Intensiv træning udfordrer de fleste af kroppens organer, og selv de vitale funktioner i hjertet og åndedrætssystemet bliver påvirket. I den henseende har hjernen en interessant position, og i dette bind af Experimental Physiology viser Ross et al. (2007), at central træthed i forhold til det neuromuskulære knudepunkt udvikler sig efter et maratonløb. Hjernen aktiverer musklerne, men på den anden side er musklerne en stærk konkurrent (“the sleeping giant”, L. B. Rowell) i forbindelse med den fortsatte tilførsel af ilt og substrat, som hjernen er afhængig af. Central træthed er blevet påvist for særligt langsomme muskelsammentrækninger under meget intens træning af kort varighed med sænkning af iltspændingen i hjernen (Rasmussen et al. 2007), og central træthed er ikke begrænset til forudsigelige situationer, f.eks. når træning fremkalder en forhøjet hjernetemperatur eller et lavt blodglukoseniveau (Nybo & Secher, 2004). Selv om den eller de mekanismer, der er involveret i central træthed, fortsat er ukendt, er det vigtigt at få klarlagt, hvordan, hvornår og hvorfor central træthed udvikler sig under træning. Central træthed kan betragtes som en sikkerhedsforanstaltning for den aktive organisme for at afbalancere funktionen af forskellige organer. Omvendt er det en vigtig effekt af træning at mindske central træthed under intens træning. Desuden kan indsigt i de mekanismer, der er ansvarlige for central træthed, være relevant for behandlingen af patienter, der lider af sygdomme, der er forbundet med kronisk træthed.

Det er fascinerende, hvordan hjernen i timevis kan stresse kroppen, selv efter at den har “ramt muren” under et maratonløb. Dette er endnu mere imponerende i et laboratoriemiljø. Maratonløbet har fascineret fysiologer siden begyndelsen af de moderne olympiske lege som et eksempel på ekstrem træning. Det er en klassisk observation, at løbehastigheden falder markant, når muskelglykogenniveauet falder til et kritisk niveau, hvilket kræver, at aktiveringsstrategien skal ændres i overensstemmelse hermed. Nedbrydningen af løbestilen tyder på, at musklerne ikke længere aktiveres ideelt, og ved hjælp af elektrofysiologiske teknikker giver Ross et al. (2007) et første indblik i de fænomener i centralnervesystemet (CNS), som uden tvivl påvirkes af langvarig træning.

Ross et al. (2007) anvender twitch-interpolation til at udtrykke den centrale aktiveringseffektivitet ved rekruttering af musklerne. Indtil Gandevia og kolleger omhyggeligt introducerede transkraniel magnetisk stimulation (TMS) til twitch-interpolation (Todd et al. 2003), blev måling af frivillig aktivering evalueret ved elektrisk stimulering af den motoriske nerve (Merton, 1954). TMS giver den fordel, at den giver adgang til celler i den motoriske cortex hos vågne mennesker og dermed et skøn over aktiviteten i de motoneuronale baner. Selv om virkningen af TMS er kompleks (Petersen et al. 2003), åbner TMS et vindue for evaluering af rekruttering af muskelfibre; der er dog fortsat behov for en omhyggelig fortolkning af resultaterne.

Motornerven til musculus tibialis anterior ligger i nærheden af grenen af den fælles peroneusnerve, og elektrisk stimulering, der har til formål at aktivere musculus tibialis anterior, kan aktivere peroneusmusklerne (Gandevia & McKenzie, 1988), således at fortolkningen af dens rolle i momentproduktion omkring ankelleddet vil være kompleks. Ross et al. (2007) stimulerede den perifere nerve med magnetisk stimulering, og det mangler at blive fastslået, hvordan denne stimulering omfatter forskellige grene af den fælles peroneusnerve.

