Wenn ein Marathonläufer in den letzten Kilometern langsamer wird oder ein Radfahrer am Ende eines langen Anstiegs das Tempo nicht mehr halten kann, scheint die Erklärung naheliegend: Die Muskeln sind einfach erschöpft. Lange Zeit wurde Ermüdung in der Sportphysiologie tatsächlich vor allem durch periphere Mechanismen erklärt: etwa durch die Entleerung der Glykogenspeicher, die Anhäufung von Stoffwechselprodukten oder eine reduzierte Kontraktionsfähigkeit der Muskulatur. In den letzten Jahrzehnten hat sich jedoch gezeigt, dass diese Erklärung zu kurz greift. Ein Teil der Ermüdung scheint im zentralen Nervensystem zu entstehen.
Dieses Phänomen wird als "central fatigue" bezeichnet und beschreibt eine Abnahme des motorischen Signals, das vom Gehirn an die Muskulatur gesendet wird. In experimentellen Studien konnte gezeigt werden, dass während intensiver oder lang andauernder Belastung die freiwillige Aktivierung der Muskeln abnimmt. Wird der Muskel in solchen Situationen elektrisch stimuliert, kann er teilweise noch mehr Kraft erzeugen als bei einer maximalen willentlichen Kontraktion. Dies deutet darauf hin, dass der limitierende Faktor nicht immer im Muskel selbst liegt, sondern im sogenannten "zentralen Drive“ aus dem Gehirn.
Eine der bekanntesten Theorien zur Erklärung dieses Phänomens ist das Central Governor Model, das vom Sportphysiologen Tim Noakes (südafrikanischer Wissenschaftler und emeritierter Professor, University of Cape Town) vorgeschlagen wurde. Nach diesem Modell wirkt das Gehirn wie eine Art Regler, der die Intensität der körperlichen Belastung steuert, um potenziell gefährliche physiologische Zustände zu verhindern. Während körperlicher Aktivität erhält das Gehirn kontinuierlich Informationen über verschiedene Systeme des Körpers, etwa über Temperatur, Stoffwechselzustand oder Sauerstoffversorgung. Auf Grundlage dieser Signale passt es die Aktivierung der Muskulatur an, um ein Gleichgewicht im Organismus aufrechtzuerhalten.
Das Modell hat die Diskussion über Ermüdung in der Sportwissenschaft stark geprägt, ist jedoch auch umstritten. Kritiker argumentieren, dass viele Aspekte dieser Theorie experimentell schwer zu überprüfen sind. Heute gehen viele Forschende davon aus, dass sportliche Leistung das Ergebnis einer komplexen Interaktion zwischen zentralen und peripheren Faktoren ist, bei der sowohl Muskelphysiologie als auch Prozesse im Gehirn eine Rolle spielen.
Ein wichtiger Forschungsbereich beschäftigt sich mit der Rolle von Neurotransmittern im Gehirn. Besonders intensiv untersucht wurde die sogenannte "Serotonin-Hypothese" der zentralen Ermüdung. Sie geht davon aus, dass während lang andauernder Belastung die Aktivität des Neurotransmitters Serotonin im Gehirn zunimmt. Serotonin steht unter anderem mit Müdigkeit, verminderter Wachheit und reduzierter Motivation in Verbindung. Ein erhöhter serotonerger Einfluss könnte daher dazu beitragen, dass Sportler während langer Ausdauerbelastungen ein stärkeres Gefühl der Erschöpfung wahrnehmen.
In den letzten Jahren ist jedoch ein weiterer Neurotransmitter stärker in den Fokus gerückt: Dopamin. Dopamin spielt eine zentrale Rolle in den neuronalen Systemen, die Motivation, Belohnung und motorische Kontrolle steuern. Während intensiver körperlicher Aktivität steigt die dopaminerge Aktivität im Gehirn an und scheint dazu beizutragen, die Motivation aufrechtzuerhalten und die motorische Aktivierung zu stabilisieren. Einige Studien deuten darauf hin, dass das Verhältnis zwischen serotonerger und dopaminerger Aktivität eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Ermüdung spielt. Ein relativ hoher serotonerger Einfluss könnte die Wahrnehmung von Müdigkeit verstärken, während eine stärkere dopaminerge Aktivität die Belastungstoleranz erhöht.
