Die Auswirkungen des Laufens auf das zentrale Nervensystem: Mehr als nur "den Kopf frei bekommen"

Viele Menschen nutzen das Laufen, um Stress abzubauen, negative Gedanken loszuwerden oder neue Energie zu tanken. Die positiven Auswirkungen von Sport auf das Wohlbefinden sind unbestritten. Die zugrunde liegenden neurophysiologischen Mechanismen sind jedoch noch nicht vollständig geklärt. Dieser Artikel beleuchtet die vielfältigen Auswirkungen des Laufens auf das zentrale Nervensystem (ZNS), von der Ausschüttung von Glückshormonen bis hin zur Förderung der Neuroplastizität.

Neuronales Rauschen und die Rolle der Elektroenzephalographie (EEG)

Wissenschaftler des Instituts für Bewegungs- und Neurowissenschaften haben sich mit einem bisher wenig beachteten Phänomen beschäftigt: dem neuronalen Rauschen. Leonard Braunsmann und Dr. Vera Abeln betonen, dass die Untersuchung der Auswirkungen körperlicher Aktivität auf biologische Systeme, insbesondere das ZNS, ein grundlegendes Thema der sportwissenschaftlichen Forschung ist. Im Vergleich zu den Erkenntnissen über die Funktion des Herz-Kreislauf-Systems und des Muskel-Skelett-Systems sind die Befunde zum ZNS jedoch noch begrenzt. Erst in den letzten Jahrzehnten hat sich dieses Forschungsfeld durch die Entwicklung und Verbesserung von Messmethoden eröffnet. Insbesondere die Elektroenzephalographie (EEG) hat sich als relativ einfach anzuwendende und kostengünstige Methode etabliert, um die elektrokortikale Aktivität nicht-invasiv zu untersuchen. Dabei erfassen Elektroden summierte, elektrisch und elektrochemisch hervorgerufene Schwankungen synaptischer und postsynaptischer Potentiale.

Endorphine: Glückshormone und ihre Wirkung beim Laufen

Endorphine beeinflussen unsere Stimmung und werden bei körperlicher Aktivität, wie z.B. dem Laufen, freigesetzt. Oft werden Endorphine mit dem "Runner's High" und Glücksgefühlen nach dem Sport in Verbindung gebracht. Der Name "Endorphin" leitet sich von der Ähnlichkeit mit Morphin ab und deutet auf eine schmerzlindernde Wirkung hin.

Was sind Endorphine?

Endorphine werden in der Hypophyse (Hirnanhangsdrüse) und im Hypothalamus produziert, beides Hormondrüsen, die Hormone in die Blutbahn freisetzen und Körperfunktionen wie Muskelwachstum und Hunger regulieren. Sie arbeiten mit Sexualhormonen zusammen und beeinflussen das Nervensystem. Endorphine sind in erster Linie körpereigene Schmerzmittel, die in Extremsituationen Schmerzen erträglicher machen. Sie docken an Rezeptoren in Rückenmark und Gehirn an und verhindern so, dass Schmerzreize an das schmerzverarbeitende Zentrum im Gehirn weitergeleitet werden.

Wirkungen von Endorphinen im Körper

Neben der Schmerzlinderung haben Endorphine folgende Wirkungen:

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• Beruhigende Wirkung: Fördern besseren Schlaf und helfen in Stresssituationen.
• Stärkung des Immunsystems: Erhalten die psychische und physische Gesundheit, auch durch besseren Schlaf und reduziertes Stresslevel.
• Regulierung von Hunger.
• Bildung von Sexualhormonen.

Wie werden Endorphine ausgeschüttet?

Die Ausschüttung von Endorphinen wird sowohl durch Notfallsituationen als auch durch positive Ereignisse wie Erfolgserlebnisse beim Sport, Lachen, eine schöne Umgebung, Sonnenschein oder unser Lieblingsessen aktiviert. Sogar ein aufgesetztes Lachen kann die Endorphinproduktion anregen. Sonneneinstrahlung erhöht die Produktion von Beta-Endorphin in der Haut. Einige Lebensmittel, die reich an Probiotika sind, wie Chili, Avocado, Nüsse, Kefir, Beeren oder Sauerkraut, können die Stimmung aufhellen.

