Envihab: Bettruhe im Dienste der Wissenschaft
Ein weltweit einzigartiges Medizinlabor für Astronauten hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln in Betrieb genommen.
Herzstück der Forschungsanlage ist eine Humanzentrifuge. Während der Fahrt kann das Herz des Probanden per Ultraschall untersucht werden.
Foto: DLR
Mit sechsfacher Erdanziehungskraft steckt der Proband in der Zentrifuge und hat Beschleunigungen wie beim Raketenstart auszuhalten. Gleich nebenan in der Druckkammer ist er Bedingungen ausgesetzt, als erklimme er einen Gipfel des Himalaja in 5500 m Höhe. Und im Psychologielabor gegenüber muss er unter Stress die Aufgabe bewältigen, ein simuliertes Shuttle exakt an die Internationale Raumstation anzudocken.
So vielfältig die Aufgaben auch sind, sie dienen allesamt dem Zweck, die Gesundheit und Leistungsfähigkeit von Astronauten bei der Arbeit zu untersuchen. Im Envihab (von „environmental habitat“), das im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) vergangene Woche in Köln eröffnet wurde, können Forscher künftig nachstellen, wie sich extreme Bedingungen etwa bei einem Flug zum Mars auf den Menschen auswirken, und mögliche Gegenmaßnahmen entwickeln.
„Wir werden hier Forschung für Astronauten und für die Zukunft der Raumfahrt machen. Aber wir wollen uns auch auf die Verbindung zur irdischen Medizin konzentrieren“, erklärt Rupert Gerzer, Leiter des DLR-Instituts für Luft- und Raumfahrtmedizin, die gesteckten Ziele. Denn was den Astronauten leistungsfähig erhält, hilft auch dem Patienten am Boden.
Künstliche Schwerkraft
Im Zentrum der 3500 m2 großen Forschungshalle dreht sich die Kurzarm-Humanzentrifuge und erzeugt für die Versuchspersonen eine künstliche Schwerkraft. Während Astronauten im Weltraum schweben, bauen ihre Knochen und Muskeln ab. Ohne Schwerkraft lässt die Leistungsfähigkeit des Kreislaufs nach und das Immunsystem schwächelt. Dem könnte die Schwerkraft unter einer Zentrifugenfahrt entgegenwirken. „In welchem Umfang das funktionieren könnte, wollen wir mit Studien auf der Zentrifuge herausfinden“, erläutert Jochen Zange, Leiter der Arbeitsgruppe Integrative Muskelphysiologie.
Unter künstlicher Schwerkraft können die Probanden weitere Aufgaben bewältigen: auf einem Trainingsrad strampeln oder auf einer Sprungplatte Übungen machen, die die Wirkung der Zentrifugenfahrt noch verstärken. Gleich mehrere Kameras beobachten dabei die Bewegungsabläufe.
Weltweit einmalig ist die Möglichkeit, während der Fahrt mit einem Roboterarm ein Ultraschallgerät über den Probanden zu steuern und dessen Herz zu beobachten.
Knochen- und Muskelabbau durch monatelange Bettlägerigkeit
Ziel der Kölner Forscher ist es, eine maßgeschneiderte Zentrifuge für das Astronautentraining ins Weltall zu bringen. Die dabei entwickelten Gegenmaßnahmen könnten aber auch dem Knochen- und Muskelabbau entgegenwirken, der auf der Erde beispielsweise nach längerer Bettlägerigkeit oder im Alter entsteht.
Dafür haben die DLR-Forscher eine Art Schlaflabor eingerichtet, in dem die Probanden für Monate regelrecht ins Bett gelegt werden. „Wir wollen verstehen, was eine derart lange Bettruhe im Körper verändert und wie man diese Veränderungen verhindern kann“, sagt Institutsleiter Gerzer.
Luftfeuchtigkeit, Sauerstoff-, Stickstoff- und Kohlendioxidgehalt, Umgebungslicht oder auch Temperatur können dabei genau eingestellt werden. Spezielle Lichtdecken beleuchten die Probanden mit verschiedenen Wellenlängen.
„Astronauten sind ebenso Schichtarbeiter wie Krankenhauspersonal oder Fließbandarbeiter“, sagt der Forschungschef. Welche Lichtwellen sich günstig auf den Rhythmus von Schichtarbeitern auswirken, ist also für die Arbeiter im Weltall wie auf der Erde interessant. Weitere Studien widmen sich dem Knochen- und Muskelabbau oder unterschiedlichen Ernährungsformen.
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