Der Aufenthalt im Weltraum stellt die Verwirklichung eines jahrhundertealten Traums der Menschheit dar, bringt aber gleichzeitig auch immense Herausforderungen für den menschlichen Organismus mit sich. In der Umgebung der Mikrogravitation, weit entfernt von den bekannten Bedingungen auf der Erde, beginnen unsere Körper, sich auf völlig andere Weisen zu verhalten. Die Knochen verlieren an Dichte, die Muskelmasse nimmt ab, Herz und Blutgefäße durchlaufen unerwartete Anpassungen, und sogar das Immunsystem verändert sich. Diese Transformationen sind nicht nur eine wissenschaftliche Kuriosität; sie beeinflussen direkt die Gesundheit und den Erfolg der Missionen von Astronauten, insbesondere bei langfristigen Aufenthalten an Orten wie der Internationalen Raumstation (ISS). Doch gerade die Untersuchung dieser negativen Auswirkungen öffnet die Tür zu revolutionären medizinischen Erkenntnissen, die das Potenzial haben, die Gesundheitsversorgung für uns alle auf der Erde zu verbessern.

Das Weltall als einzigartiges medizinisches Labor

Die Forschungen der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) beschränken sich nicht nur darauf, die Sicherheit der Astronauten zu gewährleisten. Die Untersuchung der Auswirkungen von Raumflügen auf den menschlichen Körper bietet einen einzigartigen Einblick in medizinische Zustände, die Millionen von Menschen auf unserem Planeten betreffen. Probleme wie Osteoporose, Muskelatrophie und Herz-Kreislauf-Erkrankungen entwickeln sich auf der Erde über Jahre, während im Weltraum ähnliche Prozesse erheblich beschleunigt ablaufen. Dies verwandelt die Weltraumumgebung in eine Art medizinisches Labor, in dem Wissenschaftler in relativ kurzer Zeit die Mechanismen von Krankheiten untersuchen und neue Therapien testen können. Das im Orbit gewonnene Wissen hat das direkte Potenzial, allen zu nützen, von der älteren Bevölkerung, die mit den Folgen des Alterns konfrontiert ist, bis hin zu Patienten, die sich von schweren Verletzungen oder langwierigen Krankheiten erholen.

Eine Schlüsselrolle bei diesen Bemühungen spielt das SciSpacE-Programm der ESA, das Wissenschaftler aus ganz Europa zusammenbringt, um zu untersuchen, wie Weltraumstressoren – Schwerelosigkeit, Isolation und kosmische Strahlung – die menschliche Physiologie beeinflussen. Die Untersuchungen werden an zwei Fronten durchgeführt: direkt auf der Internationalen Raumstation, aber auch auf der Erde durch sogenannte Analogstudien. Die bekanntesten darunter sind die Langzeit-Bettruhestudien, bei denen Freiwillige Wochen, ja sogar Monate, mit nach unten geneigtem Kopf liegend verbringen, um die Bedingungen der Mikrogravitation so originalgetreu wie möglich zu simulieren, insbesondere die Umverteilung der Körperflüssigkeiten und den fehlenden Druck auf Skelett und Muskeln.

Im Fokus: die Knochen- und Herzgesundheit von Astronauten

Im Rahmen der Mission Ignis auf der Internationalen Raumstation wurde eine Reihe von entscheidenden europäischen Experimenten durchgeführt, die sich auf grundlegende Bereiche der menschlichen Gesundheit konzentrierten, vor allem auf die Knochengesundheit, die Herz-Kreislauf-Funktion und die Muskelleistung. Zwei Systeme sind besonders empfindlich gegenüber dem Fehlen der Schwerkraft: das Knochen- und das Kreislaufsystem.

Eine der ausgeprägtesten Folgen eines Aufenthalts im Weltraum ist der Verlust von Knochenmasse. Ohne die ständige Belastung, die die Schwerkraft auf der Erde ausübt, verlieren die Knochen Kalzium und werden mit einer Geschwindigkeit brüchiger, die unvergleichlich höher ist als bei älteren Menschen mit Osteoporose. Eine Studie namens Bone Health untersucht detailliert, ob Astronauten nach kurzzeitigen Missionen eine spezifische Art der Knochenschwächung erfahren, ein Phänomen, das als Post Re-Entry Bone Loss (PREBL) bekannt ist. Durch das Sammeln von Knochendichtescans, Blutproben und Aktivitätsdaten hoffen die Forscher, besser zu verstehen, wie sich das Skelett nach der Rückkehr zur Erde erholt und welche Mechanismen diesem Prozess zugrunde liegen.