Das "Runner's High": Endorphine oder Endocannabinoide?

Beim Joggen und Endorphinen kommt schnell das Thema "Runner's High" auf. Es ist jedoch umstritten, wie genau dieser Zustand im Körper entsteht. Weitläufig wird angenommen, dass die Freisetzung von Endorphinen dafür sorgt, dass wir bei extrem langen Läufen (Marathon, Ultradistanzen) trotz Erschöpfung und Schmerzen das Ziel erreichen und allgemein bei Ausdauerbelastungen in einen Zustand der Euphorie kommen. Ob Endorphine oder körpereigene cannabisähnliche Stoffe das sogenannte Runner's High erzeugen, ist jedoch nicht abschließend geklärt. Ein Grund dafür ist die Blut-Hirn-Schranke, für deren Durchdringung das Molekül Endorphin eigentlich zu groß ist.

Eine Studie der TU München aus dem Jahr 2008 konnte jedoch zeigen, dass bei einer Ausdauerbelastung wie dem Laufen tatsächlich Endorphine an die Opiatrezeptoren des Gehirns andocken und so schmerzreduzierend wirken und für das bekannte Hochgefühl sorgen. Die Endorphine wurden dabei vor allem im Frontallappen und im limbischen System des Gehirns freigesetzt, zwei Gehirnregionen, die für das emotionale Befinden maßgeblich sind.

Da Endorphine unter anderem dann ausgeschüttet werden, wenn der Körper unter Stress gerät, erleben Läufer das Runner's High insbesondere dann, wenn sie kurz vorher aufgrund von Erschöpfung aufgeben wollten, mindestens aber eine Stunde laufend mit einem Puls von etwa 80 Prozent der maximalen Herzfrequenz (HFmax) unterwegs waren. Nicht nur die langen Läufe sollen den Beta-Endorphin-Spiegel im Körper erhöhen, sondern auch intensive Tempoläufe und Intervalltraining.

Eine aktuelle randomisierte kontrollierte Studie (RCT) aus dem Jahr 2021 zeigt wiederum, dass die Besetzung der Cannabis-Rezeptoren für das Runner’s High ausschlaggebend sein soll und die Opiatrezeptoren gar nicht relevant seien. Diese Studie wurde allerdings an Mäusen durchgeführt.

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Zusätzlich scheint das Hormon Leptin eine Rolle für das Hochgefühl beim Laufen zu spielen. Es wird von Fettzellen freigesetzt, wenn bei Hunger der Fettstoffwechsel angekurbelt wird.

Ob Endorphine, cannabisähnliche Stoffe, Leptin oder die Kombination aus allen drei Möglichkeiten: Laufen macht glücklich! Das ist die wichtigste Erkenntnis.

Möglicherweise ist die Anzahl der Opiatrezeptoren, die Endorphine aufnehmen und damit die Stärke des Glücksgefühls beeinflussen kann, genetisch vorgegeben. Und vielleicht ist das Bedürfnis, viel und lange zu laufen, damit ebenfalls in unseren Genen veranlagt. Auch zu diesen Theorien laufen die wissenschaftlichen Untersuchungen noch.

Freisetzung und Wirkdauer von Endorphinen beim Joggen

Ergebnisse verschiedener Studien zeigen eine Freisetzung von Endorphinen bei Ausdauerbelastungen wie Joggen nach 45 bis 120 Minuten. Die Belastungsherzfrequenz, mit der die Sportler dabei laufen, scheint eine entscheidende Rolle zu spielen. Je höher die durchschnittliche Herzfrequenz bei einem Lauf, desto schneller eine stimmungsaufhellende Wirkung durch Endorphine.

Die Halbwertszeit von Endorphinen im menschlichen Körper und damit die Wirkdauer beträgt 15 bis 20 Minuten. In Untersuchungen gaben Probanden allerdings an, bis zu 48 Stunden nach einem positiven Erlebnis in besserer Stimmung zu sein.

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Folgen eines Endorphinmangels

Ein Mangel an Endorphinen kann zu Gereiztheit, Antriebslosigkeit und in manchen Fällen sogar zu Depressionen führen. Betroffene Personen entwickeln mitunter ein an Sucht grenzendes Verhalten, um mit anderen Mitteln, z. B. durch Alkohol, in einen "Rausch" zu gelangen. Regelmäßige Bewegung, ein Aufenthalt in der Sonne oder auch ein herzliches Lachen können helfen, einem Endorphinmangel entgegenzuwirken.

