Einfluss der Schwerelosigkeit auf den Knorpel im Kniegelenk
Wie wirkt sich die Schwerelosigkeit auf den Knorpel im Kniegelenk aus? Das untersuchen jetzt der deutsche Astronaut Alexander Gerst und seine Kollegen auf der Internationalen Raumstation ISS – am eigenen Körper. Mediziner erhoffen sich dadurch neue Erkenntnisse für an Arthrose leidende Menschen.
Seit vier Monaten auf der ISS: Der deutsche Astronaut Alexander Gerst forscht nicht nur in der Schwerelosigkeit. Auch seine Knie und die der anderen Besatzungsmitglieder sind zugleich Forschungsgegenstand beim Projekt Cartilage der Kölner Sporthochschule.
Foto: NASA
Etwa fünf Millionen Menschen in Deutschland leiden unter Arthrose. Dieser Gelenkverschleiß kann grundsätzlich in allen Gelenken auftreten. Hauptsächlich betroffen sind jedoch die Kniegelenke, in denen es zu Schmerzen, Inaktivität und Verformungen kommen kann. Daher forschen Wissenschaftler an möglichen Gegenmaßnahmen, um den Knorpel und damit auch die Lebensqualität im Alter zu erhalten. Das jetzt durchgeführte Experiment auf der ISS ist eines von 100 Experimenten im Rahmen der Mission „Blue Dot –Shape the Future“.
Körperliche und psychische Belastung für Astronauten im Weltall
Alexander Gerst und seine Kollegen an Bord der ISS sind Probanden des Experiments „Cartilage“, das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der europäischen Raumfahrtagentur ESA gefördert wird. Aufgrund längerer Aufenthalte auf der ISS oder bei Missionen zum Mond ist das Knorpelverhalten in der Schwerelosigkeit auch für die Astronauten selbst von Wichtigkeit.
Bildliche Darstellung des Muskelabbaus.
Quelle: Chondrometics
Für die Wissenschaftler Professor Dr. Gert-Peter Brüggemann, Dr. Anna-Maria Liphardt und Dr. Anja Niehoff vom Institut für Biomechanik und Orthopädie der Deutschen Sporthochschule Köln ist die Schwerelosigkeit noch aus einem anderen Grund von Bedeutung: Nur in diesem Zustand kann das Kniegelenk gesunder Probanden für einen längeren Zeitraum entlastet und der Effekt der Ruhe auf den Knorpel nachgewiesen werden.
Fünf-Jahres-Projekt läuft seit Frühjahr 2013
Die Wissenschaftler der Sportschule führten unmittelbar vor dem Flug der ISS-Besatzungsmitglieder eine Kernspintomographie an deren Knien durch. Untersucht wurden , die Zusammensetzung des Knorpels und die Parameter des Knorpelstoffwechsels. Außerdem analysierten sie die Biomarker aus Blut und Urin, um festzustellen, ob die reduzierte mechanische Belastung in der Schwerelosigkeit zu einer Degeneration des Gelenkknorpels führen kann. Ausgangspunkt für diese Annahme ist die Tatsache, dass eine moderate Gelenkbelastung zur Nährstoffversorgung und für die Funktion des Gelenkknorpels unverzichtbar ist, da in diesem Gewebe keine Blutgefäße vorhanden sind.
Unmittelbar vor und nach dem Flug zur ISS sowie noch einmal vier bis sechs Wochen nach dem Flug wird der Gelenkknorpel der Astronauten mittels Kernspintomographie (Magnet-Resonanz-Tomographie, MRT) des Knies abgebildet und die Morphologie (Volumen und Dicke) erfasst.
Quelle: DSHS
Wiederholt wurden alle Untersuchungen direkt nach dem Flug, und noch einmal nach mehreren Wochen Aufenthalt auf der Raumfahrtstation. Auch nach der Rückkehr der Astronauten von der ISS werden diese noch einmal entsprechend durchgecheckt.
Bettruhe-Studie im Vorfeld
Zuvor hatten die Forscher bereits eine sogenannte Bettruhe-Studie durchgeführt. Bettruhe ist ein in der Forschung anerkanntes Modell, um einige physiologische Effekte von Schwerelosigkeit zu simulieren. Hierbei zeigte sich, dass die Dicke des Knieknorpelgelenks am Schienbein abnahm. Der Oberschenkelknochen war davon jedoch nicht betroffen ist. Jetzt wird sich zeigen, ob in echter Schwerelosigkeit die gleichen Effekte in derselben Ausprägung auftreten oder ob es Unterschiede gibt. Natürlich geht es auch um erfolgreiche Gegenmaßnahmen zum Knorpelerhalt. Sie würden würden nicht nur das Leben in der Schwerelosigkeit, sondern auch hier im Alter weiter verbessern.
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