Alles das sind Fragen, die ich dir heute, mit Hilfe dieses Artikels, gerne erklären möchte.

Das Muskelfaser-1×1

Jeder von uns hat schon den Begriff „Muskelfaser“ gehört. Im Prinzip sind Muskelfasern mehrkernige Zellen. Wir könnten vereinfacht zusammenfassen: Vorläufer-Muskelzellen, die sogenannten Myoblasten (auch Satellitenzellen genannt), verschmelzen miteinander zu einer Muskelzelle – dies passiert in aller Regel schon in der Embryonalphase, wenngleich die Fähigkeit zur Neubildung von Muskelzellen (= Muskelfasern) durchaus zeitlebens erhalten bleibt (übrigens ist das ein sehr umstrittenes Thema in der Physiologie: Gibt es „Hyperplasie“ (= Muskelwachstum durch Neubildung von Muskelzellen) oder wächst der Muskel nur durch Hypertropie?). Charakteristisch hierfür ist die länge der Zelle und auch die Tatsache, dass die Zelle mehrkernig ist im Vergleich zu einkernigen Zellen, die man normalerweise findet.

Muskelfasern werden organisiert, so dass mehrere Muskelfasern zusammenlagern, umgeben von einer Membran. Dies nennt man Muskelfaserbündel. Der Muskel als Ganzes besteht aus mehreren Muskelfaserbündeln.

Generell kann man mehrere Arten von Muskelfasern vorfinden, gegliedert in „Typ 1“ und „Typ 2“.

• Typ-1-Fasern zeichnen sich durch extremes Mitochondrienreichtum aus, sind sehr kapillarisiert (= viele Blutgefäße), haben sehr viel Sauerstoffspeicher vor Ort, genannt Myoglobin und – ganz wichtig – nutzen Fettsäure als Hauptenergiequelle (= oxidativer Stoffwechsel). Daher lagern diese Muskelzellen auch mehr Triglyceride (= 3 zusammengebaute Fettsäuren) als Speicherform ein. Wichtig: Die kontraktile Eigenschaft ist so ausgelegt, dass die Muskelfaser zwar wenig Kraft generieren kann, das aber über einen sehr langen Zeitraum. 

Typ-2-Fasern können weiter untergliedert werden:

• Typ-2A-Fasern verfügen ebenfalls über eine hohe mitochondriale Dichte, sind ebenfalls recht stark kapillarisiert, weisen auch einen hohen Myoglobin-Gehalt auf, nutzen aber sehr häufig Kohlenhydrate als Energiequelle, was einhergeht mit mehr Glykogen als Speicherform (wenngleich wir auch hier eingelagerte Triglyceride finden). Diese Muskelfaser kann mehr Kraft entwickeln und das auch über einen recht beachtlichen Zeitraum. Dieser Muskelfaser-Typ ist also kräftig und ausdauernd. 
• Typ-2X-Fasern weisen im Vergleich zu den vorherigen Faser-Typen einen sehr wenig ausgeprägten oxidativen Stoffwechsel auf, heißt: Hier finden wir sehr wenig Mitochondrien, die Muskelfaser ist weniger kapillarisiert, wir finden weniger Myoglobin, was letztendlich dafür sorgt, dass die Faser unter dem Mikroskop weiß aussieht, nicht rot. Der Vorteil dieser Faser ist, dass sie sehr kräftig ist. Aber die Faser ermüdet auch dementsprechend schnell, denn diese Faser gewinnt ihre Energie „anaerob“. Das bedeutet, dass die Energie mit Hilfe von Glukose gewonnen wird, aber nicht über den oxidativen Stoffwechsel (= Mitochondrien), sondern unvollständig zu Laktat (Anion der Milchsäure).

Wir müssen unbedingt beachten, dass es diverse Zwischenstufen gibt und die Faserbestimmung in aller Regel nicht so eindeutig ist wie hier dargestellt.

Dies impliziert, dass Muskelfasern-Typen auch „konvertieren“ können und andere molekulare und kontraktile Eigenschaften übernehmen können. In der Tat ist genau diese Eigenschaft etwas, was das hoch plastische Organ ausmacht: Der Muskelfasertypus kann „switchen“.

Markant ist, dass jede Art von Training normalerweise dafür sorgt, dass der prozentuale Anteil von Typ-2X-Fasern abnimmt, während der prozentuale Anteil von Typ-1/2A-Fasern zunimmt. Dies ist jedoch – und logischerweise – abhängig von der Trainingsart (Ausdauersport vs. Krafttraining etc.).

