3 Mythen über die Erschöpfung des Zentralnervensystems (ZNS)

3 Mythen über die Erschöpfung des Zentralnervensystems (ZNS)
(Last Updated On: 20. Juli 2018)

Von Menno Henselmans | Benötigte Lesezeit: 7 Minuten |


Du weißt, wie müde Kniebeugen und Kreuzheben dich machen, oder? Sie machen einen derart fertig, dass man mehrere Tage braucht, um sich nach einer harten Beuge- oder Kreuzhebe-Einheit wieder zu erholen. Hast du nach einem solchen Workout Probleme mit dem Schlaf?

Wie kommt es, dass hochintensives Training und Verbundübungen so viel mehr Erschöpfung hervorrufen, als die Arbeit mit Isolationsübungen im höheren Wiederholungsbereich?

Das Phänomen nennt man Erschöpfung des Zentralnervensystems (ZNS) … angeblich. Um das Thema „erschöpftes Zentralnervensystem“ ranken sich viele Mythen im Land der Broscience. Und viele Menschen, die ein erschöpftes Zentralnervensystem in ihrer Argumentation bringen, können nicht erklären, was das eigentlich ist. Also lass uns am besten gleich hier beginnen.

3 Mythen über die Erschöpfung des Zentralnervensystems (ZNS)

Erschöpftes Zentralnervensystem: Was ist das?

Wie es der Name bereits vermuten lässt, tritt die Erschöpfung im Zentralnervensystem auf: Dem Gehirn und der Wirbelsäule. Wenn dein Zentralnervensystem erschöpft ist, dann hat es Probleme mit der Muskelaktivierung. Selbst wenn deine Muskeln also in der Lage sind viel Kraft zu produzieren, können sie dieses Potenzial nicht erreichen, weil das ZNS ihnen nicht die richtigen Instruktionen gibt.

Oder formeller ausgedrückt: Eine Erschöpfung des Zentralnervensystems tritt auf, wenn die Erregung, die durch den Motor Cortex und/oder die Motoneuronenaktivität absinkt. Die Folge ist, dass die bewusste (freiwillige) Muskelaktivierung sinkt.

Man unterscheidet eine Erschöpfung des Zentralnervensystems mit einer peripheren Erschöpfung, die außerhalb des ZNS auftritt. Muskelschäden und metabolischer Stress in der Muskulatur sind zwei Beispiele für eine periphere Erschöpfung. Die Auswirkungen treten lokal und spezifisch in der Muskulatur auf, wo es zu dieser Art der Erschöpfung kommt. Wenn du dir beispielsweise einen Riss in deiner hinteren Oberschenkelmuskulatur zuziehst, dann wird dies nicht unbedingt deinen Quadrizeps beeinträchtigen. Konträr dazu beeinflusst eine Erschöpfung des Zentralnervensystems den gesamten Körper.

Erschöpfung des Zentralnervensystems Vs. periphere Erschöpfung.

Erschöpfung des Zentralnervensystems Vs. periphere Erschöpfung. (Bildquelle: BayesianBodybuilding.com)

Mythos #1: Je höher die Übungsintensität, desto stärker fällt die induzierte Erschöpfung des Zentralnervensystems aus

Es heißt, dass eine Erschöpfung des Zentralnervensystems in der Regel bei Übungen und Bewegungen auftritt, die hohe neuronale Anforderungen besitzen – also hochintensives Training. In der Theorie führt das Training mit wenigen (schweren) Wiederholungen zu mehr ZNS Erschöpfung als das Training mit vielen (leichteren) Wiederholungen. Je höher die Trainingsintensität, je stärker die Aktivierung des ZNS, desto stärker wird das ZNS erschöpft, oder?

Falsch. Es ist genau anders herum. Langandauerndes Training mit niedriger Intensität führt zu einer stärkeren Erschöpfung des Zentralnervensystems, als ein kurzes und hochintensives Training (1)(2)(3)(4).

