• Interview
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  • Anika Wolf
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  • 02.12.2013

Medizin im Weltall

Das Weltall – unendliche Weite, Schwerelosigkeit, extreme Temperaturen. Spannend, aber… wo kommt die Medizin ins Spiel? Prof. Dr. Hanns-Christian Gunga ist Physiologe an der Charité Berlin und Professor für Raumfahrtmedizin erzählt, was Mediziner im All erforschen und was wir Erdlinge davon haben.

 

Weltall - Foto: MEV

Foto: MEV

 

>Herr Prof. Dr. Gunga, Sie kommen gerade von der NASA zurück. An welchen Projekten haben Sie dort gearbeitet?

Aktuell beschäftige ich mich mit Forschungen über die zirkadiane Rhythmik, also der „inneren Uhr“ des Menschen. Der Mensch hat sich im Laufe der Entwicklungsgeschichte einen inneren Rhythmus angeeignet, der der zeitlichen Orientierung dient und wichtig ist für viele Körperfunktionen. Normalerweise ist dieser Rhythmus durch äußere Reize, wie zum Beispiel Licht, mit dem Tag-Nacht-Rhythmus auf der Erde synchronisiert. Im Weltall gibt es aber keinen normalen Tag-Nacht-Rhythmus, sondern mehrere Sonnenauf- und untergänge am Tag. Das bringt den Körper ein wenig durcheinander. In unserem Projekt werden nun Messungen über die Temperatur des Körperkerns der Astronauten gemacht, die durch den zirkadianen Rhythmus beeinflusst wird. Macht man diese Messungen über einen längeren Zeitraum, zum Beispiel einmal im Monat, kann man feststellen, ob sich der Rhythmus verändert. Das ist beispielsweise wichtig bei sehr langen Missionen. Dann wollen wir nach Methoden suchen, mit denen man den Rhythmus beibehalten kann, vielleicht durch bestimmtes Licht oder einen besonders strukturierten Tag. Dasselbe Sensorgerät wie im All kann zum Beispiel bei langen Operationen als nicht-invasives Monitoring verwendet werden, um die Körpertemperatur während und vor allem auch nach der Narkose aufzuzeichnen, um postoperative Hypothermien zu erkennen und entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten zu können.

 

>Was waren die Anfänge der medizinischen Forschung im Weltraum?

Die erste wissenschaftliche Publikation, die sich mit den Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf den menschlichen Organismus beschäftigte, wurde 1949 von dem Berliner Physiologen Otto Gauer verfasst, zusammen mit Heinrich Haber, dem späteren Gründer des Wissenschaftsmagazins „Bild der Wissenschaft. Ganz am Anfang dachte man, dass es aufgrund der fehlenden Schwerkraft und damit einhergehenden Flüssigkeitsverschiebung von den Beinen zum Kopf hin eventuell zu einem Lungenödem bei Astronauten kommen könnte. Das war aber nicht der Fall. Die nächste Herausforderung waren die extremen Temperaturen im Weltraum, sodass Versuche über die Temperatur-Regulation angestellt wurden. Das waren die ersten Schritte im Bereich der Weltraummedizin. Später wurden dann Studien über den Metabolismus und das Herzkreislaufsystem gemacht. Nach und nach erweiterte sich das Gebiet immer mehr. Es wurden zum Beispiel Forschungen angestellt über das Gleichgewichtssystem im Innenohr oder Muskel- und Skeletterkrankungen.

 

>Wie kann man sich die medizinische Weltraumforschung vorstellen?

Wir als Experimentatoren können leider nicht selbst in den Weltraum. Die Astronauten werden vorher bei uns trainiert und bekommen Blut abgenommen. Das Problem der Forschung ist, dass man kaum Probenmaterial aus der Raumstation zur Erde mitbringen kann, da man nur die Sojus-Kapsel hat und kein ganzes Spaceshuttle mehr. Deshalb sind unsere Experimente so aufgebaut, dass viele Proben direkt in der Raumstation analysiert werden. Andere erhobene Daten, wie Kreislaufparameter, werden als elektronische Datei über die Funkantennen der Raumstation an die Bodenstationen auf der Erde gesendet. Jede Stunden kommen dort mehrere Millionen Megabyte Daten an. Diese werden dann zur Analyse an die Untersucher weitergeleitet. In unserem aktuellen Projekt führen wir zum Beispiel Temperaturuntersuchungen bei den Astronauten durch. Es ist schon Jahre im Voraus festgelegt, zu welchem Zeitpunkt an welchem Astronauten eine Messung durchgeführt wird. Der Astronaut führt die Messung selbst durch, die Daten werden gespeichert und dann regelmäßig zu den Bodenstationen geschickt und von dort aus weiter verteilt. Es sind also eine Menge Leute an einem solchen Experiment beteiligt.

