Die Abteilung „Muskel- und Knochenstoffwechsel" untersucht die Anpassung des menschlichen Körpers an veränderte Umweltbedingungen wie Schwerelosigkeit, Atmosphärenzusammensetzung, Ernährung und Bewegungsmangel. Die genetische Prädisposition und Alterungsprozesse werden dabei ebenso berücksichtigt wie die Auswirkungen auf die Gesundheit. Ein gutes Verständnis von Biomechanik und Stoffwechsel hilft uns, effiziente Gegenmaßnahmen gegen Muskelabbau, Knochenschwund und Stoffwechselstörungen im Weltraum zu entwickeln. Dabei ist auch die mögliche klinische Nutzung im Visier, z.B. in der Rehabilitations-Medizin.

Mechanophysiologie Muskeln und Knochen sind lebendes Gewebe, das eine dauerhafte Beanspruchung benötigt. In Schwerelosigkeit im Weltraum führt die Entlastung von Muskeln und Knochen rasch zu einem Gewebeabbau und damit zu einem Risiko für Langzeitmissionen. In Bettruhe-Studien konnte die Wirksamkeit bestimmter Trainingsprogramme nachgewiesen werden, das Training auf der Raumstation ist aber immer noch nicht zu 100% effektiv. Ein detailliertes Verständnis der Gewebe-Mechanik von Muskeln und Knochen in Abhängigkeit von Schwerkraft und körperlicher Belastung fehlt derzeit noch. Diese Lücke will die Arbeitsgruppe Mechanophysiologie mit gezielten Experimenten schließen und setzt dabei auch computergestützte Modelle ein. Die Thematik hat viele Berührungspunkte mit der Erforschung von Abbau-Prozessen des muskuloskelettalen Systems im Alter.

Translationale Stoffwechselforschung Die Arbeitsgruppe unter Leitung von Dominik Pesta befasst sich mit translationalen Forschungsaspekten, dem Einfluss verschiedener Umweltbedingungen und physiologischer Stimuli auf den Energiestoffwechsel. Zu diesem Zweck führen wir hypothesengetriebene translationale und mechanistische Studien durch, um die Mechanismen zu verstehen, die den Veränderungen in Muskel-, Herz-, Leber- oder Fettgewebe als Reaktion auf Schwerelosigkeit, Bettruhe oder nach Rehabilitationstraining zugrunde liegen. Wir setzen modernste Methoden zur Untersuchung des gewebsspezifischen Energiestoffwechsels ein, darunter mit stabilen Isotopen markierte Tracer zur Beurteilung des in-vivo-Glukoseumsatzes oder hochauflösende Respirometrie zur umfassenden Charakterisierung der mitochondrialen Funktion und des oxidativen Stresses. Die Beantwortung der Fragen ist nicht nur für Raumfahrt von hohem Interesse, sondern auch für zahlreiche chronische Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes mellitus oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Daher bilden Aspekte der klinischen Forschung, die sich aus Synergien mit der Bioastronautik ergeben, den zweiten Eckpfeiler dieser Gruppe.

Training & Countermeasures Die Arbeitsgruppe Training & Countermeasures entwickelt und erprobt gezielte Trainingsinterventionen, welche die Funktionalität des Bewegungsapparates erhalten, wiederherstellen oder gar steigern sollen. Weitere Methoden fokussieren dabei auf das Herz-Kreislauf-System und die psychologisch-operationelle Leistungsfähigkeit des Menschen im Weltraum. Eine weitere wichtige Aktivität ist die Untersuchung von Master-Athleten als leistungsstarke Kohorte, die mit alternden Astronauten vergleichbar ist.

Studien der Abteilung Muskel- und Knochenstoffwechsel Die Abteilung führt regelmäßig Studien durch, und zwar im Labor, aber auch in der wirklichen Welt, bis hin zur Internationalen Raumstation (ISS). Im Vordergrund steht dabei die Forschung am und für den Menschen, inklusive der klinischen Anwendungen. Abgerundet wird das Spektrum durch in-silico Modellierungen im Computer. Mehr

Forschungsanlagen der Abteilung Muskel- und Knochenstoffwechsel Mehr

Regelmäßige wissenschaftliche Veranstaltungen Der jährliche 'Humanphysiologische Workshop' bietet ein Podium, auf dem Nachwuchswissenschaftler ihre neuesten Ergebnisse diskutieren können. Bei der Veranstaltung 'KNIMS' (Kompetenznetzwerk Immobilisationsbedingte Muskelstörungen) geht es darum, die Probleme der Muskulatur bei Bewegungsmangel mit Experten aus Klinik und Grundlagenwissenschaften zu diskutieren. Ziel ist hierbei die klinische Verwertung der Forschung in der Abteilung. Zum Dritten veranstaltet die Abteilung gemeinsam mit VBIO und der DPG jährlich eine Fortbildung für Lehrer. Hiermit soll erreicht werden, dass die Forschungsergebnisse möglichst rasch auch im Schulunterricht platziert werden können. Mehr