Parallel dazu befasst sich das Experiment Bone on ISS mit den langfristigen Veränderungen der Knochenstruktur bei Astronauten, die mehrmals geflogen sind. Mithilfe hochentwickelter molekularer Marker verfolgen die Wissenschaftler, wie sich die Knochen im Weltraum umbauen. Das Endziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines "digitalen Zwillings des Knochens" – eines virtuellen Modells, das mit großer Präzision vorhersagen kann, wie das Skelettsystem eines einzelnen Astronauten auf die Bedingungen im Weltraum reagieren wird. Ein solches Werkzeug würde die Erstellung personalisierter Gegenmaßnahmen und Trainingspläne ermöglichen, wodurch das Risiko von Frakturen und langfristigen Schäden auf ein Minimum reduziert würde.

Die ESA erforscht auch intensiv die Auswirkungen von Raumflügen auf das Herz durch die Studie Cardio Deconditioning. In der Mikrogravitation muss das Herz nicht so hart arbeiten, um Blut durch den Körper zu pumpen, was im Laufe der Zeit zu seiner Verkleinerung und einem Kapazitätsverlust führen kann. Wissenschaftler verwenden fortschrittliche Bildgebungstechniken wie Magnetresonanztomographie und Ultraschall und vergleichen Daten aus Weltraummissionen mit denen aus terrestrischen Bettruhestudien, um zu verstehen, wie sich der Aufenthalt im Weltraum und die Strahlenexposition auf die kardiovaskuläre Gesundheit auswirken. Diese Erkenntnisse helfen nicht nur, Astronauten zu schützen, sondern liefern auch wertvolle Informationen für die Behandlung von Herzkrankheiten auf der Erde.

Kampf gegen Muskelatrophie: Innovative Lösungen aus dem Orbit

Neben den Knochen gehören die Muskeln zu den ersten, die in der Schwerelosigkeit betroffen sind. Ohne die Notwendigkeit, bei jeder Bewegung der Schwerkraft entgegenzuwirken, beginnen die Muskelfasern schnell abzubauen, was zu einem erheblichen Verlust an Masse und Kraft führt. Um dieser Herausforderung zu begegnen, testet die ESA eine innovative Technik, die als neuromuskuläre elektrische Stimulation (NMES) bekannt ist. Diese Methode wendet sanfte, kontrollierte elektrische Impulse auf die Beinmuskulatur an und regt deren Kontraktion ohne bewusste Anstrengung des Astronauten an. Ziel ist es, Kraft, Ausdauer und Muskelmasse während Langzeitflügen zu erhalten und so die für die Rehabilitation nach der Rückkehr erforderliche Zeit zu verkürzen.

Das Experiment namens Muscle Stimulation, an dem auch Astronauten wie Matthias Maurer teilnahmen, umfasst ein umfassendes Paket von Bewertungen, von der Magnetresonanztomographie (MRT) und der Analyse der Mikrozirkulation bis hin zur Entnahme von Blutproben, um die Wirksamkeit von NMES im Weltraum genau zu bewerten. Der polnische Astronaut Sławosz Uznański führte während seines Aufenthalts im Columbus-Modul ebenfalls eine Reihe von Experimenten zur menschlichen Physiologie durch. Das Potenzial der NMES-Technologie ist auch auf der Erde enorm – sie könnte Patienten mit eingeschränkter Mobilität, Personen, die sich von Operationen oder Verletzungen erholen, sowie der älteren Bevölkerung im Kampf gegen Sarkopenie, d.h. den altersbedingten Verlust von Muskelmasse, helfen.

Vom Weltraum zur Erde: Konkrete Vorteile für die globale Gesundheit

All diese Forschungen, von Knochen und Muskeln bis hin zu Herz und Zellen, sind Teil eines übergeordneten Ziels: die menschliche Erforschung des Weltraums für zukünftige Generationen, die zum Mond, Mars und darüber hinaus reisen werden, sicherer und nachhaltiger zu machen. Gleichzeitig spiegeln sie jedoch auch den immensen Wert der Weltraumwissenschaft für die Menschheit wider. Indem die ESA den menschlichen Körper in der extremen Umgebung des Weltraums beobachtet, entdeckt sie neues Wissen, das direkt zur Verbesserung der Gesundheitsversorgung auf der Erde beiträgt. Die Arbeit, die auf der Internationalen Raumstation geleistet wird, verschiebt die Grenzen der Wissenschaft. Sie bereitet uns nicht nur auf ein Leben außerhalb unseres Planeten vor – sie hilft uns, genau hier zu Hause ein gesünderes Leben zu führen.

Quelle: Europäische Weltraumorganisation