoretisch scheint es trotzdem optimal, eine Schwerkraft im All zu erzeugen. Technisch ist das in einem engen Raumschiff im Moment aber nicht umzusetzen“, erklärt Edwin Mulder. Eine LBNP mit Unterdruckhaube und Pumpe könnte einfacher mitgenommen werden.

Quelle: © DLR: Alle Rechte vorbehalten
Die LBNP erzeugt einen Unterdruck, der die Körperflüssigkeiten zurück in die Beine bringen soll. Eine Augenuntersuchung misst den Effekt.

„Abenteuer und Erfahrung fürs Leben“

Vor eineinhalb Jahren haben die Projektleiter Edwin Mulder und Stefan Möstl mit der Vorbereitung der Studie begonnen. Nach der Zusammenstellung eines 15-köpfigen Kernteams wurden die Versuchsabläufe dann gemeinsam bis ins kleinste Detail geplant. Neben diesem Kernteam begleiten mehr als 100 Personen die Studie. Die Auswahl der Probandinnen und Probanden für die erste Kampagne hat mehrere Monate in Anspruch genommen. „Wir müssen sicher sein, dass wir nur jemanden in die Studie aufnehmen, der das auch schaffen kann. Die 30 Tage im Bett sind körperlich und psychisch eine Herausforderung“, sagt Stefan Möstl. „Aber sie sind gleichzeitig ein Abenteuer und eine Erfahrung fürs Leben.“

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Essen im Liegen und den Kopf dabei tiefer als die Beine. Das ist zumindest am Anfang ungewohnt.

Der Alltag ist entschleunigt. Essen, Duschen oder der Toilettengang im Liegen sind ungewohnt und dauern zumindest am Anfang bedeutend länger. Dazu ein vollgepackter Plan mit Tests und Untersuchungen, manchmal bis 22 Uhr. Trotzdem ist Zeit für persönliche Interessen, zum Beispiel Lesen, Fernsehen, Gespräche, Online-Spiele – alles, was im Liegen möglich ist. Nach der Bettphase bleiben die Probandinnen und Probanden zwei Wochen zur Erholung im :envihab. „In dieser Zeit bilden sich alle körperlichen Veränderungen zurück“, sagt Edwin Mulder.

Der Astronaut von der ISS nebenan

Im November ist noch einmal besonders deutlich geworden, wie eng die beiden Gruppen auf der Erde und im All verbunden sind. Der französische ESA-Astronaut Thomas Pesquet (43) verbringt nach seiner Rückkehr von der Internationalen Raumstation ISS seinen zehntägigen Direct Return im :envihab. Er gewöhnt sich wieder an das Leben mit Schwerkraft auf der Erde und setzt seine Missions-Experimente fort. Mit medizinischen Tests werden die Folgen seines sechsmonatigen Aufenthalts im All untersucht. Dazu zählen unter anderem Herz-Kreislauf-Untersuchungen und Augendiagnostik mit Augenultraschall und Sehtests – genau wie bei den „irdischen“ Astronautinnen und Astronauten der Bettruhestudie. Gelegentlich haben sich ihre Wege und die von Thomas Pesquet im :envihab sogar gekreuzt.

Bewerbungen für die dritte Kampagne der SANS-Bettruhestudie Anfang 2023 sind demnächst möglich. Auch für andere Studien werden Teilnehmerinnen und Teilnehmer gesucht.

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Über den Autor

Wie wirkt sich die Schwerelosigkeit auf den menschlichen Körper aus? Und was können wir gegen die negativen Effekte tun? Bettruhestudien dienen hier auf der Erde als Modell, um die Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf den menschlichen Körper hervorzurufen – und so Reaktionen, Auswirkungen und Gegenmaßnahmen untersuchen zu können. zur Autorenseite