Mitochondrien sind die „Kraftwerke unserer Zellen“ und produzieren uns — hoffentlich — genug Energie. Dass das sehr unterschiedlich sein kann und so gar nicht festgelegt, dürfte uns interessieren. Denn die Mitochondrien-Gesundheit lässt sich steuern, z. B. durch ein Protein namens PGC-1alpha, der sogenannte „Masterregulator der Mitochondrien-Biogenese“.

Was so kompliziert klingt, ist im Grunde einfach zu verstehen: Mitochondrien können sich vermehren, sich also einem erhöhten Energiebedarf bzw. Energie-Turnover anpassen. Ein Sportler kann daher gut und gerne doppelt so viele Mitochondrien im Muskel aufweisen.

Auch unser „braunes Fettgewebe“ im Nackenbereich enthält viele Mitochondrien, denn dieses Fettgewebe speichert nicht nur Fett, sondern verbrennt es sogar. Das ist heute ziemlich „in“, denn „braunes, metabolisch aktives Fettgewebe“ ist ein Teilziel, ein Grund, warum sich heute viel in eiskalte Duschen stellen.

Im Handbuch sagten wir: Dieses Fettgewebe sieht unterm Mikroskop aus wie Rost. Die innere Mitochondrien-Membran ist voll mit Proteinen, die unsere Energieproduktion gewährleisten sollen. Diese Proteine enthalten wiederum sogenannte Eisen-Schwefel-Cluster, aber auch Häme, die Eisen als Zentralatom enthalten.

Der Grund hierfür ist, dass sich Eisen zum Elektronen-Transport, aber auch zur Sauerstoffbindung eignet. Letzteres kennen wir vom eisenhaltigen Hämoglobin, das ebenfalls Häm mit Eisen als Zentralatom beinhaltet.

Die mit unseren Zellen verwandten Hefen zeigen einen besonderen Mechanismus: Die können Glukose ohne Mitochondrien zu Energie abbauen. Wenn sie aber ein anderes Substrat nutzen müssen, z. B. Ethanol oder Glycerin, dann brauchen sie Mitochondrien. Die Zellen bauen sich um, reorganisieren sich, und züchten sich Mitochondrien.

Jetzt kommt der Punkt: Dieser sogenannte „diauxischer Wechsel“ geht einher mit einer dramatischen Zunahme an Eisen-Transportern, die Eisen in die Zellen aufnehmen sollen. Blockiert man diesen Prozess, dann passen sich die Zellen nicht an, weil sie keine Mitochondrien bilden können.

Das hatten wir hier mal besprochen.

Doch gilt das auch für unsere Zellen? Eine Arbeit aus dem Jahr 2013 ist der Frage nachgegangen, welche Rolle Eisen bei der oben genannten Mito-Biogenese spielt. Die Autoren kamen zum Schluss:

These results suggest that iron might be essential for the mitochondrial biogenesis program. Increased cellular iron availability during mitochondrial biogenesis might simply be necessary to accommodate the mitochondrial proteins […]

Hier steht also: Die Resultate legen nahe, dass Eisen essentiell (!!!) dafür ist, dass das Mito-Biogenese-Programm überhaupt ablaufen kann. Eine erhöhte Eisen-Konzentration in Zellen während dieser Phase könnte notwendig dafür sein, dass eisenhaltige Proteine gebaut werden können.

Eisen-Mangel, so die Autoren, dürfte somit ein Hauptgrund für mitochondriale Dysfunktionen und Krankheiten sein.

Schlagen wir den Bogen.

Vorhin telefoniere ich mich meinem Freund Chris Eikelmeier — der eine oder andere von euch wird ihn kennen. Die Geschichten, die er so erzählt, sind spannend. Neulich war ein Patient bei ihm mit schrecklichen Eisen-, also Ferritin-Werten. Er wollte aus diversen Gründen auf den Fleischverzehr verzichten.

