Kreislaufkollaps auf der Erde

Warum bei Astronauten nach ihrer Rückkehr die Blutdruckregulation versagt / Ursachenforschung in simulierter Schwerelosigkeit

Wer lange im Bett liegt, kommt schwer wieder auf die Beine. Und wer Monate im Weltall verbringt, hat bekanntlich Probleme, die Erde aufrechten Ganges zu betreten. Wissenschaftler der Medizinischen Universitätsklinik Heidelberg haben an „Test-Astronauten“ untersucht, warum sich der Kreislauf nach Aufenthalt in der Schwerelosigkeit nur langsam wieder erholt. Eine Schlüsselrolle für die Blutdruckregulation spielt dabei Stickstoffmonoxid (NO), das die Blutgefäße erweitern kann.

Die Untersuchung ist Bestandteil der „Bedrest-Studie“ in Köln, die von der Europäischen Raumfahrtagentur (ESA) ausgeschrieben und vom Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln durchgeführt wurde. Insgesamt zwölf Wissenschaftlerteams aus Europa und den USA untersuchen an freiwilligen Testpersonen, welche Auswirkungen eine zweiwöchige simulierte Schwerelosigkeit und eine dürftige Astronautenkost auf Körpergewicht, Knochenstoffwechsel und Herz-Kreislaufsystem haben. „Nicht nur der fehlende Schwerkrafteinfluss macht den Astronauten körperlich zu schaffen, sondern auch ihr geringer Hunger und Durst“, erklärt Dr. Christiane Hesse, Abteilung Klinische Pharmakologie und Pharmakoepidemiologie des Universitätsklinikums Heidelberg (Ärztlicher Direktor Prof. Dr. Walter Haefeli). Die mangelhafte Nahrungszufuhr wirkt sich möglicherweise negativ auf ihren körperlichen Zustand im All aus.

Untersuchung an Testpersonen / Zwei Wochen lang Bettruhe und Diät

Diese besonderen Bedingungen werden in Köln möglichst naturgetreu simuliert. Bereits zum vierten Mal haben sich zehn gesunde Männer im Alter von 20 bis 35 Jahren für die vierwöchige Studie zur Verfügung gestellt. Die Hälfte von ihnen hat zwei Wochen in Bettruhe mit 6 Grad Kopftieflage verbracht. Analog zur Schwerelosigkeit werden dadurch ihre Knochen und Muskeln entlastet und Flüssigkeit aus den unteren in die oberen Körperpartien verschoben. Während der vier Studienphasen hat jeder Teilnehmer zwei dieser Bettruhephasen mitgemacht. In zwei der vier Testphasen (eine Phase mit und eine ohne Bettruhe) werden die Teilnehmer zusätzlich auf eine kalorienarme Diät gesetzt.

Was ist nun ausschlaggebend für Kreislaufprobleme, unter denen viele Astronauten nach ihrer Rückkehr auf die Erde leiden? Mangelnde Nahrungs- und Flüssigkeitszufuhr und/oder die fehlende Belastung unter Schwerelosigkeit? „Wir untersuchen, wie sich die Regulation des Gefäßsystems unter kalorienarmer Diät und/oder Bettruhe verändert“, sagt Dr. Hesse, die vor Ort im Forschungszentrum der DLR arbeitete. „Dafür verabreichen wir den Versuchsteilnehmern geringe Mengen verschiedener Testsubstanzen und messen am Unterarm, wie sich der Blutfluss verändert.“ Besonders interessiert die Heidelberger Wissenschaftler, ob Stickstoffmonoxid (NO) freigesetzt wird. Dieses Molekül spielt eine zentrale Rolle für die Erweiterung der Blutgefäße und damit auch für die Blutdruckregulation.

„Vermutlich wird das für die NO-Bildung verantwortliche Enzym, die endotheliale NO-Synthase (eNOS), durch Bettruhe und Diät herunterreguliert und damit weniger NO gebildet“, erklärt Frau Dr. Hesse. Dafür könnten verschiedene Mechanismen verantwortlich sein: zum einen die zweiwöchige Immobilität (regelmäßige sportliche Aktivität aktiviert eNOS) und zum anderen der durch Kopf-Tieflage und/oder Diät hervorgerufene Flüssigkeitsmangel. Dieser vermindert die Scherkräfte, die Druck auf die Gefäßwände ausüben, und als Stimulus für die NO-Bildung bekannt sind.

Forschungsergebnisse wichtig für ältere Menschen und bettlägerige Patienten

„Nicht nur künftige Astronauten werden von diesen Untersuchungen wohl profitieren, sondern auch ältere Menschen und Patienten, die über längere Zeit Bettruhe einhalten müssen“, sagt Prof. Haefeli. Denn Altern und längere Bettruhe haben einige wichtige körperliche Charakteristika mit der Schwerelosigkeit gemeinsam: Das Blutvolumen geht zurück, das Herz-Kreislaufsystem kann weniger genau reguliert werden und Knochen- und Muskelmasse werden abgebaut. Ein besseres Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen könnte helfen, diesen Problemen vorzubeugen oder entgegenzuwirken.

Ansprechpartner:

Dr. Christiane Hesse
E-mail: Christiane_Hesse@med.uni-heidelberg.de
Prof. Dr. Walter Haefeli
Sekretariat: 06221 / 568740