Kardio-respiratorische Kinetiken von Astronauten vor und nach dem Aufenthalt auf der Internationalen Raumstation (ISS)

Einleitung
Eines der Hauptprobleme während des Aufenthalts der Astronauten auf der Internationalen Raumstation (ISS) ist der Erhalt der Leistungsfähigkeit. Der Goldstandard für die Erfassung der kardiorespiratorischen Leistungsfähigkeit ist die Messung der maximalen Sauerstoffaufnahme (V’O2max). Dieses Verfahren erfordert allerdings eine Ausbelastung und ein hohes Maß an Motivation des Probanden. Unabhängig von diesen beiden Aspekten bietet die Erfassung der kardio-respiratorischen Kinetiken (u.a. Sauerstoffaufnahme (V’O2) und Herzfrequenz (HR)) im submaximalen Bereich einen alternativen Ansatz. Damit können zumindest regulative Faktoren, die gerade für Alltagssituationen wesentlich sind, untersucht werden. Durch eine neue Methode ist die Möglichkeit gegeben, diese Kinetiken in einem einzelnen Test schnell und zuverlässig zu erfassen und von der pulmonal gemessenen Sauerstoffaufnahme (V’O2pulm) auf die ursprünglich im Muskel entstandene V’O2 zurück zu rechnen. Das Verfahren ermöglicht somit eine sensiblere Erfassung von Veränderungen der V’O2-Kinetik durch verschiedene Einflüsse, wie in diesem Fall der Schwerelosigkeit. Ziel der Studie war es, zu zeigen, dass die durch die Schwerelosigkeit induzierte Abnahme der Leistungsfähigkeit in den kardio-respiratorischen und muskulären Kinetiken erkennbar ist.
Methodik
Insgesamt konnten 9 Astronauten (5 männlich; 4 weiblich; Alter: 47±4 Jahre; Größe: 175±6.8 cm; Gewicht: 76.6±15.5 kg) vor und nach ihrem Aufenthalt (152±26 Tage) auf der ISS getestet werden. Ihre V’O2max und ihre kardiorespiratorischen Kinetiken wurden auf einem Fahrradergometer getestet. Für die Erfassung der Kinetiken wurden pseudorandomisierte binäre Sequenzen (PRBS) verwendet und die jeweiligen Kinetiken mit Hilfe eines rekursiven Modells berechnet (Hoffmann et al., 2013). Höhere Maxima in der Kreuzkorrelation (CCFmax) zwischen den gemessenem Parametern und dem Belastungsmuster implizieren schnellere Kinetiken. Die erste Testung der Kinetiken fand im Mittel 261±130 Tage (BDC1) und die zweite 100±85 Tage (BDC2) vor dem Start zur ISS statt. Nach der Rückkehr wurde jeweils 6±3 (BDC3) und 19±8 Tage (BDC4) nach der Landung gemessen. Der erste V’O2max-Test fand 110±63 Tage (Pre) vor dem Start statt, nach dem Flug wurde jeweils 1±0.5 Tage (Post1) sowie 11±1 Tage (Post2) nach der Landung getestet. Die Ergebnisse wurden mit Hilfe von Varianzanalysen mit Messwiederholung und post hoc Tests nach Bonferroni ausgewertet.
Ergebnisse
Es ergab sich ein statistischer Unterschied zwischen den muskulären V’O2-Kinetiken (CCFmax(V’O2musc)) zwischen BDC1 und BDC3 (p=0.042) (BDC1: 0.38±0.05; BDC2: 0.35±0.06; BDC3: 0.31±0.07; BDC4: 0.30±0.05). Die pulmonal gemessenen V’O2-Kinetiken (CCFmax(V’O2pulm)) und die Herzfrequenz-Kinetiken (CCFmax(HR)) veränderten sich nicht signifikant (CCFmax(V’O2pulm): BDC1: 0.38±0.05; BDC2: 0.35±0.05; BDC3: 0.32±0.06; BDC4: 0.32±0.04) (CCFmax(HR): BDC1: 0.31±0.05; BDC2: 0.3±0.04; BDC3: 0.28±0.05; BDC4: 0.29±0.05). Die V’O2max relativiert zum Körpergewicht der Astronauten veränderte sich sowohl zwischen Pre und Post1 (p=0.021) als auch zwischen Post1 und Post2 (p=0.003) (Pre: 40.25±6.77 ml•kg-1; Post1: 34.86±5.07 ml•kg-1; Post2: 38.85±4.1 ml•kg-1).
Diskussion
Die Ergebnisse zeigen, dass die muskuläre im Vergleich zur pulmonal gemessenen V’O2-Kinetik die Veränderungen der Leistungsfähigkeit der Astronauten besser wiederspiegelt. Die Veränderungen der HR-Kinetiken legen zudem nahe, dass hier ebenfalls ein Indikator für Veränderungen der Leistungsfähigkeit gegeben ist. Die insgesamt dennoch sehr heterogenen Ergebnisse sind sicher auch auf unterschiedliche Trainingsumfänge und –intensitäten der Astronauten während ihres Aufenthaltes auf der ISS zurückzuführen.