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.