Einige Tage zuvor sehe ich, wie eine Veganerin im Facebook kommentiert. Ihr gehe es prima und ihrem jungen Sohn (sechs Jahre alt oder so) gehe es auch super — sie ernähre ihn vegan.

Wenn diese Frau wüsste, was sie ihrem Sohnemann aus biochemischer Sicht damit antut, würde sie es vermutlich lassen. Aber diese Menschen sind ganz häufig extrem indoktriniert und somit hoffnungslos verloren.

Denn bei allem Verständnis für solche radikalen Lebensformen, sollte man eine essentielle (!!!) Wahrheit nicht vergessen: Dem Körper ist es völlig egal, wie man sich ernährt. Die Blutwerte aber lügen nicht. Die davon abhängige Biochemie lügt auch nicht. Da können sich diese Vertreter drehen und wenden wie sie wollen.

Unsere Zellen brauchen sicher keine Eisen-Überladung und sicher auch nicht kiloweise Rindsleber. Der Körper ist genügsam. Nur wir Menschen verhalten uns immer so seltsam, so extrem und machen es diesem Wundersystem, das wirklich fast alles kompensieren kann, unglaublich schwer.

Mitochondriale Dysfunktionen. Veganismus und andere eigenartige Ernährungs- und Lebensformen lassen grüßen.

Referenz

Rensvold, Jarred W.; Ong, Shao-En; Jeevananthan, Athavi u. a. (2012): „Complementary RNA and protein profiling identifies iron as a key regulator of mitochondrial biogenesis“. In: Mitochondrion. 12 (5), S. 573, DOI: 10.1016/j.mito.2012.07.059.

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Nun … Das ist 15 Jahre her, wir sprechen vom Jahr 2002. Schon damals lies Ames verlauten, dass Krankheit wohl was mit Mitochondrien zu tun habe. Die, so Ames, seien der „weak link in aging“.

Das habe ich versucht zu vermitteln, damals, im Handbuch. Denn natürlich war Ames nicht der erste oder gar der einzige, der über diese Zusammenhänge schrieb. Der weltbekannte, getriebene David Sinclair war auch so einer. Der hatte Ähnliches berichtet — nur der gab seinen Mäuschen Resveratrol, der „Wunderstoff“ aus dem Rotwein.

Heute ist das nicht mehr so hip, seine neueste „Erfindung“ ist Nicotinamidribosid. Schon 2012 hat mir einer meiner Freunde ganz stolz einen Welt-Artikel präsentiert: Milch (und, viel wichtiger, Bier) mache schlank, da dieses Nicotinamid-Ribosid enthalten sei. Aber auch das hatte was mit den Mitochondrien zu tun. Natürlich.

Mitochondrien: Die wichtigen Eckpfeiler

Wer sich mit zellulärer Leistungsfähigkeit, Gesundheit und Langlebigkeit befasst, der wird immer und immer wieder über dieses Thema stolpern. Egal, wo Wissenschaftler ansetzen.

Daher befassen wir uns hier seit fast drei Jahren mit diesen Themen, vor allem mit Mitochondrien. In nahezu allen unseren (E-)Büchern geht es um die zwei wichtigen Eckpfeiler:

1. Es müssen genug vorhanden sein. Sie müssen gesund sein.
2. Sie wollen versorgt werden.

Leider keine Selbstverständlichkeit, wie viele immer meinen.

Gibt es einen Mito-Cocktail?

Mitochondrien kann man — zumindest bei Versuchstieren — quasi auf Knopfdruck vermehren. Sprechen wir kurz über ein Beispiel: Es gibt eine interessante Arbeit aus dem Jahr 2011. Dort haben Wissenschaftler ihre Ratten wirklich gequält. Die mussten exzessiv trainieren, waren also kleine Ausdauer-Athleten. Diese Ausdauer-Athleten kann man natürlich mit der unbewegten Kontroll-Gruppe vergleichen. Eine weitere Möglichkeit ist, sie mit Sport zu quälen, aber gleichzeitig einen Mikronährstoff-Cocktail zu verabreichen. Dieser Cocktail enthielt, ziemlich hochdosiert:

Liponsäure, Carnitin, Biotin, Nicotinamid (B3), Riboflavin (B2), Pyridoxin (B6), Kreatin, Q10, Resveratrol und Taurin.