Fordelen ved at anvende TMS til aktivering af musculus tibialis anterior er, at den har en lav tærskelværdi og, hvilket er vigtigt, en lavere tærskelværdi end antagonisten (musculus soleus). Dette er relevant, især når den ekstra kraft, der induceres af stimulus, sammenlignet med en frivillig indsats, vurderes. Den frivillige aktivering af den forreste tibialis anterior-muskel var mindre end 90 % af den TMS-inducerede styrke, hvilket er lavere end det, der er fundet i undersøgelser med elektrisk stimulering. Ikke desto mindre reducerede maraton markant evnen til at aktivere musklen til en maksimal ydelse. Det skal påpeges, at central træthed, som målt med twitch-interpolationsteknikken, genoprettes hurtigt efter træning (Gandevia et al. 1996). Ikke desto mindre fandt Ross et al. (2007) en klar reduktion i den frivillige aktivering af tibialis anterior inden for 20 min. efter maratonløbet, som forsvandt efter 4 timer, hvilket viser en ændring i det kortikale output.

Og selv om de præsenterede resultater er imponerende, er de underliggende mekanismer for udviklingen af central træthed ikke belyst. Det er fristende at tage fat på sådanne mulige mekanismer. Aktivering af hjernen øger den cerebrale blodgennemstrømning, fordi det neurale stofskifte øges, hvilket kommer til udtryk ved de cerebrale stofskiftehastigheder for ilt (CMRO2) og kulhydrat (CMRCHO). Et fald i forholdet mellem CMRO2 og CMRCHO, der er ∼6 i hvile, er karakteristisk for cerebral aktivering, og anstrengende træning øger kulhydratoptagelsen i forhold til iltoptagelsen (Dalsgaard, 2006). Det reducerede forhold mellem CMRO2 og CMRCHO, der udvikles under træning, identificerer træning som en kraftig aktivator af det cerebrale stofskifte og illustrerer, at træning forårsager en markant forstyrrelse af det cerebrale stofskifte. I betragtning af at hjernen har ringe kapacitet til anaerob metabolisme, er skæbnen for det overskydende kulhydrat, der optages under aktivering, højst sandsynligt, at det metaboliseres, selv om ammoniakclearance kan tegne sig for ca. 10 % af det overskydende kulhydrat, der optages (Dalsgaard, 2006).

Under træning frigiver musklerne ammoniak, og hjernen optager ammoniak. Hjernen har ingen effektiv urinstofcyklus og er afhængig af syntesen af glutamin fra glutamat til fjernelse af ammoniak. Eliminering af ammoniak kan reducere koncentrationen af de excitatoriske neurotransmittere glutamat og γ-aminosmørsyre, og en sådan forstyrrelse kan ligge til grund for cerebral dysfunktion og kronisk træthed ved leversygdomme, hvilket tyder på, at ammoniak kan være et “udmattende middel” under træning (Nybo & Secher, 2004). Af interesse er også de serotonerge og dopaminerge systemer (Newsholme et al., 1987). Serotonin spiller en rolle i forbindelse med ophidselse, søvnighed og humør, og selv om kinetikken af serotoninmetabolismen ikke kan vurderes gennem arteriovenøse forskelle for hjernen, kan dets forløber, tryptofan, give sådanne oplysninger. Dopamin er involveret i kontrollen af bevægelse, og det regionale dopaminmetabolisme i hjernen øges under motion hos dyr. Tilsvarende stiger den arterielle koncentration af dopamin under anstrengende træning; der blev dog ikke observeret nogen ændring i frigivelsen på tværs af hjernen (Nybo & Secher, 2004).

Den illustration af central træthed som en ændring i kortikal excitation er et stort skridt fremad. Det er imidlertid nødvendigt at kombinere de anvendelige metoder, såsom TMS, arteriovenøse forskelle og billeddannelsesteknikker, for at forbinde ændringer i kortikal excitabilitet med ændringer i cerebral kulhydrat-, aminosyre- og neurotransmittermetabolisme samt med metabolit- og hormonsignalering mellem hjerne og muskler. Spørgsmålet er så, hvad der er hønen og hvad der er ægget? For at klarlægge årsagssammenhængen må det beskrivende arbejde derfor flyttes til eksperimentel fysiologi og integrative fysiologiske undersøgelser, der omfatter mennesker.