 

>Es ist für den Menschen eine große Belastung, ins All zu fliegen. Welche Momente sind besonders kritisch während einer Mission?

Am kritischsten sind besonders der Start und die Landung. Wenn so eine Rakete startet, ist die Beschleunigung so stark, dass man schon einmal mit dem Sieben- oder Achtfachen seines Körpergewichts in den Sitz gedrückt wird. Auch bei der Rückkehr zur Erde herrschen solche Kräfte. Das ist natürlich eine enorme Belastung für den Kreislauf. Die Astronauten müssen vorher sehr gut trainiert werden, um das Ganze zu überstehen.  

 

>Wie ist die medizinische Versorgung im All? Man kann ja im Notfall nicht mal schnell einen Arzt vorbeischicken.

Normalerweise ist in der Crew immer ein Arzt vorhanden und eine zweite Person kann als Hilfsassistent tätig werden. Eine weitere Möglichkeit ist, per Telemetrie bei Verletzungen oder Infektionen Bilder zur Erde zu senden und einen Arzt beurteilen lassen, was zu tun ist. Außerdem befindet sich ein Apotheken-Paket an Bord, in dem wichtige Medikamente vorhanden sind. Der Arzt an Bord fungiert außerdem als Vertrauensperson der Crew, da es bei einem mehrmonatigen Aufenthalt im Weltall schon einmal schwierige Situationen gibt. Dann kann ein persönlicher Austausch mit dem Arzt stattfinden und nicht nur ein Gespräch per Funk mit der Bodenstation.  

 

>Was bringen die Forschungen für die Medizin auf der Erde?

Da kann ich gleich zwei wichtige Beispiele nennen. Zum einen gab es Untersuchungen zum Gleichgewichtsorgan. Dieses kann man zwar nicht direkt beurteilen, aber die Bewegungen der Augen sind eng verknüpft mit der Funktion des Gleichgewichtssinns. Wenn man diese beobachtet, lässt sich damit auf die Funktion des Gleichgewichtssinns schließen. Dazu braucht man eine hochauflösende Kamera, die die schnellen und kleinen Augenbewegungen registrieren kann. Auf der Erde ist diese Kamera im Einsatz bei Laser-OPs am Auge. Dort muss man auch Augenbewegungen verfolgen können, damit man nicht versehentlich an einer falschen Stelle operiert.

Ein anderes Beispiel sind Studien über das Muskel- und Skelettsystem. Ein Laufband ist zwar gut und wichtig, um die Muskulatur aufrecht zu erhalten. Es gibt aber noch ein weiteres System, die Power-Plates, die wie eine Rüttelplatte funktionieren. Sie sind in der Raumfahrt entwickelt worden, um den Knochen- und Muskelabbau in der Schwerelosigkeit zu verzögern. In der klinischen Praxis werden diese Geräte verwendet, um bei Frauen in der Menopause den Knochenabbau durch Osteoporose zu verlangsamen.

Eines unserer eigenen Projekte ist die Entwicklung eines Wärmefluss-Sensors. Er misst die Körperkerntemperatur, also die Temperatur im Körperinneren, bei der der Körper bestrebt ist, sie immer aufrecht zu erhalten. Diese Körperkerntemperatur dient den Organen- und Organsysteme dazu, anzuzeigen, welcher Tageszeitpunkt gerade vorliegt. Sie zeigt geringe Schwankungen im Tagesverlauf, die bei ungefähr 1 Grad Celsius liegen. Die meisten Menschen haben etwa nachts um fünf Uhr die tiefste und abends gegen 18 Uhr die höchste Temperatur. Die Astronauten haben nun 36 Stunden lang eine Elektrode am Kopf, die die abgestrahlte Wärme misst. Daraus wird dann die Kerntemperatur berechnet. Durch Schwankungen in der Kurve können wir dann Rückschlüsse darüber ziehen, ob die innere Uhr des Astronauten mit der äußeren, vorgegebenen Tageszeit auf der Raumstation übereinstimmt. Ist dies nicht der Fall, muss zum Beispiel über zusätzliche Ruhephasen nachgedacht werden.

