Muskuläre Ermüdung: Das Gehirn gibt das Kommando

Was sich in der internationalen Sportwissenschaft bisher nur indirekt ableiten ließ, haben Forscher an der ETH Zürich nun direkt empirisch nachweisen können: Körperliche Ermüdung löst Interaktionsprozesse im Gehirn aus, die bei Überbeanspruchung zur Drosselung der Leistungsfähigkeit oder zum gänzlichen Bewegungsabbruch führen.

Aus eigener leidvoller Erfahrung wissen wir: Im Wettkampf lässt sich die Beanspruchung an einem Punkt nicht mehr aufrecht erhalten. Wir werden langsamer, oder steigen im schlimmsten Fall komplett aus dem Rennen aus. Was auf dem ersten Blick ärgerlich erscheint, kann sich im Nachhinein als Segen entpuppen: ein Kollaps und Schlimmeres wurden verhindert - so der Regelfall.

Die Ursache des Schutzmechanismus liegt nicht, wie lange Zeit angenommen, im funktionellen Versagen der körperlichen Peripherie, also dem Muskel selbst (bspw. hervorgerufen durch eine übermäßige Anhäufung von Laktat), sondern in gehirnseitigen Befehlskaskaden im Zusammenhang mit der motorischen Ansteuerung.

Lakonisch auf den Punkt gebracht: das Gehirn bestimmt, wann Schluss ist. Dass der Zeitpunkt, neben der (Lauf-)Geschwindigkeit, von anderen Variablen wie Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit, Nährstoffversorgung und der Willensanstrengung abhängigt, bleibt einleuchtend und ist bereits empirisch nachgewiesen. Was bisher aufgrund technisch-methodischer Schwierigkeiten ausblieb, war die direkte Messung von Interkationen im Gehirn:

Und genau das ist den Forschern aus Zürich nun gelungen. Dreierlei Erkenntnisse sind bemerkenswert:

• Bei Kraft benötigenden Kontraktionen (hier realisiert durch eine einfache Bewegung:  Kontraktion des Oberschenkelstreckers), die dauerhaft zur Ermüdung führen, wurden aus dem Muskel stammende, afferente Nervenimpulse gemessen, die direkt hemmend auf das primäre motorische Areal wirkten und folglich zum Bewegungsabbruch führten. Bei Narkotisierung des Rückenmarks (der neuronale Rückmeldeweg des Muskels wurde unterbrochen), fielen die ermüdungsbedingten Hemmprozesse signifikant geringer aus
• in einem zweiten Versuch wurden die Gehirnareale mit gesteigerter Aktivität bei eintretender Ermüdung lokalisiert: Thalamus und insulärer Kortex. Beide Regionen sind auch zunehmend aktiviert, wenn Hunger oder und Schmerz wahrgenommen werden
• in einem 3. Projekt wurde die zunehmende Interaktion zwischen dem insulären Kortex und dem primären motorischen Areal, bei körperlicher Ermüdung nachgewiesen. 

Gewiss steckt die Sportphysiologie hier noch in den Kinderschuhen. Mit dem zukünftig besseren Verständnis für muskuläre Ermüdungsprozesse, könnten sich Strategien und Trainingsmethoden ableiten lassen, die muskuläre Ermüdung hinauszögern. Im klinischen Kontext lässt sich perspektivisch womöglich die nachlassende, muskuläre Leistungsfähigkeit bei verschiedenen Krankheitsbildern oder Medikationen erklären.

Erste Versuche, um Gehirninteraktionen bei komplexen Bewegungen zu lokaliseren, werden in einer Arbeitsgruppe von Sportphysiologie-Koryphäe Prof. Tim Noakes (Kapstadt, Südafrika) unternommen. Nachfolgendes Video beschreibt das Vorhaben und vermittelt einen Eindruck vom komplexen, radergometrischen Versuchsaufbau. Da kann man nur gespannt sein, welche Erkenntnisse das Jahr 2012 in diesem spannenden Forschungsfeld bereithält. 

Euch wünsche ich an diese Stelle jedenfalls ein gesundes, sportlich erfolgreiches und zufriedenes neues Jahr!