Wir sind schon Astronauten auf dem Raumschiff Erde

08.01.2013

Raumfahrt könnte Alzheimer begünstigen, eine Mission zum Mars macht auf jeden Fall müde und führt zu Schlafstörungen, so ein Ergebnis der Weltraumflugsimulation Mars-500

Auch wenn vermutlich eine bemannte Mission zum Mars weiterhin ein Thema bleiben wird, so dürfte ein tatsächlicher Flug trotz mancher Versprechungen noch in weiter Zukunft liegen. Wahrscheinlicher ist, dass erst einmal wieder eine bemannte Mission auf den Mond fliegt oder auf einen Asteroiden landet. Überlegt wird auch, einen kleinen Asteroiden einzufangen und auf eine Umlaufbahn um den Mond zu bringen, um zu untersuchen, ob Ressourcengewinnung kommerziell interessant sein könnte. Zu vermuten ist, dass der von Mars One ausgeheckte Plan, Menschen im Rahmen einer Reality-TV-Show ohne Rückfahrticket auf den Mars zu schicken, um ihn zu kolonisieren, eine Luftblase bleiben wird.

Der Mars, aufgenommen mit der Visual Monitoring Camera des Mars Orbiter. Bild: ESA

Noch ist zudem ungeklärt, welche Folgen ein langer Aufenthalt im Weltall auf Astronauten haben würde, auch wenn sie nur 500 Tage für die Reise zum Mars, für einen kurzen Aufenthalt und die Rückreise dauern würde. Entscheidend wäre, dass sie nicht nur die Isolation in einem kleinem Raum mit wenigen Kollegen über so lange Zeit ertragen, sondern sich in der Schwerelosigkeit auch so fit halten müssten, um deren Folgen zu kompensieren und notwendige Aufgaben durchführen zu können.

Erst kürzlich berichtete eine in PLoS One veröffentlichte Studie von Neurobiologen der University of Rochester Medical Center (URMC), dass eine längere Aussetzung an die kosmische Strahlung im Weltraum, vor der Astronauten in niedrigen Umlaufbahnen noch geschützt sind, nicht nur das Risiko für Erkrankungen wie Krebs erhöhen könnte, sondern schon eine Reise zum Mars und zurück neben Herz-Kreislaufproblemen und dem Abbau der Muskelmasse auch kognitive Probleme verursachen und eine Alzheimer-Erkrankung begünstigen kann. Die Wissenschaftler hatten untersucht, wie sich massereiche, hoch geladene HZE-Partikel wie Eisen, die in hoher Geschwindigkeit auch normale Schutzschilde durchdringen können, auf die Gehirne von Mäusen auswirken. Dabei wurden verschieden starke Bestrahlungen ausgeführt, auch eine solche, die mit einer Marsreise für Menschen vergleichbar sei. Dabei stellten sie fest, dass Mäuse, die einer Strahlung ausgesetzt waren, bei Erinnerungs- und Orientierungsexperimenten deutlich schlechtere Ergebnisse als unbestrahlte Mäuse erzielten. In ihren Gehirnen wurde auch mehr Beta-Amyloide gefunden, also Plaques-Ablagerungen, die mit Alzheimer einhergehen sollen.

Bislang waren nur vier Menschen ununterbrochen über ein Jahr im Weltraum gewesen, am längsten Valery Polyakow mit 437 Tagen auf der ehemaligen russischen Weltraumstation Mir. Daneben gab es eine russische Weltraumsimulation, die 240 Tage andauerte, oder antarktische Missionen mit einer Länge von 363 Tagen. Um zu sehen, wie sich lange Aufenthalte in abgeschlossenen, kleinen Lebensräumen auf das Aktivitäts- und Schlafmuster der Eingeschlossenen auswirken, haben nun Wissenschaftler Daten der von der russischen Weltraumbehörde Roskosmos und der europäischen ESA zusammen organisierten Weltraumsimulation Mars-500 (ESA)ausgewertet. Es ist die bislang längste Weltraumsimulation auf der Erde gewesen, bei der sechs Freiwillige sich 520 Tage lang in einen 550 Kubikmeter großen, einem Raumschiff gleichenden Container am Institut für Biomedizinische Probleme einschließen ließen. Dabei wurde eine Marsmission - 250 Tage Hinflug, 30 Tage Marsaufenthalt und 240 Tage Rückflug simuliert, die am 4. November 2011 endete.

Ganz schön langweilig die körperliche Aktivität in einem Container. Manche wie der Autor würden schnell unter Klaustrophobie leiden. Bild: ESA

Wissenschaftler von der Perelman School of Medicine an der University of Pennsylvania und dem Baylor College of Medicine hatten als einziges beteiligtes US-Team während dieser Zeit die Schlaf- und Wachzyklen mitsamt den psychischen Reaktionen und Leistungskapazitäten beobachtet, um zu erkennen, ob und wie schwerwiegend sich während einer solchen Mission Schlafstörungen, Ermüdung, Stress, Stimmungsschwankungen und Konflikte ergeben. Kontinuierlich wurden für ihre Studie, die in den Proceedings of the National Academy of Sciences erschienen ist, dafür die Körperbewegungen mit einem Aktimeter am Handgelenk und die Aussetzung an Licht gemessen. Wöchentlich leisteten die Versuchspersonen am Computer einen psychomotorischen Aufmerksamkeitstest ab, bei dem gleichzeitig ihr Gesicht gefilmt wurde, um Aktivität, Schlafdauer- und qualität, Arbeitsbelastung, Aufmerksamkeit etc. zu erfassen.

