Möch­test du stär­ker wer­den?

Wenn man an Kraft­zu­wachs denkt, stellt man sich oft Mus­keln vor – schwe­rere Gewichte heben oder Trep­pen stei­gen, ohne außer Atem zu gera­ten. Neue For­schungs­er­geb­nisse deu­ten jedoch dar­auf hin, dass diese Fort­schritte nur dann mög­lich sind, wenn sich das Gehirn vor­her ver­än­dert.

In einer Stu­die zeigte sich bei Mäu­sen, die auf Lauf­bän­dern trai­nier­ten, eine erhöhte Akti­vi­tät der Zel­len im ven­tro­me­dia­len Hypo­tha­la­mus des Gehirns. Wur­den diese Zel­len nach dem Trai­ning blo­ckiert, ver­bes­serte sich die Aus­dauer der Mäuse nicht. Die For­schungs­er­geb­nisse deu­ten somit dar­auf hin, dass der Kör­per auf Signale aus dem Gehirn ange­wie­sen ist, um fit zu wer­den.

Ein Trai­ning fürs Gehirn

Sport­li­che Betä­ti­gung bringt den Kör­per nicht nur in Bewe­gung, son­dern trai­niert ihn auch, sich anzu­pas­sen. Mit der Zeit wird Kraft auf­ge­baut, die Aus­dauer ver­bes­sert sich und die Ener­gie­re­gu­lie­rungs­sys­teme arbei­ten effi­zi­en­ter. Doch auch das Gehirn ver­än­dert sich durch Bewe­gung. Mäuse, die in Lauf­rä­dern oder auf Lauf­bän­dern lau­fen, bil­den in Berei­chen wie dem Hip­po­cam­pus neue Gehirn­zel­len, die sich neu ver­net­zen.

Beson­ders auf­fäl­lig war die hohe Hirn­ak­ti­vi­tät wäh­rend der Übung selbst. Im gesam­ten Gehirn, ins­be­son­dere im Hypo­tha­la­mus, war eine enorme Akti­vi­tät zu beob­ach­ten. Vor allem im ven­tro­me­dia­len Hypo­tha­la­mus (VMH), einer tief im Gehirn gele­ge­nen Region, zeigte sich eine beson­ders hohe Akti­vi­tät. Die­ser Bereich ist vor allem für seine Rolle im Stoff­wech­sel und in der Ener­gie­ver­wer­tung bekannt und steu­ert Funk­tio­nen wie die Kör­per­tem­pe­ra­tur sowie Hun­ger und Durst.

Da die Aus­dauer davon abhängt, wie der Kör­per mit Ener­gie und Anstren­gung umgeht, ver­mu­tet man, dass der VMH nicht nur auf kör­per­li­che Anstren­gung reagiert, son­dern auch dazu bei­trägt, die Anpas­sungs­fä­hig­keit des Kör­pers zu ver­bes­sern.

Das Gehirn stär­ken

Aus­gangs­punkt der For­schung waren Mäuse auf Lauf­bän­dern. Bereits nach einer ein­zi­gen Trai­nings­ein­heit zeigte sich bei den Mäu­sen eine erhöhte Expres­sion von Wachs­tums­fak­to­ren in den VMH-Zel­len, ins­be­son­dere in jenen, die das Pro­tein SF‑1 expri­mie­ren. SF-1-expri­mie­rende Zel­len tra­gen dazu bei, Signale aus dem Kör­per, bei­spiels­weise von Hor­mo­nen wie Insu­lin und Lep­tin, zu bün­deln und so den Ener­gie­ver­brauch des Kör­pers zu steu­ern.

Nach acht Tagen Trai­ning rekru­tierte der VMH mehr SF-1-hal­tige Neu­ro­nen, die akti­ver wur­den. Diese Neu­ro­nen bil­de­ten zudem zusätz­li­che syn­ap­ti­sche „Dor­nen“. Das sind win­zige Struk­tu­ren, die die Kom­mu­ni­ka­tion zwi­schen Gehirn­zel­len ermög­li­chen. Nach drei Wochen Distanz­trai­ning hatte sich die Akti­vi­tät ver­dop­pelt. Je grö­ßer die Stre­cken wur­den, die die Mäuse mit der Zeit zurück­le­gen konn­ten, desto mehr wurde auch der VMH durch das Trai­ning „trai­niert“.

