Zerebrale Reaktionen während des Trainings in Hypoxie (CERVOX)

Im klassischen Paradigma der Trainingsphysiologie sollen jedoch die kardiorespiratorische Kapazität und die Muskelermüdung die Grenze der Trainingstoleranz setzen. Es gibt jedoch experimentelle Situationen, in denen es nicht möglich ist, die Einschränkung der Trainingsleistung mit diesem klassischen Paradigma zu erklären, und es daher notwendig ist, nach einer Alternative zu suchen. Jüngste Untersuchungen heben Veränderungen hervor, die mit Bewegung im Gehirn verbunden sind, z. Veränderungen in der zerebralen Perfusion, der zerebralen Oxygenierung und der Neuronenerregbarkeit. Außerdem deuten mehrere Ergebnisse darauf hin, dass das Zentralnervensystem unter bestimmten Bedingungen die Motoneuronen nicht ausreichend ansteuern kann, d. h. die sogenannte zentrale Ermüdung. Allerdings sind das Phänomen der zentralen Bewegungseinschränkung und die zugrunde liegenden neurophysiologischen Mechanismen noch zu klären. Der zerebrale Metabolismus und die neurohumoralen Reaktionen während ermüdender Belastung müssen daher untersucht werden, um ein neues Paradigma vorzuschlagen, das in der Lage ist, die Begrenzung der Belastung zu erklären. Unter den Bedingungen, bei denen das klassische Paradigma der Trainingsleistungsbegrenzung nicht den tatsächlichen Beobachtungen zu entsprechen scheint, scheint das Training in einer hypoxischen Umgebung eine besondere Herausforderung zu sein. Einige Daten legen in der Tat nahe, dass die zerebrale Reaktion auf Belastung bei Hypoxie im Vergleich zu Normoxie wesentlich modifiziert sein kann.

Daher zielen die Forscher im vorliegenden Projekt darauf ab, die Wirkung von Hypoxie auf die Anpassung des Gehirns an körperliche Betätigung bei gesunden Menschen zu bewerten. Insbesondere ist das Ziel, die neurophysiologische Reaktion des Gehirns auf eine ermüdende Übung zu beurteilen, einschließlich zerebraler Perfusion und Oxygenierung, zerebraler Aktivierung, kortikaler Erregbarkeit sowie der resultierenden motorischen Steuerung beim Einatmen von normoxischen oder hypoxischen Gasgemischen. Um diese Ziele zu erreichen, werden komplementäre methodische Ansätze während der Belastung sowohl unter normoxischen als auch unter hypoxischen Bedingungen verwendet: Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) wird zur Bewertung der zerebralen Aktivierung verwendet, die Perfusionsbildgebung des arteriellen Spin-Labeling (ASL) als Kernspinresonanzmethode zur regionalen Bewertung zerebrale Perfusion, Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) ermöglicht die Messung der zerebralen Oxygenierung, die Messung des motorisch evozierten Potentials als Reaktion auf die transkranielle Magnetstimulation (TMS) bewertet die kortikale Erregbarkeit, die Messung des Niveaus der zentralen Aktivierung (bewertet durch TMS) und die Elektromyographische (EMG) Signale werten den motorischen Befehl aus. Um den Effekt der während des Trainings beteiligten Muskelmasse und die Dauer der hypoxischen Exposition zu berücksichtigen, wird außerdem die Anpassung des Gehirns an das Training in Hypoxie für motorische Aufgaben bewertet, die kleine (Daumenadduktion) oder große (Kniestreckung, Fahrradergometrie) Muskelgruppen betreffen sowie bei akuter (< 1 Stunde) oder verlängerter hypoxischer Exposition (mehrere Stunden: 6 Stunden). Dieser multitechnische Ansatz wird durch dieses Kooperationsprojekt zwischen drei Partnerexperten in den Bereichen Hirnfunktionsuntersuchung und Bewegungsphysiologie (Institut Fédératif de Recherche 'RMN Biomédical et Neurosciences' Joseph Fourier University and University Hospital, Grenoble; 'Exercise Physiology' Laboratory, University Hospital, St Etienne; 'Motor Efficiency and Deficiency Laboratory', Universität Montpellier I, Montpellier).

Die Forscher stellen die Hypothese auf, dass Hypoxie die mit einer gegebenen ermüdenden Übung verbundene zerebrale Störung verstärken würde, d. h. eine stärkere Verringerung des zerebralen Blutes und der zerebralen Oxygenierung, eine stärkere Verringerung der kortikalen Erregbarkeit und zentralen Aktivierung sowie eine stärkere Verringerung des zentralen Befehls bewirken würde, und dies insbesondere dann, wenn eine große Muskelmasse beteiligt ist, sowie bei längerer hypoxischer Exposition.

Dieses Projekt zielt darauf ab, unsere Vision der Begrenzung der menschlichen Trainingsleistung sowie unser Verständnis der Trainingstoleranz unter hypoxämischen Bedingungen zu erneuern. Letzteres ist relevant für die Sport- und Höhenmedizin, die sich mit Belastungs- und Höhentoleranz befasst, sowie für Krankheiten, die durch Hypoxämie und Belastungsintoleranz gekennzeichnet sind, wie beispielsweise Atemwegserkrankungen wie chronisch obstruktive Lungenerkrankungen.