Effektivität künstlicher Gravitation zur Erhaltung von Muskelkraft und neuromuskulärer Interaktion während 60-tägiger Bettruhe

• Antragstellerin: Professorin Dr. Bergita Ganse
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie ; Anatomie und Physiologie ; Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 409520867

Die Dekonditionierung des neuro-muskulären Systems, charakterisiert durch Muskelschwäche und verringerte Muskelmasse, ist eine wesentliche Folge der Schwerelosigkeit in Langzeit-Weltraummissionen und Bettruhe (z.B. bei Patienten). Atrophie und reduzierte Muskelaktivierung sind mögliche Folgen des inaktivitätsbedingten Umbaus der motorischen Endplatten (ME). Die Anpassung der ME verringert die postsynaptische Reizweiterleitung und die Kopplung von Erregung und Kontraktion. Neurotophine und neurotrophe Faktoren spielen bei der Integrität der ME eine wesentliche Rolle. Im hohen Alter und bei Erkrankungen, die mit Muskelschwund einhergehen, tragen zudem mitochondriale Dysfunktionen zu einem Verlust der Integrität der ME bei. Auch führt ein Verlust motorischer Einheiten zu einer reduzierten Muskelfunktion, z.B. aufgrund beteiligter supraspinaler Prozesse. Die genannten Mechanismen zeigen, dass die neuromuskuläre Interaktion der Schlüssel zu effektiven Gegenmaßnahmen für die Erhaltung der Muskulatur ist. In den letzten Jahrzehnten haben diverse Studien die Effektivität von Gegenmaßnahmen zur Beherrschung des immobilisationsbedingten Muskelabbaus gezeigt. Astronauten auf der Internationalen Raumstation (ISS) trainieren derzeit 2,5 Stunden täglich (wertvolle Arbeitszeit) um den muskuloskelettalen und kardiovaskulären Abbau zu stoppen. Um diesen Zeitraum zu verkürzen und die Effektivität des Trainings zu erhöhen, müssen alternative Trainingsmethoden für zukünftige Langzeitmissionen entwickelt werden. Künstliche Gravitation, die über Kurzarmzentrifugen generiert wird, ist eine vielversprechende Möglichkeit. Da hiermit die natürliche Gravitation nachgeahmt wird, könnte das muskuloskelettale System effektiv erhalten bleiben. Da erste Studien gute Ergebnisse gezeigt haben, führt die Europäische Raumfahrtbehörde ESA in Kooperation mit der NASA derzeit eine Serie von Bettruhestudien durch um die Effekte auf den menschlichen Körper zu untersuchen. Zusammen mit fünf internationalen Kollegen um Prof. Hans Degens, Manchester Metropolitan University, habe ich erfolgreich ein Projekt vorgeschlagen, das die ESA 2019 in einer 60-Tage-Bettruhestudie implementiert. Die geplanten Experimente sind 1. molekulare Analysen von Muskelgewebe und Blutproben auf neurotrophe Faktoren und Zerfallsprodukte der ME, 2. Messung der Anzahl funktioneller motorischer Einheiten und des H-Reflexes, 3. Korrelation dieser Faktoren mit Muskelfunktion und Morphologie und 4. Die Analyse der Effektivität humaner Zentrifugation um die Veränderungen aufzuhalten.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Dr. Hans Degens