Sonderpublikation: Cortex Biophysik GmbH

Spiroergometriegerät METAMAX® 3B: Im Weltraum getestet

Fast 200 Tage war der deutsche Astronaut Alexander Gerst 2018 auf der Internationalen Raumstation (ISS) – im Gepäck jede Menge Versuche und Experimente. Darunter war auch das Projekt MetabolicSpace – eine Kooperation der TU Dresden mit der Firma Cortex. Getestet wurde eine für die Raumfahrt adaptierte Version des METAMAX® 3B, einem tragbaren Analysesystem für Körper- und Stoffwechselfunktionen.

Spiroergometriegerät METAMAX® 3B: Im Weltraum getestet
Astronaut Alexander Gerst beim Training mit METAMAX® 3B, einem tragbaren Analysesystem für Körper- und Stoffwechselfunktionen der Firma Cortex Biophysik GmbH © DLR/ESA

Groß. Schwer. Unbeweglich. So sahen bisher die auf der ISS benutzten Systeme zur Atemgasanalyse aus. Mobiles Training mit freier Beweglichkeit des Astronauten war damit nicht möglich. Gesucht wurde deshalb ein kleines mobiles Gerät, das während des Trainings auf dem Laufband oder Fahrradergometer die Atemgase wie Sauerstoff und Kohlendioxid sowie Atem- und Herzfrequenz misst und das jeder Astronaut individuell für die medizinische und sportliche Trainingsüberwachung nutzen kann. Der Hintergrund: Im Weltraum ist ein spezifisches Training erforderlich, um Muskel- und Knochenabbau in der Schwerelosigkeit entgegenzuwirken und vor dem Rückflug das Trainingspensum sinnvoll zu erhöhen.

Dieser Problematik widmet sich ein Team am Institut für Luft- und Raumfahrttechnik der TU Dresden. Fündig wurden die Wissenschaftler bei Cortex, dem Weltmarktführer der mobilen Spiroergometrie in Medizin, Sport und Fitness: „Beim METAMAX® 3B waren wir optimistisch, dass die erforderlichen Tests für den Einsatz in der Raumfahrt in Sachen Material, elektronischer Bauteile und Handhabung in der Schwerelosigkeit absolviert werden können“, sagt Projektleiter Dr. Tino Schmiel. Beispielsweise nimmt das Gerät keine Feuchtigkeit auf, ist schwer entflammbar und gast keine kritischen volatilen Bestandteile aus. Er stört nicht die anderen elektronischen Systeme an Bord und ist den harten Belastungen beim Start der Rakete gewachsen. „Und nicht zuletzt ist das Gerät so klein und handlich, dass der Astronaut es mit einer Hand bedienen kann“, erklärt Schmiel. „Schließlich muss er sich in der Schwerelosigkeit ja immer mit der anderen Hand irgendwo festhalten.“ Für „MetabolicSpace“ wurde dem Gerät neben anderen Ergänzungen eine Komponente hinzugefügt, welche die Körperkerntemperatur des Astronauten misst. „In der ISS findet eine sehr hohe Luftverwirbelung statt, damit die Astronauten das ausgeatmete Kohlendioxid nicht wieder einatmen“, erklärt Dr. Schmiel. „Die Luftgeschwindigkeit führt zu einer erhöhten Auskühlung des Körpers.“

MetabolicSpace war ein großer Fortschritt für die Raumfahrt, wie auch Alexander Gerst bestätigte, der das Experiment als eines seiner Lieblingsexperimente auf dieser Mission bezeichnete. „Wir konnten innerhalb von acht Trainingsmaßnahmen nachweisen, dass wir das Leistungsverhalten und den Trainingszustand des Astronauten mit dem adaptierten METAMAX® 3B ableiten und damit sehen können, ob das Training erfolgreich ist oder ob es angepasst werden muss“, resümiert Projektleiter Tino Schmiel. „Für die Zukunft wird es wichtig sein, dass die Trainierenden vom Gerät sofort eine Rückmeldung über die aktuelle Trainingssituation bekommen. Denn bei weiteren Entfernungen, etwa bei Flügen zum Mars, wird der direkte kabellose Kontakt zum Arzt auf der Erde nicht immer möglich sein.“

Im Weltraum getestet, auf festem Boden bewährt

Schon seit Jahren dient METAMAX® 3B zur mobilen kardiopulmonalen Diagnostik im Hochleistungs- und Breitensport, in der kardiologischen Routinediagnostik und der Grundlagenforschung. Das 580 Gramm leichte Gerät kann über der Kleidung getragen werden und wird über ein Brust- oder Rückentragesystem am Körper befestigt. Von dort führen kaum spürbare Kabel und Schläuche zur Atemmaske, die Körpersensoren sind kabellos mit dem Gerät verbunden. Gemessen werden während des Trainings die Atemgase, Atemfrequenz und Herzschlag. Das Gerät kann Daten von bis zu 400 Trainingsstunden speichern und wahlweise mit dem Laptop, der Smart Control oder vollständig autark gesteuert werden. Es hält Temperaturen zwischen minus 10 und plus 40 Grad Celsius stand.

Vom MetabolicSpace-Experiment auf der ISS nimmt der Hersteller wertvolle Erkenntnisse mit, wie man das Gerät für besondere Trainingssituationen adaptieren kann, etwa für die Überkopfnutzung. „Ganz neu entwickelt wurde in jüngster Zeit die Schwimm-Option mit ergonomisch geformtem Spezialschnorchel für Freistil- und Rückenschwimmen mit integrierter Speichelabsaugung und Spritzwasserschutz“, sagt Cortex-Geschäftsführer Markus Siepmann.

Terminhinweis

Am 3. Juli präsentiert Cortex das MetabolicSpace-Experiment auf der ISS beim ECSS-Kongress in Prag.