Die Wissenschaftler ließen die Ratten dann auf dem Laufband gegeneinander antreten, bis zum bitteren Ende (= totale Erschöpfung).

Klar zu sehen ist, dass die Cocktail-gefütterte Rattenbande (EN) deutlich länger bzw. weiter laufen konnte. Das Bemerkenswerte daran ist eigentlich, dass die Cocktail-Tierchen quasi ohne Training, also direkt ab Tag 0, weiter laufen konnten. Statt knapp 600 m, konnten die Überflieger direkt 800 m zurücklegen.

Doch wie kann das sein?

Denken wir dazu bitte an unsere beiden Eckpfeiler. Es kann sein, dass Mitochondrien dank der vielen B-Vitamine und Co. einfach besser versorgt waren. Alternativ sorgte dieser Cocktail dafür, dass etwas mit der Mito-Anzahl bzw. der Mito-Funktion passierte.

Tatsächlich — das zeigt uns dieses Bild — hatten die Cocktail-gefütterten Ratten (EN) einfach deutlich mehr und deutlich größere Mitochondrien. Sehr schön zu sehen ist, dass die anderen Ausdauer-Mäuse (EC) auch mehr Mitochondrien in ihren Zellen hatten. Gleichzeitig aber waren die wiederum kleiner. Der extreme Sport (eher: Quälerei) sorgte wohl für Schäden, die sich durch den Cocktail kompensieren ließen. In einfacher Sprache: Der Cocktail sorgte dafür, dass die Tiere mehr Mitochondrien aufwiesen, die gleichzeitig auch gesünder waren.

Die bessere Mito-Funktion der Mikronährstoff-gefütterten Ratten wurde dadurch bestätigt, dass diese einen viel höheren Protein-Gehalt aufwiesen. Die innere Mitochondrien-Membran ist voll mit Proteinen, die sich zu bestimmten Komplexen zusammenlagern (I bis V) und die ATP-, also Energie-Synthese überhaupt erst ermöglichen.

PGC-1alpha steuert Mito-Menge und -Gesundheit

In derselben Arbeit wurde gleichzeitig bestätigt, was wir — die fleißigen edubily-Leser — alle sowieso vermuteten: Der Mikronährstoff-Cocktail sorgte dafür, dass mehr PGC-1alpha gebildet wurde. Dieses Protein, wir erinnern uns kurz, wird als „Masterregulator der Mitochondrien-Biogenese“ bezeichnet. Steigt PGC-1alpha an, steigt die Anzahl der Mitochondrien.

Also: In vielen, vielen Arbeiten lässt sich zeigen, dass durch Umwelteinflüsse (hier: Mikronährstoffe) Eckpfeiler Nummer 1 („Es müssen genug vorhanden sein. Sie müssen gesund sein.“) stark reguliert werden kann, vor allem via PGC-1alpha. Das müssen keine Mikronährstoffe sein, das können Kalorienrestriktion, Kälte, Sport oder Schilddrüsenhormone sein. Aus solchen Mikronährstoff-Studien wird oft nicht klar, ob das daran lag, dass diese Stoffe in diesen Dosen bestimmte Signalwege aktivieren und somit Eckpfeiler 1 regulieren. Oder, ob die Mikronährstoffe einfach zu einer verbesserten Versorgung unserer Mitochondrien beitrugen. Beides zusammen ist natürlich auch möglich.

Relevant auch für uns? Spannend allemal!

