Der Zustand der Anämie bei Astronauten für lange interplanetare Flüge: Science-Fiction oder Medizin der Zukunft?

Die Idee, Astronauten in einen künstlichen Anämie-Zustand (oder Stase) zu versetzen, für monatelange oder jahrelange interplanetare Flüge, hat lange von den Seiten der Science-Fiction in ernsthafte Forschungsprogramme der NASA, der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und privater Unternehmen (z.B. SpaceX) übernommen. Diese Idee wird nicht als Handlungshintergrund betrachtet, sondern als potenziell entscheidende Technologie für bemannte Missionen zum Mars und anderen Planeten, die die wesentlichen physiologischen, psychologischen und logistischen Barrieren überwinden.

1. Technologische und medizinische Herausforderungen langer Flüge.

Ein Marsflug im Rahmen des klassischen Szenarios mit aktuellem Besatzungspersonal dauert 6-9 Monate hin und her. Dies schafft komplexe Probleme:

Verbrauch von Ressourcen: Das Besatzungspersonal verbraucht Sauerstoff, Wasser, Lebensmittel, erzeugt Abfälle. Für eine lange Mission erfordert dies eine enorme Masse an Nutzlast, was sie wirtschaftlich und technisch unerschwinglich macht.

Degeneration des Körpers im All: Trotz des Systems körperlicher Übungen entwickeln Astronauten Muskelerosion, Demineralisierung der Knochen (bis zu 1-2% im Monat), kardiovaskuläre Veränderungen und Sehstörungen.

Psychologischer Stress: Langes Aufenthalt in einem geschlossenen Raum, Monotonie, Entfernung von der Erde, soziale Isolation und potenzielle interpersonelle Konflikte stellen ein erhebliches Risiko für die psychische Gesundheit dar.

Strahlungsbelastung: Im tiefen Kosmos, außerhalb des Schutzes der Erdmagnetosphäre, wird das Besatzungspersonal galaktischen kosmischen Strahlen und solaren Protoneneinschlägen ausgesetzt, was das Risiko von Krebserkrankungen und Schäden am Zentralnervensystem erhöht.

Der Zustand der kontrollierten Stase könnte theoretisch all diese Probleme mildern.

2. Prototypen in der Natur: Winterschlaf und Torpor.

Wissenschaftler erfinden den Anämie nicht von Grund auf neu, sondern streben nach der Nachahmung und Verbesserung der Mechanismen, die in der Natur existieren:

Wahre Anämie bei Füchsen, Eichhörnchen und Fliegenden Füchsen: radikale Senkung des Metabolismus um 85-99%, Körpertemperatur auf Werte nahe Null, Herzfrequenz und Atemfrequenz. Der entscheidende Nachteil sind die Zyklen spontaner Erwachen, die energiegeladen für den Körper sind.

Wintererholung des Bären: Ein weniger tiefes, aber längeres (bis zu 6 Monaten) Zustand mit moderater Senkung der Körpertemperatur und des Metabolismus, ohne Nahrung, Trinken und Abfallabgabe, mit Erhaltung der Muskulatur und Knochenmasse dank einzigartiger biochemischer Anpassungen (Rezyklierung von Harnstoff).

Torpor (Ozean) bei Kolibris und kleinen Säugetieren: kurze tägliche Senkung der Temperatur und des Metabolismus zur Energieeinsparung.

Der ideale Prototyp für den Menschen ist das Zustand des Bären, da es für ein großes Säugetier besser steuerbar und sicherer ist.

3. Technologien der induzierten Stase: Hauptansätze.

Moderna Forschungen konzentrieren sich auf mehreren Richtungen:

Pharmakologische Anämie: Suche und Synthese von Substanzen, die den Metabolismus des Menschen in einen Sparmodus "umschalten" können. Ein vielversprechender Ansatz ist die Untersuchung von Schwefelwasserstoff (H2S) und Adenosin, die bei Tieren ein Zustand des Torps induzieren können. Im Jahr 2005 gelang amerikanischen Wissenschaftlern, Mäuse in einen reversiblen metabolischen Anämie-Zustand durch Einatmen von Luft mit einer kleinen Menge Schwefelwasserstoff zu versetzen, die Sauerstoffverbrauch um 90% zu senken.

