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Das RLF-Projekt

Zu den wissenschaftlichen Ergebnissen siehe Publikationsliste

"RLF" (Russischer Langzeit-Flug) war ein gemeinsames Österreichisch-Russisches Forschungsprojekt im Bereich Raumfahrtphysiologie und -medizin. Ausgehend von Erfahrungen und Entwicklungen durch das Projekt Austromir, in dessen Rahmen ein Österreichischer Kosmonaut fuer eine Woche die Raumstation MIR besuchte, hat es in den Jahren 1993 bis 1997 zum Teil unerwartete, neue biomedizinische Resultate erbracht.

Um die Ergebnisse weltweit präsentieren zu können und so die Kontakte der Experimentatoren mit der internationalen Wissenschaftlergemeinde zu vertiefen, hat die Österreichische Gesellschaft für Weltraummedizin 1996 eine Sondersitzung anläßlich der Jahrestagung der Aerospace Medical Association in Atlanta, Georgia, USA, organisiert - auf Einladung des amerikanischen Veranstalters und mit breitem internationalem Interesse.

RLF war ein historisches Projekt, weil es echte Langzeitmissionen untersucht hat, deren Sinn die Vorbereitung auf die Erforschung und Besiedelung von Mond und Mars ist; und weil es den längsten je stattgefundenen Raumflug eines Menschen umfaßte.

Kosmonaut Dr. med. Valeri Vladimirovich Polyakov - geboren am 27. April 1942 in Tula, Held der Sowjetunion, stellvertretender Direktor des IMBP in Moskau und Vizepräsident der Tsiolkovsky-Kosmonautenakademie - verbrachte insgesamt 678.7 Tage im Weltraum. Sein längster Raumflug in der Geschichte der Menschheit - Flugdauer knapp 438 Tage - begann am 8. Januar 1994 (Soyuz TM-18). Dieser Weltrekord wird noch über viele Jahre unerreicht bleiben.

RLF war ein Beispiel für integrative und interdisziplinäre Forschung mit gemeinsamen biologischen, physiologischen und klinischen Zielsetzungen. Es hatte weite Bereiche einer als 'Weltraummedizin' bezeichneten Forschungsrichtung zum Inhalt - diese beschäftigt sich mit der Untersuchung und Beeinflussung

• biologischer Voraussetzungen,
• physiologischer und
• pathologischer Aspekte bemannter Raumflüge,
• extraterrestrischer Aufenthalte und der
• Rückkehr zur Erde, einschließlich der
• physiologischen und klinischen Simulation von Extrembedingungen,

wobei sich Grundlagen, Arbeitsmethoden und Erkenntnisse in klinischer und Biomedizin, Ökophysiologie und bemannter Raumfahrtforschung gegenseitig ergänzen und potenzieren.

Fragestellungen bezüglich der Physiologie des ganzen Organismus und der Interaktion mit seiner Umwelt dienen auch der Überbrückung einzelner Disziplinen und stellen somit ein Modell für zukunftsträchtige Forschungsinitiativen dar.

RLF brachte die Erstellung und Aktualisierung spezieller wissenschaftlicher Literaturdateien in Österreich. Die Erfolge des Projekts haben zur gemeinsamen Erarbeitung eines biomedizinischen Forschungskonzepts fuer die von österreichischen Wissenschaftlern vorgeschlagene Beteiligung Österreichs an der Internationalen Raumstation geführt. Die russische Seite hat das Konzept begutachtet, positiv aufgenommen und empfohlen, die einschlägigen Vorbereitungsarbeiten im Sinne einer bilateralen Kooperation aufzunehmen.
Diese Initiativen wurden bislang von der Regierungsseite in Österreich nicht aufgenommen.

Eines der besonders wichtigen Ziele des Projekts RLF, und der bemannten Raumfahrt allgemein, war die Entwicklung ressourcenschonender diagnostischer Systeme, wie dies z.B. in den Experimenten Monimir und Mikrovib (kleine, leichte, komplexe und robuste Meßwerterfassungssysteme) oder Bodyfluids (miniaturisiertes Hochpräzisions-Labormeßgerät) ersichtlich ist.