Fraglich bleibt, wie immer, wie groß die Relevanz für uns Menschen ist. Das beginnt schon mit der Problematik, dass man sich nicht einfach irgendwelche Hochdosen irgendwelcher Mikronährstoff reinziehen kann, ohne direkt andere Probleme zu generieren. Es ist oft sehr, sehr diffizil.

Nichtsdestotrotz: Wie spannend ist das eigentlich? Ist das nicht faszinierend? Welche Möglichkeiten es potenziell gibt? Mit ein paar Mikronährstoffen mehr Power, mehr Energie zu bekommen? Für andere Säugetiere längst möglich, für uns oft noch ein Wunschtraum — oder wer tanzt bei uns im Alter noch den Macarena, „voller Energie“?

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Hier geht’s lang.

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Mitochondrien = Leben

Seit Michalk et. al. (2014) wissen wir, dass die mitochondriale Gesundheit direkt verantwortlich ist für deine tägliche Leistungsfähigkeit und für deine Lebensspanne, also wie alt du wirst.

Tägliche Leistungsfähigkeit … wie definiert man denn so etwas?

Energie. 

Das ist das, was kleine Kinder ausmacht. Ich wollte ja eigentlich Gymnasiallehrer werden und so kam ich regelmäßig in den Genuss kindlicher Energie.

Aus welchen Gründen auch immer, lässt das dann ab dem 10. Lebensjahr dramatisch nach, das kennen wir alle. Dann wollen wir lieber mal „chillen“.

Ein zweites Leben habe ich kennen gelernt als ich mein aktives T3, also das aktive Schilddrüsenhormon, verdoppelt habe. Okay, was rede ich da? Eigentlich habe ich dann das erste Mal „Leben“ kennen gelernt. (Aber das erzähle ich nicht zum ersten Mal hier, du weißt sicherlich längst Bescheid.)

Das kann bei dir ein völlig anderer Schalter sein, bei mir war es das T3. Daher schreibe ich im Buch sehr ausführlich über die biochemischen Mechanismen der T3-Wirkung.

T3 heißt bei mir: Mitochondrien, Fettverbrennung, Libido, Wachstum (z. B. Muskelwachstum, Haarwachstum, Fingernagelwachstum), Energie im Kopf (Neurotransmitterbildung hängt natürlich auch von Mitochondrien ab).

Energie.

Energie ist, wenn du nachts wach wirst, meinetwegen aufgrund deines schreienden Kindes, und du voll da bist. Jetzt sofort. Eben noch tief geschlafen, jetzt voll da.

Morgens stehe ich auf und innerhalb von 5 Minuten arbeite ich am Laptop. Da muss man nicht 3 Stunden warmlaufen und den Tag verpassen.

Wann baut mein Körper eigentlich Mitochondrien?

Also … mir ist es ja nach wie vor ein Rätsel, wieso sich der Mensch nicht direkt mit dieser Thematik befasst. So schwer ist das nicht, denn auf Amazon kann man mein Buch kaufen und die ersten 120 Seiten (oder so) befassen sich genau damit.

Die restlichen 120 Seiten zeigen dir dann praktische Tipps, wie man das am besten umsetzt.

Dein Körper baut immer dann Mitochondrien, wenn er Fettsäuren oxidieren soll. Und das passiert bei uns Menschen nur in zwei Situationen:

• „High-Fat“-Ernährung
• (temporäre) Kalorienrestriktion (z. B. während einer Diät)

Das physiologische, besser: biochemische Gesetz ist das folgende:

Deine Zelle muss Glykogen-arm/-verbrauchend sein. 

Ungeachtet der zugeführten Energie wird dann ein Zellschalter aktiv, ein Masterregulator der mitochondrialen Gesundheit: PGC1-alpha.

Nichts ist simpler als das.

Die stärkste Veränderung in der Muskelzelle – in Richtung mitochondriale Neubildung – erreichen wir, in dem wir die Zelle massiv stressen.

Stress? Training im Kohlenhydrat-armen Zustand. 