Um zu tes­ten, ob diese Neu­ro­nen ledig­lich auf das Trai­ning reagier­ten oder des­sen posi­tive Effekte tat­säch­lich bewirk­ten, schal­te­ten die For­scher die SF-1-Zel­len gezielt aus. Ohne die Akti­vi­tät die­ser Zel­len konn­ten die Mäuse zwar trai­nie­ren, erziel­ten aber gerin­gere Fort­schritte. Sie konn­ten weder so weit noch so schnell lau­fen wie Tiere mit einer nor­ma­len SF-1-Signal­ge­bung.

Mit­hilfe der Opto­ge­ne­tik, einer Methode, bei der die SF-1-Neu­ro­nen mit Licht­im­pul­sen gesteu­ert wer­den, zeig­ten die For­scher, dass das Abschal­ten der SF-1-Neu­ro­nen direkt nach jeder Trai­nings­ein­heit die Ent­wick­lung einer bes­se­ren Aus­dauer ver­hin­derte. Eine Stei­ge­rung der SF-1-Zell­si­gna­li­sie­rung hatte jedoch den gegen­tei­li­gen Effekt: Tiere, die trai­nier­ten und einem Licht­im­puls aus­ge­setzt waren, zeig­ten eine bes­sere Aus­dauer.

In der Wis­sen­schaft ist seit Lan­gem bekannt, dass das Gehirn eine wich­tige Rolle bei der Akti­vie­rung von Mus­keln, der Sti­mu­la­tion von Herz- und Lun­gen­funk­tio­nen sowie der Steue­rung von Ener­gie­auf­nahme und ‑ver­brauch spielt. Diese Erkennt­nisse deu­ten dar­auf hin, dass die VMH-SF1-Neu­ro­nen im zen­tra­len Ner­ven­sys­tem auch an der Anpas­sung an regel­mä­ßige kör­per­li­che Betä­ti­gung betei­ligt sind.

Es ist ein Kreis­lauf, von dem Kör­per und Geist glei­cher­ma­ßen pro­fi­tie­ren.

Diese Ergeb­nisse unter­strei­chen die Bedeu­tung der inte­gra­ti­ven Phy­sio­lo­gie ein­mal mehr. Alle rele­van­ten Organ­sys­teme arbei­ten zusam­men, um ange­mes­sen auf die Belas­tung durch das Trai­ning zu reagie­ren.

Renne, als ob du ver­folgt wür­dest

Die Ergeb­nisse deu­ten auf eine neue Funk­tion die­ses Hirn­are­als hin. Es ist jedoch wich­tig, die Ergeb­nisse aus der Per­spek­tive der Tiere zu betrach­ten. Mäuse trei­ben kei­nen Sport. Wer­den sie etwa den­ken: „Ich muss fit wer­den, also gehe ich ins Lauf­rad“? Viel­mehr ist die­ser Bereich des Hypo­tha­la­mus auch mit der Reak­tion von Tie­ren auf Raub­tiere ver­bun­den. Könn­ten die Aus­wir­kun­gen des Trai­nings auf das Gehirn also dar­auf zurück­zu­füh­ren sein, dass die Tiere so lau­fen, als stün­den sie unter extre­mem Stress – dem Stress durch die Bedro­hung von Raub­tie­ren?

Als Nächs­tes muss her­aus­ge­fun­den wer­den, wel­che Signale wäh­rend des Trai­nings genau zwi­schen Hypo­tha­la­mus und Kör­per aus­ge­tauscht wer­den. Wel­che Mole­küle sind für die Aus­dau­er­leis­tung ver­ant­wort­lich? Die gewon­ne­nen Erkennt­nisse könn­ten dabei hel­fen, The­ra­pien für Men­schen zu ent­wi­ckeln, die nicht trai­nie­ren kön­nen, bei­spiels­weise für Schlag­an­fall­pa­ti­en­ten, oder um Mus­kel­schwund vor­zu­beu­gen.

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