Einführung
Die komplexe Beziehung zwischen Muskeln und Gehirn ist entscheidend für unsere täglichen Bewegungen, sportlichen Leistungen und die allgemeine Gesundheit. Dieser Artikel untersucht die vielfältigen Aspekte dieser Verbindung, von den grundlegenden neuronalen Mechanismen bis hin zu praktischen Anwendungen im Training und in der Therapie.
Die Grundlagen der Muskel-Gehirn-Verbindung
Neuronale Steuerung der Bewegung
Jede Bewegung, die wir ausführen, ist das Ergebnis einer präzisen Koordination zwischen Gehirn, Rückenmark und Muskeln. Das Gehirn initiiert Bewegungsabläufe in den motorischen Zentren, die Signale über das Rückenmark und die Motoneurone an die Muskeln senden. Diese Signale werden dort in Muskelkontraktionen umgesetzt, die die Grundlage jeder Bewegung bilden. Sensorische Rückmeldungen spielen eine wichtige Rolle bei der Koordination und Anpassung dieser Bewegungen.
Die Rolle der Motoneurone
Motoneurone sind spezialisierte Nervenzellen, die für die Übertragung von Signalen vom Gehirn und Rückenmark zu den Muskeln verantwortlich sind. Es gibt zwei Arten von Motoneuronen:
- Untere Motoneurone: Diese reizen die Muskelfasern der Skelettmuskulatur und verursachen deren Kontraktion. Ihre Zellkörper befinden sich im Rückenmark.
- Obere Motoneurone: Diese befinden sich im motorischen Cortex des Gehirns und senden lange Axone zum Rückenmark. Sie reizen jedoch nicht direkt die Muskeln, sondern beeinflussen die Aktivität der unteren Motoneurone.
Das zentrale motorische System
Das zentrale motorische System steuert willkürliche Bewegungen und überwacht die Körperhaltung. Es umfasst Bahnen in Hirnstamm und Rückenmark, das Kleinhirn und einen Teil der Hirnrinde. Die motorischen Assoziationsfelder im Parietal- und Präfrontalcortex legen das Bewegungsziel fest und wählen die geeignete Bewegungsstrategie aus. Motorcortex und Kleinhirn bestimmen dann, welche Muskeln in welcher Abfolge kontrahiert werden sollen. Die konkrete Ausführung des Plans wird dem Hirnstamm und dem Rückenmark übertragen, wo sich die Motoneurone befinden.
Motorisches Lernen und Automatisierung
Durch motorisches Lernen werden Bewegungen automatisiert und laufen unbewusst ab. Dies ermöglicht es dem Gehirn, sich auf andere Aufgaben zu konzentrieren. Dieser Vorteil war für unsere Vorfahren überlebenswichtig, da automatisierte Bewegungen in gefährlichen Situationen schnellere Reaktionen ermöglichten.
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Die "Mind-Muscle-Connection" (MMC)
Definition und Bedeutung
Die Mind-Muscle-Connection (MMC), auch als Geist-Muskel-Verbindung bekannt, beschreibt die bewusste Verknüpfung zwischen Gehirn und Muskeln. Bevor ein Muskel beansprucht werden kann, muss das Gehirn ein entsprechendes Signal senden. Dieses Signal gelangt über das zentrale Nervensystem zum Muskel und löst eine Kontraktion aus.
Wie die MMC funktioniert
Beim Ausführen einer Übung steuern wir bewusst bestimmte Zielmuskeln an, indem wir uns auf deren Anspannung und Bewegung konzentrieren. Dies stärkt das Signal, das das Gehirn an die Muskeln sendet, und steigert den Trainingseffekt. Die MMC ermöglicht eine bessere Muskelkoordination, eine intensivere Aktivierung der Zielmuskulatur und die Korrektur muskulärer Dysbalancen.
Experimentelle Evidenz für die MMC
Eine neuropsychologische Studie zeigte, dass allein die Vorstellungskraft ausreicht, um Muskelkraft zu steigern. Teilnehmer, die über drei Monate täglich mentale Kontraktionen ihrer Muskeln im kleinen Finger durchführten, steigerten ihre Muskelkraft um 35 Prozent. Eine Vergleichsgruppe, die ihre Muskeln tatsächlich einsetzte, steigerte die Muskelkraft um 53 Prozent.