Therapeutische Hypothermie (zielgerichtetes managebares Kühlen): Dies ist eine bereits existierende klinische Praxis, die nach dem Stillstand des Herzens oder Kopf-Hals-Verletzungen zur Schutz des Gehirns angewendet wird. Die Körpertemperatur des Patienten wird für einige Tage auf 32-34°C gesenkt. Für den kosmischen Stase wird eine viel längere und tiefere Kühlung (bis 32°C, und in der Perspektive noch tiefer) mit der Anwendung komplexer Systeme externen Wärmeaustauschs und Überwachung erforderlich.

Stimulation der Zentren der Anämie im Gehirn: Im Jahr 2020 gelang es japanischen Wissenschaftlern des Universität Tsukuba, durch die Stimulation bestimmter Neuronen (Neuronen Q) im Hypothalamus von Mäusen, diese in einen Zustand ähnlich der Anämie für einige Tage mit reversibler Senkung der Körpertemperatur und des Metabolismus zu versetzen. Dieses bahnbrechende Öffnung weist auf die Möglichkeit des direkten neuronalen Management dieses Zustands hin.

Interessanter Fakt: Im Jahr 2014 erhielt das Unternehmen SpaceWorks Enterprises einen Zuschuss von der NASA für die Entwicklung des Konzepts "Torpor für den Marsflug" (Torpor Inducing Transfer Habitat). Ihr Projekt sieht die Einführung des Besatzungspersonals in einen Zustand der therapeutischen Hypothermie (32-34°C) für 14-tägige Zyklen mit kurzen Aufwachphasen für die Nahrungsaufnahme und Systemprüfung vor. Nach Berechnungen könnte dies die Masse des Raumschiffs um 30-50% reduzieren, da der Bedarf an Lebenserhaltungssystemen verringert wird.

4. Vorteile und ungelöste Probleme.

Vorteile der Stase:

Reduzierung der Bedürfnisse des Besatzungspersonals: Drastische Senkung des Ressourcenverbrauchs, Minimierung von Abfällen.

Schutz vor Mikrogravitation: In einem Zustand der Hypothermie und reduzierten Metabolismus sollten die Prozesse der Muskelerosion und Demineralisierung der Knochen erheblich verlangsamt werden.

Senkung des Strahlungsrisikos: Metabolisch inaktive Zellen sind weniger anfällig für Strahlenschäden.

Lösung psychologischer Probleme: Die Zeit fliegt subjektiv für das Besatzungspersonal, der Stress durch Isolation wird minimiert.

Kritische ungelöste Probleme:

Lange Muskelerosion und Osteoporose: Selbst im Zustand der Stase werden diese Prozesse, obwohl verlangsamt, fortschreiten. Es sind Technologien für die Elektrostimulation der Muskeln im bewussten Zustand erforderlich.

Nahrung und Hydratation: Wie können Nährstoffe geliefert und der Wasser-Elektrolyt-Haushalt erhalten werden? Geprüft werden Optionen für vollständiges parenterales (intra-venöses) Füttern oder periodische Aufwachphasen.

Risiken von Thrombosen und Infektionen: Unter Hypothermie und Bewegunglosigkeit steigt das Risiko von Thrombosen und Immunsuppression erheblich.

Langfristige Auswirkungen auf das Gehirn: Mögliche irreversible kognitive Störungen nach Monaten im hypometabolischen Zustand? Der schützende Effekt der Hypothermie für das Gehirn ist bekannt, aber in diesem Umfang nicht untersucht.

Verlässlichkeit der Systeme: Ein technischer Ausfall des Lebenserhaltungssystems der Stase-Kapsel wäre tödlich. Es sind absolut zuverlässige, redundante Systeme mit künstlicher Intelligenz für die Überwachung erforderlich.

Schluss.

Der Anämie-Zustand für Astronauten ist bereits keine reine Science-Fiction, sondern eine multidisziplinäre wissenschaftlich-technische Aufgabe extremen Schwierigkeitsgrades. Ihre Lösung liegt am Übergang zwischen Neurobiologie, Kryobiologie, Lebenserhaltungssystemen und Kosmonautik. Obwohl noch Jahrzehnte intensiver Forschungen und Tests bis zur praktischen Realisierung vergehen, sind erste Schritte bereits getan. Erfolg in diesem Bereich wird nicht nur einen Durchbruch in der Kosmonautik, sondern auch das größte wissenschaftlich-technische Erreichen sein, in dem Leben auf der Erde durch die Verwaltung des Metabolismus in kritischen Zuständen gerettet werden kann. Pioniere in diesem Bereich werden nicht nur Ingenieure und Astronauten, sondern auch Biologen sein, die Jahre lang den schlafenden Bär in der Berghöhle und den Eichhörnchen in der gefrorenen Höhle studiert haben.

Permanent link to this publication: