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Humboldt-Universität zu Berlin - Abteilung Trainings- und Bewegungswissenschaften

Muskel-Sehnen Interaktion und Mechanik

 

Leitung: Dr. Sebastian Bohm

Doktoranden: Mohamad Reza Kharazi, Christos Theodorakis

 

Die Kapazität zur Krafterzeugung ist von fundamentaler Bedeutung für die menschliche Bewegung. Wir fokussieren uns auf die Erforschung der zugrundeliegenden Mechanismen der neuronalen und mechanischen Funktionsweise der unteren Extremitäten während der Fortbewegung in stabilen und instabilen Bedingungen.  Die unterschiedlichen funktionellen Organisationsebenen, d.h. Muskelfaser, Muskel-Sehnen-Einheit, Gelenk und neuronale Kontrolle, werden dabei berücksichtigt, um das dynamische Zusammenspiel, welches die effiziente und sichere Fortbewegung des Menschen ermöglicht, zu verstehen.

Besonderes Augenmerk liegt auf den intrinsischen mechanischen Mechanismen des Muskels bestimmter Muskel-Sehnen-Einheiten wie dem Soleus, Gastrocnemius medialis und Vastus lateralis sowie der Konfiguration der Gliedmaßen bei der Fortbewegung in schwierigem Gelände oder unter Einwirkung unerwarteter Störungen, da dies für unsere alltägliche Lokomotion prägend ist. Die Aufklärung der grundlegenden Funktionsweise der neuromechanischen Gangkontrolle durch Perturbationsexperimente liefert relevante Informationen für die Anwendung in Robotik, Modellierung, Klinik und Geriatrie. Die gezielte Modifikation bestimmter funktioneller Komponenten durch geeignete Interventionen (Training) ermöglicht darüber hinaus eine Verbesserung der Bewegungsleistung.

Für diesen wissenschaftlichen Ansatz wird Ultraschallbildgebung genutzt, um das dynamische Verhalten der Muskelarchitektur und der mechanischen Eigenschaften von Sehnen unterschiedlicher Muskel-Sehnen-Einheiten zu erheben. Bewegungsanalyse dient der Quantifizierung von Gelenkkinematik, Dynamometrie der Bestimmung von Gelenkmomenten, Kraftmessplatten der Erfassung der Bodenreaktionskräfte und Elektromyographie der Bestimmung der Muskelaktivität. Muskuloskelettale Modellierung komplementiert den primär experimentellen Ansatz.

 

Abb.: Sebastian Bohm

Abb. Länge der Muskel-Sehnen-Einheit (MTU), Muskelfaserbündellänge und elektromyografische Aktivität (EMG) eines Probanden während des Gehens und Laufens (Bohm et al. (2018), Sci. Rep. 8, 5066).

 

Ausgewählte Publikationen

Bohm, S., Mersmann, F., Santuz, A. & Arampatzis, A. (2019): The force–length–velocity potential of the human soleus muscle is related to the energetic cost of running. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 286, 20192560. (fulltext)

Bohm, S., Marzilger, R., Mersmann, F., Santuz, A., Arampatzis, A. (2018): Operating length and velocity of human vastus lateralis muscle during walking and running. Scientific Reports 8:5066. (fulltext)

Santuz, A., Ekizos, A., Eckardt, N., Kibele, A., Arampatzis, A. (2018): Challenging locomotion: stability and modular organisation in unsteady conditions. Scientific Reports, 8:2740.

Marzilger, R., Legerlotz, K., Panteli, C., Bohm, S., Arampatzis, A. (2018): Reliability of a semi-automated algorithm for the vastus lateralis muscle architecture measurement based on ultrasound images. European Journal of Applied Physiology, 118: 291–301.

Nikolaidou, M.E., Marzilger, R., Bohm, S., Mersmann, F., Arampatzis, A. (2017): Operating length and velocity of human M. vastus lateralis fascicles during vertical jumping. Royal Society Open Science, 4: 170185.

Albracht, K., Arampatzis, A. (2013): Exercise-induced changes in triceps surae tendon stiffness and muscle strength affect running economy in humans. European Journal of Applied Physiology, 113:1605–1615.