Wie eine Sprunggelenkverstauchung das Gehirn verändern kann

Haben Sie schon einmal eine Verstauchung des Sprunggelenks als Hirnverletzung betrachtet? Die meisten Menschen dürften das wohl nicht tun.

Doch zunehmend verstehen wir, dass sich das Gehirn fortlaufend anpasst – ein Vorgang, der als Plastizität bezeichnet wird.

Obwohl eine Sprunggelenkverstauchung das Sprunggelenk selbst schädigt, kann sie offenbar auch verändern, wie gut das Gehirn Schmerzen oder Bewegungen wahrnimmt.

Unsere Doktorandin Ashley Marchant hat gezeigt, dass sich ein vergleichbarer Effekt ergibt, wenn sich die Belastung der Muskeln in den unteren Gliedmaßen verändert. Je stärker die Belastung der normalen Erdanziehung entspricht, desto genauer ist unser Bewegungssinn; je geringer die Muskelbelastung, desto unpräziser wird er.

Diese Erkenntnisse machen es notwendig, die Steuerung und Reaktion des Gehirns auf Bewegung neu zu bewerten.

Ein wichtiges Rätsel lösen

Traditionell versucht die Bewegungswissenschaft, die Muskelfunktion durch Krafttraining, Ausdauertraining und Beweglichkeit zu verbessern.

Eine der großen Herausforderungen bei der Behandlung und Vorbeugung von Sportverletzungen besteht darin, dass Athletinnen und Athleten trotz der Freigabe durch das sportmedizinische Team weiterhin ein zwei- bis achtmal höheres Risiko für eine weitere Verletzung haben als Personen ohne frühere Verletzung.

Den Sportmedizinerinnen und Sportmedizinern entgeht also offenbar ein entscheidender Faktor.

Unsere Forschung an der University of Canberra und am Australian Institute of Sport richtet sich auf sensorische Informationen, um dieses Rätsel zu lösen. Dabei soll die Fähigkeit der sensorischen Aufnahme beziehungsweise Wahrnehmung als Teil der Bewegungskontrolle bewertet werden.

Die Zahl der eingehenden sensorischen Nerven übersteigt die der ausgehenden motorischen Nerven ungefähr im Verhältnis zehn zu eins.

Über einen Zeitraum von 20 Jahren haben Forschende Instrumente entwickelt, mit denen sich die Qualität der sensorischen Informationen zum Gehirn bestimmen lässt. Diese Informationen bilden die Grundlage dafür, wie gut wir Bewegungen wahrnehmen können. Ihre Erfassung könnte sowohl für Astronautinnen und Astronauten als auch für Sportlerinnen und Sportler sowie ältere Menschen mit Sturzrisiko nützlich sein.

Inzwischen können wir messen, wie zuverlässig eine Person Informationen aus drei entscheidenden Eingangssystemen erhält:

• dem vestibulären System, also den Gleichgewichtsorganen im Innenohr;
• dem visuellen System, also den Reaktionen der Pupille auf Veränderungen der Lichtintensität;
• dem Positionssinnsystem der unteren Gliedmaßen, das überwiegend auf Sensoren in Muskeln und Haut von Sprunggelenk und Fuß beruht.

Anhand dieser Daten lässt sich einschätzen, wie gut das Gehirn einer Person Bewegungsinformationen sammelt. Zugleich zeigen sie, welches der drei Systeme möglicherweise von zusätzlicher Rehabilitation oder weiterem Training profitieren könnte.

Erkenntnisse aus dem Weltraum

Vielleicht haben Sie Aufnahmen von Astronautinnen und Astronauten gesehen, etwa auf der Internationalen Raumstation, die sich nur mit den Armen fortbewegen, während ihre Beine hinter ihnen hängen.

Daran wird deutlich, dass Menschen außerhalb der Erdanziehung von Haut und Muskeln ihrer Beine nur sehr wenige Informationen an das sensorische System weitergeben.

Das Gehirn schaltet die Verbindungen, die es normalerweise zur Bewegungskontrolle nutzt, schnell ab. Solange sich Astronautinnen und Astronauten im All befinden, ist das unproblematisch. Sobald sie jedoch auf der Erde oder auf der Mondoberfläche stehen oder gehen müssen, steigt ihr Risiko für Stürze und Verletzungen.

Ähnliche Veränderungen im Gehirn könnten bei Sportlerinnen und Sportlern durch veränderte Bewegungsmuster nach einer Verletzung auftreten.

Wer beispielsweise nach einer Beinverletzung hinkt, liefert dem Gehirn aus den Bewegungsmustern dieses Beins deutlich andere Bewegungsinformationen. Aufgrund der Plastizität könnte das dazu führen, dass sich das Muster der Bewegungskontrolle nicht wieder auf den optimalen Zustand vor der Verletzung einstellt.

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

Das deutet darauf hin, dass sich nach einer Verletzung Prozesse der Bewegungskontrolle verändern – wahrscheinlich im Gehirn – und dass diese Veränderung über die Heilung des verletzten Gewebes hinaus bestehen bleibt.

Messwerte dazu, wie gut Sportlerinnen und Sportler Bewegungen wahrnehmen, stehen mit ihrer späteren Leistung in verschiedenen Sportarten in Zusammenhang. Sensorisches Bewusstsein könnte daher auch helfen, sportliches Talent frühzeitig zu erkennen.

Bei älteren Menschen können niedrige Werte in denselben Messungen der Wahrnehmung sensorischer Informationen spätere Stürze vorhersagen.

Eine mögliche Ursache ist die geringere körperliche Aktivität mancher älterer Menschen. Der Grundsatz „Wer rastet, der rostet“ könnte erklären, wie neuronale Verbindungen für Bewegungswahrnehmung und Bewegungskontrolle im Laufe der Zeit nachlassen können.

Präzisionsgesundheit für Bewegungskontrolle

Neue Technologien zur Erfassung sensorischer Fähigkeiten gehören zu einer neuen Ausrichtung im Gesundheitswesen, die als Präzisionsgesundheit beschrieben wird.

Die Präzisionsgesundheit nutzt Technologien und künstliche Intelligenz, um die verschiedenen Faktoren zu berücksichtigen, die die Gesundheit eines Menschen beeinflussen, beispielsweise seine genetische Ausstattung. Auf dieser Grundlage werden Behandlungen entwickelt, die gezielt auf die jeweilige Person zugeschnitten sind.

Ein Ansatz der Präzisionsgesundheit im Bereich der Bewegungskontrolle könnte eine wesentlich gezieltere Rehabilitation für Sportlerinnen und Sportler, eine bessere Vorbereitung von Astronautinnen und Astronauten sowie eine frühzeitigere Sturzprävention für ältere Menschen ermöglichen.

Gordon Waddington, AIS-Professor für Forschung in der Sportmedizin, University of Canberra, und Jeremy Witchalls, außerordentlicher Professor für Physiotherapie, University of Canberra

Dieser Artikel wird unter einer Creative-Commons-Lizenz erneut aus The Conversation veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.