Mit der richtigen Atmung zu mehr Leistung und Gesundheit

Gastbeitrag von Tim

Im letzten Artikel habe ich anhand des Schlafes erklärt, welche bedeutende Rolle der Flüssigkeitshaushalt im Gehirn spielt. Ein molekularer Dreh-und Angelpunkt hierfür ist wohl ein wasserschleusendes Protein namens Aquaporin-IV. Die Aktivität dieses Proteins beeinflusst das Volumen der Zelle, induziert Druckveränderungen und letztendlich beeinflusst das die regionale Flüssigkeitsdynamik. Im Schlaf wird somit auf pulsierender Art und Weise der “Müll” über Lymphgefäße abtransportiert.

Neben dem Schlaf scheint auch die Zusammensetzung der Atemluft Einfluss auf den zerebralen Flüssigkeitshaushalt zu haben. Eine höhere CO₂-Kontenration inhibiert offenbar die Aquaporine und sorgt sekundär für eine gesteigerte Gehirndurchblutung.

Vom Leistungssport, wie der Tour de France, kennt man das Höhentraining; Weniger Sauerstoff, mehr Kohlenstoffdioxid und positive Anpassungen an diese atmosphärischen Begebenheiten. Am Beispiel des Höhentrainings soll in Folge klar werden, was im Körper in solch einem Fall passiert.

Was beim Höhentraining im Körper geschieht

Ab circa 2000 Höhenmetern ist der Sauerstoffpartialdruck stark reduziert. Atmet man diese Luft ein, reichert sich sekundär mehr CO₂ im Körper an.

Diesen Umstand nutzen viele (Profi-)Sportler in ihrer Vorbereitung.

Der Athletenkörper zeigt in dieser Umgebung positive Adaptionen und wird in der Regel leistungsfähiger. Alles in allem zielen diese Anpassungen darauf ab, die Sauerstoffversorgung der Gewebe effizienter zu gestalten (=Oxygenierung).

Allem voran kommt es zu einer vermehrten Bildung neuer Blutgefäße, roter Blutzellen und Myoglobin (Levine, 2005). Zusätzlich wird der Gefäßdruck günstiger reguliert um den Blutfluss zu optimieren.

Information
Bei Letzterem spielt übrigens wieder das allseits bekannte Enzym eNOS und die Produktion von Stickstoffmonoxid eine Rolle (Henry, 2003).

Fehlen die für das eNOS System nötigen Komponenten wie Folat, Vitamin B12, Arginin/Citrullin oder Schilddrüsenhormone kann man bezüglich des Blutflusses wohl auch durch Höhenluft nicht viel erwarten.

Interessanterweise scheint es in der Höhe zu einer leichten Verschiebung der Muskelfaserzusammensetzung kommen zu können (Friedmann et al., 2003; Vogt et al., 2001; Vogt & Hoppeler, 2010). Desweiteren finden Anpassung des Zellstoffwechsels statt und die enzymatische Ausstattung verändert sich (Firth et al., 1994). Die Glucose-Aufnahme wird hochgefahren, sowie dessen anaerobe Verstoffwechselung (Glykolyse). Des Weiteren kommt es zu einer Vermehrung der Mitochondrien und einer Optimierung der Zellrespiration. Obwohl es vermutlich in fast allen Zelltypen gewisse Veränderungen geben wird, sticht das besonders im Muskel ins Auge.

Information
Ein zentrales Molekül für viele dieser Effekte ist der hypoxia-inducible factor, kurz HIF1α. Bei unzureichendem Sauerstoffpartialdruck wird dieser konstitutiv-produzierte Transkripitionsfaktor stabilisiert und kann somit direkt auf die Expression von circa 90 Genen wirken (Weidemann & Johnson, 2008).

Unter anderem regulieren HIF’s die Produktion von Erythropoitin (kurz: EPO), einem Erythropoesefaktors aus der Niere und durch den Radsport bekanntes Dopingmittel.
Als Neurobiologe kann ich anmerken, dass HIF’s zusätzlich im Gehirn wirken. Dort regulieren sie direkt den Hunger und Energieverbrauch über das Melanocortin-System (Zhang et al., 2011).

Abb.1: Wirkungen von HIF1α nachdem es unter Sauerstoffmangel stabilisiert wird und in den Zellkern transloziert.

Im voraus gegangenen Artikel bin ich am Beispiel der Höhenkrankheit bereits auf die Wirkung von Höhenluft auf das Gehirn eingegangen – in diesem Fall negative Auswirkung durch zu plötzliche Veränderungen. Das Eisen-leere, sogenannte Apo-Lactoferrin, scheint übrigens oral verabreicht ein HIF1α Mimetikum zu sein (Zhakarova et al., 2012).

Akklimatisiert man sich, so kann man meiner Meinung nach durchaus ein sehr “klares” Denken in moderater Höhe erfahren. Das ist zumindest meine eigene Erfahrung.

