18.01.2018, 2°C
  • 13.01.2018
  • von Adelheid Müller-Lissner

Beschwerlichkeiten der Schwerelosigkeit: Houston, wir haben ein Problem: All-Fieber

von Adelheid Müller-Lissner

Keine Kühlung. Astronauten absolvieren auf der Raumstation ISS ein straffes Trainingsprogramm, um Muskeln und Knochen fit zu halten. Doch dabei erhöht sich die Körpertemperatur um mehrere Grad, weil die Luft in der Schwerelosigkeit kaum kühlend wirkt. Foto: Nasa

Hitzestau im All: Längere Aufenthalte in der Schwerelosigkeit können zu einer kontinuierlichen Zunahme der Körpertemperatur der Astronauten führen.

„Es gibt keinen bequemen Weg, der von der Erde zu den Sternen führt“, mahnte der römische Philosoph Lucius Seneca schon vor zweitausend Jahren. Inzwischen wissen wir genauer, wie unbequem es sein kann, sich von Mutter Erde in Richtung Weltraum zu entfernen: nicht nur, weil der Sauerstoff ab- und die Strahlung zunimmt, allein schon die Schwerelosigkeit setzt Muskeln und Knochen zu. Und hinzu kommt die sprichwörtlich bescheidene Astronautenkost.

Heißgelaufene Astronauten

Zu allem Überfluss hat sich nun herausgestellt, dass längere Aufenthalte in der Raumstation zu einer kontinuierlichen Zunahme der Körpertemperatur der Astronauten führen – und zwar auf Werte, die sonst nur bei entzündlichen Erkrankungen erreicht werden. Das berichtet eine internationale Forschergruppe unter Federführung des Zentrums für Weltraummedizin und Extreme Umwelten des Instituts für Physiologie der Charité im Fachblatt „Scientific Reports“.

Die Forscher um Hanns-Christian Gunga, den stellvertretender Direktor des Charité-Instituts, hatten elf Astronauten – vier Frauen und sieben Männer – vor, während und nach einem monatelangen Aufenthalt in der Internationalen Raumstation (ISS) untersucht. Ihre Körpertemperatur wurde mittels eines auf die Stirn und das Brustbein geklebten Messfühlers registriert – in Ruhe und während einer Trainingseinheit auf einem Fahrrad-Ergometer. Dieses neuartige Messprinzip ermittelt aus dem Wärmefluss vom Körperinnern zur Haut die Körperkerntemperatur, ohne selbst ins Körperinnere eindringen zu müssen.

Nach Belastung steigt die Körpertemperatur auf über 40 Grad

Die maximale Belastung jedes Astronauten wurde zuvor im Johnson Space Center in Houston, Texas, anhand seiner maximalen Sauerstoffaufnahme ermittelt. Die Belastung auf der ISS wurde dann auf 25, 50 und 75 Prozent dieses Wertes eingestellt. Die Messungen in Houston und auf der ISS erfolgten unter weitgehend ähnlichen Bedingungen, was die Konzentration von Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Sauerstoff- und Kohlendioxid betraf. Insgesamt konnten über einen Zeitraum von 180 Tagen sechs derartige Belastungstests auf der Raumstation durchgeführt und mit Messungen unter irdischen Bedingungen vor und nach dem Raumflug verglichen werden.

Überraschenderweise zeigte sich bei den Untersuchungen an Bord der Raumstation, dass die Körpertemperatur der Astronauten bereits in Ruhe nach zwei Monaten im All im Mittel 1,1 Grad Celsius höher lagen als auf Mutter Erde. Unter maximaler Belastung stieg sie im Mittel um weitere 1,39 Grad Celsius, bei Einzelnen nach kurzzeitiger Belastung sogar auf über 40 Grad Celsius an. Diese Temperaturerhöhung unter Belastung trat auf der ISS viel schneller ein als auf der Erde. Nach der Rückkehr zur Erde kehrte die Körperkerntemperatur binnen einem Monat auf den Ausgangswert zurück.

Aus Blutproben der Astronauten wurde zudem die Konzentration eines Botenstoffs bestimmt, der Entzündungsvorgänge im Körper in Schach hält, des Interleukinrezeptor-1-Rezeptor-Antagonisten (IL-1ra). Auch dieser bei Fieber aktivierte Botenstoff war während des Aufenthaltes im Weltraum erhöht, und zwar jeweils ähnlich stark wie die Körpertemperatur.

