Flug zum Mars Weltraumforschung in der Antarktis: Dünne Luft fördert Allergien

Eisige Kälte, kaum Mikroorganismen und wenig Sauerstoff: Im Auftrag der ESA haben deutsche Mediziner untersucht, wie sich Langzeitaufenthalte in der Antarktis auf Immunsysteme auswirken. Sie können Allergien auslösen.

Die französisch-italienische Forschungsstation Concordia liegt weit im Inneren des Eiskontinents. In der Polarnacht, hier am 16. Juni 2015, wird es nicht hell, dafür sieht man das Zentrum der Milchstraße am Himmel. Bildrechte: ESA/IPEV/PNRA-B. Healey

Für eine kurze Abkühlung nur wäre man jetzt gerne dort: 1.000 Kilometer landeinwärts von der Küste entfernt, mitten in der Antarktis steht die französisch-italienische Forschungsstation Concordia. Gerade ist im Eiskontinent (der insgesamt etwa 1,3 Mal so groß wie Europa ist) polare Nacht. Die Sonne geht monatelang nicht auf, die Temperaturen sinken auf bis zu -85 Grad Celsius, ein spektakulärer südlicher Sternenhimmel erlaubt einen Blick ins Zentrum unserer Galaxie. Schon nach wenigen Minuten dort würde man sich wieder über den heißen Sommer in Europa freuen.

Allerdings sind kurzfristige An- und Abreisen im antarktischen Winter zwischen Februar und November unmöglich. Knapp neun Monate pro Jahr ist Concordia praktisch isoliert, sind die 14-köpfigen Winterbesatzungen auf sich gestellt. Bis 2011 gab es kein Internet, E-Mails kamen nur zwei Mal pro Tag, telefonieren ging nur über eine Satellitenverbindung.

Hinzu kommt die dünne Luft: Die Station liegt auch einem Plateau in 3.232 Metern Höhe, der Sauerstoffanteil in der Atmosphäre beträgt gerade einmal 13 Prozent, nicht 21 Prozent, wie wir es von Deutschland gewohnt sind. Genau diese extremen Bedingungen sind für die europäische Weltraumagentur ESA interessant. Nirgendwo sonst auf der Erde lässt sich so gut simulieren, welchen Belastungen Menschen bei einem langen Aufenthalt im All ausgesetzt sind.

Antarktis macht allergisch

Wie bei einem Flug zum Mars oder einem mehrere Monate dauernden Einsatz auf einer Mondbasis sind die Besatzungen der Concordia praktisch gefangen in ihrer Station. Außerhalb davon herrschen so lebensfeindliche Bedingungen, dass es nur wenige Kilometer entfernt sterile Gebiete gibt, in denen nichts lebt, nicht mal die kleinste Bakterie. Und auch in der Antarktis ist der Rhythmus von Tag und Nacht gestört, ist es monatelang dunkel oder monatelang hell.

Die menschliche Gesundheit wird in dieser Umgebung ordentlich in Mitleidenschaft gezogen. Unter anderem – das zeigt eine jetzt veröffentliche Studie (doi: 10.1111/all.13545) – werden menschliche Immunsysteme während der langen Aufenthalte in der isolierten, sauerstoffarmen Umgebung übersensibel. Die Probanden entwickelten erste Symptome von Allergien und Autoimmunkrankheiten.

Immunsystem in Alarm

Eine Winterbesatzung der französisch-italienischen Forschungsstation Concordia
Winterbesatzung der französisch-italienischen Forschungsstation Concordia am 16. Juni 2015. Bildrechte: ESA/IPEV/PNRA-B. Healey

Die beiden Anästhesisten Matthias Feuerecker und Alexander Choukèr vom Universitätsklinikum München haben die Studie geleitet. Sie untersuchten das Blut zweier Gruppen von Forscherkollegen, die auf der Concordia überwintert und sich dort selbst regelmäßig Blutproben abgenommen hatten. Dabei zeigte sich bei allen untersuchten Probanden, dass deren Immunsystem in zwei Stufen eskalierte.

"In der Sommerzeit von November bis Februar ist auf der Station immer viel los, da sind permanent 60 bis 70 Menschen, die alle möglichen Mikroorganismen mit dort hinbringen", erzählt Matthias Feuerecker auf Anfrage von MDR Wissen. "Dabei kommt es immer zu ziemlich vielen Infektionen." Im Winter von Februar bis November bleiben nur 14 Besatzungsmitglieder dort, die Welt der Mikroben wird monoton. Trotzdem fuhren die Körper der Besatzungsmitglieder ihre Körperabwehr immer weiter herauf.

Ursache Sauerstoffmangel

Als die Forscher das Blut ihrer Probanden später im Labor testeten, zeigte sich, dass die weißen Blutkörperchen darin überreagierten, wenn sie mit einem Impfstoff konfrontiert wurden. "Die haben überstark entzündungsbildende Stoffe ausgeschüttet", sagt Feuerecker. Während des Aufenthalts auf der Station wurde zwar keiner der Untersuchten krank. Aber etwa drei bis sechs Monate, nachdem sie nach Hause zurückgekehrt waren, zeigten sie auf einmal Allergiesymptome, reagierten etwa auf Gräser oder Pollen oder vertrugen bestimme Sachen nicht mehr.

"Diese Anzeichen stimmen mit dem überein, was wir bei unseren Immuntests gesehen haben" sagt Feuerecker. Seine Kollegen und er vermuten zwei Ursachen für das Phänomen. Einerseits könne die sterile Umgebung eine Rolle spielen, in der die Immunabwehr unterfordert und "gelangweilt" sei. Wichtiger aber sei wahrscheinlich der Sauerstoffmangel, Fachbegriff Hypoxie, sagt Feuerecker. Wahrscheinlich versetze der den Körper in eine Stressreaktion, von der er sich nicht erhole. Andere Experimente zeigen: Abgeschiedenheit alleine reicht nicht. "In Moskau wurden beim sogenannten Mars 500 Versuch Testpersonen isoliert, um einen Flug zum Mars zu simulieren. Da haben die Immunsysteme nicht diese Reaktionen gezeigt."

Antarktis mit den Stationen Neuymayer und Dome C
Größenvergleich: Die Antarktis ist 1,3 mal so groß wie Europa, die deutsche Niemayer III und die französisch-italienische Concordia Station tausende Kilometer voneinander entfernt. Bildrechte: MITTELDEUTSCHER RUNDFUNK

Großes Problem: Sauerstoffversorgung auch Marsflug

Im nächsten Schritt wollen die Forscher genauer untersuchen, welcher Faktor die Immunsysteme wie stark herausfordert: Isolation oder Sauerstoffmangel. "Wir wollen das Phänomen deshalb auch auf Antarktisstationen studieren, die an den Küsten liegen", sagt Feuerecker. Dort leben Wissenschaftler zwar isoliert, doch es gibt mehr Sauerstoff in der Luft.

Für die Raumfahrt ist die Sauerstoffversorgung der Astronauten ein großes Problem: Normale Konzentrationen in der Atemluft wie auf der Erde können kaum hergestellt werden, weil dafür zu viel Energie nötig ist. Weil Sauerstoff darüber hinaus Brände beschleunigt, wäre es sogar gefährlich. Andererseits: Wenn Raumfahrer auf dem Weg zum Mars Allergien oder Autoimmunkrankheiten entwickeln, wird es auch nichts mit der Besiedlung unseres Nachbarplaneten.

Dieses Thema im Programm: MDR FERNSEHEN | Lexi TV | 24. Mai 2018 | 15:00 Uhr