Weitere Glückshormone

Zusätzlich zu den Endorphinen werden in unserem Körper noch weitere "Glückshormone" gebildet:

• Serotonin: Nimmt an Prozessen im zentralen Nervensystem teil und sorgt für mehr Elan, vor allem dann, wenn die Tage nach dem Winter länger und heller werden.
• Dopamin: Leitet Gefühle und Empfindungen weiter, kontrolliert die Durchblutung innerer Organe und leitet Impulse an Muskeln weiter.
• Noradrenalin: Steuert unseren Wachheits- und Aufmerksamkeitsgrad und wird vor allem in geistigen und körperlichen Stresssituationen ausgeschüttet.
• Phenethylamin: Verantwortlich für unser Lust- und Glücksempfinden, wenn hierfür körperliche oder psychische Ursachen vorliegen.
• Oxytocin: Reduziert das Gefühl von Angst und Stress und fördert das allgemeine Wohlbefinden, auch als "Kuschelhormon" bekannt.

Longevity und das Nervensystem: Wie Laufen zu einem langen und gesunden Leben beitragen kann

Longevity bedeutet, mit dem System und nicht gegen einzelne Symptome zu arbeiten. Kleine Eingriffe an einer Stelle, z. B. weniger Reizüberflutung am Handy oder eine optimierte Atmung, können Kettenreaktionen in mehreren Bereichen auslösen. Das autonome Nervensystem, also der Teil, der unbewusst arbeitet, hat zwei Hauptzustände: Aktivierung und Erholung. Je häufiger das System das Gefühl von Sicherheit hat, desto eher schaltet es in Anpassung. Je öfter es Bedrohungen registriert, desto eher bleibt man im Schutzmodus.

Fünf Interventionen für ein gesundes Nervensystem

1. Atmung: Bewusstes Atmen kann die Stressphysiologie unmittelbar beeinflussen, den Parasympathikus aktivieren, die Herzfrequenz gleichmäßiger machen und das Stressgefühl senken.
2. Smartphone-Nutzung: Die Reduzierung von Reizüberflutung durch das Smartphone, z.B. durch die Umstellung auf Schwarz-Weiß, kann das Belohnungssystem entlasten und die innere Ruhe fördern.
3. Soziale Gesundheit: Regelmäßige aufrichtige Gespräche mit anderen Menschen stärken das Gefühl von Zugehörigkeit und Sinn und senken den chronischen Stresspegel.
4. Lauftraining in Zone 2 und Sprint-Intervalle: Das Laufen in Zone 2 (lockeres Tempo, bei dem man sich noch problemlos unterhalten kann) fördert den aeroben Stoffwechsel und die Mitochondrienfunktion. Sprint-Intervalle setzen starke Reize auf das Herz, die Gefäße, die Muskulatur und das Gehirn und fördern die Neuroplastizität.
5. Krafttraining: Krafttraining setzt Myokine frei, die Entzündungen regulieren, den Glukosestoffwechsel beeinflussen, das Immunsystem modulieren und sogar die Gehirnstruktur positiv mitprägen können. Es vermittelt ein Gefühl von Selbstwirksamkeit und verbessert die Körperkontrolle.

Bewegung und Gehirn: Die positiven Auswirkungen von Laufen auf das ZNS

Sport und Bewegung sind wichtig für unsere Gesundheit! Immer mehr Forscher beginnen jedoch einen Zusammenhang zwischen körperlicher Ertüchtigung und seiner konkreten Auswirkung auf das Gehirn herzustellen. Zuletzt wurden diese Theorien im Zuge der Alzheimerforschung untersucht. Ärzte und Forscher kamen zu dem Ergebnis, dass durch die regelmäßige Förderung des Gehirns über Bewegung die Symptome von Alzheimer gemindert und sogar hinausgezögert werden können. Aber auch im Alltag, im Hier und Jetzt profitieren Sie schon. Insbesondere gibt es drei Formen der Bewegung, die vielen Forschern zufolge besonders positive Auswirkungen auf Gehirn unser Nervensystem haben: Krafttraining, Gleichgewichtstraining und Gehen.

