Forscher der Universität Zürich haben einen Mechanismus aufgedeckt, der bei ermüdenden Aufgaben eine Reduktion der Muskelleistung bewirkt. „So wird dafür gesorgt, dass die eigenen physiologischen Grenzen nicht überschritten werden. Der Körper wird vor Überlastung geschützt, damit bei Todesgefahren Reservekapazitäten übrig bleiben“, sagt Studienleiter Kai Lutz.

Empirischer Beweis erbracht

Die Wissenschaftler waren bereits theoretisch davon ausgegangen, dass Muskelermüdung und Änderungen der Interaktion zwischen neuronalen Strukturen zusammenhängen. Mit ihrer Studie konnten sie diesen Mechanismus nun erstmals empirisch nachweisen. Die Forschenden konnten zeigen, dass im Verlauf einer ermüdenden Aufgabe Nervenimpulse aus dem Muskel - ganz ähnlich wie Schmerzinformationen - das primäre motorische Areal hemmen.

Nachweisen konnten sie dieses Phänomen anhand von Messungen, bei denen Probanden ermüdende Oberschenkelkontraktionen wiederholt haben. Ermüdungsbedingte Hemmprozesse fielen signifikant schwächer aus. Im zweiten Schritt wurden mit Hilfe einer funktionellen Magnetresonanztomographie jene Hirnregionen lokalisiert, welche kurz vor dem Abbruch einer kraftfordernden Aufgabe einen Aktivitätsanstieg verzeichnen.

Kommunikation wird intensiver

Es sind der Thalamus und der insuläre Kortex. Das sind Hirnareale, die auch Informationen analysieren, welche dem Organismus eine Bedrohung vermitteln, wie beispielsweise Schmerz oder Hunger. Im letzten Schritt konnten die Forscher nachweisen, dass die hemmenden Einflüsse auf die motorische Aktivität tatsächlich via insulären Kortex vermittelt werden. Bei Tests mit dem Fahrradergometer konnten sie beweisen, dass die Kommunikation zwischen dem insulären Kortex und dem primären motorischen Areal mit fortschreitender Ermüdung intensiver wurde.

"Dies kann als Beleg dafür gelten, dass das gefundene neuronale System nicht nur das Gehirn informiert, sondern auch tatsächlich regulierend auf die motorische Aktivität einwirkt", so Doktorandin Lea Hilty. Neuropsychologe Lutz verweist auf das neue Forschungsfeld, das sich mit diesen Ergebnissen nun eröffnet: "Die Erkenntnisse sind ein wichtiger Schritt bei der Aufdeckung der Rolle, die das Gehirn bei der Muskelermüdung spielt. Auf Basis dieser Arbeiten wird es nicht nur möglich, Strategien zur Optimierung muskulärer Leistung zu entwickeln, sondern auch gezielt nach Gründen für reduzierte muskuläre Leistungsfähigkeit bei verschiedenen Krankheiten zu forschen."

Universität Zürich