Zentrale Ermüdung: Wenn der Muskel abregelt

14. Mai 2013
Teilen

Schon lange ist bekannt, dass die Nervenverbindung zwischen Gehirn und Bewegungsapparat manchmal für die Erschöpfung von Sportlern sorgt. Nun haben Forscher beschrieben, wie ein Neurotransmitter bei Überlastung die Muskelarbeit stoppt.

Höchstleistungen im Sport beginnen im Kopf. Wer bei Leistungssportlern nachfragt, der erfährt immer wieder, dass gezielter Muskelaufbau durch Training allein nicht reicht, um besser als andere zu sein. Umgekehrt gilt aber genau das Gleiche: Selbst wer hart trainiert hat und verbissen um jeden Meter und jede Zehntelsekunde kämpft, macht ab und zu die Erfahrung, dass der Körper nicht mehr will, selbst dann, wenn noch genug Puste da ist, wenn die Energiereserven noch nicht aufgebraucht sind und der innere Schweinehund besiegt zu sein scheint.

Wenn Muskeln schlapp machen

Wenn Muskeln auf Befehle von oben nicht mehr reagieren, kommen auch beim gesunden Menschen mehrere Ursachen dafür in Frage. Möglicherweise ist dem Bewegungsapparat schlichtweg die Energie ausgegangen. Probleme bei der Übertragung von Nervenimpulsen auf den Muskel im Bereich der entsprechenden motorischen Endplatten können ebenfalls für ein rasches Ende der vollen Leistung sorgen. Unabhängig vom Muskel selber kennen Sportmediziner seit vielen Jahren aber auch das Phänomen der zentralen Ermüdung.

Die Koordination von Bewegungsabfolgen lässt nach, der Marathonläufer bricht plötzlich zusammen. Das geschieht nicht nur bei maximaler Kraftanstrengung, sondern auch bei langandauernder Belastung mit mittleren Bereich. Schon seit rund 80 Jahren kennen Mediziner diese Art des Leistungseinbruchs. Sie stellten fest, dass beim Muskel dabei keine Signale mehr ankommen, um ihn anzutreiben. Die Notbremse soll verhindern, dass sich die Muskulatur völlig verausgabt.

Serotonin: Leistungs- und Stimmungsmacher

Ein enorm wichtiges Element bei der Signalübertragung von der Kommandozentrale an die motorischen Elemente ist ein spezieller Neurotransmitter: Serotonin. In den Raphe-Kernen des Hirnstamms entspringen serotonerge Nerven, die Verbindungen in fast alle Regionen des Gehirns herstellen und als Motoneuronen ins Rückenmark und zu den Muskeln ziehen. Dementsprechend ist Serotonin an vielen physiologischen Aktionen beteiligt: Appetit, Schlaf und Sex sind nur einige serotoninabhängige Prozesse. Ein Transmitter-Mangel löst Angst und depressive Stimmungen aus, aber auch Aggression.

Stimulation oder Hemmung: Der Rezeptor entscheidet

Jean Michel Perrier von der Universität Kopenhagen hat nun in einer aufwändigen in-vitro Untersuchung aufgeklärt, wie Serotonin zur nervengesteuerten Ermüdung beiträgt. Dabei ist der Stoff, auch unter dem Namen 5-Hydroxytryptamin (5-HT) bekannt, im Betrieb sowohl Antreiber als auch bremsendes Element. Die somatodendritischen Abschnitte der Motoneuronen sind dicht mit verschiedenartigen Rezeptoren für Serotonin besetzt. Ihre Aktivierung sorgt dafür, dass der Nerv leichter Impulse übertragen kann. Im Bereich des Initialsegments des Axons (AIS) findet sich dagegen nur eine einzige Rezeptor-Klasse: 5-HT1A, die bei der Aktivierung einen Natriumkanal in der Membran öffnet.

Perrier und seine Kollegen suchten sich für ihre Untersuchungen Nervenpräparate aus dem Rückenmark von Landschildkröten, die gegen den auftretenden Sauerstoffmangel resistenter als andere Wirbeltiere sind. Bei langandauernder elektrischer Stimulierung wurden dementsprechend große Mengen an Serotonin ausgeschüttet. Nach etwa 30 Sekunden stoppte aber die Aktivität der Nervenzelle. Mit entsprechenden Antikörpern gegen den 5-HT1A-Rezeptor ließ sich diese Hemmung jedoch reversibel aufheben. Nachdem sich Serotonin vor allem im somatodendritischen Bereich nachweisen ließ, folgern die Autoren der Veröffentlichung in „PNAS“, dass der Neurotransmitter bei einem Überschuss auch in andere Regionen um die Nervenzellen herum abwandert. Dort kann er nicht mehr für eine weitere Stimulation sorgen, sondern bewirkt über seinen 1A-Rezeptor und dem darauf folgenden Natrium-Ioneneinstrom eine Depolarisation und einen Stopp der Signale an die Muskulatur. „Dieser Mechanismus“, so erklärt Perrier seine Ergebnisse, „könnte die Überreizung von Motoneuronen unter physiologischen Bedingungen verhindern. Weil der Bereich des AIS für die Erzeugung von Aktionspotentialen sorgt, wirkt er gewissermaßen als Türöffner. Mit der Hemmung dieser Aktionspotentiale umgeht Serotonin seine fördernde Wirkung weiter aufwärts im somatodendritischen Bereich“.

