Professor Dr. Wilhelm Bloch und sein Team von der Deutschen Sporthochschule in Köln haben die gesundheitlichen Effekte verschiedener Sportarten untersucht. Die Forscher können heute mithilfe modernster Apparate in frisch entnommenen Zellen nachschauen, was dort abläuft, wenn man körperlich aktiv war.

Beim Training geschludert So wurden den Teilnehmern verschiedener Studien mit feinsten Nadeln winzige Gewebeproben aus Muskeln entnommen. Das Verfahren heißt Biopsie, von griechisch „bíos“ (Leben) und „ópsis“ (sehen). Tatsächlich können die Wissenschaftler sehen, wie einzelne Proteine im Muskelgewebe auf sportliche Betätigung reagieren.

Wilhelm Bloch, der die Abteilung für Molekulare und zelluläre Sportmedizin leitet, nennt ein Beispiel: „Macht man regelmäßig Krafttraining, wird pro Tag ein Prozent der Muskelmasse umgebaut. Durch die mechanische Beanspruchung werden Muskelproteine auseinandergezogen, zerstört und neue aufgebaut. Bei einem exzentrischen Training werden täglich sogar bis zu drei Prozent der Muskulatur umgebaut.“ Theoretisch erneuert sich zum Beispiel der komplette Bizeps bei regelmäßigem exzentrischem Training in nur einem Monat.

Hebt man beim Bizeps-Training die Hantel an, ist das die konzentrische Phase. Lässt man die Hantel wieder ab, spricht man von der exzentrischen Phase. Dabei schludern jedoch viele Sportler. Weil sie froh sind, das Gewicht hochbekommen zu haben, lassen sie es in der Regel ganz schnell ab. Das jedoch ist falsch, wie die Kölner Studie zeigt. „Man sollte in der exzentrischen Phase langsam und konzentriert trainieren“, sagt Wilhelm Bloch. „Denn hier sind die Effekte für den Muskelaufbau am größten.“ Diese Regel gilt auch beim Laufen. „Läuft man bergab, ist das ein exzentrisch betontes Training“, erläutert der Sportmediziner.

Sport aktiviert Zellreinigung Sportliche Aktivität führt auch dazu, dass unsere Körperzellen sich selbst reinigen und dadurch regenerieren. Dieser Prozess wird Autophagie genannt: „sich selbst verzehren“. Entdeckt haben ihn Wissenschaftler, die untersucht haben, wie sich zeitweiser Nahrungsentzug, das sogenannte Intervallfasten, auf den Organismus auswirkt. Bei Nährstoffmangel beginnen die Zellen damit, defekte, aber auch nicht dringend benötigte Bestandteile abzubauen. Es handelt sich um eine Art Müllabfuhr, durch die sich die Zellen entgiften und regenerieren. Die abgebauten Teile werden für den Aufbau neuer lebenswichtiger Proteine wiederverwendet.

Auch sportliche Betätigung bringt die Autophagie in Schwung. Da die Zellen bei körperlicher Aktivität mehr Energie liefern müssen, tritt wie beim Fasten ein Nährstoffmangel ein, wodurch der Selbstreinigungsprozess ausgelöst wird. Dieser wird durch die exzentrische Muskelarbeit angestoßen, wie die Kölner Gruppe zusammen mit Bonner Kollegen zeigen konnte.

Bewegungsmangel hemmt hingegen den Autophagie- und Recyclingprozess der Zellen. „Dann können Zellen regelrecht vermüllen“, sagt Wilhelm Bloch. „Man spricht dann von der Vermüllungskrankheit.“ Dadurch werden Zellen geschädigt, sodass sie nicht mehr richtig funktionieren. Es drohen Krankheiten wie Bluthochdruck, Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und sogar Krebs. „Um den Autophagie-Prozess anzukurbeln, ist Sport besser als Fasten“, sagt der Mediziner.

Wundersame Signalstoffe Forscher der Universität Stockholm hatten 2001 entdeckt, dass Muskeln bei jeder aktiven Bewegung Stoffe produzieren, die einen positiven Einfluss auf unsere Gesundheit haben. Die Stoffe wurden Myokine genannt, hergeleitet vom griechischen „mys“ (Muskel) und „kinos“ (Bewegung). Es handelt sich um Signalstoffe, die den gesamten Stoffwechsel beeinflussen. „Heute wissen wir, dass sich die Muskulatur wie eine endokrine Drüse verhält“, erklärt Wilhelm Bloch. „Sie schüttet Myokine aus, die übers Blut beispielsweise in Leber, Herz, Darm, Knochen und sogar ins Gehirn wandern. Die Myokine gehören zum erweiterten hormonellen Kommunikationssystem des Körpers. Daneben gibt es noch das schnellere Nervensystem.“

Die Heilkraft der Muskeln Wilhelm Bloch und seine Mitarbeiter haben in mehreren Studien zeigen können, dass Myokine in der Regel im gesamten Körper eine heilsame Wirkung entfalten. „Myokine bekämpfen zum Beispiel Entzündungen im Organismus und tragen zur Regeneration von Zellen bei“, berichtet der Mediziner. Inzwischen ist auch geklärt, dass Myokine bei muskulärer Belastung in allen Teilen des Muskels freigesetzt werden: von den Muskelfasern selbst, vom Bindegewebe, von den Immunzellen im Muskel oder von den Endothelzellen, die die Blutgefäße im Muskel wie eine schützende Tapete auskleiden. Heute sind über 1000 Myokine bekannt, von denen jedoch nicht einmal zehn Prozent erforscht sind.