Anmerkung
Natürlich kommen bei solchen Fragestellungen noch weitaus mehr Aspekte neben der atmosphärischen Zusammensetzung in Frage. Meist verändert sich der Lebensstil, die Lebensmittelauswahl, man wird womöglich mit anderen Mikroorganismen konfrontiert et cetera.

Generell ist man als Hobby-Sportler meist nicht in der Lage ein Trainingscamp in den Pyrenäen zu finanzieren.  Der dauerhafte Umzug in alpine Regionen kommt ebenfalls nicht unbedingt für jeden in Frage ;-)

Gibt es Alternativen?

Inzwischen wurden die vielen Vorteile von Training unter hypoxischen Bedingungen erkannt. In teuren Studios oder Elite-Einrichtungen wird mittlerweile experimentiert, um auch auf Meeresniveau diese Umstände zu simulieren.

Zum Beispiel gibt es Hypoxie-Kammern oder gewisse Masken, welche eine Sauerstoffschuld unter Normobarie generieren. Höhentraining und diese Simulationen haben wohl alle ihre eigenen Vorzüge und Schwächen (Wilber et al., 2007).

Was gibt mir Hypoxie-Training?

Es ist bekannt, dass Training unter hypoxischen Bedingungen ausgeprägtere Veränderung in der Körperzusammensetzung zugunsten der Magermasse hervorrufen kann (Boyer & Blume, 1984; Greie et al., 2006; Netzer et al., 2008; Chia et al., 2013).

Zudem gibt es weitere nette Veränderungen wie

• erhöhten Energieverbrauch und reduzierten Appetit (Wasse et al., 2012)
• mehr Leptin (Bassi et al., 2015) und Schilddrüsenhormone (Sawhney et al., 1991),
• verbesserte Blutzuckerkontrolle und Insulinsensitivität (Haufe et al., 2008),
• gesenkte Blutfette (Minvaleev et al. 2011)
• gesenkter Blutdruck (Bailey et al., 2001; Siqués et al., 2012; Wee & Climstein, 2013) und
• gesteigerte VO2 und somit sportliche Leistungsfähigkeit (Bonetti & Hopkins, 2009; Czuba et al., 2013)

Blood-Flow restricted Training

Durch Abschnüren der Blutzufuhr mit Bändern wird hier versucht eine lokale Sauerstoffschuld hervorzurufen. Selbstverständlich birgt so ein Vorgehen auch gewisse Gefahren und es limitiert die akute Trainingsleistung.

Allerdings wurden langfristig positive Veränderungen beobachtet und lassen ein solches Vorgehen nicht nur für ältere Menschen oder verletzte Athleten interessant werden, welche zu reduziertem Widerstand gezwungen sind. Auch für ambitionierte (Elite-)Athleten kann es als eine Form der Periodisierung dienen (Scott et al., 2015). 

Buteyko-Atmung – Man nehme eine Papiertüte

In der ehemaligen Sowjetunion war es üblich, Herz-Kreislauf-Probleme und Asthma durch das kontrollierte Atmen in Papiertüten zu behandeln.

Der Blutdruck soll durch die CO₂ Sättigung des Körpers sehr zügig korrigiert werden können; darüber hinaus soll Asthma dadurch beherrschbar werden (Bruton & Lewith, 2005; Prem et al., 2012). Auch bezüglich Epilepsie, Schlaganfällen oder Angstzuständen kann so ein Vorgehen vermutlich gute Dienste leisten. All diese Zustände sind durch Übererregung (Exzitotoxiziät) charakterisiert, welche durch Atemübungen abgemildert werden könnten.

Es muss jeder für sich selbst entscheiden, wie affig er es findet zwei-dreimal pro Tag in eine Papiertüte zu atmen. Man sollte sich aber immer bewusst sein, wie grundlegend die Atemregulation ist und wie weitreichend die Anpassungen sind.

Höhenluft und die Stoffwechselgesundheit

Übergewicht und Adipositas treten unter Höhenluft deutlich seltener auf. Gleichzeitig sind in der Höhe lebende Adipöse gesünder und erkranken seltener an den typischen Begleiterkrankungen wie Diabetes mellitus, Arteriosklerose und so weiter (Voss et al., 2013; Voss et al., 2014).

Selbst gesunde, junge Männer aus Zürich profitierten metabolisch gesehen von zwei Tagen Höhenurlaub in Davos (Stöwhas et al., 2013).

In diese Richtung wird inzwischen durchaus Forschung betrieben um eventuelle präventive oder therapeutische Strategien davon ableiten zu können (Kayser & Verges, 2013; Almendros et al., 2014)

Information
Die meisten Lesern haben wohl schon einmal  etwas vom “Langzeitblutzucker” (HbA1c-Wert) gelesen. Dieser lässt abschätzen, wie stark Proteine in letzter Zeit “verzuckert” wurden.
Ein solches Anheften von Dicarbonylverbindungen an Proteine führt zu advanced glycated endproducts, stört die Proteinfunktion und stellt ein ein Indikator für langfristig zu hohen Blutzucker dar.