Praktische Anwendung der MMC im Training
- Konzentration: Fokussieren Sie sich voll und ganz auf Ihr Training und führen Sie die Übungen langsam und kontrolliert aus.
- Regelmäßigkeit: Bleiben Sie am Ball und integrieren Sie die MMC in Ihr regelmäßiges Training.
- Statische Übungen: Übungen wie Plank-Varianten oder der Wandsitz fördern die MMC.
- Spitzenkontraktion: Halten Sie die Bewegung am höchsten Punkt für einige Sekunden an.
- Isolationsübungen: Konzentrieren Sie sich auf die gezielte Ansteuerung eines einzelnen Muskels, z.B. beim Bizeps Curl.
- Gleichgewichtsübungen: Diese fördern das Körpergefühl und die bewusste Ansteuerung der Muskeln.
- Posing: Spannen Sie vor dem Spiegel einzelne Muskelgruppen bewusst an und beobachten Sie deren Arbeit.
Übungen zur Stärkung der MMC
- Wandsitz: Eine statische Übung, die die Bein- und Rumpfmuskulatur beansprucht.
- Unterarmstütz (Plank): Eine statische Übung, die zahlreiche Muskelgruppen anspricht.
- Bizeps Curl: Eine Isolationsübung, die den Bizeps trainiert und die MMC stärkt.
- Standwaage: Eine Gleichgewichtsübung, die das Körperbewusstsein fördert.
Wissenschaftliche Studien zur MMC
Eine Studie von Calatayud & Co. untersuchte die Muskelspannung beim Bankdrücken mittels Elektromyographie (EMG) und bestätigte die Bedeutung der MMC für die Muskelaktivierung. Eine Studie von Brad Schoenfeld und Kollegen aus dem Jahr 2018 zeigte, dass die Konzentration auf die Muskelkontraktion bei isolierten Übungen wie dem Bizeps-Kreuzheben zu einem stärkeren Muskelwachstum führen kann.
Die MMC im Alter
Mit zunehmendem Alter nimmt die Muskelkraft ab, was auf Sarkopenie und eine schwächer werdende Verbindung zwischen Gehirn und Muskeln zurückzuführen ist. Geringe Aktivität im Alter, kombiniert mit dem Rückgang schnellzuckender Muskelfasern, führt zu Atrophie. Schwache neuromuskuläre Verbindungen erhöhen das Sturzrisiko und beeinträchtigen die Koordination.
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Training zur Stärkung der MMC im Alter
Es ist wichtig, nicht nur die Kraft, sondern auch die Verbindung zwischen Gehirn und Muskeln zu trainieren. Die richtige Trainingstechnik und das bewusste "Gefühl" einzelner Muskeln bei isolierten Übungen können zu einer besseren Kontrolle über den Körper beitragen und altersbedingtem Kraft- oder kognitivem Abbau entgegenwirken.
Einschränkungen der MMC
Die Konzentration auf die MMC ist nicht immer die beste Wahl, wenn man Höchstleistungen anstrebt. In diesem Fall ist eine externe Konzentration, beispielsweise auf ein Objekt oder das Ergebnis einer Bewegung, meist vorteilhafter.
Der Einfluss von Muskeln auf die Gehirngesundheit
Neurotrophine
Krafttraining setzt Neurotrophine wie den Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) frei, die das Wachstum und die Funktion von Nervenzellen fördern.
Angiogenese
Krafttraining stimuliert die Bildung neuer Blutgefäße im Gehirn (Angiogenese), was die Versorgung der Neuronen mit Nährstoffen verbessert.
Neurotransmitter
Körperliche Aktivität beeinflusst die Freisetzung von Neurotransmittern wie Dopamin, Noradrenalin und Serotonin, die die Stimmung verbessern und Stress abbauen.
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Entzündungen
Chronische Entzündungen können die Gehirnfunktion beeinträchtigen. Krafttraining kann helfen, Entzündungen zu reduzieren und die Gehirngesundheit zu fördern.
Muskelaktivität und Botenstoffe
Bei der Aktivierung der Muskulatur werden Botenstoffe (Myokine) ausgeschüttet, die den Zucker- und Fettstoffwechsel positiv beeinflussen.