Braunes Fett lässt Fett schmelzen Ein erst kürzlich genauer untersuchtes Myokin ist das Irisin. „Es ist schwierig nachzuweisen“, sagt Wilhelm Bloch. „Wir konnten bisher zeigen, dass es bei Ausdauertraining gebildet wird.“ Irisin ist ein Botenstoff, der mit dem Fettgewebe im Körper kommuniziert. Es kann weißes Fett in braunes Fett umwandeln.

Die Fettdepots im Körper bestehen fast ausschließlich aus weißem Fett. Es speichert bei entsprechender Kalorienzufuhr unermüdlich Energie. Dadurch wachsen die Fettpolster. Wie Muskelzellen verfügen auch Fettzellen über Mitochondrien, allerdings nur in geringer Zahl. Die Mitochondrien werden als Kraftwerke der Zellen bezeichnet, weil sie Nährstoffe in Energie umwandeln, die der Körper zum Überleben braucht.

Die meisten Menschen verfügen auch über braunes Fett. Es unterscheidet sich vom weißen Fett durch seine große Anzahl an Mitochondrien. Da Mitochondrien dunkel sind, erscheinen die betreffenden Fettzellen braun. Wegen ihrer zahlreichen kleinen Kraftwerke speichern braune Fettzellen keine überschüssige Energie, sondern verbrennen sie und erzeugen dadurch Wärme.

Drei Forscherteams von den Universitäten Turku in Finnland, Maastricht in den Niederlanden und Boston in den USA hatten darüber erstmals 2009 berichtet. Bei Babys macht das braune Fett bis zu fünf Prozent des Körpergewichts aus. Es versorgt den Körper mit Wärme. Bei Erwachsenen sind im Durchschnitt nur noch 50 bis 70 Gramm braunes Fett zu finden – am Hals, entlang des Brustbeins und zwischen den Schultern. Junge Menschen haben mehr braunes Fett als alte und Schlanke mehr als Übergewichtige.

Sport bräunt Fettzellen Die Wirkung von braunem Fett ist gigantisch. „50 Gramm aktives braunes Fettgewebe reichen aus, um fünf Kilogramm Fettreserven pro Jahr abschmelzen zu lassen“, erläutert Professor Dr. Alexander Pfeifer von der Universitätsklinik Bonn. Die ersten Studien konnten zeigen, dass weiße Fettzellen durch Kälte angeregt werden, sich in braune Zellen umzuwandeln.

Wilhelm Bloch und sein Team haben nachgewiesen, dass auch Ausdauertraining diesen Prozess auslöst: „Beim Laufen oder Radfahren vom Muskel freigesetztes Irisin kann in weißem Fettgewebe die Bildung neuer Mitochondrien ankurbeln und es dadurch in braunes Fett umwandeln. Irisin wirkt nachweislich auf das Unterhautfettgewebe, wahrscheinlich aber auch auf das Eingeweidefett im Bauchraum.“ Noch sei es zu früh, sicher beurteilen zu können, wie stark die Wirkung des Irisin wirklich sei, erklärt der Wissenschaftler. „Es ist auch noch nicht geklärt, ob Irisin auch bei einem Krafttraining gebildet wird.“

Bei einem Krafttraining wird jedoch Decorin freigesetzt. Dieses Myokin spielt bei der Reifung des Faser-Kollagens im Muskel eine Rolle. Es trägt damit zu Regeneration des Muskels nach einem harten Training bei.

Das Immunsystem im Griff Ein inzwischen ebenfalls gut erforschtes Myokin heißt Interleukin-2. Es wird ebenfalls bei sportlicher Betätigung von der Muskulatur freigesetzt. „Interleukin-2 trägt zur Bildung sogenannter regulatorischer T-Zellen bei“, erläutert Wilhelm Bloch. „Diese regulieren das Immunsystem. Gerade nach hartem sportlichen Training ist es wichtig, dass das Immunsystem nicht überschießt. Denn eine Überreaktion kann Entzündungen auslösen.“

In einer Studie mit 400 Leistungssportlern aus verschiedenen Disziplinen konnten die Kölner Forscher nachweisen, dass umso mehr regulatorische T-Zellen im Blut zu finden sind, je höher die Ausdauer-Fitness der Athleten ist. „Bei Biathleten zum Beispiel ist die Zahl der regulatorischen T-Zellen deutlich höher als bei Rodlern“, sagt Bloch.

Interleukin-2 wird in wirksamer Menge offenbar nur produziert, wenn Intensität und Umfang der sportlichen Aktivität hoch genug sind. „Besonders wirksam ist ein intensives Ausdauer-Intervalltraining“, berichtet Wilhelm Bloch.

Mehr Muskeln, mehr Schutz Max Weinhold, ein Mitarbeiter Blochs und ehemaliger Torwart der Hockey-Nationalmannschaft, hatte für seine Doktorarbeit eine Studie im Trainingslager der Hockeyspieler durchgeführt. Der einwöchige Lehrgang beinhaltete 33 Stunden Training. Anhand der Blutproben, die den Sportlern vor und nach dem Trainingslager abgenommen wurden, konnte Weinhold zeigen, dass sich die Menge der regulatorischen T-Zellen im Laufe der Woche um 20 Prozent erhöht hatte. Der höhere Wert hatte wahrscheinlich dazu geführt, dass die Spieler die körperlichen Strapazen besser verkraftet hatten.

Außer Interleukin-2 regulieren auch andere Myokine die Zahl der regulatorischen T-Zellen. „Wie viele Myokine ausgeschüttet werden, die die Zahl der regulatorischen T-Zellen erhöhen, ist offensichtlich auch von der Muskelmasse abhängig“, erläutert Wilhelm Bloch, „denn bei Frauen liegt die Menge der regulatorischen T-Zellen im Schnitt um 20 Prozent niedriger als bei Männern.“