Das wissenschaftliche Programm

RLF bestand aus den folgenden Teilen:

• Bodyfluids / Interstitium  
• Cogimir
• Dosimir / Adlet
• Mikrovib
• Mirgen
• Monimir
• Motomir / Myo-Motoscan
• Optovert / vertikale Vektion
• Pulstrans / Schlaf

Im großen Block der Untersuchung von Sinnesorganen, Nervensystem und Muskulatur sowie deren Koordinationsmechanismen wurden Physiologie und Gesundheitszustand der Kosmonauten visuell, akustisch, propriozeptiv und vestibulär getestet; motorische Kontrollfunktionen (MONIMIR, MIKROVIB) sowie die okulo-motorische Kontrolle geprueft (VERTIKALE VEKTION); Aufmerksamkeit, Problemloesungskapazitaet und logisches Denkvermoegen untersucht (COGIMIR); sowie neuromuskulaere Leistungen (Kraftentwicklung, Ermuedung, Trainingseffekte, EMG) zum besseren Verstaendnis der Muskeltaeigkeit herangezogen (MYO-MOTOSCAN, MIKROVIB).

Die Experimente im Einzelnen

Bodyfluids / Interstitium

• Thema: Regulation von Blutvolumen und extrazellulaerer Fluessigkeit
• Hardware: Proteinometer, LBNP-geraet (Unterdruckhose 'Tschibis')
• Projektleiter: Helmut G. Hinghofer-Szalkay, Victor B. Noskov, Richard Kvetnansky
• Institutionen: Physiologisches Institut, Karl-Franzens-Universitaet Graz; IBMP Moscow; Institut fuer Experimentelle Endokrinologie, Slowakische Akademie der Wissenschaften, Bratislava
• Wichtigste Ergebnisse: Stabile Kreislauffunktionen sind fuer Sicherheit und Effizienz in der Raumfahrt entscheidend; bei Wiedereinwirken der Schwerkraft ist sonst die Gefahr von mangelnder Hirndurchblutung und Bewusstlosigkeit gegeben. Das Experiment untersuchte die hormonelle Regulation von Blutvolumen und Körperflüssigkeiten bei passiver Kreislaufbelastung (LBNP). Die Regelsysteme reagierten ähnlich wie im Kontrollversuch, abgesehen von sporadischen Labilitätszeichen. Unerwartet war der Befund stark herabgesetzter Serum-cGMP-Werte während der gesamten Missionsdauer sowie 3 Tage nach der Landung - dieser Befund motivierte ein nachfolgendes Forschungsprogramm im simulierten Raumflug. Insgesamt sprechen die Resultate dafür, dass die hormonelle Regulation des Kreislaufs auch bei sehr langen Raumflügen stabil bleiben kann.
• >>Email an helmut.hinghofer@meduni-graz.at

Cogimir

• Thema: Alertheit und mentale Performance
• Hardware: DATAMIR-Computer
• Projektleiter: Thomas Benke, O. Koserenko
• Institutionen: Neurologische Universitaetsklinik Innsbruck; IBMP Moskau
• Wichtigste Ergebnisse: Sind hoechste Hirnfunktionen und komplexe Leistungsfaehigkeit durch den Raumflug beeintraechtigt? Im Experiment zeigte sich tatsaechlich fuer mehrere Wochen reduzierte Aufmerksamkeit, exekutive und visuell-raeumliche Funktionen, und zwar sowohl im Flug wie auch nach der Landung. Demnach waere fuer Uebergangsphasen mit Leistungseinbussen hoechster Hirnfunktionen zu rechnen, sowohl in der Anfangsphase von Raumfluegen und nach der Landung - vielleicht auch auf anderen Himmelskoerpern. Dies koennte ein operationelles Problem, vor allem fuer Mars-Missionen, werden.
• >>Email an: thomas.benke@uibk.ac.at

Dosimir / Adlet

• Thema: Minidosimetrie
• Hardware: Thermolumineszenzkristalle
• Projektleiter: Norbert Vana, J.A. Akatov
• Institution: Atominstitut der Oesterreichischen Universitaeten; IBMP Moskau
• Wichtigste Ergebnisse: Die zu erwartenden Auswirkungen der komplexen Strahlenbelastung z.B. eines Marsflugs auf den menschlichen Organismus sind noch unbekannt. Das komplexe Strahlenmilieu im Weltraum belastet den Menschen, eine Abschaetzung des Strahlenrisikos auf der Basis terrestrischer Untersuchungen ist kaum moeglich. Optimierte Vorsorgemassnahmen sind fuer die Planung zukuenftiger Raummissionen notwendig, da Langzeitfluege zu Verminderung der Anpassungs- und Arbeitsfaehigkeit und zu Gesundheitsstoerungen fuehren koennen. Fuer das Experiment wurden winzige, an zahlreichen Stellen gleichzeitig einsetzbare Minidetektoren (Thermoluminiszenz-Prinzip) entwickelt und erprobt, Aequivalenzdosis und zeitlich-raeumliche Verteilung der biologischen Belastung exakt ausgewertet.
• >>Email an: vana@ati.ac.at

