ArchivDeutsches Ärzteblatt38/2010Notfallmedizin: Auf dem Weg zum Mars

THEMEN DER ZEIT

Notfallmedizin: Auf dem Weg zum Mars

Dtsch Arztebl 2010; 107(38): A-1792 / B-1574 / C-1554

Graf, Julian K. J.; Schäfer, Matthias K.; Mann, Wolf Jürgen

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Ein wissenschaftliches Simulationsprojekt untersucht, wie Laien im Rahmen der bemannten Raumfahrt für medizinische Notfallsituationen ausgebildet werden können.

Die bemannte Raumfahrt stellt mit ihren immer länger dauernden Missionen nicht zuletzt auch die Medizin vor neue Herausforderungen. Durch den kontinuierlichen Ausbau der Internationalen Weltraumstation ISS können sich mehr Menschen für längere Zeiträume in Schwerelosigkeit aufhalten, als dies noch zur Zeit der russischen MIR möglich war. Auch der zunehmende Weltraumtourismus sowie geplante Vorhaben mit erheblicher Reisedauer, wie etwa ein Flug zum Mars oder eine kontinuierlich bemannte Mondstation, sind ehrgeizige Ziele, die besondere Anforderungen an die medizinische Versorgung der Astronauten beziehungsweise Kosmonauten stellen. In Moskau findet zurzeit ein ambitioniertes Projekt statt, das einen bemannten Flug zum Mars in greifbare Nähe rücken soll. Im Rahmen des „Mars500“-Projekts werden sechs Freiwillige für 520 Tage vollkommen isoliert und simulieren einen Flug zum Mars – einschließlich Aufenthalt auf der Marsoberfläche.

Fotos: ESA, Mars500/S. Corvaja
Fotos: ESA, Mars500/S. Corvaja
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Herausforderung: Physiologie unter Schwerelosigkeit

Bei einer bemannten Langzeitmission muss besonderes Augenmerk auf eine eventuelle Notfallversorgung gerichtet werden, da diese zeitkritisch und maßnahmenintensiv sein kann. Die interdisziplinäre Forschungsgruppe der Universitätsmedizin Mainz unter Leitung von Prof. Dr. med. Wolf Jürgen Mann hat hierzu gemeinsam mit der Klinik für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde und der Klinik für Anästhesiologie ein Konzept entwickelt. Dieses basiert auf einem früheren Projekt, das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt unterstützt wurde. Das Forschungsprojekt TEMOS wurde in enger Zusammenarbeit zwischen Mitarbeitern der Universitätsmedizin Mainz, dem Institut für Biomedizinische Probleme (IBMP) in Moskau und dem Gagarin-Trainingszentrum für Kosmonauten („Star City“) in der Nähe von Moskau realisiert. Ziel und Ergebnis dieser vorausgegangenen Studie war die Anpassung terrestrischer Notfallalgorithmen auf Notfallsituationen, die unter Bedingungen der Mikrogravitation auftreten können.

Die medizinische Versorgung von Kosmonauten muss besonderen Erfordernissen gerecht werden, wobei die größte Herausforderung sicherlich die veränderte Physiologie unter Schwerelosigkeit darstellt. So unterliegt jeder Kosmonaut bei Eintritt in die Schwerelosigkeit einer Verschiebung des Blutvolumens von peripher nach zentral. Der venöse Rückfluss aus dem Kopfbereich ist aufgrund der fehlenden Schwerkraft reduziert und führt zum sogenannten puffy face oder Pfannkuchengesicht: Es kommt zur vermehrten Ödembildung in der Kopfregion, was unter anderem eine Schwellung der Nasenschleimhaut zur Folge hat. Hierdurch sind sowohl die Nasenatmung als auch der Geschmacks- und Geruchssinn beeinträchtigt. Im Bereich von Larynx und Pharynx kann die Schleimhautschwellung zu erschwerten Intubationsbedingungen führen.

„Kosmonaut“ bei der Anprobe des Raumanzugs (oben); beim Messen des Blutdrucks in seiner Kabine
„Kosmonaut“ bei der Anprobe des Raumanzugs (oben); beim Messen des Blutdrucks in seiner Kabine

Veränderungen der Körperposition, wie zum Beispiel die stabile Seitenlage oder auch eine Schocklagerung, haben unter Mikrogravitation keinen Effekt. Ohne eine durch Ventilatoren erzeugte künstliche Konvektion können sich während des Schlafs CO2-Blasen um den Kopf des Kosmonauten bilden und eine Hypoxie verursachen. Langfristig ist eine nur teilweise reversible Reduktion von sowohl Knochendichte als auch Muskelmasse zu verzeichnen. Weiterhin weisen die Kosmonauten eine Schwächung des Immunsystems auf.

