Der Körper des Menschen ist so gut an die Schwerkraft angepasst, dass wir uns normalerweise ihrer Wirkung gar nicht bewusst sind. Aber die Kraft, mit der uns die Erde auf ihre Oberfläche zieht, bestimmt jede unserer Bewegungen: egal, ob wir gehen, laufen, springen oder tanzen.
Wenn wir Sport treiben, lernen wir, unsere Muskeln für die verschiedenen Bewegungen besser einzusetzen: Die Muskulatur wird stärker und ausdauernder. Auch die Knochen passen sich an die Kräfte an, die sie ja täglich aushalten müssen ohne zu brechen. Nur mal ganz nebenbei: An den Ober- und Unterschenkel können diese Belastungen 1 Tonne erreichen! Das geht dann im wahrsten Sinne „auf die Knochen“. Wenn nun beim Training die Muskeln wachsen, wachsen an den belasteten Punkten langsam auch die Knochen. Muskeln und Knochen sind darum bei Sportlern stärker als bei gleich alten und gleich schweren Nicht-Sportlern.
Warum die ISS eine fliegende Muckibude ist
Thomas Reiter trainiert auf dem Fahrrad-Ergometer im Destiny Labormodul der ISS. Bild: NASA.
Aber wenn Muskeln und Knochen nicht mehr belastet werden, bilden sie sich wieder zurück. Wer schon einmal mehrere Wochen einen Gipsverband an Arm oder Bein tragen musste, hat das erfahren. Auch wenn sich Astronauten in der Schwerelosigkeit aufhalten, führt die ständige Entlastung vor allem der Beine zum Abbau der betroffenen Muskelgruppen. Bei kurzen Raumflügen – wie z. B. der Reise zum Mond – wirkt sich das noch nicht so sehr aus. Wenn man aber mehrere Monate auf der Internationalen Raumstation verbringt oder gar ein Jahr lang zum Mars fliegt, kann ein Stadium des Muskel- und Knochenabbaus erreicht werden, das den gesamten Körper schwächt. Schlimmstenfalls könnte der Verlust so stark werden, dass sich die Knochen nach der Rückkehr nicht mehr vollständig erholen können.
Durch ein gezieltes Muskeltraining wird dies beim Langzeit-Aufenthalt auf der ISS verhindert. Gewichte heben ist natürlich in der Schwerelosigkeit kein sinnvolles Training – sie wiegen ja im All nichts. Aber Astronauten können Fahrradergometer, Laufbänder, und Expander mit Federzügen und Gummibändern benutzen. Vorgeschrieben sind täglich zwei Stunden Training.
Kurzarm-Humanzentrifuge beim DLR Köln. Bild: DLR, Markus-Steur.de
Trotzdem: So ganz ohne Muskel- und Knochenabbau geht es nicht. Warum das Training im All schlechter wirkt als auf der Erde und wie man das verbessern kann, wird zurzeit intensiv erforscht. Es wird vermutet, dass bei den Sportgeräten auf der Raumstation die Belastung des Körpers ungleichmäßiger verteilt ist als auf der Erde. Es kann auch daran liegen, dass die Beine in Schwerelosigkeit schlechter durchblutet sind und schneller ermüden. Es könnten aber auch der Wasser- und Salzhaushalt oder die Verwertung und Speicherung von Nährstoffen schuld sein.
Für die Entwicklung erfolgreicher Trainingsmethoden muss man darum nicht nur den Muskel- und Knochenstoffwechsel, sondern auch die mechanischen Abläufe während des Trainings verstehen. Aber auch über die Funktion des Kreislaufsystems und die richtige Ernährung von Astronauten müssen wir noch mehr wissen.
Wie in Science-Fiction-Filmen?
Zurzeit wird im DLR untersucht, ob man im All die Schwerkraft der Erde durch eine Zentrifuge ersetzen kann und so die Astronauten bei langen Flügen besser fit bleiben. Die Zentrifuge würde dann – wie man es aus Science-Fiction-Filmen kennt – gewissermaßen künstlich Schwerkraft erzeugen. Aber in jedem Fall gilt: Astronauten müssen sich vor ihrem Flug und auch während des Aufenthalts im Weltraum fit halten – und das empfehlen wir bei Mission X auch allen Schülerinnen und Schülern!