Microvib

• Thema: Regulation des Muskeltonus, Muskeltremor
• Hardware: 'KYMO'-Biosignalmonitor, Sensorjacke, Handergometer
• Projektleiter: Eugen Gallasch, Inessa B. Kozlovskaya
• Institution: Physiologisches Institut, Karl-Franzens-Universitaet Graz; IBMP Moskau
• Wichtigste Ergebnisse: Die Untersuchungen der Tremorcharakteristik haben ergeben, dass der Koerper im schwerelosen Ruhezustand mechanisch entspannt ist und die verbleibenden Mikrovibrationen weitgehend durch den Herzschlag bedingt sind; die kennzeichnende Frequenzkomponente (7-13 Hz) nimmt bei Muskelaktivitaet wieder zu. Es konnte nachgewiesen werden, dass Langzeitfluege in der Armmuskulatur wahrscheinlich weder die zentrale Steuerung noch die peripheren Komponenten der Ermuedung beeintraechtigen. Die in der Wadenmuskulatur beobachteten Veraenderungen sind hingegen auf die typische Beinmuskelatrophie der Raumfahrer zurueckzufuehren.
• >>Email an: eugen.gallasch@meduni-graz.at

Mirgen

• Thema: Immunstatus der Kosmonauten
• Keine Flughardware
• Projektleiter: Helga Tuschl, Y.I. Voronkov
• Institution: Forschungszentrum Seibersdorf; IBMP Moskau
• Wichtigste Ergebnisse: Das Immunsystem des Menschen ist im Raumflug schweren Belastungen ausgesetzt. Diese Problematik ist eng mit der Frage der Strahlenbelastung verknuepft (s. Dosimir / Adlet). Beobachtungen in Langzeitfluegen zeigten, dass nur geringgradige immuntoxische Effekte auftreten, auch wenn die provozierte (antigeninduzierte) Bildung von Abwehreiweissen (Antikoerpern) reduziert war. Abgesehen von unspezifischen Effekten (Stress, Mangel an Antigenvielfalt im Raumschiff als isoliertem Minisystem) tritt demnach keine wesentliche Beeintraechtigung der Abwehrkraefte auf, zumindest in der erdnahen Umlaufbahn. Um eine moegliche Immuntoxizitaet eines laengeren Aufenthaltes im All, insbesondere ungeschuetzt im interplanetaren Raum, einzuschaetzen, bedarf es weiterer Untersuchungen.
• >>Email an: helgatuschl@arcs.ac.at

Monimir

• Thema: Sensorimotorische Koordination
• Hardware: Versuchsaufbau 'MONIMIR'
• Projektleiter: Meinhard Berger, Inessa B. Kozlovskaya
• Institution: Neurologische Universitaetsklinik Innsbruck; IBMP Moskau
• Wichtigste Ergebnisse: Das Otolithensystem, der 'Gravitationssinn' im Innenohr, ist in der Schwerelosigkeit nicht gereizt - eine Situation, wie sie im ununterbrochenen freien Fall auftritt. Auch die Tiefensensibilitaet (Kraft-, Stellungs-, Bewegungssinn) muss vom Gehirn neu interpretiert werden. Nach den Befunden des Experiments reicht dies aber nicht aus, die grundlegend veraenderten Meldungen aus dem Innenohr zu kompensieren. Weiters zeigte sich, dass dem Gesehenen in diesem Zustand fuer raeumliche Orientierung und Bewegungsplanung ein erhoehter Stellenwert zukommt, denn ohne visuelle Kontrolle kam es zu einer kontinuierlichen Leistungseinbusse der Zielmotorik. Auch waren Willkuerbewegungen verlangsamt, was als veraenderte Strategie der Bewegungsplanung zu deuten ist. Die Antwort auf prolongierte Schwerelosigkeit war durch mit der Zeit weiterschreitende Anpassung gekennzeichnet. Die Rückanpassung erfolgte rasch und im Sinne einer vollständigen Restitution der Funktionen.
• >>Email an: meinhard.berger@uibk.ac.at

