Muskelfaser- und Kraftverhalten bei menschlichen Bewegungen

Es ist seit längerer Zeit bekannt und allgemein akzeptiert, dass sich die konstante isometrische Muskelkraft nach Dehnung eines Muskels, verglichen zu einer rein isometrischen Kontraktion bei gleicher Länge, erhöht. Ähnlich dieser Krafterhöhung (engl.: Force enhancement) kann ein weiterer Effekt beobachtet werden, wenn ein isometrisch kontrahierter Muskel verkürzt wird. In diesem Fall kommt es, wieder verglichen mit einer rein isometrischen Kontraktion bei gleicher Muskellänge, zu einer Verringerung der Kraft (engl.: Force depression). Beide Effekte konnten auf verschiedenen Strukturstufen der Muskulatur (von der Einzelfaser bis zu in vivo Versuchen mit Menschen) und bei verschiedenen Dehnungs- oder Verkürzungsbedingungen (verschiedene Amplituden, Geschwindigkeiten, Kräfte, etc.) beobachtet werden. Bisher wurden jedoch noch keine systematischen Untersuchungen der Muskelfaserlängen und der Fiederungswinkel der Muskulatur bei willentlichen oder elektrisch stimulierten in vivo Experimenten beim Menschen durchgeführt, die eine Krafterhöhung oder Kraftverringerung hervorrufen. Unsere Hypothese lautet, dass die Muskelfaserlängen und die Fiederungswinkel (und deren Änderungen vor einer isometrischen Referenzkontraktion) bei isometrischen Kontraktionen nach aktiver Muskelverkürzung oder -dehnung sich von rein isometrischen Kontraktionen unterscheiden. Das Ziel der Studie ist es, zeitgleich Krafterhöhung bzw. Kraftverringerung sowie das Muskelfaserverhalten während verschiedener Experimente zu untersuchen. Um das Muskelfaserverhalten während der Krafterhöhung oder der Kraftverringerung zu studieren, werden willkürlich und elektrisch stimulierte Kontraktionen des M. tibialis anterior durchgeführt werden. Die klassische Vorgangsweise bei derartigen Experimenten ist die Messung von Kraft (oder Drehmoment), Winkel, Winkelgeschwindigkeit und elektrischer Muskelaktivität (mittels Elektromyografie). Zusätzlich zu diesen klassischen Messungen (und daher neuartig) soll im Rahmen der geplanten Studie nun auch eine Ultraschallmessung Informationen über das Verhalten der Muskelfasern während der Kontraktion geben. Wir sind davon überzeugt, durch die geplanten Experimente neue Einsichten in die zugrunde liegenden Mechanismen der Krafterhöhung oder der Kraftverringerung zu erhalten, welche bisher noch nicht vollständig geklärt werden konnten.