 

>Wie kommt man dazu, sich mit etwas so außergewöhnlichem wie Weltraummedizin zu beschäftigen?

Das Spannende an der Sache ist, dass man Experimente machen kann, bei denen vorher überhaupt nicht klar ist, was dabei herauskommen wird, weil es noch nie jemand erforscht hat. Man kann überprüfen, ob die Modelle, die man auf der Erde entwickelt hat, mit den Ergebnissen der Weltraumforschung übereinstimmen. Auf der Erde gibt es keine Möglichkeit, die Schwerkraft abzuschalten, deshalb wissen wir nicht, wie wichtig dieser Faktor für den menschlichen Organismus ist. Man kann nur Vermutungen darüber anstellen. Im Weltall kann man wirklich überprüfen, wie groß der Einfluss auf die einzelnen Organe und Systeme ist.

 

>Wo ist man als Weltraummediziner überall unterwegs? Sie kommen gerade von der NASA und waren auch schon im Bergwerk, in den Anden und im Forschungsflugzeug.

Die Weltraumforschung ist eigentlich nur ein kleiner Teil meiner Arbeit. Ich beschäftige mich generell mit dem Menschen in extremen Umwelten. Raumfahrt und Schwerelosigkeit sind dabei ein Bereich. Ich arbeite aber auch an Untersuchungen zu Temperaturbelastungen des Menschen, genauso wie zu Höhenbelastungen mit Sauerstoffmangel. Dabei untersuche ich Menschen, die mehrere Monate in der Antarktis überwintern oder die Arbeitsbelastung von afrikanischen Arbeitern im Goldbergbau. Ich beschäftige mich auch mit mehreren Höhenstudien in Chile, wo in Minen in 4000 bis 5000 Meter Höhe gearbeitet wird. Die Leute werden täglich dort hinaufgefahren und nach der Arbeit wieder hinunter bis auf 3000 Meter, am nächsten Tag wieder hoch. Das sind enorme Belastungen für den Körper. Es kommt zur intermittierenden Hypoxie. Wir wollen untersuchen, wie sich diese Einflüsse auf das Herz-Kreislauf-System und den Stoffwechsel auswirken und damit auch einen Beitrag zum Arbeitsschutz dieser Menschen leisten. Gerade mache ich zum Beispiel eine Studie in Chile und Bolivien, wo Arbeiter jeden Tag auf 5000 Meter Höhe gefahren werden, um dort auf einem Hochplateau Radioantennen aufzubauen und zu verschalten. Dort gibt es natürlich auch ziemliche Probleme mit dem Sauerstoffmangel und ich untersuche, wie sich das auf die Schlafqualität auswirkt.

 

>Sie mögen also die Extremsituation. Gehören damit vielleicht auch Fallschirmspringen und Tiefseetauchen zu Ihren Hobbys?

Es reicht mir zu sehen, was die anderen treiben. Ich freue mich eher auf meine Frau und meine drei Kinder. Schon im täglichen Leben ist es schwierig genug, dass alle gesund und munter bleiben. Und die Großstadt Berlin bietet auch genügend Extremsituationen. Wir machen auch keine Untersuchungen mit Leuten, die sich aus reiner Abenteuerlust in solche Extremsituationen zu stürzen. Ich bin da eher für systematische Forschung.  

 

>Würden Sie selbst gerne einmal ins All fliegen?

Wenn ich die Möglichkeit dazu hätte auf jeden Fall. Ich habe auch schon an mehreren Parabelflügen teilnehmen können. Die Schwerelosigkeit hat etwas sehr Faszinierendes und man kann sich so einen neuen Eindruck von der Welt verschaffen. Wenn man sich einfach so um sich selbst drehen kann, das hat schon was. Außerdem würde ich mir gerne mal die Erde von oben anschauen. Es muss ein toller Blick sein, dieses empfindliche Gebilde der Erde von außen zu betrachten. Denn: Erkenntnis ist mehr als Wissen.

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