Eine Erschöpfung des Zentralnervensystems wird häufig in Ausdauersportarten, wie z.B. bei Marathons, beobachtet, doch um ähnliche Symptome zuverlässig beim Kraftsport auszulösen, müssen sich die Forscher wortwörtlich schon ein Bein ausreißen. Ein Beispiel für eine solche „Kraftsport“-Studie, bei der eine signifikante Erschöpfung des Zentralnervensystems festgestellt wurde, ist die von Smith et al. (2007), bei der man eine 70-minütige Bizepskontraktion studiert hat (5). Keine Ahnung, wie es bei dir aussieht, aber so sieht mein Armtraining sicher nicht aus. Eine ähnliche Untersuchung fand eine ZNS Erschöpfung nach einer 4-minütigen Dorsiflexor-Kontraktion (6).

Ein realistischeres Trainings-Design verglich 3 Sätze á 12 Wiederholungen bei einer Pausenzeit von 1 Minuten zwischen den Sätzen gegenüber 5 Sätzen á 3 Wiederholungen mit 3-minütigen Pausen zwischen den Sätzen. Was führte zu einer höheren Erschöpfung des Zentralnervensystems? Schwierige Frage. Keines von beidem induzierte eine ZNS Erschöpfung (7). Andere Arbeiten haben es ebenfalls nicht geschafft eine Erschöpfung des Zentralnervensystems mit Hilfe von Widerstandstraining herbeizuführen (egal, wie hoch die Intensität auch ausfiel) (8).

Eigentlich stellte man in den obigen beiden Studien eine Hochregulierung des Zentralmotor-Outputs fest, was vermutlich eine Gegenreaktion zur Reduktion der peripheren Erschöpfung war. Man fand also heraus, dass die angesammelte Erschöpfung nicht nur peripher war, sondern auch, dass das Zentralnervensystem Überstunden schob, um die lokale Erschöpfung zu kompensieren.

Du könntest anführen, dass die Studien in schwachen Individuen absolviert wurden, die Isolationsarbeit verrichtet haben. Aber wie wäre es mit ein paar Männern und Frauen als Sample, die regelmäßig hart am Eisen trainieren?

Howatson et al. (2016) analysierten die neuromuskuläre Regeneration in Elite-Athleten (9):

  • Die Jungs beugten mit Gewichten, die weit über 190 kg hinausgingen und liefen die 100 Meter in 10,44 Sekunden. (Für die Referenz: Der derzeitige Weltrekord, der 2009 von Usain Bolt aufgestellt wurde, liegt bei 9,58 Sekunden).
  • Die Ladies beugten über 108 kg und rannten die 100 Meter in 11,73 Sekunden (der Weltrekord, der von Florence Griffith-Joyner in 1988 aufgestellt wurde, liegt bei 10,49 Sekunden).

Diese Elite-Athleten absolvierten eines ihrer typischen Workouts, welches aus 4 Sätzen á 5 Wiederholungen beim Langhantel-Kniebeugen, dem Split-Squat und dem Push-Press bestand. Insgesamt 12 schwere Sätze mit Verbundübungen.

Split-Squats sind ein starker Anwärter für die härteste Übung im Kraftsport. Push-Presses nutzen dagegen die gesamte menschliche kinetische Kette, angefangen bei den Füßen bis zu den Händen. Bei dieser Übung werden mehr Muskeln verwendet, als bei Kniebeugen und Kreuzheben. Und selbst in diesem Fall konnte keine Erschöpfung des Zentralnervensystems festgestellt werden.

Die freiwillige Aktivierung des Zentralnervensystems stieg vor und nach dem Workout nicht und war auch nach 24 Stunden stabil. Natürlich gab es eine signifikante neuromuskuläre Ermüdung, was durch die verringerte Kontraktionskraft der Muskulatur (MVIC) und einem insignifikanten Trend für eine geringere Sprunghöhe (CMJ) demonstriert wurde. Es gab auch metabolischen Stress, wie die Messung des Blutlaktats ergab, doch das Nervensystem hatte keine Probleme bei der Aktivierung der Muskulatur. Die Muskulatur war einfach nur selbst erschöpft – primär durch die Schäden, die das Workout verursacht hat und den metabolischen Stress. Die Erschöpfung war lokal, also innerhalb der Muskulatur und trat nicht im Zentralnervensystem auf.