Die Bedeutung von Abwechslung und neuen Herausforderungen

Unser Gehirn möchte immer wieder überrascht werden. Wenn wir stets nur tun, was wir bereits können, wie sollen wir uns und unsere Fähigkeiten dann weiterentwickeln? Manchmal müssen wir aus unseren Komfortzonen heraus, um neues Terrain zu erreichen. Testen Sie verschiedene Formen der Bewegung und fördern Sie Ihr Gehirn.

Wachstumsfaktoren und Neurogenese: Wie Laufen das Gehirn verändert

Eine Fülle von Studien beschreibt den Einfluss akuter körperlicher Belastung auf ZNS-relevante Wachstumsfaktoren. Hier werden drei bekannte Vertreter dieser Gruppe fokussiert: BDNF (Brain-Derived Neurotrophic Factor), VEGF (vascular endothelial growth factor) und IGF-1 (insuline-like growth factor 1). Für alle drei Faktoren ist bekannt, dass sie die Neurogenese stimulieren können, die zumindest partiell zu einer Volumenzunahme der Hirnmasse, z.B. im Hippocampus beitragen kann und direkt in Verbindung mit kognitiven Fähigkeiten steht. Darüber hinaus konnte im Tiermodell gezeigt werden, dass auch die Proliferation von Oligodendrozyten durch körperliche Belastung stimuliert wird. Neben einem generellen neuroprotektiven Effekt lassen diese Studienergebnisse erahnen, welch großen Stellenwert die Bewegungstherapie bei neurologischen, bzw. neurodegenerativen Erkrankungen, wie Alzheimer, Parkinson und der multiplen Sklerose spielen kann.

• BDNF: Bei Mäusen konnte infolge akuter körperlicher Belastungen ein drei bis vierfacher Anstieg der BDNF mRNA Expression in verschiedenen Hirnarealen festgestellt werden. Gut belegt sind in diesem Zusammenhang vorübergehende Steigerungen der peripheren BDNF Konzentration durch akute Ausdauerbelastungen von mindestens 30 minütiger Dauer. Verschiedene Studien zeigen, dass intensive Belastungen bei gesunden Probanden einen stärkeren BDNF Anstieg bewirken als moderate oder wenig intensive Belastungen. Interessanterweise zeigen neurologisch oder psychiatrisch erkrankte Patienten bereits nach leichten bis moderaten Ausdauerbelastungen einen deutlichen Anstieg der peripheren BDNF Konzentration.
• VEGF: Mittlerweile weiß man, dass VEGF ähnlich wie BDNF die Neurogenese stimuliert und ferner zu einer verbesserten synaptischen Plastizität beiträgt, sowie neuroprotektive und regenerative Prozesse begünstigt.
• IGF-1: Aus Tiermodellen weiß man, dass es neben einer peripheren Erhöhung des IGF1 auch zu einer zentralen Zunahme kommt. Yu et al. zeigten unlängst, dass ein 15 tägiges Ausdauertraining bei Mäusen zu einem signifikanten akuten und chronischen IGF1 Anstieg führte, der mit einer erhöhten Proliferation in der dafür sensitiven Gyrus dentatus Region des Hippocampus einherging.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass Sport in Abhängigkeit von Belastungsart, Dauer und Intensität die Konzentration neuronal wirksamer Wachstumsfaktoren beeinflusst. Die Literatur zeigt bislang, dass sich die damit einhergehende verstärkte Neurogenese v.a. positiv auf die Hippocampusformation auswirkt. Da diese fundamental zu Gedächtnisleistungen beiträgt, scheint es logisch, dass genau diese kognitive Domäne nach längeren Interventionen Verbesserungen aufweist.

Neuroathletik: Sportliche Höchstleistung ist Kopfsache

Sportliche Höchstleistung ist Kopfsache - so der Ansatz der Neuroathletik. Durch gezielte Übungen sollen sich die Nervenfunktionen so optimieren lassen, dass die körperliche Leistungsfähigkeit zunimmt. Neuroathletik beruht auf der Annahme, dass nicht Muskelkraft, Ausdauer oder Technik allein über sportliche Erfolge entscheiden, sondern dass auch das Gehirn eine wichtige Rolle dabei spielt. Jede körperliche Bewegung stellt eine Anforderung an das zentrale Nervensystem (ZNS). Eingeschränkte Funktionen im ZNS würden die Sportler und Sportlerinnen blockieren und damit von Höchstleistungen abhalten.

