Mechanische und neuronale Determinanten der Muskelfunktion während willentlicher, submaximaler Muskelverkürzung

• Antragsteller: Dr. Brent James Raiteri, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 447345165

Alltägliche Aufgaben wie Gehen beruhen darauf, dass Muskeln sich verkürzen und Kraft erzeugen. Erstaunlicherweise ist unser Verständnis der motorischen Kontrolle und der Muskelfunktion unter solchen Bedingungen nach wie vor unbefriedigend. Dies liegt unter anderem daran, dass der zeitliche Ablauf muskulärer Längenänderungen vernachlässigt wird, obwohl dieser die Kraftfähigkeit und die neuronale Kontrolle der Muskeln beeinflusst. Insbesondere während und nach aktiver Muskelverkürzung ist die Kraftfähigkeit im Vergleich zu dem, was man aufgrund der gängigen Kontraktionstheorie erwarten würde, verringert, was als ‚dynamic force depression (dFD)‘ und ‚residual force depression (rFD)‘ bezeichnet wird. Während rFD relativ gut erforscht ist, ist unser Verständnis darüber, welche neuromechanischen Faktoren dFD bestimmen, stark eingeschränkt. Des Weiteren ist der Zusammenhang zwischen dFD and rFD ebenso unklar wie unser Verständnis über den Einfluss von dFD auf die motorische Kontrolle und die Muskelfunktion. Dies liegt daran, dass rFD unter Steady-State-Bedingungen erfasst wird, während menschliche Bewegung durch dynamische Bedingungen gekennzeichnet ist. Obwohl Daten aus Tierversuchen zeigen, dass dFD das rFD bei weitem übersteigt, existiert bisher keine systematische Forschung zu dFD beim Menschen. Deshalb ist es von großer Bedeutung, dFD und dessen zugrunde liegenden neuromechanischen Faktoren besser zu verstehen. Ebenso ist es von Bedeutung, unser Verständnis der neuronalen Kontrolle und Muskelfunktion unter dynamischen Bedingungen wie beim Gehen zu verbessern, um die Behandlung und Rehabilitation von Menschen mit neurologischen Erkrankungen sowie medizintechnische Hilfsmittel zu verbessern. Diese Forschung hat sich deshalb zum Ziel gesetzt, 1) die Auswirkung von Vorbelastung und Muskelspannung auf dFD und die neuronale Kontrolle während aktiver Muskelverkürzung aufzudecken. Des Weiteren soll 2) untersucht werden, wie dFD die neuronale Kontrolle und die Muskelfunktion während simulierten Bedingungen des Gehens beeinflusst. Dazu werden drei Studien am vorderen Schienbeinmuskel tibialis anterior (TA), einem wichtigen Muskel für das Gehen und für die aufrechte Haltungskontrolle, unter dem Einsatz einer einzigartigen Kombination modernster experimenteller Techniken aus Biomechanik und Neurophysiologie durchgeführt. In Studie 1 wird die Vorbelastung vor aktiver Muskelverkürzung systematisch variiert, um die Kraftfähigkeit, die neuronale Kontrolle des TA sowie dFD und rFD zu erfassen. In Studie 2 und 3 werden die neuronale Kontrolle und die Muskelfunktion des TA während des Gehens und unter individuell simulierten Gehbedingungen erfasst, um dFD zu untersuchen. Diese Forschung hat somit das Potenzial, eine Fülle an Erkenntnissen über dFD und für unser Verständnis menschlicher Fortbewegung zu liefern, was dringend erforderlich ist, um und alters- oder krankheitsbedingte Veränderungen der motorischen Kontrolle und der Muskelfunktion besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Italien
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Daniel Hahn
• Kooperationspartner: Professor Dr. Alberto Botter