Das ist jetzt bald keine rocket science mehr, sondern fast schon Allgemeinwissen.

Trainierst du allerdings mit Glykogen in den Beinen, dann wird der Reiz schlicht nicht groß genug sein, um neue Mitochondrien zu bilden. Zumindest so lange nicht, bis deine Muskelzellen Glykogen-arm sind (oder andere metabolische Stressoren gegeben sind, die wir der Einfachheit halber auslassen).

Eine Adaptation wird zu erwarten sein:

• wenn deine Beine einige Tage lang Glykogen-leer/-arm sind (siehe Aufzählung oben)
• wenn du deine Beine Glykogen-leer/arm trainierst

Es liegt in deiner Hand.

Was dich allerdings nicht weiter bringt: Nach dem Training auf Kohlenhydrate zu verzichten.

1. Hast du die eigentliche Phase verpasst, in der du Kohlenhydrat-arm hättest Reize setzen sollen.

2. Ist das Kurzzeitfasten nach dem Training schlicht zu kurz (bzw. zu wenig intensiv), um in den Beinen entsprechende Anpassungen zu generieren.

Ich lege meine Hand dafür ins Feuer, dass jemand gerade denkt: „Und wie sieht das jetzt in der Praxis aus?“

Sehr einfach: Über Nacht sollten die Kohlenhydratspeicher in den Beinen geleert sein – wie wär’s mit einem Nüchterntraining? (Anmerkung: Dieser Punkt sorgte bei Einigen für Verwirrung. Natürlich kommt das auch auf die Substrat-Präferenz des Muskels an und entsprechend auch auf den Faser-Typ etc. Wer auf Nummer sicher gehen will, der ernährt und trainiert ggf. einen Tag vorher schon komplett ohne Kohlenhydrate.)

Du kannst auch einen Tag lang von deinem Körperfett leben mit Hilfe einer temporären Kalorienrestriktion. Du darfst auch gerne mal ein paar Tage ketogen leben. Alles denkbar.

Nur eine Voraussetzung: Während des Trainings müssen die Beine Zucker-leer sein. (Anmerkung: Bitte bedenke, dass ich hier gerade über den Muskel spreche, nicht über dein Gehirn, als Beispiel.)

Viele Wege führen nach Rom

Gut – sind wir ehrlich: Man muss sich natürlich nicht abmühen. Es gibt mittlerweile unzählig viele Stoffe, die solche Effekte „mimen“.

Das ist reales Biohacking.

Ich möchte heute kein Marathonläufer oder Ultra-Athlet mehr sein. Mir reicht es zu wissen, wie ich kräftige Fasern ab und zu so konfrontieren muss, dass sie mir ausreichende mitochondriale Gesundheit garantieren.

Daher: Ich interessiere mich nicht mehr so stark für den Muskel, sondern gerade für andere Organe wie das Gehirn (dort entsteht mein Glück), meine Leber etc.

Als Beispiel: Du kannst deine Leber total verfetten, sie total mit Kohlenhydraten und schlechtem Fett (= Palmitinsäure) zumüllen.

Was passiert? Die Genexpression ändert sich, deine Gene werden faul und oxidieren diese Energie nicht mehr.

Dann kommt der Trick: Man führt sogenannte „Methyl-Donatoren“ (z. B. Trimethylglycin, Folsäure, Cholin etc.) zu, die richtigen Gene werden wieder aktiv, noch aktiver als vorher, die Fettverbrennung springt wieder an, die Mitochondrien werden wieder gesünder und die Leber ist resistent gegen Verfettung.

Das ist übrigens kein Wunschtraum, der an Mäusen getestet wurde. Ich durfte das schon bei drei Fettlebern aus meiner Bekanntschaft „herbeizaubern“.

Das, mein lieber Leser, ist die Zukunft. Gene an- und abschalten. Richten was schief hängt.

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Nie war die mysteriöse „Energie“ leichter zu machen als heute. 

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