In einem Fitnessstudio 250 Meilen über der Erde schwitzen Astronauten für die Wissenschaft

Wenn Sie darüber nachdenken, wie es ist, im Weltraum zu leben, stellen Sie sich vielleicht die atemberaubenden Ausblicke auf die Erde oder das existenzielle Wunder vor, draußen zwischen den Sternen zu sein. Was Sie möglicherweise nicht berücksichtigen, sind einige der praktischen Aspekte, wie zum Beispiel das Training. Wir alle wissen, dass wir regelmäßig ins Fitnessstudio gehen sollen, aber das ist leichter gesagt als getan, wenn man auf einer Raumstation lebt.

Und Bewegung ist wichtig – für Astronauten sogar noch wichtiger als für den Rest von uns. Denn die wohl größte Herausforderung für die menschliche Gesundheit im Weltraum ist etwas, das fehlt: die Schwerkraft. Die Internationale Raumstation (ISS) verfügt über eine sogenannte Mikrogravitationsumgebung (da es sich technisch gesehen nicht ganz um die Schwerelosigkeit handelt, in der Praxis jedoch nahe genug dran ist). Ohne dass die Schwerkraft auf ihren Körper einwirkt, können Astronauten durch die Luft schweben und sich drehen, aber das bedeutet, dass ihre Muskeln nicht so stark sind, dass sie sie halten, wie sie es normalerweise auf der Erde tun würden.

Mit der Zeit kann dieser Mangel an Schwerkraft schwerwiegende gesundheitliche Auswirkungen haben. Muskel- und Knochenmasse nehmen aufgrund mangelnder Nutzung ab, was katastrophale Folgen haben könnte, wenn die Astronauten zur Erde zurückkehren und wieder mit normalen Schwerkraftbedingungen zurechtkommen müssen. Mikrogravitation kann auch andere Auswirkungen haben, unter anderem auf das Herz-Kreislauf-System.

Daher ist es für Astronauten von entscheidender Bedeutung, regelmäßig Sport zu treiben, um den Auswirkungen der Schwerelosigkeit entgegenzuwirken. Sie haben vielleicht gehört, dass Astronauten mehr als zwei Stunden pro Tag mit Sport verbringen, und das ist der Grund dafür: Sie müssen all die Arbeit auf ihre Muskeln übertragen, die die meisten von uns im Laufe des Tages allein durch das Aufrichten leisten, und außerdem müssen sie fit bleiben gesund für anspruchsvolle Aufgaben wie Weltraumspaziergänge.

Auf der Raumstation ins Fitnessstudio gehen

Derzeit sind auf der ISS hauptsächlich drei Trainingsgeräte im Einsatz: ein Laufband, ein Heimtrainer und ein Krafttrainingsgerät. In mancher Hinsicht unterscheiden sich die Übungen, die Astronauten machen, gar nicht so sehr von denen, die man in jedem Fitnessstudio auf der Erde findet – sie laufen, sie fahren Rad, sie heben Gewichte.

Es gibt jedoch einige technische Herausforderungen, die ins Spiel kommen, wenn Sie Gewichte heben müssen, ohne dass die Schwerkraft vorhanden ist.

Ein Gerät namens ARED (Advanced Resistive Exercise Device) verfügt über eine feste Stange, die auf verschiedene Arten bewegt werden kann, ähnlich wie eine Smith-Maschine oder ein Squat-Rack. Doch anstatt Gewichte für den Widerstand zu verwenden, werden Vakuumzylinder verwendet. Die Astronauten müssen gegen die Anziehungskraft dieses Vakuums arbeiten, um die Stange zu bewegen, und sie können den Widerstand variieren, um den Einsatz schwererer Gewichte zu simulieren.

Während das Laufband und das stationäre Fahrrad ähnlich wie auf der Erde funktionieren, gibt es auch hier eine Herausforderung: Wie man verhindert, dass die Astronauten wegschweben, wenn sie laufen oder in die Pedale treten. Um dies zu verhindern, verwenden sie Gurte, um sie an der Ausrüstung festzubinden. Allerdings muss die Ausrüstung auch sorgfältig konstruiert werden, um zu verhindern, dass die Astronauten während ihres Trainings Vibrationen erzeugen, die die Raumstation beschädigen könnten.

Nehmen Sie sich Zeit für Bewegung

Bruce Nieschwitz, Spezialist der Astronaut Strength, Conditioning, and Rehabilitation Group am Johnson Space Center der NASA, sagt, dass Bewegung nicht nur für die körperliche Gesundheit von Astronauten wichtig ist.

