Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Radfahrtraining im Parabelflug: Muskeln reagieren bei Schwerelosigkeit völlig unerwartet

26.08.2003


Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz untersuchen Muskelreaktion bei Schwerelosigkeit unter Belastung. Parabelflüge des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt ermöglichen Weltraumbedingungen.



Die Schienbein- und Wadenmuskulatur wird beim Training auf dem Fahrradergometer unter Schwerelosigkeit völlig anders belastet als unter dem Einfluss der Erdanziehung. Dies ist ein erstes Ergebnis einer Untersuchung von Wissenschaftlern der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, das gerade im Hinblick auf zukünftige längere Weltraumflüge von Bedeutung ist. "Unsere Trainingsgeräte wirken hier auf der Erde ganz anders als im schwerelosen Raum", erklärte Dr. Friedrich Bodem. "Die Schienbeinmuskulatur wurde bei allen Probanden viel stärker aktiviert als die Wadenmuskulatur. Das hat uns sehr überrascht."



Der Medizinphysiker, Leiter des Biomechaniklabors der Orthopädischen Klinik und Poliklinik der Mainzer Universität, ist zusammen mit der Privatdozentin Dr. med. Andrea Meurer für das Forschungsprojekt "Untersuchung der Muskelaktivität beim Training auf einem Fahrradergometersystem in Mikrogravitation" verantwortlich. Sein Team begab sich im Juni dieses Jahres für zwei Wochen nach Bordeaux, um an der 5. Parabelflugmission des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) teilzunehmen. Bei diesen Flügen steigt ein Airbus A300 in die Luft und führt über dem Nordatlantik spezielle Manöver durch: In einer Höhe von 6000 Metern beginnt der Testpilot einen Steilflug mit voller Schubkraft, bei einem bestimmten Winkel werden die Motoren gedrosselt und das Flugzeug fliegt dann entlang einer Parabel wie ein geworfener Stein durch die Luft. Für 22 Sekunden herrscht in der Kabine Schwerelosigkeit. Dann fängt der Pilot die Maschine im Sturzflug nach unten wieder ab und bringt sie in die Waagrechte. Das Prozedere wird bei einem Flug 30 Mal wiederholt.

"Nach dem Einsteinschen Äquivalenzprinzip spielt es für physikalische Experimente keine Rolle, ob wir Schwerelosigkeit in einem Raumschiff weit draußen im Weltraum, in einer Umlaufbahn um die Erde oder in einer Flugzeugkabine erfahren, die sich im freien Fall zur Erde befindet beziehungsweise einer idealen Wurfparabel folgt", erklärt Bodem den Hintergrund der Versuchsbedingungen. Unter Schwerelosigkeit entstehen viele ungewöhnliche Effekte. So mischen sich beispielsweise Öl und Wasser zu einer stabilen Emulsion, während sich die Flüssigkeiten unter normalen Schwerkraftbedingungen wieder entmischen.

Bei den Mainzer Untersuchungen ging es darum, wie sich die Beinmuskulatur auf einem speziellen Trainingssystem in Schwerelosigkeit verhalten würde. Hüfte, Ober- und Unterschenkel der Probanden wurden dazu an acht ausgewählten Po-sitionen mit jeweils zwei Elektroden beklebt, die ähnlich wie beim Elektrokardiogramm die Elektrizität ableiten, die bei einer Muskelkontraktion entsteht. "Muskeln zeigen bei Kraftentwicklung elektrische Aktivität. Wir können dies mit der Oberflächenelektromyographie (EMG) aufzeichnen und dann mit computerunterstützter Messdatenanalyse eine Muskelfunktionsdiagnostik durchführen", erläutert der Versuchsleiter. Die Testpersonen gehen - ausgestattet mit Elektroden, Verbindungskabeln und einer Signalverarbeitungsbox, die ihnen um den Hals hängt - in die Maschine und legen sich dort in eine Röhre, die fast bis zur Brust reicht. Diese LBNPD (lower body negative pressure device) genannte Vorrichtung dient dazu, "für die Körperflüssigkeiten in der Schwerelosigkeit einen der Schwere ähnlichen Effekt zu simulieren", wie es Bodem darstellt. Sie wurde vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt für den zukünftigen Einsatz in Raumstationen konzipiert. Zum Kreislauftraining werden Hüftregion und Beine in der Röhre einem genau dosierten Unterdruck ausgesetzt, wodurch mehr Blut in den unteren Körperbereich fließt. Zum gleichzeitigen Muskeltraining wurde ein Fahrradergometer in diese Röhre eingebaut. Die erstmalige Erprobung dieses kombinierten Trainingssystems für Astronauten in Schwerelosigkeit konnte beginnen.