Generell können wir davon ausgehen, dass jede Muskelfaser auf einen Trainingsreiz reagiert, und zwar Trainingsart-spezifisch. Das heißt, dass Krafttraining dafür sorgen wird, dass auch Typ-1-Fasern hypertrophieren. Das heißt außerdem, dass Ausdauertraining dafür sorgen wird, dass auch Typ-2-Fasern an Eigenschaften gewinnen, die eine gesteigerte Ausdauerleistungsfähigkeit ermöglichen (Widrick, 2002).

Die gerade beschriebenen Prozesse sehen wir vor allem zu Beginn eines jeweiligen Trainings. Die Muskelfaser beginnt sich (als Beispiel) auf kontraktiler Ebene (z. B. MHC- und Troponin-Isoformen) und auf biochemischer Ebene (oxidativer vs. glykolytischer Stoffwechsel, d. h. mehr/weniger Mitochondrien, mehr/weniger Fettsäuren-Oxidation, mehr/weniger Kohlenhydrat-Oxidation etc.) zu verändern (Baumann, 1987 | Widrick, 2002).

Wie profund solche Veränderungen sein können, das können wir beobachten, wenn wir den Muskel oder eine Muskelfaser elektrisch stimulieren und somit quasi ein jeweiliges Training (schnelle vs. langsame Kontraktion) „mimen“: Bei chronischer Niedrigfrequenz-Stimulation ändern sich sowohl die kontraktilen Eigenschaften (MHC-Isoform), als auch die biochemischen Eigenschaften. Das bedeutet, dass sich eine Typ-1-Faser wandeln kann hin zu einer Typ-2-Faser und umgekehrt (Zhang, 2005) .

Dies hat weitreichende Folgen, denn das bedeutet, dass du auch die Eigenschaften deiner Muskelfasern selbst in der Hand hast.

Auch in vivo, das heißt im Menschen, können wir eine derartige Veränderung beobachten: Hochtrainierte Radfahrer verfügen fast ausschließlich über Typ-1-Fasern (80 %). Natürlich könnte man argumentieren, dass sie deshalb „hochtrainierte Radfahrer“ wurden, weil sie von Natur aus einen derart hohen Prozentsatz an Typ-1-Fasern mitbringen, allerdings weisen diverse Untersuchungen darauf hin, dass dies nicht der Fall ist bzw. beide Szenarien möglich wären und sind (Baumann, 1987).

Die Muskelfaser-Switch-Biochemie

Wenn wir ergründen wollen, woran ein Muskel erkennt, dass er sich wandeln, sich anpassen soll, dann müssen wir uns natürlich fragen was auf molekularer Ebene passiert.

Ausdauertraining auf zellulärer Ebene 

Die erste und grundlegende Beobachtung ist die folgende: Ausdauersport sorgt dafür, dass vermehrt AMPK aktiviert wird, wohingegen Krafttraining dafür sorgen wird, dass vermehrt mTOR aktiv wird. (Anmerkung: Diese zwei „Schalter“ bilden das zentrale Thema meines Buches und ich verweise an dieser Stelle auf die Inhalte des Buches.)

Im Prinzip sind AMPK und mTOR zelluläre Master-Regulatoren, die der Zelle ermöglichen adäquat auf Umweltereignisse zu reagieren.

Man erkannte schon früh, dass AMPK verantwortlich ist für Ausdauer-spezifische Anpassungen (Lantier, 2014). Doch, wie wir alle wissen, ist es nicht AMPK selbst, das für die Anpassungen sorgt, sondern das Protein, das von AMPK aktiviert wird: PGC1-alpha. In der Tat wurde gezeigt, dass PGC1-alpha direkt die Anpassung von Ausdauer-spezifischen Eigenschaften mediiert.

Das macht auch Sinn: Wenn wir uns kurz daran erinnern, dass PGC1-alpha der Hauptregulator der mitochondrialen Dichte ist, dann leuchtet die große Rolle von PGC1-alpha direkt ein, denn ohne Mitochondrien … gibt es auch keine Ausdauer („oxidative Kapazität“).