Wie funktioniert Neuroathletik-Training?

Das Neuroathletik-Training hat zum Ziel, das Gehirn dahingehend zu schulen, dass es nach und nach bestimmte Schutzmechanismen ablegt und entsprechende Bewegungsmuster als sicher einstuft. Um dies zu erreichen, gibt es eine Vielzahl an Übungen, die individuell an den jeweiligen Sportler oder die jeweilige Sportlerin angepasst werden. So wird zum Beispiel das visuelle System angesprochen. Übungen mit einer Lochbrille oder Augenklappe trainieren das Zusammenspiel zwischen der Informationsaufnahme mit den Augen und der Verarbeitung dieser Informationen im Gehirn. Das soll es Sporttreibendenden erleichtern, schnelle Bewegungen sicher auszuführen. Ein anderes Beispiel betrifft den Gleichgewichtssinn: Menschen, die Neuroathletik trainieren, versuchen beispielsweise durch Kopfnicken und Kopfschütteln die Arbeit der Gleichgewichtsorgane zu verbessern.

Sport und Regeneration: Übertraining vermeiden

Es ist gut, hart zu trainieren, um im Sport erfolgreich zu werden. Aber zu viel Training ohne ausreichende Erholung kann deinen Fortschritt behindern - und sogar zu einem Leistungsabfall führen.

Ursachen von Übertraining

Eine mögliche Erklärung für das Phänomen des Übertrainings sind Muskelschäden. Wenn du deine Muskeln stärker beanspruchst, als sie es gewohnt sind, werden Muskelfasern beschädigt. Wenn du dich ausreichend ausruhst, reparieren die Muskeln den Schaden, bauen sich wieder auf. Wenn du aber immer wieder Muskelfasern beschädigst, ohne deinen Muskeln genügend Zeit zur Erholung zu geben, entstehen kumulative Schäden, die die Muskeln schwächen und die Leistung verringern.

Entzündungen können ebenfalls eine Rolle spielen. Wenn du deine Muskeln überanstrengst und Muskelfasern zerstörst, strömen Immunzellen an den Ort des Geschehens und setzen entzündungsfördernde chemische Stoffe, so genannte Zytokine, frei. Diese Zytokine können jedoch noch weitreichendere Auswirkungen auf den Körper haben.

Ein weiterer Faktor ist die Erschöpfung der Glykogenspeicher. Deine Muskeln haben nur eine begrenzte Kapazität, Glykogen zu speichern, und wenn diese erschöpft ist, ermüden die Muskeln und können weniger Kraft erzeugen.

Sport erzeugt ein gewisses Maß an oxidativem Stress. Einige Studien belegen, dass Sportler mit Übertrainingssymptomen höhere Werte von Biomarkern für oxidativen Stress aufweisen.

Übertraining kann auch zu einer anhaltenden zentralen Ermüdung führen. Ein Grund dafür ist, dass der Gehalt an freiem Tryptophan in der Blutbahn ansteigt und während des Trainings die Blut-Hirn-Schranke in größeren Mengen passieren kann. Wenn Tryptophan ins Gehirn gelangt, verursacht es Müdigkeit und verringert die Motivation.

Prävention und Behandlung von Übertraining

Gesunder Schlaf, gesunde Ernährung und mentales Wohlbefinden sind entscheidend, um Übertraining zu vermeiden.

• Führe ein Trainingstagebuch. Schreibe auf, wie wohl du dich fühlst und wie viel du trainierst.
• Halte ein Gleichgewicht zwischen Training und Erholung. Ausreichende Pausen sind kein Zeichen von Schwäche.
• Baue Formen der aktiven Erholung in dein Training ein.
• Erkenne, wenn du es übertreibst - und sprich mit jemandem darüber.
• Achte darauf, dass du genügend Kalorien und Nährstoffe zu dir nimmst.
• Trinke viel Wasser.
• Tu, was du kannst, um deinen Stress zu reduzieren.

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