"Es war schon eine umwerfende Erfahrung", beschreibt Dr. Matthias Lochmann von der Klinik für Nuklearmedizin der Universität Mainz sein erstes Erlebnis mit dem Parabelflug. Der Medizinphysiker und Sportwissenschaftler hat sich als Ver-suchsperson und EMG-Systemoperator mit auf den Flug und in die Röhre begeben - nicht ohne Vorkehrungen gegen "motion sickness" getroffen zu haben. "Durch die Beschleunigung und die Steilflüge senden Augen und Gleichgewichts-organe Informationen an das Gehirn, die inhaltlich nicht zusammen passen", erklärt Lochmann. Gegen die Reisekrankheit gibt es Medikamente und den Tipp, den Blick möglichst auf einen selbst definierten Horizont oder ein entferntes Ziel zu richten. Falls dennoch andere schwere Störungen wie Herz-Kreislauf-Probleme bei den Versuchspersonen aufgetreten wären, hätte das Experiment sofort unterbrochen werden müssen.

Beim 5. Parabelflug der DLR war das glücklicherweise nicht nötig. Auch die Untersuchungen der Mainzer Forscher klappten reibungslos. "Wir konnten zeigen, dass unsere Methode sehr gut geeignet ist, um Effekte der Schwerelosigkeit auf die Wirkungsweise der Muskulatur in der vorgegebenen Trainingssituation nachzuweisen." Wie Lochmann weiter darlegt, deckt sich der Befund zum vorderen Schienbeinmuskel auch mit dem subjektiven Empfinden der Versuchspersonen. "Ich hatte das Gefühl, dass ich das Pedal nach Beginn der Flugparabel beim Treten unwillkürlich verstärkt zurückziehen würde", erklärt er in Übereinstimmung mit anderen Probanden. Die EMG-Testdaten dieses Muskels zeigen in Schwerelosig-keit zunächst einen normalen Zyklusbeginn und plötzlich eine sehr starke Aktivierung. Die Aktivität der Wadenmuskulatur nimmt dagegen ab. "Wir werden sehr wahrscheinlich auch bei anderen Muskeln deutliche Effekte feststellen, jedoch nicht ganz so gravierend wie beim vorderen Schienbeinmuskel und seinem Gegenspieler", erwartet Bodem. Die Auswertung der insgesamt rund 500 Muskeldatensätze soll bis Weihnachten abgeschlossen sein.

Kontakt und Informationen:
Dr. Friedrich Bodem
Orthopädische Klinik und Poliklinik
Tel. 06131/17-2337
Fax 06131/17-6612
E-Mail: bodem@mail.uni-mainz.de

Dr. Matthias Lochmann
Klinik für Nuklearmedizin
Tel. 06131/17-2801, 6739 oder 6724
Fax 06131/17-2386
E-Mail: lochmann@nuklear.klinik.uni-mainz.de

Petra Giegerich | idw
Weitere Informationen:
http://zope.verwaltung.uni-mainz.de/presse/bilder/Parabelflug

Weitere Berichte zu: Luft- und Raumfahrt Schwerelosigkeit

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Spezialfarbstoff erlaubt völlig neue Einblicke ins Gehirn
16.08.2018 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Keime fliegen mit
16.08.2018 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Die Mischung macht‘s: Jülicher Forscher entwickeln schnellladefähige Festkörperbatterie

Mit Festkörperbatterien sind aktuell große Hoffnungen verbunden. Sie enthalten keine flüssigen Teile, die auslaufen oder in Brand geraten könnten. Aus diesem Grund sind sie unempfindlich gegenüber Hitze und gelten als noch deutlich sicherer, zuverlässiger und langlebiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Jülicher Wissenschaftler haben nun ein neues Konzept vorgestellt, das zehnmal größere Ströme beim Laden und Entladen erlaubt als in der Fachliteratur bislang beschrieben. Die Verbesserung erzielten sie durch eine „clevere“ Materialwahl. Alle Komponenten wurden aus Phosphatverbindungen gefertigt, die chemisch und mechanisch sehr gut zusammenpassen.

Die geringe Stromstärke gilt als einer der Knackpunkte bei der Entwicklung von Festkörperbatterien. Sie führt dazu, dass die Batterien relativ viel Zeit zum...

Im Focus: It’s All in the Mix: Jülich Researchers are Developing Fast-Charging Solid-State Batteries

There are currently great hopes for solid-state batteries. They contain no liquid parts that could leak or catch fire. For this reason, they do not require cooling and are considered to be much safer, more reliable, and longer lasting than traditional lithium-ion batteries. Jülich scientists have now introduced a new concept that allows currents up to ten times greater during charging and discharging than previously described in the literature. The improvement was achieved by a “clever” choice of materials with a focus on consistently good compatibility. All components were made from phosphate compounds, which are well matched both chemically and mechanically.

The low current is considered one of the biggest hurdles in the development of solid-state batteries. It is the reason why the batteries take a relatively long...

Im Focus: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Quantenverschränkung erstmals mit Licht von Quasaren bestätigt

20.08.2018 | Physik Astronomie

1,6 Millionen Euro für den Aufbau einer Forschungsgruppe zu Quantentechnologien

20.08.2018 | Förderungen Preise

IHP-Technologie darf in den Weltraum fliegen

20.08.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics