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, um monatelange oder jahrelange interplanetare Flüge zu ermöglichen, 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 Handlungselement, sondern als potenziell entscheidende Technologie für bemannte Missionen zum Mars und anderen Planeten betrachtet, die die entscheidenden physiologischen, psychologischen und logistischen Hürden überwinden.

1. Technologische und medizinische Herausforderungen langer Flüge.

Ein Flug zum Mars 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, Nahrung, 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 Muskelschwund, Demineralisierung der Knochen (bis zu 1-2% im Monat), kardiovaskuläre Veränderungen, Sehstörungen.

Psychologischer Stress: Das lange 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.

Strahlung: Im tiefen Kosmos, außerhalb des Schutzes der Erdmagnetosphäre, wird die Besatzung den galaktischen kosmischen Strahlen und den solaren protonischen Ereignissen 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.

Die Wissenschaftler erfinden den Anämie nicht von Grund auf neu, sondern streben nach der Wiedergabe und dem Verbessern von Mechanismen, die in der Natur existieren:

Wahre Anämie bei Füchsen, Eichhörnchen und Fliegenden Füchsen: radikale Senkung des Metabolismus um 85-99%, Körpertemperatur auf Werte, die nahe Null, Herzfrequenz und Atemfrequenz. Der entscheidende Nachteil sind die Zyklen spontaner Erwachen, die für den Körper energiegeladen 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 Ausscheidung von Abfällen, mit Erhalt der Muskulatur und Knochenmasse durch einzigartige biochemische 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.

Die modernen Studien konzentrieren sich auf mehrere Richtungen:

Pharmakologische Anämie: Die 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 Torpor 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 Management der Körpertemperatur): Dies ist eine bereits existierende klinische Praxis, die nach dem Stillstand des Herzens oder nach Gehirnerschütterungen 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 zu 32°C, und in der Perspektive noch tiefer) mit der Anwendung komplexer Systeme externen Wärmeaustausches und Überwachung erforderlich.

Stimulation der Zentren der Anämie im Gehirn: Im Jahr 2020 gelang es japanischen Wissenschaftlern des Universität Tsukuba, durch Stimulation bestimmter Neuronen (Q-Neuronen) 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 hin, dieses Zustand direkt neuronisch zu steuern.

Interessanter Fakt: Im Jahr 2014 erhielt das Unternehmen SpaceWorks Enterprises von der NASA einen Zuschuss für die Entwicklung des Konzepts "Torpor für den Marsflug" (Torpor Inducing Transfer Habitat). Ihr Projekt sieht vor, die Besatzung in einen Zustand der therapeutischen Hypothermie (32-34°C) für 14-tägige Zyklen zu versetzen mit kurzen Aufwachphasen für die Nahrungsaufnahme und die Überprüfung der Systeme. Laut 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 Verbrauchs von Ressourcen, Minimierung von Abfällen.

Schutz vor Schwerelosigkeit: In einem Zustand der Hypothermie und reduzierten Metabolismus sollten die Prozesse der Muskelschwund 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 die Besatzung vorbei, der Stress durch Isolation wird minimiert.

Kritische ungelöste Probleme:

Lange Muskelschwund und Osteoporose: Auch im Zustand der Stase sollten diese Prozesse, wenn auch verlangsamt, fortschreiten. Technologien zur Elektrostimulation der Muskeln im bewussten Zustand sind erforderlich.

Nahrung und Hydratation: Wie sollen Nährstoffe geliefert und der Wasser-Elektrolyt-Gleichgewicht gehalten werden? Geprüft werden Optionen für vollständiges parenterales (intra静脉) Fütterung 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: Können nach Monaten im hypometabolischen Zustand irreversible kognitive Störungen auftreten? 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. Absolut zuverlässige, redundante Systeme mit künstlicher Intelligenz für die Überwachung sind erforderlich.

Schluss.

Der Zustand der Anämie für Astronauten ist nicht mehr 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 Forschung und Tests bis zur praktischen Umsetzung erforderlich sind, sind die ersten 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 hier werden nicht nur Ingenieure und Astronauten, sondern auch Biologen sein, die Jahre lang den schlafenden Bär im Bau und den Eichhörnchen in der gefrorenen Höhle studiert haben.

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