Wie Muskelermüdung im Kopf entsteht

Was Sportler aus Erfahrung kennen, haben Forschende der Universität Zürich untersucht - erstmals neuronale Prozesse aufgedeckt

Bei ermüdenden Ausdauerleistungen spielt der Kopf eine wichtige Rolle. Zürcher Forscher haben im Gehirn einen Mechanismus aufdecken können, der eine Reduktion der Muskelleistung bewirkt und dafür sorgt, dass die eigenen physiologischen Grenzen nicht überschritten werden. Dass Muskelermüdung und Änderungen der Interaktion zwischen neuronalen Strukturen zusammenhängen, wurde mit dieser Studie erstmals empirisch nachgewiesen, heißt es in einer Aussendung des Department of Psychology der Uni Zürich.

Neuer Forschungsfokus

Wie stark wir unsere Muskeln willkürlich aktivieren können, hänge zum Beispiel ab von der Motivation und Willenskraft oder vom Trainings- und Ermüdungszustand der Muskeln. Gerade letzterer führe zu deutlich spür- und messbaren Leistungseinbussen. Lange Zeit wurde die Erforschung der Muskelermüdung weitgehend auf Veränderungen im Muskel selbst beschränkt. Das gemeinsame Forschungsprojekt der Universität Zürich und der ETH Zürich hat nun den Fokus auf die Erforschung des Gehirns gelegt. 

Neuronale Prozesse aufgedeckt

Die Forscher unter der Leitung des Neuropsychologen Kai Lutz (Uni Zürich) und Urs Boutellier (Institut für Bewegungswissenschaften und Sport, ETH Zürich) haben dabei erstmals neuronale Prozesse aufgedeckt, die dafür verantwortlich sind, dass sich die Muskelaktivität im Laufe einer ermüdenden Aufgabe reduziert. In der ersten Studie konnten die Forschenden zeigen, dass im Verlauf einer ermüdenden, Kraft verlangenden Aufgabe Nervenimpulse aus dem Muskel - ganz ähnlich wie Schmerzinformationen - das primäre motorische Areal hemmen. Dies gelang anhand von Messungen, bei denen Probanden Oberschenkelkontraktionen solange wiederholt haben, bis sie die verlangte Kraft nicht mehr erreichen konnten.

Wurde dieselbe Übung aber unter Narkotisierung des Rückenmarks (Spinalanästhesie) durchgeführt - und damit die Rückmeldung vom Muskel an das primäre motorische Areal unterbrochen -, fielen die entsprechenden, ermüdungsbedingten Hemmprozesse signifikant schwächer aus, als wenn die Muskelinformationen intakt waren.

Aktive Gehirnareale vor Abbruch

In einem zweiten Schritt haben die Forschenden mit Hilfe funktioneller Magnetresonanztomographie jene Hirnregionen lokalisieren können, welche kurz vor dem Abbruch einer ermüdenden und Kraft fordernden Aufgabe einen Aktivitätsanstieg verzeichnen und somit in die Signalisation des Abbruchs involviert sind. Es sind dies der Thalamus und der insuläre Kortex - beides Areale, die unter anderem Informationen analysieren, welche dem Organismus eine Bedrohung vermitteln, wie beispielsweise Schmerz oder Hunger.

Neuronales System wirkt regulierend auf Muskelleistung

Dass die hemmenden Einflüsse auf die motorische Aktivität tatsächlich via insulären Kortex vermittelt werden, konnte nun in der dritten Studie gezeigt werden, die nun im "European Journal of Neuroscience" publiziert wurde: Die Forschenden haben bei Tests mit dem Fahrradergometer festgestellt, dass die Kommunikation zwischen dem insulären Kortex und dem primären motorischen Areal mit fortschreitender Ermüdung intensiver wurde.

Die Erkenntnisse könnten auch für die Medizin wichtig sein: anhaltend reduzierte körperliche Leistungsfähigkeit ist im klinischen Alltag eine häufig beobachtete Begleiterscheinung, unter anderem kann sie als Nebenwirkung von gewissen Medikamenten auftreten. Häufig wird aber auch ein sogenanntes Chronisches Erschöpfungssyndrom ohne erkennbare Ursache diagnostiziert. (red, derStandard.at)