Auswirkungen von Langzeitisolation und Bewegungsbeschränkung auf das muskuloskelettale System in der Forschungsstation Concordia in der Antarktis

Laufzeit 06/2015 – 12/2022

Mittelgeber:  Bundesministerium für Wirtschaft und Energie; Fördermaßnahme: DLR e. V. - Raumfahrtmanagement - Nationales Raumfahrtprogramm; Förder-Nr. 50WB1521

Die antarktische Forschungsstation Concordia dient nicht nur zur Erforschung der Antarktis, sondern wird als Model herangezogen, um den Effekt von Langzeitisolation unter extremen Umweltbedingungen wie Kälte, Höhe und Dunkelheit, wie sie bei Langzeitmissionen im Weltall auftreten können, an den Mitarbeiter:innen vor Ort zu untersuchen.

Es ist bekannt, dass während einer Überwinterung in der Antarktis Knochenverluste auftreten können. Es wird vermutet, dass die Änderungen des Vitamin-D Haushalts durch die geringen Sonnenexpositionszeiten zu Änderungen des Knochenstoffwechsels führt. Jedoch ist eine Reihe von knochenrelevanten Faktoren in der Antarktis bis dato unerforscht. So sind Einflüsse des Energiestoffwechsels und die des Hormonstatus auf den Knochenmetabolismus wenig untersucht. Ein weiterer Faktor ist die Abnahme der körperlichen Aktivität, welche in Isolationsräumen auftritt. Die Fähigkeit des neuromuskulären Systems den Knochen zu verformen ist ein bedeutender Stimulus für den Knochenstoffwechsel. Veränderungen dieser Kapazität können ursächlich für einen Knochenabbau sein.

In drei aufeinander folgenden Überwinterungen soll an den beteiligten Mitarbeiter:innen das Ausmaß der Aktivitätsabnahme mittels Aktivitätsmessungen untersucht werden. Gleichermaßen soll überprüft werden, ob es einen direkten Zusammenhang zwischen der neuromuskulären Leistungsfähigkeit und der Knochendichte gibt. Hierzu werden neben der Knochendichtemessung mittels DXA im pre/post Vergleich auch die trabekuläre Knochendichte am distalen Radius und der distalen Tibia mittels peripherer quantitativer Computertomographie (pQCT) im Verlauf sowie die Körperzusammensetzung mittels Bioimpedanzmessung untersucht. Funktionelle Parameter der Muskulatur werden über horizontale und vertikale Ganzkörperbewegungen auf eine Kraftmessplatte sowie Actigraphie ermittelt. Änderungen im Vitamin-D Status sowie im Muskel- und Knochenstoffwechsel werden über Laborparametern aus Serumblut, Urin und Speichel analysiert.

Aus den erhobenen Daten lassen sich Rückschlüsse ziehen auf Verhaltensanpassungen innerhalb beschränkter Raummaße. Die Ergebnisse sollen es erleichtern, Beteiligten von Langzeitmissionen in isolierenden kleinen Räumen Verhaltensempfehlungen geben zu können bzw. Interventionen gegen negative Effekte auf den Knochen zu entwickeln