Muskeln und das Mikrobiom

Wie die Darmflora Kraft und Ausdauer beeinflusst

Von Dr. Evelyn Zientz

Wir sind schon ziemlich toll, aber ohne unser Mikrobiom sind wir nichts. Die Mikrobiologie als Forschungsrichtung der Biologie gibt es seit gut 300 Jahren. Sie entstand mit der Entdeckung der Mikroorganismen durch Robert Hooke und Antoni van Leeuwenhoek, die die ersten Mikroskope entwickelten. Und erst seit gut zehn Jahren ist die mit uns aufs engste verbundene Bakteriengesellschaft – das Darm-Mikrobiom – in den Fokus der Forschung gerückt. Über 300 Jahre Tiefschlaf – da kann nicht einmal Dornröschen mithalten.

Der Darm-Muskel-Achse auf der Spur

Eine Stuhltransplantation von trainierten oder untrainierten Menschen auf keimfreie Mäuse führte nach einem Monat zu einer deutlichen Steigerung der Griffstärke bei den Mäusen, die das Mikrobiom der trainierten Menschen erhalten hatten. Bei Senioren über 65 Jahren steigert die Einnahme von Präbiotika, also Futter für die Darmbakterien, ebenfalls die Griffkraft – nach einer 13-wöchigen Anwendung.

Ein probiotisches Supplement mit Faecalibacterium prausnitzii, einem der wichtigsten Kommensalen im menschlichen Darm, führt ebenfalls zu einer Zunahme der Muskelmasse und besseren Aktivität der Mitochondrien, den Zellorganellen, in denen das energiereiche ATP hergestellt wird, das unseren Stoffwechsel und damit auch die Muskelarbeit, antreibt.

Die Einnahme von Lactobacillus salivarius führt bei Mäusen nach vier Wochen zu einer Leistungssteigerung mit mehr Kraft und Ausdauer sowie größeren Glykogenreserven in Leber und Muskel der Tiere.

Erst kürzlich wurde aus dem Darm-Mikrobiom einer Goldmedaillengewinnerin im Gewichtheben das Bakterium Bifidobakterium longum isoliert und in Mäuse übertragen, woraufhin diese größere Glykogenspeicher anlegten und mehr Kraft und Ausdauer entwickelten. All diese Effekte ließen sich durch die Gabe von Antibiotika wieder rückgängig machen. Da ist es wohl kein Zufall, dass Athleten Probiotika zur Leistungssteigerung einnehmen.

Die Muskeln verändern sich im Laufe des Lebens

Die Muskelmasse macht in jungen Jahren etwa 40% des Körpergewichts aus, bei Männern liegt sie höher als bei Frauen. Im Alter nimmt die Muskelmasse ab. Der altersbedingte Muskelschwund (Sarkopenie) ist eine Krankheit, die viele verschiedene Ursachen hat. Das hormonelle Gleichgewicht gerät im Alter aus dem Takt, viele Senioren bewegen sich kaum und ernähren sich nicht ausgewogen. Auch entzündliche Vorgänge tragen zum Schwund der Muskelmasse bei. Und auch das Mikrobiom scheint nicht unbeteiligt zu sein, denn es verändert sich im Alter.

Körperliche Aktivität moduliert die Zusammensetzung des Darm-Mikrobioms. Manche Bakterien vermehren sich gezielt in den Därmen gut trainierter Menschen. Und diese Veränderungen wiederum wirken sich positiv auf verschiedene gesundheitliche Probleme aus.

Welchen Einfluss hat das Darm-Mikrobiom auf die Veränderung der Muskeln?

Was passiert da genau, fragten sich die Forschenden um John J. McCarthy von der University of Kentucky in Lexington, USA und starteten folgendes Experiment:

Durch Training wachsen Muskeln, setzten sie voraus. Sollte das Mikrobiom daran beteiligt sein, dann wachsen die Muskeln ohne Mikrobiom nicht, obwohl man trainiert. Deshalb teilten sie eine Population von Mäusen in vier Gruppen. Zwei Gruppen trainierten in einem Laufrad ihre Muskelkraft, bei einer davon wurde mit einer Antibiotikabehandlung das Darm-Mikrobiom gestört. Zu Kontrolle gab es noch je eine antibiotikabehandelte und unbehandelte Gruppe, deren Laufrad blockiert und das Training damit unmöglich war.

Wie erwartet führten die Antibiotika zu einer empfindlichen Störung des Darm-Mikrobioms der behandelten Mäuse. Die Anzahl der darin vertretenen Bakterienarten ging drastisch zurück. Das Training im Laufrad allein konnte diese massive Dysbiose nicht hervorrufen (obwohl bekannt ist, dass Training das Mikrobiom beeinflusst). Alle Mäuse, denen ein funktionsfähiges Laufrad zur Verfügung stand, trainierten unabhängig davon, wie es um ihr Mikrobiom stand, gleich viel.

Am Ende der Trainingsphase untersuchten die Forscher die Wadenmuskulatur der Mäuse, genauer den Musculus soleus oder Schollenmuskel. Der nahm durch das Training zu, allerdings nur bei nicht antibiotikabehandelten Mäusen mit intaktem Darm-Mikrobiom.

Muskeln unterscheiden sich

Nun ist Muskel nicht gleich Muskel. Es gibt verschiedene Typen von Muskelfasern, die sich je nach Funktion, Training und auch dem Alter des Trägers unterscheiden.

Typ 1 Fasern werden auch slow twitch genannt, sie arbeiten langsam und ausdauernd, sie ermüden langsam, aber bringen keine Höchstleistungen. Ihren Energiebedarf decken sie aerob, also durch Atmung. Deshalb enthalten sie viele Mitochondrien, die Organellen, in denen die Zellatmung stattfindet. Sie entsprechen in der Küche dem roten Fleisch und auf dem Sportplatz eher dem Marathonläufer.

Typ 2 Fasern, auch fast twitch genannt, arbeiten rasch und verwenden zur Energieversorgung bevorzugt Glykogen, das sie eher fermentieren als veratmen. In der Küche findet man sie in der Hühnerbrust, auf dem Sportplatz beim Kurzstreckenläufer.

Kein Trainingseffekt in dysbiotischen Mäusen

Eine Dysbiose macht die Muskulatur unempfänglich für Trainingsanforderungen. Zu erwarten wäre eine Hypertrophie der Muskulatur als Reaktion auf das Training. Aber trotz gleichen Trainingsvolumens passt sich die Muskulatur der dysbiotischen Mäuse nur schlecht an. Durch das Ausdauertraining wäre zu erwarten, dass die Typ 1 Fasern zunehmen und die Typ 2 Fasern sich vergrößern. Aber in den dysbiotischen Mäusen blieb dieser Effekt aus.

Das Darm-Mikrobiom hat also einen Einfluss auf die Feinstruktur der Skelettmuskulatur. Neben den vielen anderen Interaktionen zwischen Darmbakterien und Organen hat man nun auch eine Darm-Muskel-Achse gefunden.

Quelle: Valentino, Taylor R et al. “Dysbiosis of the gut microbiome impairs mouse skeletal muscle adaptation to exercise.” The Journal of physiology vol. 599,21 (2021): 4845-4863. doi:10.1113/JP281788

Fotonachweis: (c) adobe media, Muskeln und Mikrobiom (Strong woman with broccoli), von Vadim

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