Belastung schädigt den Muskel, Regeneration macht ihn stärker – das ist bekannt. Doch wie genau diese Reparatur vonstatten geht, bisher nicht. Ein neu entdecktes Proteinnetzwerk liefert weitere Hinweise.
Am Tag nach dem ersten harten Krafttraining schmerzen die Muskeln – der klassische Muskelkater, vertraut für Sportler wie für Patienten in der Reha. Was dabei im Gewebe tatsächlich passiert, war lange unklar. Ein Forschungsteam der Universitäten Hildesheim, Bonn und Freiburg hat nun ein zelluläres Reparatursystem entschlüsselt, das erklärt, wie sich die Muskulatur an Belastung anpasst – mit möglichen Konsequenzen für Trainings- und Rehabilitationsprogramme.
Dass Krafttraining für den Erhalt der Muskulatur unverzichtbar ist, gilt als gesichert. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) empfiehlt selbst älteren Menschen moderates Krafttraining an mindestens zwei Tagen pro Woche, um dem altersbedingten Verlust an Muskelkraft entgegenzuwirken. Ausdauertraining allein reicht dafür nicht aus: Nur die intensive Belastung durch Krafttraining baut Muskelmasse auf oder erhält sie. Genau diese Belastung schädigt jedoch den kontraktilen Apparat der Muskelfasern – den Teil der Muskelzellen, der für die Kontraktion verantwortlich ist. Wie die Muskulatur mit diesen Schäden umgeht und sich an das Training anpasst, war bislang kaum erforscht.
Genau hier setzt die neue Arbeit an. Das Team um Prof. Sebastian Gehlert von der Universität Hildesheim, Prof. Jörg Höhfeld von der Universität Bonn und Prof. Pitter Huesgen von der Universität Freiburg entnahm freiwilligen Versuchsteilnehmern vor und nach einem hochintensiven Krafttraining Muskelproben und untersuchte sie mittels fraktionierter Proteomik. Ergänzend prüfte das Team, was mit der Muskulatur geschieht, wenn die Trainingsreize schwächer werden oder ganz ausbleiben.
Der Auslöser ist ein Trainingsreiz: Sobald das Gewebe unter Last gerät, schaltet sich im Muskel ein Netzwerk aus Proteinen ein, das gezielt nach beschädigten Strukturen fahndet und sie aus dem Verkehr zieht. Parallel dazu läuft der Wiederaufbau: Neues Material ersetzt das Entfernte, sodass der kontraktile Apparat am Ende nicht nur intakt bleibt, sondern sich der Belastung entsprechend kräftigt.
Möglich wurde die Entdeckung durch die Zusammenarbeit dreier Fachrichtungen. „Unsere Analyseverfahren haben es uns erlaubt, Muskelproteine zu identifizieren, die nach einem Krafttraining an den kontraktilen Apparat binden und dort ihre Schutz- und Reparaturaktivität entfalten“, erklärt Huesgen, dessen Team die Ergebnisse gemeinsam mit den Kollegen aus Hildesheim und Bonn in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichte. Die Muskelproben für die Studie isolierte Gehlert an der Universität Hildesheim. Wie die enthaltenen Proteine konkret arbeiten, untersuchte anschließend das Labor von Höhfeld am Institut für Zellbiologie der Universität Bonn.
„Wir konnten in isolierten Muskelzellen zeigen, dass die Reparaturproteine zunächst beschädigte Muskelkomponenten erkennen und dann durch einen zellulären Abbauweg, die Autophagie, entsorgen. Das macht den Weg frei für eine Reparatur der Muskeln und eine Anpassung an das Krafttraining“, erklärt Höhfeld.
Für die Praxis ergeben sich daraus konkrete Ansatzpunkte. „Wir sehen nun, wie sich Trainingsintensität und Trainingsdauer auf das Reparatursystem und die Schädigung der Muskelfasern auswirken. So können wir die Abfolge von Trainingseinheiten bei Athlet*innen sowie Patient*innen im klinischen Kontext optimal anpassen“, betont Gehlert die Relevanz der Ergebnisse. Er bringt die neuen Erkenntnisse bereits in die Ausbildung von Sportwissenschaftlern sowie in die Trainingsoptimierung von Sportlern an Olympiastützpunkten und von Einsatzkräften der Polizei und Bundeswehr ein.
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