Technische Herausforderungen ergeben sich im Rahmen der Herstellung und Verabreichung von Infusionen und Medikamenten. Diese müssen luftleer gefüllt sein und mittels Druckmanschette oder Infusionspumpe appliziert werden. Aufgrund des hohen Transportaufwands kostet ein Liter Infusionslösung etwa 12 000 Euro, was die großzügige Bevorratung aus Gewichts- und Kostengründen limitiert. In Schwerelosigkeit müssen Patient und Helfer während notfallmedizinischer Maßnahmen, zum Beispiel bei der Reanimation, fixiert werden, vor allem für die korrekte und effektive Durchführung von Thoraxkompressionen.

Generelle Einschränkungen ergeben sich darüber hinaus aufgrund der speziellen Situation. Der Aufenthalt in einer extrem lebensfeindlichen Umgebung, in Isolation, mit eingeschränkten Kommunikationsmöglichkeiten und limitiertem Zugang zu medizinischer Expertise weist deutliche Parallelen zu Expeditionen in abgelegenen Regionen der Erde, wie beispielsweise der Antarktis, auf.

Notfallsituationen autark bewältigen

Die medizinische Ausbildung der Besatzung eines potenziellen Marsflugs muss daher besonderen Anforderungen gerecht werden. Die Kosmonauten müssen in der Lage sein, zumindest medizinische Notfallsituationen autark, ohne telemedizinische Unterstützung und gegebenenfalls auch ohne ärztlichen Beistand, zu bewältigen. Eine bis zu 20 Minuten dauernde zeitliche Verzögerung aufgrund der großen räumlichen Distanz, die ein Funksignal zurücklegen muss, macht eine telemedizinische Betreuung unmöglich und ist im Rahmen der Notfallversorgung nicht akzeptabel. Notfallpatienten müssen sofort versorgt und stabilisiert werden; eine verzögerte telemedizinische Beratung darf den unmittelbaren Behandlungsbeginn nicht verhindern. Ziel des Projekts war es deshalb, eine simulierte Besatzung eines Marsflugs, bestehend aus Arzt und medizinischen Laien, in Behandlungsalgorithmen für medizinische Notfallsituationen einzuweisen, um auch im Bedarfsfall nichtärztliches Personal zur Durchführung notfallmedizinischer Maßnahmen zu befähigen.

Versuchsaufbau im IBMP, Moskau: In der linken Bildhälfte ist die Marsoberfläche zu sehen, rechts das Landemodul und das Wohnmodul.
Versuchsaufbau im IBMP, Moskau: In der linken Bildhälfte ist die Marsoberfläche zu sehen, rechts das Landemodul und das Wohnmodul.

Ein derartiges, auch für nichtärztliches Personal geeignetes und etabliertes Schulungsprogramm besteht im Advanced Life Support(ALS)-Provider-Kurs des European Resuscitation Council. Dieses vailidierte und mit kleineren Modifikationen versehene Schulungssystem liefert – nach der Implementierung von an die physiologischen Bedingungen unter Schwerelosigkeit adaptierten Behandlungsalgorithmen – ein mögliches Ausbildungssystem für medizinische Laien beziehungsweise Kosmonauten. Notwendige Modifikationen sind die primäre Verwendung des Larynxtubus zur Atemwegssicherung unter Verzicht auf die konventionelle und für Laien kaum sicher durchführbare endotracheale Intubation, die Verwendung eines intraossären statt eines intravenösen Zugangs sowie die „Automated External Defibrillator“(AED)-gestützte Rhythmusanalyse und Defibrillation.

Simulierter Marsflug: 520 Tage völlige Isolation

Durch eine Kooperation unserer Forschungsgruppe im Rahmen des Mars500-Projekts mit der „European Space Agency“ und dem russischen IBMP besteht die Möglichkeit, die Besatzung eines simulierten Marsflugs in notfallmedizinischen Maßnahmen auszubilden. Die Crew, bestehend aus drei russischen, zwei europäischen und einem chinesischen Kandidaten, begibt sich für den 520 Tage dauernden simulierten Marsflug in völlige Isolation.

Das in Moskau auf dem Gelände des IBMP stationierte simulierte „Raumschiff“ besteht aus mehreren hermetisch abgeriegelten Modulen mit einem Volumen von insgesamt 550 Kubikmetern. Die drei Tage dauernde initiale Ausbildung der Testkosmonauten fand vor Ort in Moskau statt. Insgesamt wurden zehn potenzielle Teilnehmer ausgebildet, von denen letztendlich sechs als Besatzung rekrutiert wurden. Sowohl der ALS-Algorithmus als auch das „Airway Breathing Circulation Disability Exploration“(ABCDE)-Schema wurden den Teilnehmern der Studie mittels Powerpoint-Präsentationen und Workshops vermittelt. Dabei lag der Schwerpunkt der Ausbildung deutlich auf dem Erwerb von praktischen Fähigkeiten.