Motomir / Myo-Motoscan

• Thema: Muskelfunktionstestungen
• Hardware: Trainings- und Untersuchungsgeraet 'MOTOMIR'
• Projektleiter: Norbert Bachl, Inessa B. Kozlovskaya
• Institution: Institut für Sportwissenschaften, Universität Wien; IBMP Moskau
• Wichtigste Ergebnisse: Die Aktivität von Astronauten z.B. nach einer Landung am Mars könnte durch Einbussen von Kraft, Ausdauer und Koordination der Muskulatur beeintraechtigt sein, beim Auftreten von Problemen (z.B. Notlandung) sind Beweglichkeit und Leistungsvermoegen lebensnotwendig. Fuer eine Optimierung von Gegenmassnahmen ('countermeasures') sind die gewonnenen Erkenntnisse wichtig: Die Krafteigenschaften der Beinmuskulatur nehmen sehr rasch ab, Strecker sind staerker beeintraechtigt als Beuger - das Aufstützen gegen die Schwerkraftwirkung wird erschwert. Die Veraenderungen blieben andererseits auch nach ueber einem Jahr im Raumflug auf einem Niveau, das als akzeptabel beurteilt werden kann - dank des intensiven koerperlichen Trainings im Flug. Die Dynamik der Beziehungen zwischen Kraft, Gelenkswinkel und Bewegungsgeschwindigkeit stellte sich, verglichen mit Kontrollmessungen auf der Erde, unverändert dar.
• >>Email an: martina.postl@univie.ac.at

Optovert / vertikale Vektion

• Thema: Kontrolle der Augenbewegungen
• Hardware: Optokinetische Stimulationsanordnung
• Projektleiter: Christian Mueller, L. Kornilova
• Institution: Neurologische Universitaetsklinik Wien; IBMP Moskau
• Wichtigste Ergebnisse: Akute Anpassungsvorgaenge der okulomotorisch-vestibulären Koordination, also der Verknüpfung von optischen mit aus dem Gleichgewichtssinn stammenden Nachrichten, stellten sich uneinheitlich dar. Das Experiment hat trotz individueller Besonderheiten einen typischen Verlauf der Langzeitanpassung aufgezeigt: Die Erregbarkeit der Zentren zur Steuerung der Augenbewegungen verändert sich, die Stabilität der Orientierung nimmt ab, in einer Übergangsphase tritt Nystagmus (spontanes Hin- und Herbewegen des Blicks) auf. Dahinter scheint die Umstellung auf eine neue Art der Informationsverarbeitung zu stehen, die es ermöglicht, angeborene Verknüpfungen zwischen Auge und Innenohr zu lösen, um ein neues, für den Zustand der Schwerelosigkeit sinnvolleres Funktionsmuster aufzubauen.
• >>Email an: muelch1@akh-wien.ac.at

Pulstrans / Schlaf

• Thema: Neurovegetatives Monitoring
• Hardware: 'KYMO'-Biosignalmonitor, Sensorjacke
• Projektleiter: Max Moser, R. Baevsky
• Institution: Physiologisches Institut, Karl-Franzens-Universitaet Graz; IBMP Moskau
• Wichtigste Ergebnisse: Die Stabilitaet des Kreislaufs spielt eine bedeutende Rolle fuer die Sicherheit von bemannten extraterrestrischen Unternehmungen. Im Experiment wurden verschiedene Kreislauffunktionen waehrend Schlaf, Ruhe und Belastung in Hinblick auf die autonom-nervoese Integration untersucht. Dabei wurde im Flug nie ein kritischer Kreislaufzustand beobachtet, die hoechste Belastung stellte vielmehr die Landung und die Zeit nach ihr dar. Auch diese Beobachtungen beweisen die operationelle Bedeutung der 'Postflight'-Phase, vor allem, wenn die Mannschaft nicht auf eine hilfreiche Boden-Crew zaehlen kann, wie z.B. nach einer Landung auf dem Mars.
• >>Email an: max.moser@kfunigraz.ac.at

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