7. Mai 2021 /

Power Amplification Increases With Contraction Velocity During Stretch-Shortening Cycles of Skinned Muscle Fibers

Neue Publikation in Frontiers in Physiology

Muskelkraft, Arbeit und Leistungsabgabe sind während aktiver Dehnung-Verkürzungszyklen (DVZs) erhöht. Diese Leistungssteigerung ist als DVZ-Effekt bekannt. Zu den Mechanismen des DVZ-Effekts gehören die neuromuskuläre Voraktivierung, Dehnungsreflexbeiträge und der Rückstoß der in Sehnen gespeicherten elastischen Energie. Darüber hinaus haben aktuelle experimentelle Studien gezeigt, dass der DVZ-Effekt im Sarkomer selbst vorhanden ist. In neuesten Studien wurde vorgeschlagen, dass Querbrückenkinetiken und viskoelastische Nicht- Querbrückenelemente (z.B. Titin) zum DVZ-Effekt beitragen. Da Querbrücken und Nicht-Querbrückenstrukturen durch eine Geschwindigkeitsabhängigkeit gekennzeichnet sind, ist der Einfluss der Dehnungsverkürzungsgeschwindigkeit auf den DVZ-Effekt von besonderem Interesse.

In einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekt hat das Team um Prof. Siebert, assoziiertes Mitglied des Exzellenzclusters SimTech vom Institut für Sport- und Bewegungswissenschaft der Universität Stuttgart, in Zusammenarbeit mit Prof. Hahn (Universität Bochum) und Prof. Seiberl (Bundeswehruniversität München) zeigen können, dass der DVZ-Effekt bei Muskelfasern mit der DVZ-Geschwindigkeit zunimmt. Zu diesem Zweck führte Dr. André Tomalka in-vitro Rampenexperimente mit gehäuteten Muskelfasern vom Soleus der Ratte durch. Durch Verwendung eines Querbrücken-Inhibitors (Blebbistatin) konnten aktive Querbrücken-Beiträge von passiven Nicht-Querbrücken-Beiträgen isoliert werden.

Die Experimente ergaben die folgenden Hauptergebnisse: Die Energierückgewinnung wird durch Querbrückenhemmung verbessert und mit zunehmender Geschwindigkeit erhöht. Diese Verbesserung kann durch die viskoelastischen Eigenschaften der Nicht-Querbrückenstruktur Titin erklärt werden. Unsere experimentellen Ergebnisse legen daher nahe, dass die während der exzentrischen Phase im Titin gespeicherte Energie in geschwindigkeitsabhängiger Weise zum DVZ-Effekt beiträgt. Folglich zeigen wir, dass der DVZ-Effekt geschwindigkeitsabhängig ist  - da die Leistungsabgabe mit zunehmender DVZ-Geschwindigkeit zunimmt. 

Diese DVZ-Studie fördert ein grundlegendes Verständnis der menschlichen Fortbewegung, da DVZs Teil der grundlegendsten, alltäglichen Art der Muskelkontraktion sind. Die Trennung von Querbrücken- und Nicht-Querbrückenstrukturen ist von vorrangiger Bedeutung, um ein detailliertes Verständnis der möglichen Beteiligung viskoelastischer Elemente wie Titin zu erhalten, die als energiespeichernde Feder bei Dehnungen und DVZs fungieren. Diese Informationen werden für die Verbesserung von Muskelmodellen sowie für verbesserte Vorhersagen durch Mehrkörpermodelle benötigt.

 

 

Frontiers in Physiology

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