3 Mythen über die Erschöpfung des Zentralnervensystems (ZNS)

Freiwillige Kontraktion (MVC), zentrales Aktivierungsverhältnis (CAR) und Countermovement Jump (CMJ) vor dem Workout, nach dem Workout sowie 24 Stunden nach dem Workout in 10 Probanden. Sternchen (*) implizieren signifikante Ergebnisse. (Bildquelle: Howatson et al, 2016)

Wenn du kurz darüber nachdenkst, dann macht es auch Sinn, dass das Zentralnervensystem nicht so einfach erschöpft. Eine Erschöpfung der Muskulatur lässt sich dagegen leicht vorstellen: Sie tritt mechanisch auf. Muskelfasern können wortwörtlich durch die Spannung von harten Kontraktionen reißen. Beim Zentralnervensystem sprechen die Leute dagegen von „neuraler Erschöpfung“ – wie funktioniert das?

Das Zentralnervensystem ähnelt mehr einem Computer, als einem Muskel. Ein Computer lässt sich nicht erschöpfen, wenn er in Gebrauch ist. Klar, du kannst ihn überhitzen und über die Jahre wird er immer langsamer, doch er lässt sich nicht akut erschöpfen. Er wird nicht langsamer und langsamer, wenn du ihn über einen längeren Zeitraum in einer Session nutzt. Wie kann also das ZNS erschöpfen? Einige Forscher haben sich sogar gefragt, ob so etwas wie eine Erschöpfung des Zentralnervensystems überhaupt existiert (10). Ein Großteil dessen, was man vorher einer Erschöpfung des Zentralnervensystems zugeschrieben hat, lässt sich durch eine lokale Erschöpfung erklären (10).

Wie jedoch weiter oben gezeigt, ist das Phänomen trotzdem real, doch die Erschöpfung tritt vermutlich durch andere Mechanismen zu Tage. Ein Beispiel: Es könnte neurochemisch sein – also durch die Auswirkungen von Neurotransmittern. Es könnte aber auch metabolisch sein. Die muskuläre Ammoniakproduktion, die während des Trainings stattfindet, kann in den Blutkreislauf eintreten und die Blut-Hirn-Schranke passieren, was zu einer Neurotoxizität führt (11)(12)(13).

Wie man es auch dreht und wendet: Eine starke Aktivierung des Motor Cortex im Gehirn führt alleine für sich nicht zu einer Erschöpfung des Zentralnervensystems, insofern stimmt die Behauptung, dass das Training mit (schweren) Gewichten bei niedriger Wiederholungszahl zu einer höheren ZNS Erschöpfung führt, als das Training mit (leichteren) Gewichten bei höherer Wiederholungszahl, nicht.

Mythos #2: Je mehrgelenkiger die Übung, desto stärker fällt die Erschöpfung des Zentralnervensystems aus

Die konventionelle Bro-Weisheit besagt, dass Kreuzheben der Fluch des Zentralnervensystems ist. Schweres Kreuzheben führt zu so einer starken Ermüdung des ZNS, dass du sie nur alle paar Tage absolvieren kannst, ohne Gefahr zu laufen, ins Übertraining abzugleiten. Gleich dahinter kommen Kniebeugen und danach die meisten anderen mehrgelenkigen Verbundübungen. Isolationsübungen führen dagegen nicht zu einer Überlastung des Zentralnervensystems.

Die Wissenschaft sagt: Bullshit.

Das Workout mit den schweren Push-Presses, den Kniebeugen und der Split-Squats führte zu keiner Induktion der ZNS Erschöpfung. Dennoch haben mehrere Studien festgestellt, dass es zu einer ZNS Erschöpfung kommt, wenn mit dem Beinstrecker oder mit Bizeps-Curls trainiert wird. Isolationsübungen können also logischerweise zu einer Erschöpfung des Zentralnervensystems führen, während schwere Verbundübungen nicht notgedrungen dazu führen. Aber wie wäre es mit einem direkten Vergleich in einer Studie?

Barnes et al. (2017) untersuchten die Behauptung, wonach Kreuzheben zu einer stärkeren Erschöpfung des Zentralnervensystems führt, als Kniebeugen. In dieser Studie absolvierten 8 trainierte Probanden 8 Sätze á 2 Wiederholungen bei einer Intensität von 95% des 1 RM mit 5-minütigen Pausen zwischen den Sätzen beim Kniebeugen und Kreuzheben. Beide Einheiten wurden zeitlich getrennt voneinander absolviert.

