Untersuchungen zur Reaktivität des kardiovaskulären Systems vor, während und nach Langzeitschwerelosigkeit

Abstract

Seit 2011 untersuchen Forschungsgruppen aus Deutschland, Russland, Belgien, Österreich, Italien und den USA im Rahmen des Projekts "Cardiovector" die Mechanismen der individuellen Anpassung des Herzens und der großen Gefäße an Mikrogravitation. Ziel dieses Folgeprojekts ist eine verbesserte Differenzierung zwischen funktionellen und strukturellen Veränderungen. Zu diesem Zweck werden Methoden der intensiven kardiovaskulären Phänotypisierung vor und nach dem Raumflug mit indirekten, validierten sowie leicht anwendbaren Monitoringverfahren während des Raumfluges kombiniert. Hierbei kommen tragbare Sensoren (Wearables) zum Einsatz, die durch innovative Sensortechnologien und fortschrittliche Datenanalyseverfahren ergänzt werden. Neben standardisierten Tests wie dem Stehtest und gezielten Atemmanövern werden vor und nach dem Raumflug funktionelle kardiovaskuläre MRT-Untersuchungen durchgeführt. Diese umfassen 4D-Flow Rekonstruktionen des Herzens und der Aorta sowie cine- und Phasenkontrast-MRT. Die tragbare Flughardware "Cardiovector" ermöglicht die Erfassung mehrerer kardiovaskulärer Parameter, darunter Atmung, Elektrokardiogramm (EKG), thorakales Impedanzkardiogramm (IKG), Seismokardiogramm (SKG) sowie das mehrdimensionale Ballistokardiogramm (6D-BCG) zur Bestimmung der mechanischen Herzkraft an 2 Punkten nahe dem Masseschwerpunkt. Die Pulswellenreflexion wird mittels einer Oberarm-Blutdruckmanschette und des ArcSolver-Algorithmus (Mobil-O-Graph) analysiert. Im Rahmen des Projekts wurden 17 Kosmonauten vor, während und nach Raumflug untersucht. Weitergehend erfolgte eine MRT-Untersuchung bei 9 dieser Teilnehmer vor und nach Raumflug. Ziel war es, die Hypothese zu überprüfen, dass kardiovaskuläre Veränderungen während eines Langzeitraumfluges struktureller Natur sind und mit einer erhöhten Aortensteifigkeit, einer verstärkten Pulswellenreflexion sowie einer erhöhten aortalen Pulswellengeschwindigkeit einhergehen. Datei-Upload durch TIB Since 2011, research groups from Germany, Russia, Belgium, Austria, Italy, and the USA have been investigating the mechanisms of individual adaptation of the heart and major blood vessels to microgravity as part of the "Cardiovector" project. The aim of this follow-up project is to improve the differentiation between functional and structural changes. To achieve this, methods of intensive cardiovascular phenotyping before and after spaceflight are combined with indirect, validated, and easily applicable monitoring techniques during spaceflight. Wearable sensors are used, supplemented by innovative sensor technologies and advanced data analysis methods. In addition to standardized tests such as the tilt test and targeted breathing maneuvers, functional cardiovascular MRI examinations are performed before and after spaceflight. These include 4D flow reconstructions of the heart and aorta, as well as cine and phase-contrast MRI. The portable flight hardware "Cardiovector" enables the recording of multiple cardiovascular parameters, including respiration, electrocardiogram (ECG), thoracic impedance cardiogram (ICG), seismocardiogram (SCG), and the multidimensional ballistocardiogram (6D-BCG) to determine mechanical heart force at two points near the center of mass. Pulse wave reflection is analyzed using an upper arm blood pressure cuff and the ArcSolver algorithm (Mobil-O-Graph). As part of the project, 17 cosmonauts were examined before, during, and after spaceflight. Furthermore, MRI examinations were conducted on 9 of these participants before and after spaceflight. The goal was to test the hypothesis that cardiovascular changes during long-term spaceflight are structural in nature and are associated with increased aortic stiffness, enhanced pulse wave reflection, and an increased aortic pulse wave velocity.