LONDON (IT BOLTWISE) – Astronauten kehren nach langen ISS-Missionen oft bis zu zwei Zoll, also rund fünf Zentimeter, größer zurück. Grund dafür ist ein schwerkraftbedingter Effekt: In der Mikrogravitation entspannen sich die Strukturen rund um die Wirbelsäule, die Bandscheiben füllen sich wieder in ihren unbelasteten Zustand. Für NASA und Raumfahrtteams wird daraus ein handfestes Engineering-Thema, weil Raumanzüge, Sitze und sogar Kabinenabmessungen eine potenzielle Größenzunahme einplanen müssen. Nach der Rückkehr beginnt die Wirbelsäule dann innerhalb von Stunden erneut zu komprimieren, und der Ausgleich dauert oft Monate.
Scott Kelly ist im März 2016 nach 340 Tagen auf der Internationalen Raumstation (ISS) von der Bergungsvorrichtung gestiegen und fiel dabei fast sofort ins Auge: Er war fast zwei Zoll größer als sein Zwillingsbruder Mark. Für Außenstehende wirkt das wie eine erstaunliche körperliche Veränderung, für die Raumfahrt ist es vor allem ein bekanntes, messbares physiologisches Muster. Bereits während der ersten Zeit im Orbit wird die Größenänderung sichtbar, weil die Mechanik der Wirbelsäule in der Schwerelosigkeit anders „arbeitet“ als unter dem Einfluss der Erdschwerkraft.
Die Grundlage liegt in einem Detail, das viele Menschen nur vom Anatomieunterricht kennen: Zwischen den 24 Wirbeln liegen Bandscheiben mit einer elastischen, gelartigen Substanz im Inneren und einer widerstandsfähigen äußeren Schicht. Auf der Erde drückt das Gewicht des Körpers diese „Kissen“ stetig zusammen; über den Tag entsteht so ein wiederkehrender Zyklus aus Kompression und Entlastung. Nach dem Aufstehen und im Verlauf des Tages schwankt die Körpergröße deshalb messbar, typischerweise zwischen etwa einem halben Zoll und einem Zoll zwischen Morgen und Abend. In der Mikrogravitation fällt diese tägliche Kompression jedoch weitgehend weg: Die Bandscheiben füllen sich mit Flüssigkeit in ihren unbelasteten Ausgangszustand, und auch die tiefen paraspinalen Muskeln, die die Wirbelsäule normalerweise gegen die Schwerkraft auf Spannung halten, lassen in Mikrogravitation nach. Über die Dauer einer Mission kann das die gesamte Wirbelsäule um mehrere Zentimeter strecken.
Für das Raumfahrt-Engineering ist genau diese Größenänderung weniger „medizinische Neugier“ als eine Frage der Passgenauigkeit und damit der Sicherheit. Druckanzüge für Start und Wiedereintritt sowie Raumanzüge für Außenbordeinsätze werden vor dem Flug auf die Körpermaße eines konkreten Astronauten ausgelegt. Der Grund ist simpel: Ein Druckanzug muss über Ventile, Nähte und Dichtflächen hinweg zuverlässig abdichten; schon kleine Fehlanpassungen können die Schutzfunktion im Notfall beeinträchtigen. Wenn ein Astronaut im Orbit bis zu etwa 3 % seiner Körpergröße gewinnt, entspricht das bei einer Statur von rund sechs Fuß ungefähr zwei Zoll bzw. fünf Zentimetern. NASA muss daher bereits beim Start nicht nur den „Ist-Zustand“, sondern die wahrscheinliche Größenentwicklung berücksichtigen, etwa über in den Anzug integrierte Erweiterungsspielräume in Bereichen wie Taille, Beinen und Oberkörper.
Auch umgebaute Infrastrukturdimensionen im Fahrzeug sind betroffen. Während des Starts und der Landung sitzen Astronauten in formgepressten Sitzen, die vor dem Flug so angepasst werden, dass Kräfte gleichmäßig in die Körperregionen eingeleitet werden, für die sie ausgelegt sind. Eine um ein paar Zentimeter veränderte Körpergröße kann dazu führen, dass die mechanische Unterstützung im Rückkehrbetrieb nicht exakt passt; entsprechend werden Post-Mission-Sitzlösungen typischerweise mit Anpasspolstern versehen oder ersetzt, damit der Astronaut im Wiedereintrittsausschlag korrekt abgestützt wird. Daneben müssen Kabinenplanung und Betriebstechnik mitdenken: Handgriffe, Schlafrestrainings, Anpassungen an Trainingsgeräten sowie die Länge von Verbindungen und Leitungen für Außenbordeinsätze sind darauf ausgelegt, dass der Körper nicht nur „dichter“ oder „lockerer“, sondern in Summe größer ist, wenn die Mission dem Ende entgegengeht.
Nach der Landung dreht sich die Mechanik wieder in Richtung Erde. Innerhalb von Stunden nach dem Wiedereinsetzen der Schwerkraft beginnen die Bandscheiben erneut zu komprimieren; Wasser wird aus den gelartigen Kernen herausgedrückt, und die paraspinalen Muskeln kehren allmählich in ihre normale Erdtonus-Einstellung zurück. Der Ausgleich ist dabei weder sofort abgeschlossen noch immer angenehm: Viele Rückkehrer berichten über deutliche Rückenschmerzen in der Rekonsolidationsphase, also genau in dem Zeitraum, in dem das Gewebe, das im Orbit über Monate „entlastet“ war, unter Gewicht schnell wieder in den komprimierten Zustand zurückgeführt wird. Kommt es dabei zu einem ungleichmäßigen Flüssigkeitsabfluss, kann das das Risiko für Bandscheibenvorfall-Probleme erhöhen, das laut den Angaben für lange Flüge über Monate hinweg nachwirken kann. Insgesamt braucht eine vollständige Rückkehr zur Ausgangsgröße typischerweise zwischen zwei und sechs Monaten, wobei Scott Kelly seine Ausgangsgröße nach wenigen Monaten wieder erreicht haben soll und auch Mark diesen kurzfristigen Vorteil später wieder „ausgeglichen“ sah.
Am Ende ist die zwei-Zoll-Änderung vor allem die sichtbarste Spitze eines deutlich größeren Systems. Schwerkraft ist die stabile Hintergrundbedingung, gegen die der menschliche Bewegungsapparat im Verlauf der Evolution optimiert wurde: Knochen entwickeln Dichte entlang definierter Belastungen, Muskeln halten ihren Tonus gegen diese Kräfte, Knorpel wird unter Last komprimiert. Nimmt man die Belastung über längere Zeit weg, setzt eine Kaskade von Anpassungen ein, die nicht nur die Wirbelsäule betrifft: Im Raum ändern sich auch Knochenparameter und muskuläre Strukturen; nicht alles normalisiert sich nach einer Rückkehr vollständig, insbesondere nicht bei sehr langen Missionen. Für die Praxis der Raumfahrt bleibt deshalb das „kleinste“ Risiko häufig das, das am leichtesten zu operationalisieren ist: Die Körpergrößenänderung zwingt Anzug- und Habitatdesigner zu einer konkreten Auslegung. Gerade weil sie sich so gut beobachten lässt, wird sie zum Engineering-Parameter – und damit zu einer der stillen, aber entscheidenden Fragen, die Langzeitflüge überhaupt zuverlässig machbar machen.
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