Timing im Krafttraining

KAPITEL 1

Was ist eine Muskeluhr?

Obwohl der Wissenschaft schon seit Anfang der 1970er-Jahre die Existenz einer Hauptuhr bekannt ist,1 ist die Entdeckung der Muskeluhren vergleichsweise neu. Zylka und Kollegen stellten 1998 erstmals die Theorie von der Existenz der Muskeluhren auf.2 Studien haben gezeigt, dass sich die Zerstörung von Muskeluhren negativ auf die Skelettmuskeln auswirkt. Die Muskeln werden schwach und weisen eine geringere Anzahl von Mitochondrien sowie eine reduzierte Funktionalität auf.3, 4 Obwohl die Funktionsweise der Muskeluhren noch nicht vollständig erforscht ist und Wissenschaftler gerade erst anfangen, die Bedeutung der Muskeluhren und ihre Wirkung auf die Muskelleistung zu begreifen, ist offensichtlich, dass Muskeluhren eine wichtige Rolle für die Regulierung der Muskelfunktion und damit für die sportliche Leistungsfähigkeit spielen.

Das Ziel aller internen Uhren ist es, den Körper rund um die Uhr auf die Außenumgebung abzustimmen, einen zirkadianen Rhythmus zu erschaffen, der den Körper auf tägliche Umweltveränderungen wie den Wechsel von Tag und Nacht vorbereitet und Schlaf- und Wachzeiten beeinflusst.

Muskeluhren: Was sie sind und wozu sie dienen

Muskeluhren sind Transkriptionsfaktoren oder Gene in jedem Muskel, die, abhängig von Umgebungsveränderungen und der körperlichen Aktivität, physiologische Kreisläufe regulieren. Die Hauptaufgabe der Muskeluhren ist zu überprüfen, was in 24 Stunden innerhalb und außerhalb des Körpers geschieht. Damit die Muskeln optimal arbeiten können, achten die Muskeluhren akribisch auf Dinge wie Tag-Nacht-Phasen, Aktivitäts-Ruhe-Zyklen, Hormonspiegel, Körpertemperatur und Ernährungs- und Bewegungsgewohnheiten.

Die Entdeckung dieser internen autonom-regulativen Uhren im Muskel ist wichtig, weil sie unsere Sichtweise auf die Muskeln verändert. Muskeln reagieren nicht einfach auf die Befehle des Zentralnervensystems; vielmehr sind sie selbst in der Lage, eine Aktion zu verursachen.

Muskeluhren spielen für die Regulierung der Muskelfunktion eine Rolle. Sie kommunizieren nicht nur miteinander, sondern auch mit dem muskuloskelettalen System, dem Gehirn und dem gesamten Körper. Muskeluhren synchronisieren Muskeln mit der biologischen Hauptuhr im Gehirn. Sie verbinden die Muskeln auch mit anderen peripheren Uhren im Gewebe innerhalb und außerhalb des muskuloskelettalen Systems.

Muskeluhren sind wie interne Tempomacher. Auf Zellebene stellt eine molekulare Uhr eine essenzielle Methode der Zeitnahme dar, um den Muskel auf die täglichen Veränderungen in der Umgebung vorzubereiten. Die Kapazität, die molekulare Uhr und intrazelluläre Aktivität mit äußeren Ereignissen wie dem Tag-Nacht-Zyklus zu synchronisieren, weist auf eine Fähigkeit hin, sich an Umweltbedingungen anzupassen. Unter diesem Gesichtspunkt sind Muskeln klug und beweisen die Fähigkeit, sich auf ihre Umgebung einzustellen. Ein Beispiel für eine andere Uhr des muskuloskelettalen Systems ist eine Knochenuhr; ein Beispiel für eine periphere Uhr ist jene, die sich in der Leber befindet.

Die Muskeluhren und ihr Verhältnis zum Muskelgewebe

Die Muskulatur macht etwa 40 bis 45 Prozent der Gesamtmasse des Körpers aus und ist damit das mengenmäßig am stärksten vertretene Gewebe im menschlichen Körper. Allein aufgrund ihres Volumens macht es schon Sinn, dass die Muskulatur nicht einfach ein Effektor oder Befehlsempfänger ist, eine Struktur, die vom Zentralnervensystem gesteuert wird und nur auf seine Befehle reagiert. Die Muskulatur ist vielmehr ein wichtiger Regulator, der in anderen Körpersystemen bestimmte Prozesse auslöst und Fähigkeiten besitzt, die weit über eine bloße Befehlsausführung gehen.

Alles, was Muskeln tun, wirkt sich auf den gesamten Körper aus. Die Entdeckung, dass Muskeln Uhren haben, die ihre Funktionen kontrollieren und mit anderen Körpersystemen kommunizieren, ist revolutionär. Sie zeigt, dass Muskeln durch eine Vielzahl von Cues, einschließlich strategisch geplanter Workouts, eine entscheidende Rolle spielen, um die Funktionsfähigkeit des gesamten Körpers zu regulieren. Mithilfe der Muskeluhren kommunizieren die Muskeln beispielsweise mit der Leber, sie spielen also auch für die Aufrechterhaltung der metabolischen Homöostase im Körper eine wichtige Rolle.