Nebenwirkung bei der Behandlung von Depressionen

Die Entdeckungen erklären auch andere Effekte, die das Serotonin betreffen: In der Behandlung von Depressionen greifen Ärzte oft zu Serotonin-Wiederaufnahme-Inhibitoren (SSRI), um einen Transmitter-Mangel zu beheben. Oft fühlen sich die Patienten danach sehr müde und ungelenk. Das Wissen um die Ursache dieser Ermüdung könnte auch im Bereich mentaler Störungen den Weg zu verbesserten Wirkstoffen ebnen. Serotonin spielt wahrscheinlich auch bei Spasmen oder der Zerebralparese eine große Rolle. Die Erkenntnisse aus Kopenhagen und den Kollegen aus Oxford lassen auf die Möglichkeit hoffen, seine Wirkung je nach Rezeptor und Ort der Bindung individuell zu steuern und damit eine überaktive und fehlgesteuerte Muskulatur zu therapieren.

Doping: Erschöpfung blockieren

Die Arbeit des Forschungsteams machten auch Gelder der dänischen Stiftung gegen Doping möglich. Denn das Wissen um den physiologischen Hintergrund müder Muskeln dürfte auch schwarze Schafe der Sportmedizin anlocken. Könnte man die Feed-Back-Hemmung des Serotonins – etwa durch geeignete Rezeptor-Antagonisten – ausschalten, wäre vielleicht noch etwas mehr Leistung aus dem Körper herauszukitzeln. Daher sind die neuen Ergebnisse für die WADA (Welt-Anti-Doping-Agentur) sicher sehr interessant.

Immer wieder gibt es Berichte von Menschen, die unter besonderer Anspannung Leistungsreserven ihres Körpers mobilisieren können, die unter normalen Bedingungen nicht zur Verfügung stehen. Können sie bei akuter Lebensgefahr oder ganz besonderer Anspannung die Schranke dieser zentralen Ermüdung überwinden? Man könnte darüber spekulieren, ob der absolute Wille zur körperlichen Höchstleistung auch die eingebaute Serotonin-Kontrolle ausschalten kann. In einigen Jahren liefern uns Sportmediziner wohl auch darauf eine Antwort.

121 Wertungen (4.37 ø)

Die Kommentarfunktion ist nicht mehr aktiv.

7 Kommentare:

Andrea Bevc
Andrea Bevc

Heiter biss tödlich.

#7 |
  0

Aha!

#6 |
  0
Nichtmedizinische Berufe

Sehr geehrter Herr Prof. Küpper,

vielen Dank für Ihr Feedback! Die Quellenangaben zu den einzelnen Artikel finden Sie als Verlinkung im Fließtext (rot markiert). Die aktuelle Studie, inwiefern Serotonin zur nervengesteuerten Ermüdung beiträgt, finden Sie im Text als Verlinkung, und noch einmal hier:

http://www.pnas.org/content/110/12/4774

Mit freundlichen Grüßen

Ihr DocCheck News-Team

#5 |
  0

So langsam kommen mir Zweifel am Newsletter: Zunächst werden diese Berichte wiedergegeben ohne Quellenangabe und wenn man dann schaut, dann stellt man schnell fest, daß das vor über 4 Jahren publiziert wurde:

Perrier, J. F., Cotel, F.
Serotonin differentially modulates the intrinsic properties of spinal motoneurons from the adult turtle
J Physiol 586(5): 1233-8, 2008

Für wen, bitte schön, sind Papers aus dem Jahre 2008 Mitte des Jahres 2013 noch “News”?

#4 |
  0
Juergen Schwertner
Juergen Schwertner

Gemeint sind wohl die in der FOR entspringenden Nervenbahnen und nicht Nerven. Seit wann ziehen Motoneurone ins RM und zu den Muskeln?
Ich denke, Herr Lederer, Sie sollten sich mit den einfachsten anatomischen Begriffen, ein NS betreffend, schnellstens ins Reine setzen.
Jürgen Schwertner

#3 |
  0
Biologisch- / Chemisch- / Physikalisch-technischer Assistent

Sehr geehrte Frau Frey,

haben Sie Alternativvorschläge zum Tierversuch???

Gegen etwas sein ist ja immer leicht, aber ohne Aternativen anzubieten ist das nur infantil.

Und ja, die Erkenntnis dürfte wichtig sien, denn einem Depressiven etwas zu verabreichen, was ihn auf andere Weise antriebslos macht, bringt den Erkrankten nicht wirklich viel weiter!

#2 |
  0
Tamina Frey
Tamina Frey

Ist ja schön, dass für diese unglaublich wichtige Erkenntnis Schildkröten leiden durften!!!

#1 |
  0
Copyright © 2017 DocCheck Medical Services GmbH
Sprache:
DocCheck folgen: