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Muskel- und gehirnelektrische Aktivität bei unterschiedlichen Beinbewegungen unter verschiedenen Schwerkraftbedingungen

Bei mittel- bis langfristigen Aufenthalten des Menschen in Schwerelosigkeit führt die fehlende Schwerkraftwirkung zu einem starken Substanz- und Funktionsverlust seines Muskel- und Knochensystems. Um dem entgegen zu wirken, führen Astronauten bei Weltraummissionen unter anderem täglich ein mehrstündiges Fahrradergometertraining durch.

Jede Bewegungsaktivität ist immer ein Zusammenspiel unterschiedlicher Funktionssysteme des menschlichen Körpers. Die aktiven Funktionssysteme bei der Muskelarbeit sind:

• das zentrale Nervensystem, es sendet die Steuersignale an die Muskulatur über die Nerv-Muskelverbindung
• die Muskulatur selbst, sie kontrahiert durch die elektrischen Impulse ihrer versorgenden Nerven
• der passive Bewegungsapparat (Skelett und Bänder), er wird von der Muskelkraft über Sehnen und Gelenke bewegt

In Schwerelosigkeit verändert sich jedoch das geordnete Zusammenspiel der Muskulatur bei komplizierten Bewegungsabläufen, wie sie beim Training erforderlich sind. Die Erforschung von Veränderungen erfordert daher den zeitgleichen Einsatz unterschiedlicher Untersuchungsverfahren. Unter Verwendung modernster Hard- und Softwaretechnik zeichnen die Wissenschaftler während des Experimentes zeitgleich die Beinbewegung mittels Infrarotkinematographie auf und erfassen dabei die Gehirnaktivität mit der Elektroenzephalographie (EEG) und der Muskelaktivität mittels Elektromyographie (EMG).

Am Beispiel des Parabelflugexperimentes soll daher erstmals unter verschiedenen Schwerkraftbedingungen (normale und doppelte Schwerkraft sowie Schwerelosigkeit) der zeitgleiche Einsatz dieser drei Untersuchungsmethoden erprobt und optimiert werden. Hierzu führen sechs Versuchpersonen auf einem speziellen Fahrradergometer Trainingsübungen durch.

Die Wissenschaftler werden anschließend sämtliche Datensätze im bewegungs-neurowissenschaftlichen Labor des Instituts für Sportwissenschaft und Sport der Universität Erlangen-Nürnberg ausgewertet. Die mit diesem Experiment gewonnenen Daten und Erfahrungen wollen sie dazu verwenden, um Trainingsmaßnahmen und zukünftige Experimente in Schwerelosigkeit und auf der Erde zu optimieren. Ebenso erwarten die Forscher neue Erkenntnisse hinsichtlich der Funktionsweise des neuromuskulären Zusammenspiels unter Normalbedingungen und in Schwerelosigkeit. Damit könnten Trainingsprogramme gerade in der Rehabilitation effektiver gestaltet werden.