Alex Hutchinsons Lauflabor

Der Einfluss des Sauerstoffgehalts im Gehirn bei Höchstleistungen

Bei Spitzenläufern wurde nachgewiesen, dass die Sauerstoffversorgung im Gehirn während eines Rennens aufrechterhalten wurde. Ältere Studien zeigten einen Abfall des Sauerstoffgehalts.

08012015 Lauflabor: Das Gehirn braucht Sauerstoff

Warum läuft Dennis Kimetto so schnell?

Bild: Norbert Wilhelmi

Kürzlich wurde eine interessante neue Studie über die zerebrale Sauerstoffversorgung im Gehirn von kenianischen Eliteläufern im Journal of Applied Physiology veröffentlicht. Sie ist die jüngste Publikation aus einer Studienreihe von Jordan Santos-Concejero von der Universität des Baskenlandes sowie Ross Tucker und seinen Kollegen von der Universität Kapstadt.

Frühere Studien: Sauerstoffgehalt im Hirn sinkt bei Belastungen

Um die Bedeutung der Studie zu verstehen, lohnt es sich, einige frühere Ergebnisse zum Thema anzusehen. Diese belegen, dass der Sauerstoffgehalt im Gehirn während härterer Belastungen abfällt, was wiederum die Muskelfunktionen einschränkt und zur Ermüdung führt. Man könnte annehmen, dass dies eine Schutzmaßnahme ist: Wenn die Sauerstoffversorgung des Gehirns bedroht ist, verhindert es weitere Belastungen und der Läufer wird dadurch gezwungen, den Gefahrenbereich der Unterversorgung zu verlassen. Wie auch immer der genaue Mechanismus funktioniert – das Ergebnis ist, dass das Absinken des Sauerstoffgehaltes im Gehirn dazu führt, dass man sein Tempo verlangsamt.

2010 verwendete Francois Billaut (damals an der kanadischen Universität von Lethbridge) in einer Untersuchung eine Art Infrarotspektroskopie, um die Sauerstoffversorgung des Gehirns bei acht kanadischen und drei ostafrikanischen Läufern während eines 5-km-Rennens im individuellen Tempo zu messen:

Die Ergebnisse der kanadischen und ostafrikanischen Läufer 2010. Die dunklen Kreise ([O2Hb]) stehen für Sauerstoff-Hämoglobin, das hier als Marker für den Sauerstoffgehalt im Gehirn dient.

Bild: runnersworld.com

Die Grafik links zeigt: Das Sauerstoff-Hämoglobin-Niveau steigt kurz nach dem Start des Rennens an, weil dann die Sauerstoffnachfrage des Gehirns besonders groß ist, dann pendelt es sich ein, um schließlich auf den letzten Kilometern noch einmal abzusinken. Die Sternchen zeigen den statistisch signifikanten Unterschied im Vergleich zur Mitte des Rennens an.

Im Gegensatz dazu sehen die Ergebnisse der neuen Studie anders aus. Hierbei wurden 15 Kenianer mit einer durchschnittlichen Halbmarathonbestzeit von 1:02 während eines 5-km-Zeitrennens untersucht.

08012015 Lauflabor: Das Gehirn braucht Sauerstoff

Bild: runnersworld.com

Die Ergebnisse der kenianischen Läufer.

Neue Untersuchung: Kenianische Läufer weisen viel Sauerstoff im Gehirn auf

Die obere Graphik zeigt wieder das Sauerstoff-Hämoglobin-Niveau, das nach dem Start zunimmt, sich einpendelt und dort jedoch ohne nennenswerte Abnahme bis zum Ende des Rennens bleibt, obwohl die Athleten so schnell wie möglich gelaufen sind, denn sie wurden ihrer Endzeit entsprechend bezahlt.

Dies ist das Schlüsselergebnis der Studie: Die kenianischen Spitzenläufer konnten die zerebrale Sauerstoffversorgung im Gehirn während des gesamten Zeitrennens konstant aufrechterhalten. Dies ist wahrscheinlich mit dafür verantwortlich, dass kenianische Läufer so gut sind. Aber warum sollten Kenianer ihr Gehirn besser mit Sauerstoff versorgen können als Kanadier? Den Forschern zufolge gibt es dafür folgende mögliche Gründe: frühe Lebenserfahrungen, insbesondere die pränatale Exposition gegenüber Höhe („Pränatale Exposition gegenüber großen Höhen löst bei den Muskeln und im Endothel gefäßerweiternde Reaktionen aus, indem es den zerebrovaskulären Umbau stimuliert, was die Wandstärke der Gefäße erhöht, aber die Kontraktilität verringert“) und viel Bewegung schon in der Kindheit („ Die Stimulation der trophischen Faktoren und des neuronalen Wachstums sowie eine erhöhte zerebrale Zirkulation durch eine bessere Versorgung des Gehirns mit Blutgefäßen.“)

Natürlich sind auch andere Faktoren zu berücksichtigen: Die kenianischen Probanden der neuen Studie waren viel leistungsstärker als die Kanadier in der früheren Studie. Könnte es sein, dass die Aufrechterhaltung der zerebralen Sauerstoffversorgung des Gehirns nur ein Merkmal von Eliteläufern ist? Diese Frage bleibt zwar offen, sie ist aber auch eine der größten Stärken der neuen Studie. Wenn wir verstehen wollen, wie man einen Halbmarathon in 1:02 Stunden läuft, müssen wir die Sportler studieren, die das können. Solche Studien sind zwar eine äußerst schwierige Aufgabe, aber es ist ja gerade interessant, dieses und andere zukünftige Experimente in Bezug auf wirkliche Spitzenläufer zu betrachten.

Alex Hutchinson veröffentlicht am 16. Dezember 2014

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