Diese aggressven Verbindung wie (Methyl-)Glyoxal sind allerdings nicht ausschließlich auf Glucose oder Fructose zurückzuführen sondern können auch aus (ungesättigten) Fettsäuren entstehen (Requena et al., 1996). Sie werden nicht-enzymatisch an Lysinreste der Proteine angeheftet.

Erst mal tief durchatmen – leistungsfähiger durch kontrollierte Atmung

CO₂ kann ebenfalls mit Lysin eine reversible Carbamat-Gruppe bilden (Terrier & Douglas, 2010). Es liese sich nun spekulieren, ob unter Höhenluft dieser Mechanismus als eine Art “Schutzkappe” für Proteine dienen könnte.

Eine ruhige, kontrollierte Atmung im Alltag ist grundsätzlich anzustreben. Gleichzeitig stellt es ein Mittel dar um sich gezielt zu beruhigen.

Die Atmung bestimmt unmittelbar die Aktivität von Sympathikus (Leistungsbereitschaft) und Parasympathikus (Regeneration) – den beiden Ästen des vegetativen Nervensystems (Yasuma, 2004). Der Vorschlag „ Mal tief durchzuatmen“ um stressige Situationen zu bewältigen kommt nicht von ungefähr.

Eine große Flexibilität zwischen beiden Systemen ist wichtig und unterscheidet Elite-Athleten und Elite–Soldaten von 0815 Personen (Taylor et al., 2007).

Eine rapide und sehr starke Sympathikus-Aktivierung erlaubt maximale Leistung, während ansonsten der Parasympathikus überwiegen sollte um die Regeneration zu ermöglichen (Haugen et al., 2000; Chen et al., 2011).

Bei Dauerstress, einer Dysbiose der Darmflora (Endotoxine) und ganz allgemein Enzündungen wird nachgewiesenermaßen hyperventiliert und somit der Sympathikus unterschwellig daueraktiviert (Teng et al., 1998; Sajadieh et al., 2004).

Betroffene Personen können dann bei sportlichen Events weniger ausgeprägt den Sympathikus zu 100% aktivieren (a.k.a. beast-mode). Folglich sind sie nicht in der Lage eine Topleistung abrufen. Das unterscheidet Mitläufer von Siegern.

An einer ruhigen Atmung und einem gesunder Darm kann jeder selbst arbeiten.

Information
Schwimmen und Tauchen ist wohl ebenfalls eine gute Methode seine Atmung zu optimieren.

Man kann den Status des vegetativen Nervensystems über die sogenannte Respiratorische Sinusarrythmie messen; auf englischen Fitnessboards ist dieses Phänomen besser als “heart-rate variability-training” bekannt. Es ist im Prinzip ein Indikator wie sehr deine Regeneration fortgeschritten ist (Hottenrott et al., 2006).

Trainingsplanung anhand der Variabilität in der Herzfrequenz

Ist die Variabilität der Herzfrequenz niedrig, heißt das, du bist gestresst beziehungsweise es liegt noch eine Entzündung vor (=hoher Sympathikotonus). Trainiere eher morgen oder übermorgen. Also erst dann, wenn die Variabilität wieder ansteigt, der Parasympathikus wieder übernimmt und dein Nervensystem regeneriert ist (Pichot et al., 2000).

Es gibt hierfür inzwischen sogar Smartphone-Apps. Mit etwas Körpergefühl sollte das meiner Meinung nach allerdings nicht unbedingt nötig sein.

Information
Übrigens zeigen auch Adipöse gewisse Veränderungen im autonomen Nervensystems. Die Muskulatur wird im basalen Zustand verstärkt vom Sympathikus aktiviert (Entzündungen?), allerdings wird nach einer Mahlzeit die sympathische Aktivität nicht so ausgeprägt gesteigert wie im gesunden Menschen. Letzterer kommt somit in der Regel in den Genuss der thermische Wirkung des Essens. Stoffwechselaktive Gewebe nehmen normalerweise die Energieträger auf und steigern die Respiration (=Wärme).
Ich selbst heize spürbar auf nach entsprechenden Lebensmitteln; diese beinhalten insbesondere mittelkettige Fettsäuren aus MCT-oder Kokosöl (Link), Mono-/Disaccharide aus zum Beispiel Honig oder Obst, sowie natürlich das generell sehr thermogene Protein (Milchprodukte); Auch ein ausgewogenes Mineralienverhältnis ist in meinen Augen wichtig (Calcium, Magnesium in diesem Kontext zu nennen).

Hast du bereits Erfahrungen mit den hier vorgestellten Methoden gemacht und achtest du im Alltag auf deine Atmung?

References

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