Wireless modular multi sensor systems for the analysis of mechanical coupling between respiration and locomotion in mammals Die Kopplung zwischen Fortbewegung und Atmung (Locomotion Respiration Coupling LRC) basiert bei Säugetieren nach den gängigen Modellvorstellungen sowohl auf mechanischen als auch neuromuskulären Bindungen zwischen beiden Prozessen. Zur artübergreifenden Analyse dieser Interaktionen fehlt es bisher an einfach anpassbaren modularen Systemen. Damit fehlt es an belastbaren Messdaten zur Beantwortung der Fragen wie Fortbewegungszyklen zum Atemfluss beitragen oder wie die Atemmuskelkontraktionen die Fortbewegung beeinflussen. Die meisten der bisherigen artspezifischen Studien konzentrierten sich auf LRC während des Laufens aber einige analysierten auch andere Aktivitäten wie Radfahren Fliegen (Vögel) oder Tauchen. In dieser Arbeit wurde basierend auf einem modularen Multisensor Funksystem eine neuartige Methode entwickelt die es ermöglicht die Interaktion zwischen Fortbewegung und Atmung bei Säugetieren zu analysieren. Das entwickelte System besteht aus vier Komponenten für die LRC Analyse: (1) einer Thoraxbinnendruckmessung basierend auf einem implantierbaren Gerät (2) ein Volumenstrommodul zur Messung des lokomotorisch getriebenen Luftvolumens (LDV Locomotor driven air volume) während des Atemzyklus (3) ein Schrittidentifikationsmodul zur Berechnung des LRC Verhältnisses (Schritt Atem) und (4) ein Muskelaktivitätsmodul zur Analyse des Verhaltens des Atemmuskels während der Kopplung. Diese Module sind freizügig kombinierbar. Die drahtlose Kommunikation erlaubt es Untersuchungen im Freifeld durchzuführen wobei sich das Tier (oder der Mensch) im Gegensatz zu früheren Studien in denen sich das Subjekt mit einer konstanten Geschwindigkeit auf einem Laufband bewegt frei mit einer selbstgewählten Laufgeschwindigkeit bewegen kann. Diese Möglichkeit könnte das Stressniveau von Tieren während der Experimente signifikant reduzieren die Analyseergebnisse liegen absehbar näher am natürlichen Laufverhalten (unrestrained) als jene von Laufbandstudien (restrained). Als experimenteller Test des Systems wurde die Methode am Menschen angewendet. Das Respiratory Flow Module (RFM) wurde basierend auf einer „ergonomischen Maske“ und einem Strömungssensor entwickelt. Das Respiratory Muscles Module (RMM) nutzte vier Oberflächen Elektromyographie Sensoren (sEMG) an der Bauch und Brustmuskulatur. Am Knöchel jedes Beines befanden sich zwei Beschleunigungssensoren um den Fuß Boden Kontakt zu erkennen. Fünfzehn Teilnehmer wurden bei einem Sprint Lauftest in einem Sportzentrum (50 m x 30 m) der Technischen Universität Ilmenau beobachtet. Die erhaltenen Ergebnisse bestätigten ein variables LRC Verhältnis von 2:1 3:1 4:1 wie in früheren Studien gezeigt wurde zeigte jedoch zusätzlich im Falle des LDV die Nutzung der annähernd maximal möglichen Amplitude (Vitalkapazität) auf. Das Experiment belegt dass die neue Methode zur Untersuchung von Säugetieren verwendet werden kann.