Das Herz gehört zu den Organen, die sich an einen Aufenthalt im Weltraum besonders stark anpassen müssen. Ohne die Erdanziehung verschieben sich Körperflüssigkeiten, Blutvolumen und Kreislauf verändern sich, und der Herzmuskel muss unter völlig anderen Bedingungen arbeiten. Umso überraschender ist das Ergebnis einer neuen Untersuchung: Herzmuskelzellen von Mäusen, die rund 38 Tage auf der Internationalen Raumstation ISS verbracht hatten, zeigten nach ihrer Rückkehr keine wesentliche Einschränkung ihrer eigentlichen Kontraktionsfähigkeit. Auf molekularer Ebene fanden die Forschenden allerdings Veränderungen, die auf Reaktionen des Immunsystems und entzündliche Prozesse hindeuten.

Die im Juli 2026 in der Fachzeitschrift npj Microgravity veröffentlichte Studie zeichnet damit ein differenziertes Bild. Zumindest bei Mäusen scheint ein mehrwöchiger Aufenthalt in nahezu vollständiger Schwerelosigkeit die mechanische Funktion der Herzmuskelzellen erstaunlich wenig zu beeinträchtigen. Entwarnung für lange Raumflüge bedeutet das jedoch nicht.

Was passiert mit dem Herz in Schwerelosigkeit?

Das menschliche Herz-Kreislauf-System ist an die Schwerkraft der Erde angepasst. Im Stehen muss das Herz Blut gegen die Erdanziehung bis zum Kopf transportieren. In der Schwerelosigkeit fällt ein großer Teil dieser Belastung weg. Gleichzeitig verteilen sich Blut und andere Körperflüssigkeiten anders: Flüssigkeit, die auf der Erde verstärkt in den Beinen zu finden ist, verschiebt sich in Richtung Oberkörper und Kopf.

Der Körper reagiert darauf mit einer Reihe von Anpassungen. Das Blutvolumen kann zurückgehen, Herz und Blutgefäße werden weniger stark belastet, und auch die Regulation des Blutdrucks verändert sich. Nach der Rückkehr zur Erde kann sich dies bemerkbar machen. Manche Astronauten leiden vorübergehend unter Schwindel oder Kreislaufproblemen, weil ihr Körper sich erst wieder an die Schwerkraft anpassen muss.

Auch die Form des Herzens kann sich während eines Raumfluges verändern. Untersuchungen haben gezeigt, dass es in der Schwerelosigkeit etwas kugelförmiger werden kann. Gleichzeitig gehören Veränderungen des Herz-Kreislauf-Systems zu den medizinischen Fragen, die Raumfahrtagenturen mit Blick auf monatelange oder sogar mehrjährige Missionen besonders aufmerksam untersuchen.

Die neue Studie konzentrierte sich allerdings auf einen sehr speziellen Teil dieses komplexen Systems: die Fähigkeit einzelner Herzmuskelzellen, mechanische Kraft zu erzeugen.

Mäuse verbrachten rund 38 Tage auf der ISS

Die untersuchten Tiere waren Teil des NASA-Experiments Rodent Research-23. Zwanzig männliche Mäuse wurden im Dezember 2020 mit der Mission SpaceX CRS-21 zur ISS gebracht und hielten sich dort ungefähr 38 Tage lang auf. Im Januar 2021 kehrten sie lebend zur Erde zurück.

Für die aktuelle Untersuchung nutzten die Forschenden Herzmuskelzellen aus diesem Versuch. Fünf Tiere aus der Weltraumgruppe wurden mit fünf altersgleichen Tieren verglichen, die unter vergleichbaren Bedingungen auf der Erde gehalten worden waren. Eine weitere Kontrollgruppe bestand aus drei Mäusen, die unter normalen Laborbedingungen lebten.

Im Mittelpunkt standen sogenannte Sarkomere. Diese winzigen Strukturen bilden die grundlegenden mechanischen Einheiten eines Muskels. Wenn sich ein Herzmuskel zusammenzieht, verkürzen sich unzählige Sarkomere gleichzeitig und erzeugen dadurch die Kraft, mit der das Herz Blut durch den Körper pumpt.

