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Wie Muskelermüdung im Kopf entsteht

Was Sportler aus Erfahrung kennen, haben Forschende der Universität Zürich jetzt detailliert untersucht: Bei ermüdenden Ausdauerleistungen spielt der Kopf eine wichtige Rolle. Sie haben im Gehirn einen Mechanismus aufdecken können, der bei ermüdenden Aufgaben 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.

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

Bei ermüdenden Ausdauerleistungen spielt der Kopf eine wichtige Rolle.

Unter der Leitung des Neuropsychologen Kai Lutz von der Universität Zürich in Kooperation mit Urs Boutellier vom Institut für Bewegungswissenschaften und Sport der ETH Zürich haben die Forschenden dabei erstmals neuronale Prozesse aufgedeckt, die dafür verantwortlich sind, dass sich die Muskelaktivität im Laufe einer ermüdenden Aufgabe reduziert. Der dritte und letzte Teil dieser von Lea Hilty im Rahmen ihrer Doktorarbeit durchgeführten Serie von Experimenten wurde nun im «European Journal of Neuroscience» publiziert.

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. Nachweisen konnten sie dies anhand von Messungen, bei denen Probanden ermüdende 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.

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 die also 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.

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