Während der Isolation wurden und werden die Teilnehmer des Experiments mittels Simulationspuppen und Fragebögen sowohl auf den jeweiligen praktischen wie auch theoretischen Kenntnisstand hin überprüft. Die Notfallszenarien, die in unregelmäßigen Abständen von den in zwei Gruppen aufgeteilten Besatzungsmitgliedern durchgespielt werden müssen, beinhalten die gelernten ALS- und ABCDE-Maßnahmen. Das Gleiche gilt für die Multiple-Choice-Fragebogen. Eine der beiden Gruppen erhält während des Projekts zwei videobasierte Refresher-Kurse. Für die zweite Gruppe erfolgt kein weiteres Training, sie muss sich auf das initial erlangte Wissen über eine adäquate notfallmedizinische Versorgung verlassen.

Parallelen zu Expeditionen in entlegene Regionen

Anhand eines Punktescores, der die für das Outcome des Notfallpatienten entscheidenden Maßnahmen nach Relevanz gewichtet, werden sowohl die Performance der beiden Gruppen als auch individuelle Fähigkeiten beurteilt. Weiterhin wird ein kritischer Score bestimmt, der bei Unterschreitung ein Überleben des simulierten Notfallpatienten sehr unwahrscheinlich macht. Die praktische Performance wird anhand von Checklisten geprüft sowie durch Auswertung von Videoaufnahmen der Szenarien wie auch der durch AED und Simulationspuppe gesammelten Daten.

Der bisherige Verlauf des Experiments ist erfreulich und planmäßig. Der erste der insgesamt zehn Testtage während der Isolation fand Mitte Juli statt und konnte durch Mitarbeiter unserer Forschungsgruppe über die Inboard-Kameras verfolgt werden. Am Ende der 520 Tage einer simulierten Marsmission wird anhand der erhobenen Daten ersichtlich sein, welche Maßnahmen „preflight“ und gegebenenfalls „inflight“ notwendig sind, um notfallmedizinisches Wissen für Ärzte und medizinische Laien jederzeit abrufbar zu halten. Wir hoffen dabei auch Hinweise darüber zu erlangen, welche Maßnahmen besonders dem Verlernprozess unterliegen, um diese dann speziell zu trainieren und Gegenmaßnahmen zu entwickeln.

Darüber hinaus ergeben sich aus diesem Projekt auch Rückschlüsse auf die Versorgung medizinischer Notfälle bei Expeditionen in entlegenen Regionen, in denen eine telemedizinische Betreuung nicht möglich ist, vor allem wenn es sich bei den Teilnehmern um nichtmedizinisches Personal handelt.

  • Zitierweise dieses Beitrags:
    Dtsch Arztebl 2010; 107(38): A 1792–6

Anschrift für die Verfasser
Julian K. J. Graf
Universitätsmedizin der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz
Klinik für Anästhesiologie
Langenbeckstraße 1
55131 Mainz
E-Mail: Grafjuni-mainz.de

2.
Evetts SN, Evetts LM, Russomano T, Castro JC, Ernsting J: Basic life support in microgravity: evaluation of a novel method during parabolic flight. Aviat Space Environ Med. 2005 May; 76(5): 506–10. MEDLINE
3.
Jay GD, Lee PHU, Goldsmith H, Battat J, Maure J, Suner S: CPR effectiveness in microgravity: comparison of three positions and a mechanical device. Aviat Space Environ Med 2003; 74: 1183–9. MEDLINE
4.
Stewart LH, Trunkey D, Rebagliati GS: Emergency medicine in space. J Emerg Med. 2007 Jan; 32(1): 45–54. MEDLINE
5.
European Resuscitaition Council: Advanced Life Support Guidelines 2005.
Klinik für Anästhesiologie, Universitätsmedizin Mainz: Graf
Klinik für Anästhesiologie und Intensivtherapie, Stiftungsklinikum Mittelrhein, Koblenz:
Dr. med. Schäfer
Klinik für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, Universitätsmedizin Mainz: Prof. Dr. med. Mann
1.TEMOS – Telemedical Emergency Management on Board the International Space Station.
2.Evetts SN, Evetts LM, Russomano T, Castro JC, Ernsting J: Basic life support in microgravity: evaluation of a novel method during parabolic flight. Aviat Space Environ Med. 2005 May; 76(5): 506–10. MEDLINE
3.Jay GD, Lee PHU, Goldsmith H, Battat J, Maure J, Suner S: CPR effectiveness in microgravity: comparison of three positions and a mechanical device. Aviat Space Environ Med 2003; 74: 1183–9. MEDLINE
4.Stewart LH, Trunkey D, Rebagliati GS: Emergency medicine in space. J Emerg Med. 2007 Jan; 32(1): 45–54. MEDLINE
5.European Resuscitaition Council: Advanced Life Support Guidelines 2005.

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