„Die Vorteile von Bewegung betreffen nicht nur das Knochen-, Muskel- oder sogar Herz-Kreislauf-Training. Es ist wirklich ein Vorteil für den gesamten Körper und das gesamte System“, sagte Nieschwitz gegenüber Digital Trends. „Allein aus Studien vor Ort wissen wir, dass Bewegung die Stimmung verbessert und beim Einschlafen und ähnlichen Problemen hilft. Wir machen uns nicht nur Sorgen um Muskelkraft und -größe. Wir möchten die Besatzungsmitglieder auf jeden Fall dazu ermutigen, sich wie 100 % normale Menschen zu fühlen, selbst in einer sehr fremden und unnatürlichen Umgebung.“

Aber wie jeder weiß, der schon länger ins Fitnessstudio geht, nützt selbst die beste Ausrüstung der Welt nichts, wenn man kein gutes Programm hat. Die Trainingsprogramme für NASA-Astronauten sind speziell darauf ausgerichtet, die Defizite, die sie während ihres Aufenthalts im Weltraum verspüren, am effizientesten zu überwinden und Verletzungen zu vermeiden. Das ist besonders wichtig, wenn Astronauten zur Erde zurückkehren, damit sie sich besser an das Leben mit der Schwerkraft gewöhnen können.

„Sport ist das Gegenmittel zur Schwerelosigkeitswelt, in der sie leben“, erklärte Nieschwitz. „Wir versuchen, die Defizite zu vermeiden, die durch die Mikrogravitationsumgebung verursacht werden. Wir wollen also die Muskeln stimulieren, die Knochen stimulieren und sie so gesund wie möglich halten. Die Gesundheit steht also wirklich im Mittelpunkt der Übungsverordnung.“

Programmierung für den Weltraum

Das Team entwirft ein Programm mit Cardio- und Widerstandsübungen, das die meisten Astronauten sechs Tage pro Woche absolvieren. Man hört oft, dass Astronauten jeden Tag zweieinhalb Stunden trainieren, aber das ist nicht ganz richtig: Sie haben so viel Zeit für das Training, aber dazu gehört auch das Aufstellen, Vorbereiten und Einräumen.

Normalerweise absolviert jeder Astronaut etwa eine Stunde Übungen mit dem ARED-Gerät und anschließend weitere 30 bis 40 Minuten Cardio. Das ist noch viel Zeit zum Ausarbeiten, aber Nieschwitz sagt, dass es kein Problem sei, die Astronauten zu motivieren.

„Die meisten Besatzungsmitglieder achten sehr auf die Übungszeit, die sie im Orbit absolvieren“, sagte Nieschwitz.

Selbst diejenigen, die keine begeisterten Sportler sind, wissen um die Vorteile des Trainings für Körper und Geist. „Ich habe von verschiedenen Leuten gehört, dass sie sich am normalsten fühlen, wenn sie Sport treiben“, sagte Nieschwitz und fügte hinzu, dass dies sogar noch normaler sei als beim Schlafen oder Essen. „Sie können auf der Raumstation den anderen Teilen ihres Lebens entfliehen, die mit der Arbeit zu tun haben.“

Das Team programmiert viele Mehrgelenksübungen wie Kniebeugen und Drücken, da sie eine effiziente Möglichkeit sind, mehrere große Muskeln gleichzeitig zu trainieren. Sie verwenden auch eine Vielzahl von Wiederholungsbereichen, von kraftorientiertem Training mit niedrigen Wiederholungszahlen bis hin zu ausdauerorientiertem Training mit höheren Wiederholungszahlen. Auch das Cardiotraining kann variieren, mit kürzeren Sitzungen mit höherer Intensität oder längeren Sitzungen mit niedrigerer Intensität.

Astronauten bedenken auch die Auswirkungen körperlich anspruchsvoller Arbeit wie Weltraumspaziergänge. Einige Besatzungsmitglieder entscheiden sich dafür, Tage vor oder nach Weltraumspaziergängen eine Pause vom Training einzulegen, um ihrem Körper eine Pause zu gönnen, und andere entscheiden sich dafür, zusätzliche Arbeit zu leisten, um die Griffkraft zu verbessern, was ihnen helfen kann Führen Sie heikle Arbeiten mit sperrigen Handschuhen durch.

Die Astronauten haben die freie Wahl, welche Übungen sie machen möchten, folgen aber im Allgemeinen dem Programm. „Sie sind in der Lage, Dinge völlig unabhängig von uns zu ändern, aber größtenteils folgen sie genau unseren Wünschen, weil sie unserem Team vertrauen und wir machen das schon seit langem und hatten damit viel Erfolg.“ es“, sagte Nieschwitz.

Die Zukunft des Trainings im Weltraum

Die Trainingsgeräte auf der ISS sind zu diesem Zeitpunkt ziemlich gut optimiert, und die Verbesserungen erfolgen in der Regel schrittweise – wie beispielsweise ein kürzliches Upgrade von einem 350-Watt-Fahrrad auf ein 500-Watt-Fahrrad.

