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Mit Hilfe von Gehirnscans und einer einfachen, sich wiederholenden Aufgabe zum Testen der Reaktionsfähigkeit untersuchten Sportphysiologen am Georgia Institute of Technology freiwillige Probanden, die viel schwitzten und nicht hydratisierten. Der Flüssigkeitsverlust führte dazu, dass die meisten Probanden mehr Fehler bei der Aufgabe machten, und Bereiche des Gehirns der Teilnehmer zeigten auffällige Veränderungen.

Die Forscher fanden auch heraus, dass Anstrengung und Hitze auch ohne Dehydrierung die Leistung der Testpersonen beeinträchtigten, aber der Wasserverlust die Delle etwa doppelt so tief machte.

„Wir wollten herausfinden, ob Bewegung und Hitzestress allein einen Einfluss auf Ihre kognitive Funktion haben und obendrein die Wirkung von Dehydration untersuchen“, sagte Mindy Millard-Stafford, die Studienleiterin und Professorin an der Georgia Tech’s School of Biological Sciences. „Wir haben einen zweistufigen Rückgang festgestellt.“

Hitze, Belastung, Unfall

Die Forscher hoffen, dass diese Art von Forschung eines Tages Erkenntnisse darüber liefern wird, wie erhöhte kognitive Ausrutscher in heißen Umgebungen mit anstrengender Arbeit und schlechter Flüssigkeitszufuhr die Arbeitssicherheit gefährden können, insbesondere bei schweren Maschinen oder militärischer Hardware. Die unscharfe Wahrnehmung könnte auch zu einer Leistungsminderung im Leistungssport beitragen.

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“ Als ich mich gerade für dieses Thema interessierte, machte mein Bruder ein Praktikum in einem Stahlwerk, wo ich ihn besuchte, und es war extrem heiß „, sagte der Erstautor der Studie, Matt Wittbrodt, ein ehemaliger wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Georgia Tech. „Außerdem hatte jeder Schichten von Schutzkleidung an. Wir wollen herausfinden, ob wir helfen können, Unfälle in diesen Umgebungen zu verhindern.“

Millard-Stafford und Wittbrodt, die jetzt Postdoktorandin an der Emory University sind, veröffentlichten ihre Studie in der Woche vom 20. August in der Zeitschrift Physiological Reports. Ihre Forschung wurde teilweise von der American College of Sports Medicine Foundation finanziert.

Gehirnventrikel dehnen sich aus

In den Experimenten, als die Teilnehmer trainierten, schwitzten und Wasser tranken, zogen sich flüssigkeitsgefüllte Räume, sogenannte Ventrikel, in der Mitte ihres Gehirns zusammen. Aber mit Anstrengung plus Dehydration taten die Ventrikel das Gegenteil; Sie dehnten sich aus.

Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) zeigte die Unterschiede. Seltsamerweise hatte die Ventrikelausdehnung bei dehydrierten Testpersonen möglicherweise nicht viel mit ihren tieferen Einbrüchen in der Aufgabenleistung zu tun.

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“ Die strukturellen Veränderungen waren bemerkenswert konsistent bei den einzelnen Personen „, sagte Millard-Stafford, ehemaliger Präsident des American College of Sports Medicine. „Aber Leistungsunterschiede in den Aufgaben konnten nicht durch Veränderungen in der Größe dieser Hirnareale erklärt werden.“

Veränderungen der neuronalen Zündmuster zeigten sich auch während der Dehydration.

„Die Bereiche im Gehirn, die für die Ausführung der Aufgabe erforderlich waren, schienen sich intensiver als zuvor zu aktivieren, und es leuchteten auch Bereiche auf, die nicht unbedingt an der Erledigung der Aufgabe beteiligt waren“, sagte Wittbrodt. „Wir denken, dass letzteres eine Reaktion auf den physiologischen Zustand sein kann: Der Körper signalisiert“Ich bin dehydriert“.“

Geisttötende Aufgabe

Die Aufgabe, die die Probanden erledigten, war sinnlos und wiederholte sich.

20 Minuten lang sollten sie jedes Mal, wenn ein gelbes Quadrat auf einem Monitor erschien, einen Knopf drücken. Manchmal erschien das Quadrat in einem regelmäßigen Muster und manchmal zufällig. Die Aufgabe war aus einem bestimmten Grund langweilig.

„Es half uns, die kognitive Komplexität hinter aufwendigen Aufgaben zu vermeiden und die Kognition auf einfache motorische Leistung zu reduzieren“, sagte Wittbrodt. „Es wurde entwickelt, um wesentliche neuronale Verarbeitung zu treffen, die man verwenden würde, um einfache, sich wiederholende Bewegungen zu machen.“

Frühere Studien haben gezeigt, dass diese Art von Aufgabe die neuronale Verarbeitung widerspiegelt, die an der realen motorischen Funktion beteiligt ist, insbesondere bei der Wiederholung, die bei Handarbeit oder militärischen Übungen üblich ist. Solche Monotonie kann Aufmerksamkeitslücken fördern, die Hitze, Belastung und Flüssigkeitsverlust verschlimmern können.

Schwitzen für die Wissenschaft

Dreizehn Freiwillige führten die Aufgabe bei drei verschiedenen Gelegenheiten aus:

  • Einmal nach nur entspannen und bleiben hydratisiert.
  • Einmal nach längerer Hitze, Anstrengung und Schweiß, jedoch mit Trinkwasser während des Trainings.
  • Und einmal mit Hitze, Anstrengung und Schweiß, aber ohne Trinkwasser.

Selbst nach dem Entspannen rutschte die Aufgabenleistung im Laufe der 20-Minuten allmählich ab. Aber unter den nachfolgenden Stressoren sank die durchschnittliche Gesamtleistung. Einige der Freiwilligen erfüllten die Aufgabe unter allen auferlegten Bedingungen standhaft.

Die Probanden absolvierten die Aufgabe in klimatisierten Räumen und nach einer Pause von anstrengenden Aktivitäten. In einem realen Szenario, in dem Hitze und Arbeit unerbittlich sind, kann die Leistung noch weiter zusammenbrechen.

Überhydratation auch schlecht

In Zukunft würden die Forscher gerne wissen, ob die Hydratation mit Elektrolytgetränken Leistungseinbrüche noch besser mildern könnte als Wasser.

„Blutplasma wird allein mit Wasser verdünnt“, sagte Millard-Stafford. „Wenn Natrium im Blut – einfaches altes Salz – zu stark abfällt, während das Wasser im Blut zu stark ansteigt, ist das gefährlich. Es ist ein Zustand, der als Wasservergiftung oder Hyponatriämie bekannt ist.“

Ultra-Ausdauersportler, die im medizinischen Zelt landen, leiden manchmal an Dehydration, manchmal aber auch an Wasservergiftung. Genau das richtige Gleichgewicht des Wassers scheint für das Gehirn wichtig zu sein.

Michael Sawka und Lewis Wheaton von Georgia Tech sowie J. C. Mizelle von der East Carolina University trugen zu dieser Studie bei. Die Forschung wurde teilweise von der American College of Sports Medicine Foundation C. V. Gisolfi Doctoral Student Research Grant finanziert. Alle in diesem Material geäußerten Meinungen, Ergebnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen sind die der Autoren und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten des American College of Sports Medicine wider.

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