Cervical Spine in Space (CerISS)

Anpassungen der Halswirbelsäule und der umgebenden Muskulatur nach Aufenthalt in Mikrogravitation (ISS) und deren Zusammenhang zu Bandscheibenvorfällen (Cervical in Space – CerISS)

Astronauten und Astronautinnen haben ein erhöhtes Risiko bezüglich Verletzungen und Schmerzen im Bereich der Halswirbelsäule nach der Rückkehr auf die Erde. So ist das Risiko für einen neu auftretenden Bandscheibenvorfall im Bereich der Halswirbelsäule (HWS) um das ca. 21-fache, im Bereich der Lendenwirbelsäule (LWS) um das etwa 3-fache gegenüber der Normalbevölkerung erhöht. Die Bandscheibenvorfälle treten hierbei insbesondere in der ersten Woche nach Rückkehr auf die Erde auf.

Während bisherige Untersuchung nahelegen, dass der wahrscheinlichste Mechanismus für die LWS die vermehrte Hydratisierung sowie Volumenzunahme der Bandscheiben ist, liegen bisher keinerlei Daten zur möglichen Ursache im Bereich der HWS vor. Eine Untersuchung im Tiermodell ist ungeeignet aufgrund der deutlich unterschiedlichen Statik. Bed Rest als regulär eingesetztes Modell für eine Schwerelosigkeit ist ebenfalls ungeeignet, da die HWS nicht in erster Linie als Muskulatur gegen die Schwerkraft arbeitet.

Ziel dieser Studie ist die Untersuchung verschiedener Faktoren zur Beurteilung ihres Einflusses auf das erhöhte Risiko insbesondere von Bandscheiben-Vorfällen im Bereich der HWS nach einem Aufenthalt im Weltraum.

Insgesamt sollen 14 Frauen und Männer untersucht werden, die einen Aufenthalt im Weltraum länger als 4 Wochen absolvieren. Das Alter der Astronaut:innen liegt erfahrungsgemäß zwischen 30 und 60 Jahren, in jedem Fall über 18 Jahren. Zum Ausschluss von Veränderungen der HWS im gleichen Zeitraum ohne Aufenthalt in der Schwerelosigkeit wird parallel eine Kontrollgruppe untersucht. Für die Kontrollgruppe (n=28; entsprechend der Alters- und Geschlechtsstruktur in der Gruppe der Astronaut:innen) werden Proband:innen ohne Aufenthalt im Weltraum untersucht.

Astronaut:innen mit einem Weltraumaufenthalt länger als 4 Wochen werden im Rahmen der Studie zweimal bis zu 180 Tage vor dem Raumflug sowie zu vier Zeitpunkten bis zu 190 Tage nach dem Raumflug untersucht. Es erfolgen neben MRI Untersuchungen der Bandscheiben und Halsmuskeln, EMG und Kraft-Messungen der Halsmuskulatur, 3D kinematische Untersuchungen der Halswirbelsäule sowie Infrarot-Spektroskopische Untersuchungen zur Durchblutung der Halsmuskulatur. Das ZMK untersucht die Knochendichte der Halswirbelköper mittels Dualer-Röntgen-Absorptiometrie (DXA).

Die Untersuchungen erfolgen im Europäischen Astronautenzentrum in Köln sowie im Johnson Space Center der NASA in Houston. Die Studie wird finanziert durch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Laufzeit: ab 10/2021

Principal Investigator: Prof. Dr. Daniel Belavy, University of Applied Science Bochum, Germany

Consortium:

• Dr. Gabriele Armbrecht (Center for Muscle and Bone Research, Charité – University Medicine Berlin, Germany)
• Prof. Dr. Kirsten Albracht (Institute of Biomechanics and Orthopaedics, German Sport University Cologne, Germany)
• Prof. Helena Brisby (Dept. of Orthopedic Surgery, Sahlgrenska University Hospital, Sweden)
• Prof. Dr. Deborah Falla (School of Sport, Exercise and Rehabilitation Sciences, University of Birmingham, UK)
• Dr. Richard Scheuring (Flight Surgeon, Johnson Space Center, USA)
• Roope Sovelius, M.D.  (Flight Surgeon, Centre for Military Medicine, Satakunta Air Command, Finland)
• Prof. Hans-Joachim Wilke (University of Ulm, Germany)
• Kajsa Rennerfelt MD (Sahlgrenska University Hospital, Sweden)