Diese „Heavy-Duty“ Powerlifting-Workouts führten in der Tat zu einer Erschöpfung des Zentralnervensystems. Der Grad hielt sich jedoch in Grenzen: Es kam zu einer 5-10%igen Reduktion des Zentralmotor-Outputs. Trotz der höheren Gewichte, der höheren Anzahl der beteiligten Muskulatur und dem Mehr an verrichteter Arbeit führte das Kreuzheben nicht zu einer stärkeren Erschöpfung, als die Kniebeugen (14). Die Forscher konnten auch keine Unterschiede bei der Testosteron- und Cortisol-Produktion feststellen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Forschung keine Relation zwischen der Menge, der beteiligten Muskulatur und der Menge an ZNS Erschöpfung, welche durch das Training induziert wird, aufzeigt. Isolationsübungen können zu einer Erschöpfung des Zentralnervensystems führen. Mehrgelenkige Verbundübungen müssen nicht zwangsweise zu einer solchen führen.

Wenn es überhaupt eine Beziehung gibt, dann ist sie mit Sicherheit nicht so stark, wie oft behauptet. Und das bringt uns mehr zu der Tatsache zurück, dass das Zentralnervensystem eher einem Computer, als einem Muskel gleicht. Schwerer Aufgaben führen nicht unbedingt zu einer höheren Erschöpfung.

       

Mythos #3: Eine Erschöpfung des Zentralnervensystems erfordert mehr Erholung, als die muskuläre Erschöpfung

Sehr oft hört man die Behauptung, dass die Muskulatur zwischen den Workouts erholt, während dies beim ZNS nicht der Fall ist. Über die Zeit führt eine solche Akkumulation von Erschöpfung zu Übertraining. Coole Theorie, bro – aber schauen wir uns die vorhandenen Daten einmal näher an.

Latella et al. (2016) untersuchten die Erholung des Zentralnervensystems nach Krafttraining im Zeitverlauf (15). Man schaffte es eine sagenhafte Reduktion der corticospinalen Erregbarkeit (gemessen als motor-hervorgerufenes Potenzial) um 46% herbeizuführen. Das heißt einfach übersetzt, dass eine starke Erschöpfung des Zentralnervensystems ausgelöst wurde. Was glaubst du, wie viele Tage das ZNS benötigte, um sich zu erholen?

Es brauchte 20 Minuten, ehe sich das ZNS erholt hatte. Bereits nach 10 Minuten konnten die Forscher keine signifikanten Einbußen beim MEP feststellen. Andere Forschungsergebnisse bestätigen, dass die ZNS Erschöpfung nur unmittelbar nach dem Training messbar ist, obwohl Muskelkater und periphere neuromuskuläre Erschöpfung mehr als 3 Tage brauchten, um zu regenerieren (16).

Die erklärt vermutlich den Mangel an ZNS Erschöpfung in der Studie mit den Elite-Athleten, die wir weiter oben diskutiert haben: Howatson et al. führten Messungen rund 10 Minuten nach dem Training durch. Dies könnte bereits zu spät gewesen sein. Interessanterweise fanden Latella et al. ebenfalls Beweise dafür, dass es in den Tagen eher zu einer Hochregulation des ZNS, statt einem Abfall (siehe hierzu die untere Grafik).

Zeitverlauf der Erschöpfung des Zentralnervensystems. MEP = motor-hervorgerufenes Potenzial, welches grob gesprochen die Stärke des Signals wiedergibt, welches vom Motor-Cortex zur beanspruchten Muskulatur gesendet wird. Eine Verringerung lässt vermuten, dass das ZNS nicht in der Lage ist die Muskulatur vollständig zu aktivieren – es kommt zur ZNS Erschöpfung.

Zeitverlauf der Erschöpfung des Zentralnervensystems. MEP = motor-hervorgerufenes Potenzial, welches grob gesprochen die Stärke des Signals wiedergibt, welches vom Motor-Cortex zur beanspruchten Muskulatur gesendet wird. Eine Verringerung lässt vermuten, dass das ZNS nicht in der Lage ist die Muskulatur vollständig zu aktivieren – es kommt zur ZNS Erschöpfung. (Bildquelle: Latella et al, 2016)

Alle anderen Messungen, die mit einer Erschöpfung des Zentralnervensystems in Verbindung stehen, die von Latella et al. durchgeführt wurden (ICF, LICI und SICI) zeigten keine Beeinträchtigung zu jedem erdenklichen Zeitpunkt während der 72-stündigen Erholungsperiode. Es gab auch keine Beeinträchtigung unmittelbar nach dem Training. Es scheint also, als ob nur bestimmte Aspekte der ZNS Funktion anfällig für Erschöpfung sind.

