Auswirkungen von Mikrogravitation auf Gelenkknorpel

Gelenkknorpel ist essenziell für die uneingeschränkte Funktion des muskuloskelettalen Systems. Da es sich um ein bradytrophes Gewebe handelt, ist mechanische Belastung für die Knorpelgesundheit von hoher Bedeutung. Der Einfluss von reduzierter mechanischer Belastung, wie zum Beispiel durch Immobilisation oder Mikrogravitation, auf den hyalinen Knorpel ist jedoch noch weitgehend unbekannt. Die niedrige Stoffwechselaktivität von Knorpelgewebe macht lange Studiendauern erforderlich, um Effekte von mechanischen Interventionen messen zu können. Aufgrund der besonderen Gewebeeigenschaften ist die Regenerationskapazität von Knorpel sehr gering, sobald degenerative Prozesse eingesetzt haben. Daher ist die Durchführung von Immobilisationsexperimenten in gesunden Personen schwierig. Einige wenige Studien wurden in der Vergangenheit in Patientengruppen durchgeführt, die aufgrund von Verletzungen immobilisiert waren. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass Immobilisation zu degenerativen Prozessen im Gelenkknorpel führen kann.

Forschung im Weltraumkontext bietet die einzigartige Möglichkeit die Anpassung des muskuloskelettalen Systems an Immobilisation durch Bettruhe oder Mikrogravitation in gesunden Probanden zu untersuchen. Bisher stehen wenige Daten zur Knorpelgesundheit unter diesen Bedingungen zur Verfügung, aber die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass es wichtig ist, das Risiko einer Knorpeldegeneration während längerer Raumfahrtmissionen genauer zu untersuchen. Ergebnisse aus diesem Forschungsfeld würden das Verständnis der Rolle von mechanischer Belastung für die Knorpelgesundheit maßgeblich erweitern und wichtige Informationen für Patienten liefern, die aufgrund von Verletzungen und Erkrankungen einer langen Immobilisation unterliegen.

Articular cartilage is essential for unconfined function of the musculoskeletal system. Because it is a bradytroph tissue, normal mechanical loading, as experienced in daily life, is essential for cartilage health. The effect of reduced mechanical loading, e.g through immobilization or microgravity, is not completely understood. Because of the slow rate of metabolism of cartilage, the time line for intervention experiments needs to be longer than for other skeletal tissues and the regenerative capacity of cartilage is very limited, once degradation occurs. Thus performing unloading experiments in healthy humans is difficult. A few studies have been performed in patient cohorts that experienced unloading due to injury and the results suggest that human cartilage health is negatively affected by unloading.

Space flight research offers a unique opportunity to investigate musculoskeletal tissue adaptation to immobilization either in bed rest or space flight experiments in healthy individuals. Data on cartilage health are sparse but suggest that it is necessary to assess the risk of cartilage deconditioning during extensive human space travel. Results from this context offer the unique possibility to broaden our understanding of the role of mechanical loading for tissue health and will provide important information for patients suffering from immobilization periods due to injury or disease.

Key words

articular cartilage - immobilization - microgravity - cartilage biology - mechanical loading

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