Neurophysiologische Korrelate der Bewegungsplanung bei komplexen Sprunglandungsaufgaben und die Rolle der kognitiven Funktion

Insbesondere im Zusammenhang mit Ballsportarten gehören Rupturen des vorderen Kreuzbandes (VKB) zu den häufigsten Verletzungen. Der Kreuzbandriss hat jedoch nicht nur einen Verlust der mechanischen Stabilität im Kniegelenk zur Folge: Der Bandriss und die anschließende rekonstruktive Operation führen zu einer massiven Schädigung sogenannter Mechanorezeptoren (Propriorezeptoren). Diese kleinen Sensoren liefern dem Gehirn präzise Informationen über die Spannung des Kreuzbandes und die Stellung des Kniegelenks. Durch diese Rückkopplung ist es dem Menschen möglich, die Aktivität der stabilisierenden Muskulatur an verschiedene Situationen im Sport und Alltag anzupassen und das Knie vor Verletzungen zu schützen. Koordinationsdefizite sind daher häufige Folgen nach ACL-Ruptur und -Rekonstruktion aufgrund des schlechteren sensorischen Feedbacks.

Neue Erkenntnisse belegen, dass die verletzungsbedingte Schädigung der Mechanorezeptoren auch anhaltende, neuronale Reorganisationen im Gehirn verursacht (verletzungsinduzierte Neuroplastizität). Diese beziehen sich insbesondere auf den motorischen Kortex, durch den willkürliche Bewegungen gesteuert werden. Nach den Ergebnissen der Bildgebung (z. funktionelle Magnetresonanztomographie; MRT) und elektrophysiologische Untersuchungen (z. Elektroenzephalographie; EEG), scheinen diese neurologischen Anpassungen weit über die Wiederaufnahme der täglichen, sportlichen oder wettkampforientierten Aktivitäten hinaus anzuhalten. Forscher schlagen vor, dass diese Anpassungen des zentralen Nervensystems die zugrunde liegende Ursache für die häufig beobachtete anhaltende motorische Kontrolle und funktionelle Defizite sein könnten (z. Muskelkraft- und Muskelaktivierungsdefizite), die relativ hohe Wiederverletzung, die niedrigen Wiederaufnahmequoten und die geringen Anteile, die nach Kreuzbandrissen und -rekonstruktion auf ihr ursprüngliches Leistungsniveau zurückkehren. Eine reine Wiederherstellung der neuromuskulären Funktion ohne die Beseitigung der neuroplastischen Veränderungen im Gehirn erscheint daher nicht ausreichend.

In neueren Studien wurden die Auswirkungen eines Kreuzbandtraumas auf die Hirnaktivität ausschließlich in unspezifischen, sport- und verletzungsunabhängigen Tests (z. einfache Beuge- und Streckbewegungen und Winkelreproduktionsaufgaben des Knies). Verletzungen des vorderen Kreuzbandes treten häufig unter unvorhersehbaren Bedingungen auf, insbesondere bei komplexen, dynamischen Bewegungen wie Richtungswechseln, Sprüngen und Landungen. Hier muss das Gehirn schnellstmöglich Informationen von den Rezeptoren des vorderen Kreuzbandes verarbeiten, um eine adäquate motorische Reaktion zum Schutz des Knies einzuleiten.

Vor dem Hintergrund der oben beschriebenen Befunde untersucht diese Fall-Kontroll-Querschnittsstudie zunächst die Auswirkungen von vollständig geheilten Kreuzbandrissen und -rekonstruktionen (Seitensymmetrie der neuromuskulären Leistungsmerkmale über 85 %) auf die bewegungsplanungsbezogene kortikale Aktivität (mittels Elektroenzephalographie). Maßnahmen bei komplexen Sprunglandungsaufgaben: Die Studienteilnehmer führen Gegenbewegungssprünge (n=80; CMJ, Flugzeit ca. 500 ms) mit anschließender Einbeinlandung durch. Unter einer erwarteten Bedingung (n=40) erhalten die Personen die visuelle Information (dargestellt auf einem Bildschirm), auf welchem ​​Bein/Fuß (links, rechts) sie landen müssen, bevor selbst initiierte CMJs, die Personen diese Information erhalten unter der nicht erwarteten Bedingung (n=40) erst nach dem Start (ca. 400 ms vor Bodenkontakt). Die Messung der Landestabilität wird anhand ausgewählter biomechanischer Parameter (kapazitive Kraftplattform) standardisiert. Verletzungsrelevante kognitive Merkmale (z. B. Reaktion, Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit und Arbeitsgedächtnis) werden durch computer- und papierbasierte klinische Kognitionstests erfasst.

Die Forscher vermuten, dass die verletzungsbedingten neurologischen Anpassungen im motorischen Kortex zu einer intensiveren motorischen Aktionsplanung vor der Bewegungsinitiierung führen (Ausgleich sensorischer Defizite). Die verstärkte Nutzung neuronaler Kapazitäten für die Bewegungsplanung könnte in der Folge zu langsameren oder unpräzisen motorischen Reaktionen auf unvorhergesehene/unerwartete Ereignisse führen und in der Folge eine größere Landeinstabilität verursachen bzw. das Knieverletzungsrisiko erhöhen. Es wird auch angenommen, dass eine geringere kognitive Informationsverarbeitung mit einer instabileren Landung bzw. einem höheren Verletzungsrisiko bzw. einer höheren Verletzungsinzidenz einhergeht.