MTU-gravity
Raumfahrtmissionen zu unseren Nachbarplaneten bringen langfristige Einschränkungen des Bewegungsapparates sowie Ausflüge auf den Oberflächen anderer Planeten und somit auch die Fortbewegung in Umgebungen mit Mikro-, Hypo- oder Hypergravitation mit sich. Eine adäquate Ansteuerung der Muskulatur unter solchen variablen Schwerkraftbedingungen ist unerlässlich für das Gelingen von zukünftigen Missionen und stellt eine große Herausforderung im Hinblick auf die künftige Erforschung des Weltalls dar.
In unserem vorangegangenen DLR-Projekt unter variablen Schwerkraftbedingungen untersuchten wir bereits die funktionelle und biomechanische Interaktion verschiedener Systeme des menschlichen Körpers, die an der Fortbewegung beteiligt sind. Unsere Ergebnisse zeigten, dass die Erhöhung der Belastung von Hypo- zu Hypergravitation zu biomechanisch relevanten Anpassungen auf muskulärer und neuromechanischer Ebene führt und dennoch ein reaktives Bewegungsmuster, zum Beispiel während Sprüngen, beibehalten werden kann. Hierbei wird die Sehne durch Muskelkontraktion bereits vorzeitig unter Spannung gesetzt und die Muskellänge während des Bodenkontakts konstant gehalten. Die durch die externe Kraft bedingte Dehnung der Sehne (vergleichbar mit der Dehnung eines Gummis) ermöglicht die Speicherung von elastischer Energie, die in der anschließenden Abdruckphase zur Steigerung der Effizienz freigesetzt werden kann (Loslassen des Gummis). Unter Schwerkraftbedingungen über 1.3 g scheint dieses typische Verhalten jedoch beeinträchtigt zu sein und in Form eines Nachgebens der Muskulatur zu einer Energievernichtung zu führen. Folglich deuten diese Ergebnisse auf eine ausgeprägte schwerkraftabhängige Modulation der Muskelaktivität hin und unterstreichen damit die große Bedeutung der neuromuskulären Kontrolle für die Energiespeicherung in der Sehne, aber auch für den Schutz des Muskels vor einer Schädigung unter extrem hohen Belastungen.
Während das Verhalten des Muskels bei Sprüngen und Landungen unter variablen Gravitationsbedingungen also umfassend untersucht wurde, ist über die spezifische Funktion und Dynamik des Sehnenkomplexes bei Hypo- und Hypergravitation bisher noch wenig bekannt. Daher werden wir in diesem Folgeexperiment mittels Ultraschallmessungen die Veränderung der Achillessehne und dementsprechend das Energiemanagement als Reaktion auf die variierende Schwerkraft untersuchen. Wir gehen davon aus, dass sich die Energiespeicherung und die Steifigkeit der Achillessehne an das Gravitationsniveau anpassen und über die gezielte Modulation der Muskelaktivität eine effiziente mechanische Energiespeicherung ermöglichen wird. Auf diese Weise würde unser Projekt ein tiefgreifendes Verständnis der neuromechanischen Bewegungskontrolle ermöglichen und schlussendlich dazu beitragen, geeignete Gegenmaßnahmen zu entwickeln und das Training der Astronauten vor sowie während ihren Missionen zu optimieren.