Gerade hier hätten deutliche Auswirkungen der Schwerelosigkeit auftreten können. Skelettmuskeln verlieren bei längeren Aufenthalten im Weltraum ohne ausreichendes Training bekanntermaßen an Masse und Leistungsfähigkeit. Deshalb lag die Vermutung nahe, dass sich auch die kontraktilen Strukturen des Herzmuskels verändern könnten.

Herzmuskelzellen erzeugten weiterhin nahezu dieselbe Kraft

Die Messungen zeigten jedoch keine wesentlichen Unterschiede bei mehreren zentralen Eigenschaften der untersuchten Herzmuskelzellen.

Die maximale Kraft, welche die Sarkomere erzeugen konnten, blieb bei den Weltraummäusen vergleichbar mit jener der Kontrolltiere. Auch die Empfindlichkeit gegenüber Kalzium war nicht erkennbar verändert. Kalzium spielt bei jeder Kontraktion des Herzmuskels eine entscheidende Rolle: Steigt die Kalziumkonzentration in einer Zelle, werden Prozesse ausgelöst, die schließlich zur Verkürzung der Muskelfasern führen.

Darüber hinaus fanden die Forschenden keine deutlichen Veränderungen bei der Zusammenarbeit der beteiligten kontraktilen Proteine. Auch die passive Spannung der Zellen sowie deren Querschnitt unterschieden sich nicht wesentlich zwischen den Gruppen.

Aus mechanischer Sicht hatten die rund 38,5 Tage im Weltraum die untersuchten Herzmuskelzellen damit überraschend wenig verändert.

Das bedeutet allerdings nicht, dass der Raumflug keinerlei Spuren hinterlassen hatte.

Warum fanden die Forschenden trotzdem Veränderungen?

Zusätzlich zu den mechanischen Untersuchungen analysierte das Team die Proteine in den Herzmuskelzellen mithilfe von Massenspektrometrie. Dabei zeigte sich ein anderes Bild.

Die Proteine und Signalwege, die unmittelbar mit der Kontraktion des Herzmuskels zusammenhängen, blieben weitgehend unverändert. Gleichzeitig traten jedoch Veränderungen bei Proteinen auf, die mit dem Immunsystem in Verbindung stehen.

Die Forschenden sprechen deshalb von immunbezogenen Veränderungen des Proteoms. Ein Proteom umfasst die Gesamtheit der Proteine, die zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer Zelle oder einem Gewebe vorhanden sind. Veränderungen darin können Hinweise darauf geben, welche biologischen Prozesse gerade verstärkt oder abgeschwächt ablaufen.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Herzmuskel auf den Raumflug reagieren kann, ohne dass seine mechanische Leistungsfähigkeit unmittelbar messbar nachlässt. Besonders interessant sind dabei Hinweise auf Prozesse, die mit Immunreaktionen beziehungsweise Entzündungen verbunden sind.

Welche langfristigen Folgen solche Veränderungen haben könnten, lässt sich aus der Studie jedoch nicht ableiten.

Bedeutet die Studie, dass Schwerelosigkeit ungefährlich für das Herz ist?

Nein. Die Untersuchung beantwortet eine eng umrissene Frage: Verändert ein etwa fünfeinhalb Wochen dauernder Raumflug die grundlegende Kontraktionsfähigkeit bestimmter Herzmuskelzellen von Mäusen?

Für diesen Zeitraum lautet die Antwort nach den vorliegenden Ergebnissen: offenbar kaum.

Das gesamte Herz-Kreislauf-System ist jedoch deutlich komplexer. Blutgefäße, Blutdruckregulation, Blutvolumen, Herzrhythmus und zahlreiche hormonelle sowie neurologische Prozesse verändern sich während eines Raumfluges ebenfalls. Hinzu kommt die Weltraumstrahlung, deren Auswirkungen mit zunehmender Missionsdauer stärker ins Gewicht fallen.

Auch frühere Experimente mit künstlich erzeugtem menschlichem Herzgewebe haben Veränderungen während eines Aufenthalts auf der ISS gezeigt. Solche Gewebemodelle wiesen unter anderem Veränderungen in Stoffwechsel- und Zellprozessen auf. Verschiedene Experimente untersuchen deshalb unterschiedliche Ebenen desselben Problems. Ergebnisse, die auf den ersten Blick widersprüchlich erscheinen, müssen sich nicht gegenseitig ausschließen.

