Wie eine Sprunggelenkverstauchung das Gehirn verändert: Plastizität in der Bewegungskontrolle

Haben Sie schon einmal darüber nachgedacht, eine Sprunggelenkverstauchung als eine Art Gehirnverletzung zu betrachten? Die meisten Menschen würden das vermutlich verneinen.

Gleichzeitig wird immer klarer, dass sich das Gehirn fortlaufend anpasst – ein Prozess, der als Plastizität bezeichnet wird.

Auch wenn die eigentliche Schädigung bei einer Sprunggelenkverstauchung am Sprunggelenk entsteht, kann sich im Gehirn dennoch etwas verändern: etwa darin, wie gut es Schmerz oder Bewegung wahrnimmt.

Eine unserer Doktorandinnen, Ashley Marchant, hat gezeigt, dass etwas Vergleichbares passiert, wenn wir verändern, wie viel Gewicht (bzw. Last) die Muskeln der unteren Extremität tragen. Je näher die Belastung an der normalen Erdgravitation liegt, desto genauer ist unser Bewegungssinn; je geringer die Muskelbelastung, desto ungenauer wird diese Wahrnehmung.

Diese Ergebnisse zwingen uns dazu, neu zu überlegen, wie das Gehirn Bewegung steuert – und wie es auf Bewegung reagiert.

Ein wichtiges Rätsel lösen

Lange Zeit versuchte die Bewegungswissenschaft, die Muskelfunktion vor allem über Krafttraining, Ausdauertraining und Beweglichkeit zu verbessern.

Ein zentrales Problem bei Behandlung und Vorbeugung von Sportverletzungen ist jedoch: Selbst wenn das sportmedizinische Team eine Athletin oder einen Athleten als bereit für die Rückkehr einschätzt, bleibt das Risiko für eine spätere Verletzung weiterhin zwei- bis achtmal höher als bei Personen, die nie verletzt waren.

Das deutet darauf hin, dass der Sportmedizin bislang etwas entgangen ist.

Unsere Forschung an der University of Canberra und am Australian Institute of Sport hat deshalb gezielt den sensorischen Input in den Blick genommen, um dieses Rätsel zu lösen. Dabei ging es darum, die Leistungsfähigkeit des sensorischen Empfangs – also der Wahrnehmungsseite der Bewegungskontrolle – zu prüfen.

Dabei ist wichtig: Input- (sensorische) Nerven sind den Output- (motorischen) Nerven zahlenmässig ungefähr im Verhältnis zehn zu eins überlegen.

Über mehr als 20 Jahre haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Instrumente entwickelt, mit denen sich die Qualität der sensorischen Signale zum Gehirn bestimmen lässt – und damit die Grundlage, wie gut wir Bewegung wahrnehmen können. Diese Einschätzung des Inputs kann für sehr unterschiedliche Gruppen nützlich sein: von Astronautinnen und Astronauten über Athletinnen und Athleten bis hin zu älteren Menschen mit erhöhtem Sturzrisiko.

Inzwischen lässt sich messen, wie gut eine Person Informationen aus drei entscheidenden Eingangssystemen erhält:

• das vestibuläre System (Gleichgewichtsorgane im Innenohr)
• das visuelle System (Pupillenreaktionen auf Veränderungen der Lichtintensität)
• das Positionssinn-System in den unteren Gliedmassen (überwiegend aus Sensoren in Muskeln und Haut von Sprunggelenk und Fuss).

Diese Daten helfen, ein Gesamtbild davon zu erstellen, wie gut das Gehirn einer Person Bewegungsinformationen sammelt. Ausserdem zeigen sie, welches der drei Systeme möglicherweise besonders von zusätzlicher Rehabilitation oder spezifischem Training profitiert.

Lehren aus dem All

Vielleicht haben Sie schon Videos von Astronautinnen und Astronauten gesehen – etwa auf der Internationalen Raumstation –, die sich fast ausschliesslich mit den Armen fortbewegen, während die Beine hinter ihnen „schweben“.

Das veranschaulicht, dass Menschen ausserhalb der Erdgravitation nur minimale Informationen aus der Haut und der Muskulatur der Beine an das sensorische System liefern.

Darauf reagiert das Gehirn schnell, indem es Verbindungen herunterfährt, die es normalerweise zur Bewegungssteuerung nutzt. Während des Aufenthalts im All ist das unproblematisch. Sobald jedoch auf der Erd- oder Mondoberfläche wieder gestanden oder gegangen werden muss, steigt das Risiko für Stürze und Verletzungen.

Ähnliche Veränderungen im Gehirn könnten auch bei Athletinnen und Athleten auftreten – ausgelöst durch veränderte Bewegungsmuster nach einer Verletzung.

Wer zum Beispiel nach einer Beinverletzung hinkt, liefert dem Gehirn aus den Bewegungsabläufen dieses Beins deutlich andere Informationen. Durch Plastizität kann das dazu führen, dass sich das Muster der Bewegungskontrolle nicht wieder in den optimalen Zustand vor der Verletzung zurückentwickelt.

Wie bereits erwähnt, ist eine Verletzungsvorgeschichte der beste Prädiktor für eine spätere Verletzung.

Das spricht dafür, dass sich nach einer Verletzung etwas in den Prozessen der Bewegungskontrolle verändert – sehr wahrscheinlich im Gehirn – und zwar über den Zeitraum hinaus, in dem das verletzte Gewebe bereits verheilt ist.

Messwerte dazu, wie gut Athletinnen und Athleten Bewegung wahrnehmen, stehen in Zusammenhang damit, wie gut sie später in unterschiedlichen Sportarten abschneiden. Sensorische Wahrnehmungsfähigkeit könnte daher auch helfen, sportliches Talent frühzeitig zu erkennen.

Bei älteren Menschen, besonders mit Blick auf Sturzprävention, können schlechte Ergebnisse in denselben Messungen zur Wahrnehmung sensorischer Eingänge spätere Stürze vorhersagen.

Ein möglicher Grund ist, dass manche ältere Menschen körperlich weniger aktiv sind. Dieses "use it or lose it"-Prinzip könnte erklären, wie sich neuronale Verbindungen für Bewegungswahrnehmung und -kontrolle im Lauf der Zeit abbauen können.

Präzise Gesundheitsversorgung

Neue Technologien zur Erfassung sensorischer Fähigkeiten sind Teil einer neuen Entwicklung im Gesundheitswesen, die als Präzisionsgesundheit beschrieben wird.

Präzisionsgesundheit nutzt Technologien und künstliche Intelligenz, um eine Vielzahl von Einflussfaktoren (zum Beispiel die genetische Ausstattung) auf die Gesundheit einer Person zu berücksichtigen und Behandlungen zu ermöglichen, die gezielt auf diese Person zugeschnitten sind.

Wird ein Präzisionsgesundheits-Ansatz auf die Bewegungskontrolle übertragen, könnte das zu deutlich zielgerichteterer Rehabilitation für Athletinnen und Athleten, zu besser abgestimmtem Training für Astronautinnen und Astronauten sowie zu früherer Sturzprävention bei älteren Menschen führen.

Gordon Waddington, AIS-Professor für sportmedizinische Forschung, University of Canberra, und Jeremy Witchalls, ausserordentlicher Professor für Physiotherapie, University of Canberra

Dieser Artikel wird unter einer Creative-Commons-Lizenz erneut veröffentlicht, basierend auf einem Beitrag der Plattform „The Conversation“. Lesen Sie den Originalartikel.

---