Bewegung und Neurogenese
Bewegung regt den Aufbau neuer Neuronen und Nervenfortsätze an (Neurogenese). Maßgeblich gesteuert wird dies durch Wachstumsstoffe wie Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) oder Brain Derived Neurotrophic Factor (BDNF), die bei Muskelaktivität vermehrt produziert werden.
Bewegung und Hippocampus
Körperliche Aktivität stimuliert die Bildung und das Wachstum neuer Hirnzellen im Hippocampus, dem "Tor zum Gedächtnis". Bewegung fördert die Neubildung von Neuronen im Hippocampus, insbesondere bei abwechslungsreichen Bewegungen wie der Kombination aus Ausdauer- und Krafttraining.
Muskel-Gehirn-Verbindung bei neurologischen Erkrankungen
ALS und Muskelschwund
Eine neue Forschungsgruppe am Uniklinikum Würzburg unter Leitung von Dr. Mehri Moradi untersucht, ob sich neurodegenerativer Muskelschwund bei ALS aufhalten lässt. Bei ALS werden die Bewegungsimpulse vom Gehirn über das Rückenmark zu den Muskeln geleitet. Die Forschung konzentriert sich auf Störungen an der Verbindungsstelle zwischen Motoneuron und Muskel, der Synapse.
SMA und neuromuskuläre Synapse
Frühere Untersuchungen zu den Pathomechanismen der spinalen Muskelatrophie (SMA) haben gezeigt, dass vor den Motoneuronen die neuromuskuläre Synapse abstirbt. Therapieansätze basieren auf der Wiederherstellung des SMN-Proteins, aber eine zusätzliche Therapie für die Synapse ist erforderlich.
Forschung zu C9orf72 Protein
Die Forschung von Mehri Moradi will die Pathogenese der ALS besser verstehen, insbesondere wie es zur Degeneration der Synapse kommt. Könnte der Funktionsverlust des C9orf72 Proteins ein möglicher Verursacher der Synapsendegeneration sein?
Die Bedeutung von Bewegung im Alltag
Bewegung als Jungbrunnen
Regelmäßige Bewegung bremst die natürliche Zellalterung. Bei jeder Zellteilung verkürzen sich die Telomere, die wie Kappen auf den Chromosomen im Zellkern sitzen. Durch regelmäßige Bewegung wird die Bildung eines Enzyms (Telomerase) angeregt, das dem Längenverlust der Telomere entgegenwirkt.
Bewegung bei Mangelernährung
Die egoistische Natur des Gehirns zeigt sich auch bei Menschen, die an langfristiger Mangelernährung oder Hunger leiden oder bei Kindern, die mit bestimmten Wachstumsstörungen geboren werden: Bei der Körpermasse wird eingespart - an der Hirnmasse hingegen nicht.
Bewegung und Schmerzen
Bewegung lindert Schmerzen, erhöht die Überlebenswahrscheinlichkeit und wirkt vorbeugend gegen viele Zivilisationskrankheiten wie Krebs, Typ 2-Diabetes, Depressionen, Herz-Kreislauferkrankungen, Demenz.
Das "selfish brain" Konzept
Experimentelle Studie zum "selfish brain"
Forscher um Danny Longman von der University of Cambridge führten eine Untersuchung mit Elite-Ruderern durch. Die Teilnehmer absolvierten einen Gedächtnistest und einen Test zur maximalen Körperleistung auf einem Rudergerät. Bei der Doppelbelastung durch das Rudern und Konzentrieren verringerte sich sowohl die physische als auch die mentale Leistungsfähigkeit. Dies deutet darauf hin, dass das Gehirn den Zuschlag bekommt, wenn es mit den Muskeln in direkte Konkurrenz um Blutzucker und Sauerstoff tritt.
Interpretation der Ergebnisse
Die Forscher interpretieren die Ergebnisse als eine Bestätigung der These vom selbstsüchtigen Gehirn. Dies steht im Einklang mit dem bereits bekannten Effekt, dass bei Mangelernährung oder Hunger die Hirnmasse erhalten bleibt, während an der Körpermasse gespart wird.