Ein Herzmuskel kann beispielsweise auf molekularer Ebene Veränderungen zeigen und gleichzeitig noch nahezu dieselbe mechanische Kraft entwickeln.

Wie aussagekräftig sind Ergebnisse von Mäusen für Astronauten?

Tierversuche sind für die Weltraummedizin wichtig, weil sich viele Untersuchungen an Organen und einzelnen Zellen beim Menschen nicht durchführen lassen. Mäuse besitzen zahlreiche biologische Prozesse, die denen des Menschen ähneln, und können deshalb Hinweise darauf liefern, wie Säugetiergewebe auf Schwerelosigkeit reagiert.

Direkt auf Astronauten übertragen lassen sich die Ergebnisse dennoch nicht.

Die aktuelle Studie untersuchte lediglich eine kleine Zahl von Tieren, und der Aufenthalt auf der ISS dauerte rund 38 Tage. Eine bemannte Marsmission würde dagegen erheblich länger dauern. Hinzu kommen Unterschiede zwischen Mäusen und Menschen hinsichtlich Körpergröße, Lebensdauer, Stoffwechsel und Herzfrequenz.

Auch die Bedingungen einer Reise zum Mars unterscheiden sich von einem Aufenthalt auf der ISS. Die Raumstation befindet sich noch innerhalb des schützenden Einflussbereichs des Erdmagnetfeldes. Bei Missionen weit darüber hinaus wären Astronauten einer deutlich anderen Strahlenumgebung ausgesetzt.

Die Autoren der Studie weisen deshalb selbst darauf hin, dass weitere Untersuchungen notwendig sind.

Warum das Ergebnis für künftige Marsmissionen wichtig ist

Bei Langzeitmissionen gehört das Herz-Kreislauf-System zu den entscheidenden Faktoren für die Gesundheit einer Besatzung. Schon auf der ISS verbringen Astronauten täglich erhebliche Zeit mit körperlichem Training, um dem Verlust von Muskelkraft, Ausdauer und Kreislaufleistung entgegenzuwirken.

Bei einer Reise zum Mars wäre eine schnelle Rückkehr zur Erde bei gesundheitlichen Problemen nicht möglich. Raumfahrtagenturen müssen deshalb möglichst genau wissen, welche Veränderungen nur vorübergehende Anpassungen darstellen und welche langfristig gefährlich werden könnten.

Die neue Untersuchung liefert dabei einen wichtigen Baustein. Sie zeigt, dass die elementare Kontraktionsmechanik von Herzmuskelzellen möglicherweise widerstandsfähiger gegenüber längerer Schwerelosigkeit ist als bislang befürchtet.

Gleichzeitig machen die Veränderungen des Proteoms deutlich, dass der Herzmuskel den Aufenthalt im Weltraum keineswegs einfach ignoriert. Unter der Oberfläche laufen biologische Anpassungsprozesse ab, deren Bedeutung noch nicht vollständig verstanden ist.

Gerade darin liegt die eigentliche Aussage der Studie. Nach rund 38 Tagen auf der ISS konnten die Herzmuskelzellen der untersuchten Mäuse weiterhin nahezu normal Kraft erzeugen. Doch mechanische Leistungsfähigkeit allein erzählt nicht die ganze Geschichte. Für Reisen, die eines Tages viele Monate oder Jahre dauern sollen, wird entscheidend sein, ob diese zunächst unauffälligen molekularen Veränderungen mit der Zeit folgenlos bleiben oder sich irgendwann zu einem medizinischen Risiko entwickeln.

Quellen
▪︎ Henry M. Gong et al., npj Microgravity: Space travel does not significantly impact cardiac sarcomere function but does induce immune-related proteomic changes
▪︎ NASA Open Science Data Repository: Rodent Research-23
▪︎ NASA: Cardiovascular Health in Microgravity
▪︎ NASA: Station Science 101 – Cardiovascular Research on Station
▪︎ NASA: Risk of Cardiovascular Adaptations