Eng mit diesen neurobiologischen Prozessen verbunden ist das Konzept der wahrgenommenen Anstrengung. Moderne Modelle der Ausdauerleistung gehen davon aus, dass Sportler ihre Belastung nicht nur auf Basis physiologischer Grenzen beenden, sondern vor allem dann, wenn die subjektiv empfundene Anstrengung ein bestimmtes Mass überschreitet. Diese Perspektive hilft, einige typische Beobachtungen im Ausdauersport zu erklären. In vielen Wettkämpfen gelingt es Athleten beispielsweise, kurz vor dem Ziel noch einmal deutlich schneller zu werden. Wären die Muskeln tatsächlich vollständig erschöpft, wäre ein solcher Endspurt kaum möglich.
Vielmehr scheint das Gehirn die Intensität der Belastung fortlaufend anzupassen. Dabei integriert es Informationen über den aktuellen physiologischen Zustand des Körpers, über die erwartete Dauer der Belastung und über äussere Faktoren wie Wettkampfsituation oder Motivation. Dieser Prozess zeigt sich auch im sogenannten "Pacing", also der Verteilung der Intensität über die Dauer eines Wettkampfs. Athleten passen ihr Tempo häufig unbewusst an die erwartete Distanz an und vermeiden so ein zu frühes Einbrechen der Leistung.
Neuere neurowissenschaftliche Modelle beschreiben diese Regulation als eine Form von antizipatorischer Kontrolle. Das Gehirn reagiert nicht nur auf aktuelle Signale aus dem Körper, sondern versucht auch, den zukünftigen physiologischen Zustand vorherzusagen. Auf dieser Grundlage wird die Intensität der Belastung angepasst, um eine stabile Funktion des Organismus während langer Belastungen zu gewährleisten.
Für den Ausdauersport bedeutet dies, dass Leistung nicht allein durch klassische physiologische Parameter wie VO₂max, Laktatschwelle oder Glykogenspeicher bestimmt wird. Auch psychologische Faktoren, Motivation, Erfahrung und Kontext können einen direkten Einfluss auf die Leistungsfähigkeit haben. Das Gehirn ist daher nicht nur eine mögliche Quelle von Ermüdung, sondern auch ein zentraler Regulator der sportlichen Leistung. Die Forschung der letzten Jahrzehnte zeigt somit, dass Ermüdung nicht ausschliesslich in der Muskulatur entsteht. Sie ist vielmehr das Ergebnis eines komplexen Zusammenspiels zwischen Stoffwechsel, Muskulatur und zentralem Nervensystem. Wenn wir im Sport an unsere Grenzen kommen, werden diese Grenzen also nicht nur durch die Physiologie der Muskeln bestimmt, sondern auch durch die Art und Weise, wie das Gehirn die Belastung steuert und bewertet.
Aus diesen Erkenntnissen lassen sich auch praktische Implikationen für Breitensportler ableiten. Da Ermüdung nicht ausschliesslich durch periphere Faktoren, sondern auch durch Prozesse im zentralen Nervensystem beeinflusst wird, können mentale Strategien eine wichtige Rolle für die Aufrechterhaltung der Leistungsfähigkeit spielen. Ein bewusstes Pacing sowie das Setzen von Zwischenzielen können helfen, die wahrgenommene Anstrengung zu regulieren und den zentralen motorischen Antrieb länger aufrechtzuerhalten. Gleichzeitig können Motivation, Erfahrung und die Wettkampfsituation die Aktivierung des zentralen Nervensystems beeinflussen und so die individuelle Belastungstoleranz erhöhen. Diese Aspekte verdeutlichen, dass Ausdauerleistung nicht nur durch physiologische Parameter, sondern auch durch zentrale Regulationsmechanismen geprägt wird.
Sportsparadise Switzerland AG
Tarek Chebaro
Medizinstudent Universität Bern
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