Mars500

Long duration space flights have provided a considerable amount of scientific research on human ability to function in extreme environments. Findings indicate that long duration missions take a toll on the individual, both physiologically and psychologically, as entry into a gravitationless environment and living in it is a novel situation for humans which the body may perceive as stress.
Medical interest in exercise as an adjunct treatment in depression has recently re-emerged. Special attention was given to alterations in the serotonergic (5-HT) system which has complex neuromodulatory functions and is known to act as a multifunctional generator for the adaptation of e.g. mood, vigilance and performance. The aim of the present study is to investigate in healthy but confined subjects the influence of exercise with/without increased carbohydrate, competitive branched-chain amino acids (BCAA) or Tryptophan (TRP) intake, on the 5-HT system and its implications on mood and mental and perceptual motor performance. Responses of the 5-HT system will be evaluated by measuring the peripheral markers TRP and the density/affinity of 5-HT transporters and 5-HT2A receptors at blood platelets before and after the training programs. Post-stimulation prolactin concen¬trations will also be assessed as the secretion of this hormone is affected by brain 5-HT activity. Effects of exercise with/without supplementation on mood, motivation and psychological strain will be monitored using an adjective list for the assessment of physical and psychological states. Effects of exercise and confinement on mood and performance will be assessed using the Vienna Test System.
We hypothesize that impairments in mood due to the isolated and confined environment together with a lack of physical exercise lead to decreases in mental and perceptual motor performance whereas physical exercise linked with BCAA or carbohydrate supplementation will improve mood and therefore performance irrespectively of the environmental restrictions.

(A) Innerhalb der Studie soll die Auswirkung von körperlicher Aktivität unter Zugabe von Kohlenhydraten, Tryptophan sowie Aminosäuren auf das serotonerge System unter besonderer Beachtung der Auswirkungen auf die kognitive Leistungsfähigkeit und die Befindlichkeit unter Isolationsbedingungen untersucht werden. Eine Aktivierung des serotonergen Systems durch körperliche Aktivität wird durch die Analyse des peripheren Markers Tryptophan und der Dichte sowie der Affinität von serotonergen Transportern und Rezeptoren auf den Blutplättchen vor und nach verschiedenen Trainingsprogrammen vorgenommen. Auswirkungen der körperlichen Belastung mit und ohne Supplementation auf die Gefühlslage, Motivation und allgemeine körperliche Befindlichkeit werden anhand eines Fragebogens erhoben. Auswirkungen der körperlichen Belastung und der Isolation auf Gefühlslage und Leistungsfähigkeit werden mithilfe des renommierten Wiener Test Systems evaluiert. Der Einsatz elektromagnetischer Gehirntomographie (LORETA) zur dreidimensionalen Lokalisation kortikozerebraler Aktivität aufgrund von EEG-Aktivität, soll helfen die Veränderungen, die sich in Motivation, Stimmungslage und Leistungsfähigkeit zeigen, auch in Veränderungen und Anpassung des Gehirns zu dokumentieren.
Beide gegenwärtigen Isolationsstudien der ESA (MARS500 und CONCORDIA) werden wir begleiten und, soweit möglich, hirnphysiologische Veränderungen langfristiger Isolation beschreiben. Wir erwarten das negativen Auswirkungen der langfristigen Isolation in Kombination mit einer reduzierten allgemeinen Abnahme körperlicher Aktivität, die unter Isolation gegeben ist, durch eine gezielte körperliche Aktivierung und Trainingssteuerung entgegengewirkt werden kann. Die Ergebnisse werden maßgeblich auch zur Entwicklung neuer und alternativer Behandlungsmethoden neurologischer Erkrankungen beitragen.
Darüber hinaus ist geplant an der Deutschen Sporthochschule Köln umfassende Untersuchungen zur Auswirkung körperlicher Aktivität auf das serotonerge System und die elektrokortikale Aktivierung durchzuführen, die im Rahmen der Isolationsstudien aufgrund Ihres Umfangs nicht realisierbar, von Seiten der ESA aber gewünscht sind.
(B) Mit Blick auf ein geplantes AO der ESA für das Jahr 2009 ist geplant, Grundlagen für die Beantragung eines Flugexperiments zu legen. Hierzu sollen bereits erhobene Daten zur Auswirkung veränderter Gravitation (Schneider, Brümmer, et al. submitted) mittels EEG und Nahinfrarotspektroskopie verifiziert werden. Geplant ist eine Kippstudie über mehrere Stunden sowie die Teilnahme an einem Parabelflug. Letzteres insbesondere um die Kombinierbarkeit beider Methoden, EEG und Nahinfrarotspektroskopie, unter veränderten Gravitationsbedingungen zu validieren.

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