Im Hinblick auf weitere Verbesserungen der Gesundheit von Astronauten in der Zukunft suchen Forscher nach Projekten, die die Gesundheit möglicherweise auf andere Weise unterstützen können, beispielsweise durch Genesung. Ein neues Projekt der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) wird sich beispielsweise mit dem Einsatz elektrischer Muskelstimulation bei Astronauten auf der Raumstation befassen.

Neuromuskuläre Elektrostimulation (NMES) wird auf der Erde vor allem zur Unterstützung der Genesung von Patienten nach Ereignissen wie einem Schlaganfall eingesetzt und wurde an einigen Profisportlern als Genesungshilfe getestet. Es ist kein Ersatz für sportliche Betätigung, kann aber hilfreich sein, um den Muskelkater nach getaner körperlicher Betätigung zu lindern.

Wenn es um die Anwendung von NMES im Weltraum geht, „ist das Prinzip genau das gleiche“ wie am Boden, sagte die Leiterin des Forschungsprojekts, Alessandra Bosutti von der Universität Triest in Italien. „Aber der Unterschied besteht darin, wie wir die Protokolle auf die Astronauten anwenden, denn die Astronauten schweben.“

Bosuttis Projekt verwendet ein kleines Gerät, das Astronauten nach dem Training an ihrem Körper befestigen, um zu sehen, ob es ihre Genesung unterstützt. In den nächsten fünf bis sechs Jahren werden sie Daten der Astronauten vor, während und nach ihrem Aufenthalt im Weltraum sammeln und diese mit Daten von Astronauten vergleichen, die das Gerät nicht nutzen.

„Die Idee ist, dass dieses System dazu beitragen könnte, die Genesung zu beschleunigen, wenn Astronauten nach der Mission wieder auf der Erde ankommen“, erklärte Bosutti.

Sie interessieren sich insbesondere für die spätere Zeit, die die Astronauten auf der Station verbringen, wenn sie schon eine Weile dort sind und wahrscheinlich einige Muskeln verloren haben. Die Forscher wollen testen, ob Interventionen wie NMES Astronauten helfen können, Kraft und Muskelmasse zu erhalten, was besonders für längerfristige Missionen wichtig ist.

Langfristig gesehen

Mit Blick auf längere Missionen wie theoretische bemannte Missionen zum Mars werden Astronauten länger als je zuvor von der Erde entfernt sein. Und sie haben nur sehr wenig Platz zum Trainieren und können nur wenig Gewicht mit sich führen.

„Wir brauchen kleinere Geräte, leichtere Geräte, benutzerfreundliche Geräte und effiziente Geräte“, sagte Inês Antunes, Leiterin der menschlichen Forschungsunterstützung bei Telespazio für die Europäische Weltraumorganisation (ESA). „So etwas wie Muskelstimulation ist passiv und würde in eine kleine, begrenzte Mission passen.“

Die ESA untersucht so unterschiedliche Interventionen wie das Training der Teilnehmer in zentrifugenähnlichen Maschinen mit künstlicher Schwerkraft oder die Verwendung von Meditations-ähnlichen Audioaufnahmen , um Astronauten beim Entspannen zu helfen, alles in der Hoffnung, die belastenden Auswirkungen der Raumfahrt auf den menschlichen Körper zu verringern.

Und über den menschlichen Körper hinaus versuchen Forscher, die Umgebungen, in denen die Astronauten operieren, zu optimieren, alles im Namen der Gesundheit. „Selbst einfache Dinge wie die Unterstützung des Hungergefühls von Astronauten, damit sie keinen Energieverlust erleiden“, sagte Antunes. „Dinge wie knusprigeres Essen oder eine angenehmere Essumgebung tragen dazu bei, dass sie sich besser ernähren.“

Ein Großteil dieser Forschung befasst sich nicht nur mit körperlicher Betätigung, sondern auch mit Ernährung, Nahrungsergänzungsmitteln und passiven Interventionen wie Muskelstimulation – und untersucht, wie diese verschiedenen Interventionen alle miteinander interagieren.

„Wir können niemals ein Körpersystem einzeln untersuchen“, sagte Antunes, da jede umfassende Forschung den Körper als Ganzes betrachten muss, einschließlich aller Aspekte vom Herz-Kreislauf-System über die Ernährung bis hin zur psychischen Gesundheit. „Das alles funktioniert zusammen. Wenn es jemandem psychisch nicht gut geht, hat das Auswirkungen auf sein Immunsystem. Und wenn ihr Immunsystem nicht gut ist, wirkt sich das auf die Muskeln aus.“