Weltraumphysiologie
Leitung: Prof. Dr. med. Jörn Rittweger

Versuchseinrichtungen



Physiologie-Labor

Im Physiologie-Labor werden humanphysiologische Experimente durchgeführt. Hauptbestandteile und Analysemöglichkeiten sind:

  • ein Labor mit variablen Funktionen,
  • eine Kraft- und Leistungsdiagnostikanlage Biodex-System 3
  • ein spezielles Muskellabor mit NMR und 
  • die periphere quantitative Computertomographie (pQCT).

Das Labor ist Bestandteil der Abteilung Weltraumphysiologie und besteht aus einem voll klimatisierten Raum (240 m2), der in bis zu 5 einzelne Labor- bzw. Untersuchungsräume unterteilt werden kann. Zusätzlich ist ein speziell abgeschirmter Raum (Faraday Käfig) vorhanden, der es ermöglicht, besonders schwache bioelektrische Signale (MSNA) zu erfassen. Jeder einzelne Raum wird über ein konventionelles und auch über ein IT-Netz (isolation-terre) elektrisch versorgt. Letzteres ist bei medizinischen Untersuchungen am Menschen unbedingt notwendig. Zusätzlich verfügt jeder Raum über frei konfigurierbare, nicht dienstgebundene Kommunikationsstrecken (Ethernet, ISDN, Telefon) als auch 2 Glasfaseranschlüsse (VF45). Diese Glasfaseranschlüsse ermöglichen es, ohne besondere Schutzmaßnahmen Daten zentral zu erfassen.

Das Labor steht Wissenschaftlern des Instituts für Luft- und Raumfahrtmedizin und externen Wissenschaftlern (nach Absprache) zur Verfügung. Es wird von einem Anlagen-Manager betreut, der mit den vorhandenen Techniken vertraut ist und bezüglich der Nutzung berät. Das Labor verfügt über einen eigenen Gerätebestand für die Durchführung nicht-invasiver Untersuchungen, vornehmlich im Bereich der Herz-Kreislaufforschung. Andere Messgeräte können nach Bedarf auch von externen Wissenschaftlern beigestellt werden. In enger Zusammenarbeit zwischen Anlagen-Manager und Wissenschaftlern wird das Physiologie-Labor nach den Anforderungen der durchzuführenden Versuche konfiguriert und die physiologischen Messstände entsprechend aufgebaut. Da die Handhabung von Medizingeräten, die am Patienten oder Probanden eingesetzt werden, dem MPG sowie der MPBetreibV unterliegt, wird durch Anwendung festgelegter Verfahrensanweisungen sichergestellt, dass die endgültige Konfiguration eines Messstandes MPG-konform ist. Die Messstände werden anschließend einer sicherheitstechnischen Kontrolle (STK) unterzogen. Bei Experimenten, die eine direkte ärztliche Überwachung erfordern, wird ein vom Experiment unabhängiger approbierter Arzt bestellt, der sicherstellt, dass zu keinem Zeitpunkt eine Gefahr für die Gesundheit der Versuchsperson besteht.

Biodex-System3: Kraft- und Leistungsdiagnostik der großen Muskelgruppen

Das Biodex-System3 dient der Kraft- und Leistungsdiagnostik aller größeren Muskelgruppen der Arme, der Schultern, des Rückens, der Hüften und der Beine. Die Testung und Messung erfolgt dabei durch einen Servomotor.

Das Gerät ermöglicht eine isometrische (ohne Bewegung) Messung der Kraft und die Messung der Leistung (Kraft * Geschwindigkeit) unter isotonischen (konstante, vorgegebene Kraft, Messung der Geschwindigkeit) oder isokinetischen (konstante, vorgegebene Geschwindigkeit, Messung der Kraft) Bedingungen. (Weitere Details siehe: www.biodex.com/rehab/system4/system4_feat.htm)

Die Tests in unserem Labor werden darauf hin optimiert, untrainierte und geschwächte Personen möglichst reproduzierbar zu testen, die -anders als Sportler- es nicht gewohnt sind, einzelne Muskelgruppe maximal zu belasten. Die Tests werden zum Beispiel im Rahmen von Bettruhestudien eingesetzt, um die Effekte der Immobilisation und den Erfolg der zu überprüfenden Trainingsmaßnahmen zu testen.