Deutlich wurde, dass das Abgeschlossensein im Container schon sehr schnell dazu führt, dass das Sitzen, aber auch der Schlaf und die Ruhezeiten deutlich zunehmen, während die körperliche Aktivität eingeschränkt wird. Die Schlafzeit nahm durchschnittlich während der "Mission" um 8,4 Prozent oder fast um eine Stunde pro Tag zu, während die Zeit im Zustand aktiver Wachheit um 7 Prozent oder 1,12 Stunden zurückging. Die Ruhezeit stieg um 54 Prozent oder um 54 Minuten pro Tag an. Es ist schließlich der "Auslauf" nicht da, im Container herumzuspazieren nicht sonderlich interessant. Die Wachaktivitäten gingen kontinuierlich - abgesehen kurze vor und während des "Marsaufenthalts", wo die Arbeitsbelastung stieg - weiter zurück, erst in den letzten 20 Tagen wurden die Versuchspersonen wieder aktiver und wacher, weil es dem Ende zuging und die Vorfreude stieg, den Container verlassen zu können. Auch oder weil die Schlafdauer anstieg, verbesserten sich die Leistungen im Aufmerksamkeitstest. Allerdings gab es teils große Unterschiede zwischen den Versuchspersonen, was Wach-, Ruhe- und Schlafzeiten betrifft. Die Versuchsperson mit der geringsten Wachzeit hatte die schlechteste Schlafqualität und schnitt bei den Leistungstests am schlechtesten ab. Bei zwei Versuchspersonen veränderten sich die Schlaf-Wach-Rhythmen gegenüber denen der übrigen Versuchspersonen, so dass diese während 20 Prozent der Zeit schliefen, in der die anderen wach waren.

Man ruht, wenn es nichts zu tun oder wahrzunehmen gibt. Und man kennt sich mittlerweile auch. Bild: Esa

Vier der sechs Versuchspersonen litten unter Problemen von gestörten Schlaf-Wach-Rhythmen, Verschiebung des Schlafs in die Tageszeit, Leistungsdefizite aufgrund Schlafstörungen und häufig erlebter Reduzierung der Schlafqualität. Die Probleme, die man auch von Polarexpeditionen kennt, begannen schnell aufzutreten und hielten während der Simulation an. Da sie aber nicht bei allen auftraten, muss es geno- und phänotypische Unterschiede geben, so die Wissenschaftler, welche Folgen Schlafstörungen haben. Wenn man diese Unterschiede erkennen könnte, würde man eine mögliche Crew für eine lange Raummission besser auswählen können. Die zunehmende Ermüdung als Folge der Isolation, die man auch bei Tieren kennt, müsse durch veränderte Lebensbedingungen in den Räumen von Weltraumkapseln und durch Aktivitätstagespläne verhindert, die auch den geophysikalischen Tagesrhythmus durch Lichtsynchronisation nachahmen.

Wenigstens gibt es überall Bildschirme - in der Simulation und im irdischen Alltag. Bild: ESA

Man müsste also möglichst alle irdischen Bedingungen bei Weltraumflügen simulieren, womit man aber die Folgen der Isolation, also gewissermaßen des Gefangenendilemmas, keineswegs alle abfedern kann. Das ist schließlich im Gefängnis auch nicht möglich, seltsamerweise haben die Wissenschaftler die Bedingungen von Weltraumflügen nicht mit Erfahrungen aus langen Gefängnisaufenthalten verglichen. Immerhin ziehen die Autoren aber einen Vergleich zum Alltagsleben in den modernen Gesellschaften, in denen sich die sitzenden Lebensweisen ebenfalls immer stärker ausgeprägt haben, während die Menschen immer weniger "natürlichen geophysikalischen Signalen" ausgesetzt seien, aber immer länger künstlichen Lichtquellen.

Schlafstörungen, zu wenig Schlaf oder Diskrepanzen zwischen sozialer Zeit und Schlaf-Wach-Zeiten würden durch Arbeitszeiten, Wecker, Fernsehkonsum und kulturellen Zeitveränderungen wie Schulbeginn oder Sommerzeit entstehen: "Die lebenswichtige Notwendigkeit für Menschen, die mit der circadianen Biologie synchronisierten Schlaf-Wach-Rhythmen aufrechtzuerhalten, welche die menschliche Gesundheit und das Verhalten zeitlich koordinieren, scheint auf der Erde ebenso bedeutsam zu sein wie auf einer Reise zum Mars." Wir sind offenbar schon alle isolierte Astronauten auf dem Raumschiff Erde, die sich vom natürlichen circadianen Rhythmus entfernen.

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