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Muss der schwerelose Körper vibrieren?

„Es ist ein ganz neues Gefühl“, sagt Ramona Ritzmann von der Universität Freiburg. Sie meint damit die Schwerelosigkeit, die sie im Verlauf der Experimente an Bord des Airbus 300 erlebt hat. Was kurzfristig eine unbeschreibliche Empfindung auslösen kann, hat für Astronauten auch negative Folgen. Lange Aufenthalte auf der Internationalen Raumstation ISS etwa führen zu Muskelabbau und Knochenschwund. Wie diese Effekte durch Training kompensiert werden können, untersucht die Wissenschaftlerin zusammen mit ihrem Kollegen Andreas Kramer und Prof. Dr. Albert Gollhofer vom Institut für Sport und Sportwissenschaft im Rahmen des Projekts Zero-G. Welche Geräte werden künftig für die Fitness einer Besatzung im All eingesetzt? Mit dem von den Freiburgern untersuchten Training müssten Astronauten jedenfalls nichts tun. Fast.

Der Airbus 300, der im Rahmen der Parabelflüge im Projekt Zero-G die Schwerelosigkeit simuliert. © Wikipedia

Ganze zweiundzwanzig Sekunden dauert der Schwebezustand. Das ist die Zeit, in der sich der Airbus 300 auf seinem Parabelflug in der Nähe des Scheitelpunkts seiner Flugbahn befindet. Im Inneren des umgebauten Flugzeugs befinden sich allerlei Geräte, Wissenschaftler und Probanden. Letztere haben sich freiwillig gemeldet, damit Ramona Ritzmann und Andreas Kramer vom Institut für Sport und Sportwissenschaft (ISS) der Universität Freiburg im Rahmen ihrer Doktorarbeit untersuchen können, wie das System aus Nerven und Muskeln im Körper auf die fehlende Schwerkraft reagiert. Denn schon seit Jahrzehnten ist bekannt, dass die fehlende Belastung für den menschlichen Bewegungsapparat bei Schwerelosigkeit schwerwiegende Folgen hat. Nach zwei Monaten im All bauen Astronauten rund dreißig Prozent ihrer Muskelmasse ab. „Weil die Muskeln nicht mehr genügend Kraft auf die Knochen ausüben, verlieren auch diese an Substanz“, sagt Prof. Dr. Albert Gollhofer, Leiter des Arbeitsbereichs Sportmotorik am Institut und Betreuer des Projekts. „Bis zu vier Prozent kann die Mineraldichte der Knochen innerhalb von zwei Monaten zurückgehen“, sagt Kramer. „Erst nach einem Jahr hat sich die Knochenstruktur wieder vollständig regeneriert.“

Der fehlenden Schwere entgegenwirken

Das Innere eines Airbus 300 während der Versuche: Um das Verhalten der Muskeln bei der Ganzkörpervibration zu testen, werden elektrophysiologische Messungen an den Muskeln des Unterschenkels vorgenommen. © Universität Freiburg

Aus diesem Grund haben Weltraumgesellschaften wie die NASA oder die ESA ein großes Interesse daran, Trainingsmaßnahmen zu erforschen, die ihre Astronauten optimal gegen die Effekte der Schwerelosigkeit rüsten. Eine solche Trainingsmaßnahme ist die Ganzkörpervibration. Im Rahmen des Kooperationsprojekts Zero-G zwischen der ESA, des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), der Herstellerfirma Novotec medical aus Pforzheim und der Universität Freiburg untersuchen Gollhofer, Ritzmann und Kramer, welche Auswirkungen das Training auf Probanden hat, die sich in der Schwerelosigkeit befinden.

Sie messen vor allem, wie die muskuläre Aktivität sich verändert, wenn Probanden bei Null G mit dem Verfahren trainieren oder nicht trainieren. „Unsere Frage hinter diesen Experimenten ist, wie sich das neuromuskuläre System bei fehlenden mechanischen Reizen verhält“, sagt Gollhofer. Zu diesem Zweck hat Ramona Ritzmann ein Studiendesign entwickelt, das elektrophysiologische Kennwerte mithilfe des Elektromyogramms (EMG) abfragt. „Insgesamt nehmen vierzehn Probanden an der Studie teil“, sagt Ritzmann. „An sieben Flugtagen haben wir seit September letzten Jahres unsere Messungen gemacht und den Einfluss der Ganzkörpervibration untersucht.“

Training im Liegen: Bei der Ganzkörpervibration liegt ein Proband, die Scheibe an seinen Füßen versetzt die Muskeln in seinem Körper in hochfrequente Kontraktionen. © Universität Freiburg

Kann diese Trainingsmaßnahme tatsächlich etwas gegen den Muskel- und Knochenschwund bei fehlender Schwere ausrichten? Eine berechtigte Frage, denn bei dem Verfahren muss der Trainierende scheinbar nichts tun. Er legt sich flach hin und wird mithilfe von Gurten gegen eine hochfrequent vibrierende Scheibe gedrückt. Die Kraft, die durch die Gurte auf die Scheibe wirkt, entspricht der Gewichtskraft der Versuchsperson auf der Erde. Der Trick, der hinter der Ganzkörpervibration steckt: Die Muskeln müssen die Stöße, die von der Scheibe mit einer Frequenz von 25 Hz ausgehen, ständig abfangen. Ein Muskel muss daher 25 mal pro Sekunde kontrahieren. Der Effekt breitet sich von den Beinen in den restlichen Körper aus. Die Muskeln trainieren gewissermaßen von alleine. Bei sogenannten Bed-rest-Versuchen auf der Erde, bei denen Probanden über mehrere Wochen regungslos im Bett liegen bleiben müssen, wurde das Verfahren bereits erprobt. In dieser Situation, die die fehlende Muskelbeanspruchung während der Schwerelosigkeit simuliert, bauten sich die unbenutzten Muskeln in der Kontrollgruppe ab, nicht aber bei Versuchspersonen, die ihren Körper den Vibrationen aussetzten.

Die leichtere Alternative?

Noch ist es zu früh, um eine sichere Aussage zu machen. „Aber die vorläufigen Ergebnisse schauen relativ gut aus“, sagt Ritzmann. Das bedeutet, dass die Ganzkörpervibration auch im All sehr gute Trainingseffekte haben könnte. „Warum ist das so“, fragt Gollhofer. „Ist das neuromuskuläre System bei der Ganzkörpervibration ganz besonders gut angesprochen? Was passiert da?“ Diese Fragen müssen die Forscher noch klären. Sollte sich jedoch tatsächlich herausstellen, dass das Verfahren effektiv ist, dann dürfte es ziemlich gute Chancen haben, demnächst im All getestet zu werden. Denn die NASA und ESA interessieren sich ganz besonders für Geräte, die gewichtssparend und deshalb billig in den Orbit zu transportieren sind. „Mehrere Millionen Euro kostet der Transport eines solchen Gerätes zur ISS“, sagt Kramer. Bisher haben die Astronauten Laufbänder, auf denen sie trainieren. Diese sind im Vergleich zu den vibrierenden Scheiben sehr groß und schwer. Außerdem müssen die Astronauten auf ihnen laufen. Da ist ein Training im Liegen irgendwie angenehmer.

Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/fachbeitrag/aktuell/muss-der-schwerelose-koerper-vibrieren