Zusammenfassend: Eine Erschöpfung des Zentralnervensystems tritt lediglich akut auf und es braucht in der Regel nicht mehrere Tage, bis sich das ZNS erholt hat. Das tut es innerhalb von wenigen Minuten.


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Über Menno Henselmans

Online Physique Coach, Fitnessmodell und wissenschaftlicher Autor – Menno Henselmans hilft Trainierenden, die es Ernst meinen, dabei ihre ideale Physique zu erreichen, indem er auf Bayes’sche Methoden zurückgreift. Folge Ihm auf Facebook, Twitter und check seine persönliche Website für weitere frei verfügbare Artikel ab.

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Quellen & Referenzen

(1) Behm, DG. / St-Pierre, DM. (1985): Effects of fatigue duration and muscle type on voluntary and evoked contractile properties. In: J Appl Physiol. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9134916.

(2) Yoon, T., et al. (2007): Mechanisms of fatigue differ after low- and high-force fatiguing contractions in men and women. In: Muscle Nerve. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17626289.

(3) Thomas, K., et al. (2016): Intensity-Dependent Contribution of Neuromuscular Fatigue after Constant-Load Cycling. In: Med Sci Sports Exerc. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27187101.

(4) Thomas, K., et al. (2015): Central and peripheral fatigue in male cyclists after 4-, 20-, and 40-km time trials. In: Med Sci Sports Exerc. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25051388.

(5) Smith, JL., et al. (1985): Sustained contraction at very low forces produces prominent supraspinal fatigue in human elbow flexor muscles. In: J Appl Physiol. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17463302.

(6) Kent-Braun, JA. (1999): Central and peripheral contributions to muscle fatigue in humans during sustained maximal effort. In: Eur J Appl Physiol Occup Physiol. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10367724?dopt=Abstract.

(7) Latella, C., et al. (2017): Effects of acute resistance training modality on corticospinal excitability, intra-cortical and neuromuscular responses. In: Eur J Appl Physiol. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28879576.

(8) Marshall, PWM., et al. (2015): The Magnitude of Peripheral Muscle Fatigue Induced by High and Low Intensity Single-Joint Exercise Does Not Lead to Central Motor Output Reductions in Resistance Trained Men. In: PLoS One. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4595208/.

(9) Howatson, G. / Brandon, R. / Hunter, AM. (2016): The Response to and Recovery From Maximum-Strength and -Power Training in Elite Track and Field Athletes. In: Int J Sports Physiol Perform. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26308090.

(10) Contessa, P. / Puleo, A. / De Luca, CJ. (2016): Is the notion of central fatigue based on a solid foundation? In: J Neurophysiol. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26655823.

(11) Banister, EW. / Cameron, BJ. (1990): Exercise-induced hyperammonemia: peripheral and central effects. In: Int J Sports Med. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2193891.

(12) Mutch, BJ. / Banister, EW. (1983): Ammonia metabolism in exercise and fatigue: a review. In: Med Sci Sports Exerc. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/6341752.

(13) Wilkinson, DJ. / Smeeton, NJ. / Watt, PW. (2010): Ammonia metabolism, the brain and fatigue; revisiting the link. In: Prog Neurobiol. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20138956.

(14) Barnes, MJ., et al. (2017): Acute neuromuscular and endocrine responses to two different compound exercises: squat versus deadlift. In: J Strength Cond Res. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28704311.

(15) Latella, C., et al. (2016): The Time-Course of Acute Changes in Corticospinal Excitability, Intra-Cortical Inhibition and Facilitation Following a Single-Session Heavy Strength Training of the Biceps Brachii. In: Front Hum Neurosci. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5133051.

(16) Behrens, M. / Mau-Moeller, A. / Bruhn, S. (2012): Effect of exercise-induced muscle damage on neuromuscular function of the quadriceps muscle. In: Int J Sports Med. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22510801.


Bildquelle Titelbild: Fotolia / l8m29


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