Sind die Strahlen schuld oder die Schwerelosigkeit?

Wie alle Warmblüter produzieren Menschen in ihrem Organismus Wärme, ihre Körpertemperatur liegt zwischen 36 und 37 Grad Celsius. Sie wird in einem sehr engen Bereich mit geringen Tagesschwankungen konstant gehalten – eine Voraussetzung dafür, dass wir körperlich und geistig ungestört „funktionieren“. Die Steuerzentrale dafür liegt in der Hirnregion Hypothalamus. Die Wärmeabgabe erfolgt vorwiegend über die Haut, sie kann bei Bedarf gesteigert werden, indem wir die Haut mit mehr Blut versorgen und Schweiß absondern, bei dessen vollständiger Verdunstung dem Körper überschüssige Wärmemengen effektiv entzogen werden können.

Fitnesstraining im Weltraum belastet der neuen Untersuchung zufolge nachhaltig den Wärmehaushalt des Menschen. Darauf zu verzichten, ist jedoch bei längeren Aufenthalten nicht ratsam, da sonst durch die fehlende Schwerkraft unweigerlich die Muskeln dahinschwinden und es zum Abbau von Knochenmasse kommt, nach neueren Untersuchungen immerhin um rund ein Prozent pro Monat im All.

Die Autoren der Studie vermuten, dass die Erhöhung der Körperkerntemperatur in Ruhe unter Umständen mit einer erhöhten kosmischen Strahlenbelastung auf der ISS zusammenhängen könnte. Die schnelleren und höheren Temperaturanstiege während des Fitnessprogramms führen die Autoren unter anderem auf die fehlende „natürliche Konvektion“ der Luft zurück: Auf der Erde sorgt dieses Prinzip für Erfrischung, weil ein leichter Luftstrom entsteht, wenn die Luft, die der Haut anliegt, erwärmt wird, nach oben steigt und durch kühlere Luft ersetzt wird. Pro Minute ziehen so rund 600 Liter Luft am Körper entlang und sorgen damit gleichzeitig für einen Wärmeabtransport, der sich unter Ruhebedingungen auf etwa 20 Prozent des Wärmeaustausches des Menschen mit seiner Umgebung belaufen kann, wie Physiologe Gunga erläutert. In der ISS jedoch gibt es kein „Oben“, dem die erwärmte Luft entgegenstreben könnte, also auch keine kühlende Konvektion.

Immunsystem wird bei Raumflügen aktiviert

Der markante Anstieg des Entzündungsmarkers IL-1ra in der Studie bestätigt darüber hinaus frühere Beobachtungen, dass das Immunsystem bei Raumflügen aktiviert wird. Dasselbe ist von starker körperlicher Belastung bekannt, zudem kann psychischer Stress die Körpertemperatur steigern, und zwar um bis zu zwei Grad Celsius.

Und den Astronauten droht weitere körperliche Ungemach: Eine kürzlich im „New England Journal of Medicine“ erschienene Arbeit beschreibt, dass ihr Gehirnvolumen zunimmt, offenbar aufgrund von Wassereinlagerungen, die die freien Räume zwischen den Windungen und dem knöchernen Schädel verringern. Schon zuvor war bekannt, dass derartige Wassereinlagerungen nach längeren Raumflügen in der Netzhaut des Auges auftreten und zu Sehstörungen führen können. Wahrscheinlich gehen auch die Veränderungen im Gehirn auf das Fehlen der Schwerkraft zurück, denn sie können bei gesunden Freiwilligen auch dadurch hervorgerufen werden, dass ihr Kopf wochenlang tief lagert.

Ob auch der zentrale Thermostat für die Körpertemperatur, der Hypothalamus, durch die Wassereinlagerungen im Gehirn mitbetroffen und irritiert sein könnte, ist derzeit noch reine Spekulation, an der sich Gunga nicht beteiligen möchte. „Erst einmal muss sichergestellt werden, dass unsere Ergebnisse sich von anderen Arbeitsgruppen reproduzieren lassen. Wenn das so ist, sind wir einem erheblichen Problem für Raumfahrer auf die Spur gekommen.“

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