Der Einfluss einer veränderten Hydratation des menschlichen Skelettmuskles auf dessen Funktionalität während intensiver dynamischer Intervallarbeit

Kurzfassung

Einleitung: Die Ursachen für die Beeinträchtigung der muskulären Leistungsfähigkeit von Astronauten nach 0g-Exposition sind bisher nur unzureichend geklärt. Unberücksichtigt blieb in diesem Zusammenhang bisher, inwiefern die während und nach Schwerelosigkeit im Körper auftretenden Flüssigkeitsverschiebungen Bedeutung für die Funktionalität der Muskulatur haben. Um zunächst allgemein festzustellen, ob und in welcher Weise sich Flüssigkeitsverschiebungen auf die Kontraktilität von Muskulatur auswirken, war das Ziel der hier vorliegenden Arbeit festzustellen, ob ein veränderter Hydratationszustand Einfluss auf die Funktionalität der menschlichen Skelettmuskulatur während intensiver dynamischer Intervallarbeit nimmt. Methodik: 11 gesunde Probanden durchliefen dazu in supiner Körperposition einen aus 10 Intervallen bestehenden Test, in dem sich jeweils 15 s dauernde Kontraktionsphasen (KON) mit 45 s dauernden Regenerationsphasen (REG) abwechseln. In den KON wurde dynamische Arbeit mit 80 % der in einem Stufentest ermittelten Kraft an einem Fußergometer geleistet (Plantarflexion). Der Test wurde zweimal absolviert: unter ambientem Druck (REF-Versuch) sowie bei vom Abdomen caudalwärts angelegtem Unterdruck (40mbar; LBNP-Versuch), was physiologisch einer Orthostase entspricht. Die Wadenmuskulatur wurde dabei mittels 31P-MR-Spektroskopie, Elektromyographie (EMG) sowie Nahinfrarot-Spektroskopie (NIRS) untersucht. In einer weiteren Studie wurden zur komplexeren Analyse der Ergebnisse zusätzlich Blutparameter sowie Summenaktionspotentiale mit dem gleichen Arbeitsprotokoll an der Unterarmmuskulatur gemessen. Ergebnisse: Die Muskelleistung blieb im LBNP-, trotz höher ausfallender Gesamtarbeit, besser erhalten als im REF-Versuch. Zudem kam es im LBNP-Versuch zu vermehrtem PCr-Verbrauch in den KON sowie zu schnelleren PCr-Resynthesegeschwindigkeiten in den REG. [Pi], [PME] sowie [H₂PO^4-] zeigten in den REG des LBNP-Versuchs signifikant niedrigere Level im Vergleich zum REF-Versuch. In beiden Versuchen stieg der pHi in den KON um im Mittel 0.3 (+/-0.02) pH-EH an (p<0.01) und reduzierte sich in den REG um im Mittel 0.42 (+/-0.02) pH-EH (p<0.01). Ab Intervall 8 war der gesamte pHi-Verlauf im LBNP- gegenüber dem REF-Versuch erhöht (p<0.05). Sowohl die Medianfrequenz (MF) als auch das Root-Mean-Square (RMS) des EMG lagen im LBNP- signifikant (p<0.05) über denen im REF-Versuch. Die jeweils in den REG ermittelte Durchblutung zeigte keine interexperimentellen Unterschiede. Diskussion: Anhand der vorliegenden Daten ist festzustellen, dass die Funktionalität der untersuchten Muskulatur im LBNP-Versuch besser erhalten bleibt als im REF-Versuch. Der höhere PCr-Verbrauch während der KON sowie die schnellere PCr-Resynthese in den REG des LBNP-Versuchs zeigen erhöhte Raten des glykolytischen sowie des oxidativen Stoffwechsels an. Die bessere Erhaltung der Leistung trotz intensivierter metabolischer Kapazität im LBNP-Versuch deutet darauf hin, dass sich hier der Energiestoffwechsel nicht leistungslimitierend auswirkt. Die Ursache für die Differenzen im Stoffwechselverhalten zwischen REF- und LBNP-Versuch scheint in einer unterschiedlichen Muskelfaserrekrutierung zu liegen. Die EMG-Daten zeigen eine insgesamt höhere elektrische Aktivität der Muskulatur im LBNP-Versuch. Gemeinsam mit den Daten der Leistung lässt sich hieraus auf eine bessere Erhaltung der Erregbarkeit von Muskelfasern, insbesondere der FT-Muskelfasern, im LBNP-Versuch schließen. Dieser Effekt könnte durch die Vergrößerung des interstitiellen Volumens im LBNP-Versuch zustande kommen, die einer Erhöhung der extrazellulären [K<sup>+</sup)] und somit der Depolarisation der Muskelfasermembran entgegenwirkt. Zusammenfassend ergibt sich, dass die durch den Unterdruck im LBNP-Versuch induzierte Flüssigkeitsverschiebung zu vielfältigen Änderungen im Energiestoffwechsel und in der Elektrophysiologie führt. Die Bedeutung sowie die konkreten kausalen Zusammenhänge dieser Veränderungen bleiben jedoch noch zu untersuchen.