Charité-Forschung auf der ISS: Hilft Muskelstimulation im All?

Um Muskelschwund vorzubeugen, absolvieren Astronauten während ihres Weltraumaufenthalts ein straffes Trainingsprogramm. Es kann die Folgen der Schwerelosigkeit jedoch nicht komplett kompensieren, was längere Aufenthalte, die beispielsweise für einen Flug zum Mars nötig wären, erschwert. Beauftragt von der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR untersuchen Forscher der Charité – Universitätsmedizin Berlin, ob eine elektrische Stimulation der Muskeln während des Sportprogramms dem Verlust des Gewebes besser vorbeugt. Als erste Studienteilnehmerin hat die Astronautin Sophie Adenot für ihr Training auf der Internationalen Raumstation ISS nun einen speziellen Stimulationsanzug genutzt.

Laufband, Radfahren, Krafttraining – die Astronaut:innen auf der ISS trainieren bis zu 2,5 Stunden täglich, um den Abbau von Knochen und Muskelmasse in der Schwerelosigkeit zu verhindern. „Auf der Erde müssen die Muskeln immer gegen die Erdanziehungskraft arbeiten und werden so schon bei alltäglichen Bewegungen wie dem morgendlichen Aufstehen trainiert“, erklärt Prof. Dieter Blottner, Leiter der Arbeitsgruppe Neuromuskuläres System am Institut für Integrative Neuroanatomie und Wissenschaftler im Zentrum für Weltraummedizin und extreme Umwelten der Charité. „Im Weltall fällt dieser ständige Trainingsreiz weg, Astronauten müssen während ihrer Missionen ihren Körper daher umfassend kräftigen.“

Mehr Effizienz mit EMS

Das Sportprogramm ist allerdings schon jetzt sehr zeitaufwändig und kann den Muskelschwund nicht vollständig verhindern. „Wenn wir davon ausgehen, dass eine Marsmission etwa zwei Jahre dauern würde, ist klar: Wir müssen das Muskeltraining im All noch effizienter machen“, betont Dieter Blottner. Unter seiner Leitung untersucht ein Charité-Team in der Studie EasyMotion-2 nun, ob eine zusätzliche elektrische Muskelstimulation die Wirkung des täglichen Trainings verbessern kann.

Die elektrische Muskelstimulation ist auch als EMS bekannt und wird auf der Erde bereits in der Physiotherapie oder auch im Sport eingesetzt. Dabei stimulieren oberflächliche Hautelektroden die Muskeln mit niederfrequenten elektrischen Impulsen. „Die Strom-Impulse lassen die Muskeln kontrahieren, die Grundspannung steigt an. So sorgt die EMS-Stimulation für einen stärkeren Trainingsreiz“, erläutert Viktor Heinz, Wissenschaftler im Team von Dieter Blottner.

Training unter Strom

Zum Einsatz kommt ein Ganzkörper-Trainingsanzug, bei dem einzeln ansteuerbare Haut-Trockenelektroden in das flexible Gewebe eingearbeitet sind und per App mit dosierten Stromimpulsen versorgt werden. Das macht es möglich, verschiedene Muskelpartien des Körpers gezielt zu trainieren. Das Forschungsteam plant, die Effekte des EMS-Trainings bei mindestens acht ISS-Besatzungsmitgliedern zu untersuchen.

Sophie Adenot, französische Astronautin der Europäischen Weltraumagentur ESA, ist die erste Teilnehmerin der Studie. Im Februar ist sie im Rahmen der Mission „εpsilon“ zur ISS gestartet, seit dem 17. Juli absolviert sie mehrmals wöchentlich über einen Zeitraum von sechs Wochen ihr Fitnesstraining mit dem Stimulationsanzug und misst mit einem kleinen digitalen Messgerät vor und nach der Sporteinheit die biomechanische Beschaffenheit ihrer Muskulatur. Zusätzlich haben die Charité-Forschenden bei Sophie Adenot die Struktur einzelner Muskelpartien bereits vor ihrem Flug ins All per MRT festgehalten und ihre Kraft ermittelt. Dieselben Messungen stehen nach ihrer Rückkehr – aktuell geplant für Oktober – auf dem Programm.

Technologie nicht nur für den Weltraum

Die Ergebnisse der Studie werden erst in einigen Jahren vorliegen. „Sollte sich bestätigen, dass ein EMS-gestütztes Training dem Abbau von Muskel- und Knochengewebe in der Schwerelosigkeit besser vorbeugt, würde das nicht nur längere Aufenthalte im All unterstützen“, sagt Dieter Blottner. „EMS könnte potenziell auch hier auf der Erde insbesondere bei Muskelschwund oder nach Muskelverletzungen für Bereiche wie die Rehabilitation relevant sein.“