Mit Hilfe der Elektromyographie (EMG) werden die Aktivitäten der an einer Bewegung beteiligten und der unwillentlich mit aktivierten Muskeln aufgezeichnet.

Simultane Messungen mit der Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) ermöglichen die Erfassung der lokalen Blut- und Sauerstoffversorgung eines Muskels.

 

Das Muskellabor

Das Muskellabor des Instituts für Luft- und Raumfahrtmedizin ermöglicht die nicht-invasive, kontinuierliche Messung des Energiestoffwechsels und der elektrischen Erregung der Fußstrecker-Muskeln oder der Fußheber-Muskeln im Unterschenkel während statischer Kraftentwicklung oder dynamischer Muskelarbeit. Der Einsatz der LBNP-Anordnung (lower-body-negativ-pressure) erlaubt dabei zusätzlich, auch die Wirkungen unterschiedlicher Kreislaufzustände auf die Muskelarbeit - von der tatsächlich liegenden Position bis hin zum simulierten aufrechten Stand - zu untersuchen. Im Muskellabor des DLR wurde eine weltweit einmalige Kombination aus nicht-invasiven Messmethoden einerseits und Muskelbelastungs- und Kreislaufbelastungs-Methoden andererseits zusammengestellt.

Muskellabor – Aufbau

  1. Magnetresonanzanlage: Bruker Biospec 47/40, 4.7 Tesla, 40-cm horizontale Bohrung, der Magnetraum ist in eine elektromagnetisch abgeschirmte Kabine aus Weicheisen eingebaut.
  2. Wadenhalter mit integrierter 5 cm HF Oberflächenspule
  3. Kraftumwandler (Aufbau für statische Arbeit)
  4. Kraftanzeige
  5. Druckmanschette zur Applikation von venösen oder arteriellen Okklusionen
  6. regulierte Druckluft
  7. Notventil
  8. EMG-Elektroden
  9. EMG-Vorverstärker und Optokoppler
  10. Glasfaseroptoden zur NIRS-Messung mit der Oxymon-Anlage
  11. Blutdruckmessgerät, oszillometrisch nach RR
  12. Atemmaske und Taucherflasche mit vorgemischtem Atemgas
  13. Pulsoximeter
  14. Differenzdruckmesser zur Bestimmung des Atemzugvolumens
  15. hintere LBNP Abdichtung und Schlauch zu den Vakuumpumpen
  16. Neoprenabdichtung am Probanden für die LBNP-Untersuchung
  17. Reizelektroden zur direkten oder indirekten Elektrostimulation des Muskels

pQCT (Periphere quantitative Computertomographie) (XCT 3000, Firma Stratec)

Bei dieser radiologischen Untersuchung werden durch eine bildgebende, hochpräzise quantitative Computertomographie Veränderungen im Knochen gemessen. Entscheidend für die Auswahl des Gerätes waren Reproduzierbarkeit, Nichtinvasivität, geringe Strahlenbelastung und die Fähigkeit, Veränderungen der Knochendichte, Knochenmasse und Knochengeometrie getrennt erfassen zu. Neben der quantitative Computertomographie (QCT) ist die pQCT zur Zeit die einzige Methode, die die wirkliche volumetrische Knochendichte (g/cm3) der unterschiedlichen Knochenkompartimente misst und zusätzlich noch Aussagen über die Geometrie des Knochens und damit eine Abschätzung der Knochenfestigkeit zulässt. Die Messung erfolgt an Oberschenkel und Schienbein und dauert ca. eine halbe Stunde. (http://www.stratec-medizintechnik.de)


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