Die Vorstellung, dass Muskeln mehr als Befehlsempfänger sind, ist nicht neu. Weil die Muskelmasse einen großen Anteil des Gesamtkörpergewichts ausmacht, erschien es vielen Fachleuten unlogisch, dass die einzige Funktion der Muskulatur darin bestehen sollte, auf die Befehle des Zentralnervensystems zu reagieren und Bewegungen auszuführen. Obwohl die Hypothese nicht neu ist, sind die Beweise, die die Vorstellung stützen, neu; deshalb werden wir in diesem Kapitel noch ausführlicher darauf eingehen.

Die Gesamtmenge unserer Muskeln

Es gibt mehr als 600 Skelettmuskeln im menschlichen Körper. Jeder Muskel hat seine eigene Muskeluhr, die aus vielen verschiedenen Arten von genetischem Material bestehen.5,6 Weil Menschen über 600 Muskeln haben und jeder Muskel seine eigene Uhr hat, gibt es über 600 Skelettmuskeluhren, die 24 Stunden am Tag arbeiten, um die Muskelaktivität mit der Hauptuhr im Gehirn und der Umgebung zu synchronisieren. Muskeluhren lassen sich nicht pauschal über einen Kamm scheren. Sie unterscheiden sich abhängig von der Zusammensetzung der Fasertypen in den einzelnen Muskeln. Auf die Bedeutung der verschiedenen Arten von Muskeluhren werden wir im weiteren Kapitelverlauf noch zu sprechen kommen.

Der Stoff, aus dem Muskeluhren gemacht sind

Die Muskeluhren befinden sich in den Muskeln. Sie bestehen aus Transkriptionsfaktoren, ein sequenzspezifisch bindender Faktor, der die Transkriptionsrate genetischer Informationen kontrolliert (Transkription ist der Prozess, durch den genetische Informationen aus einem DNA-Strang verwendet werden, um einen komplementären RNA-Strang zu produzieren) und der an der Umwandlung von DNA in RNA beteiligt ist (Abbildung Seite 19). Sobald die DNA in RNA umgewandelt worden ist, wird die RNA benutzt, um Gene zu regulieren und mit ihrer Hilfe genetische Informationen in Proteine umzusetzen, die für die Funktion der Muskeluhren wichtig sind. Zu den Transkriptionsfaktoren zählen essenzielle Proteine, die die Genaktivität im Muskel einleiten und regulieren. Jede innere Uhr besteht aus zahlreichen Transkriptionsfaktoren, die für die Steuerung der Uhr unterschiedliche Rollen spielen. Manche dieser Transkriptionsfaktoren sind der molekularen Kernuhr vorbehalten, während andere in verschiedenen Arten von Uhren zu finden sind; die Muskeluhren enthalten auch Gene, die für skelettmuskelspezifische Funktionen wichtig sind, unter anderem die Proteine Myosin und Troponin, die für den Stoffwechsel und die ATP-Synthese wichtig sind.

Muskeluhren im Tagesverlauf

Alle biologischen Uhren unterliegen einem 24-Stunden-Takt. Der 24-Stunden-Zyklus spiegelt sich in den täglichen Veränderungen des gesamten Körpers, im globalen Muster der Genexpression und im Stoffwechsel wider. Mit anderen Worten: Die Transkriptionsfaktoren im Muskel und in den anderen (Körper-)Uhren verhalten sich je nach Tageszeit und einwirkendem Stimulus anders.

Die lokale Aktivität von spezifischem peripherem Gewebe wie dem Muskelgewebe spiegelt den 24-Stunden-Zyklus ihrer Uhren wider. Muskeluhren lernen einen Tagesablauf, indem sie auf externe Cues wie den Hell-Dunkel-Zyklus reagieren, der durch die Erdrotation bedingt wird und ein universeller Entrainment-Cue für alle biologischen Uhren ist. Der Begriff Entrainment bezieht sich auf die Synchronisierung rhythmisch auftretender biologischer Ereignisse wie dem zirkadianen Rhythmus, auf Veränderungen in der inneren oder äußeren Umgebung. Cues, die Auskunft über die Tageszeit geben, stellen alle inneren Uhren ein beziehungsweise um, darunter auch die Muskeluhren. Die Tageszeit ist der offensichtlichste und am besten verstandene Cue für die Muskeluhr, aber wie noch in den späteren Kapiteln beschrieben wird, sind Cues vielfältig und gewebespezifisch. Hinsichtlich der Muskulatur sind der Hormonspiegel, Aktivitäts-Ruhe-Muster und die Trainingsgestaltung wie das Timing des Krafttrainings weitere Cues, die in Kapitel 3 ausführlich besprochen werden.

DNA wird in RNA umgewandelt, die es braucht, um Gene, die für die Funktion der Muskeluhren wichtig sind, zu kodieren, zu dekodieren, zu regulieren und um die Genexpression zu unterstützen.

Jedes Gewebe hat seine Uhr

Die uhrengesteuerten Gene, die die Muskeluhren bilden, und die Pfade, die sie für die Kommunikation verwenden, sind gewebespezifisch. Das bedeutet, dass jede Art von peripherer Uhr ihre eigenen gewebespezifischen Gene enthält, mit denen sie andere Systeme überwachen und Veränderungen mitteilen kann, die für dieses Gewebe spezifisch sind. Die internen molekularen Uhren in den Muskelzellen erlauben es ihnen, die täglichen, im...