Wir können dies testen anhand von mehreren Szenarien. Wir könnten Tierchen laufen lassen (= Sport machen) und beobachten was passiert … oder: Wir züchten Tierchen, die über mehr („over-expression“) oder weniger („knock out“) PGC1-alpha verfügen.

Kurz: Mehr PGC1-alpha sorgt dafür, dass die Faser einen Switch herbeiführt in Richtung Typ-1 (Lin, 2002). Weniger PGC1-alpha sorgt dafür, dass die Muskelfaser weniger (= keine) Ausdauer-spezifische Adaptationen vorweist, dafür aber aussieht wie eine Typ-2-Faser (Handschin, 2007).

Krafttraining auf zellulärer Ebene

Krafttraining sorgt dafür, dass vermehrt mTOR aktiv wird. MTOR reguliert die Protein-Synthese in den Zellen und somit natürlich auch die Protein-Synthese des Ortes, wo wir Protein am meisten brauchen: Im Muskel (Vgl. Michalk, 2014). 

Wie mehrfach beschrieben nennt man den diesen PI3K/Akt/mTOR-Signalweg auch „anabolen Signalweg“. Dies liegt ganz einfach daran, dass die Zelle über diesen Signalweg den zelleigenen Anabolismus steuert. Dieser Signalweg wird aktiviert durch mechanische Stimulation – daher können wir eine erhöhte Aktivität des mTOR-Signalwegs nach Kraftsporteinheiten feststellen (Joy, 2014). Als erste deutsche Quelle habe ich dir hingeschrieben warum dies der Fall ist: Die Zelle reguliert diese – durch Krafttraining induzierte – mTOR-Aktivität – mit Hilfe von Phosphatidsäure. 

Doch auch Insulin und Aminosäuren (= Protein) aktivieren diesen Signalweg.

Beeindruckend: Züchtet man Mäuse, die mehr Akt produzieren und somit auch mehr mTOR-Aktivität zeigen, dann verfügen diese Mäuse über dramatisch mehr Muskulatur, mehr Kraft und erstaunlicherweise auch deutlich weniger Körperfett.

Dieser Signalweg sorgt nämlich nicht nur dafür, dass ein bestimmter Muskelfaser-Typ (Typ-2-Faser) vermehrt wächst, sondern auch dafür, dass entsprechend der Zucker-Stoffwechsel im Muskel verbessert wird.

Diese Mäuse haben daher eine deutlich verbesserten Glukose-Toleranz, dadurch auch eine deutlich bessere Insulin-Sensitivität. Die verringerte Fettmasse kann man durch zwei Szenarien erklären: Zum wird im Fettgewebe von Nagetieren deutlich mehr Fettneubildung (aus Kohlenhydraten) betrieben. Eine bessere muskuläre Insulin-Sensitivität würde bedeuten, dass weniger Substrat zur Verfügung stehen würde, um daraus Fett zu synthetisieren.

Ein anderes Szenario, postuliert von den Autoren, besagt, dass der Fettstoffwechsel der Leber verbessert war.  Diese Veränderungen sorgten u. a. dafür, dass die Tiere geschützt waren vor metabolischer Dysfunktion im Alter. (Vgl. Akasaki, 2013)

Ob dies vergleichbar ist mit einer dramatischen Erhöhung der oxidativen Kapazität (quasi als das andere Ende des Spektrums), das kann man derzeit aufgrund der schlechten Datenlage nicht sagen.

Dass der Akt/mTOR-Signalweg involviert ist im Prozess der „slow-to-fast“-Transformation, weiß man auch deshalb, da ß-Adrenoagonisten (z. B. Adrenalin), aber auch Schilddrüsenhormone über diesen Signalweg für einen Faserswitch sorgen. (Vgl. Marini, 2010)

Ganz egal: Diese Studien zeigen, wo und wie muskuläre Eigenschaften entstehen.

Einschub: Real-Life-Implikationen 

Bisher habe ich mich sehr fokussiert auf den mitochondrialen Stoffwechsel, wenngleich mir Muskelmasse auch immer sehr wichtig war, weshalb ich versucht habe, einen geeigneten Mittelweg zu finden. Das zeigt sich auch anhand meiner Empfehlungen, sowohl den Fett- als auch den Kohlenhydratstoffwechsel phasenweise und intermittierend zu beanspruchen bzw. zu trainieren.

Im Sinne einer differenzierten Darstellung wollte ich bisher (z. B. im Buch) beide Signalwege erklären und Implikationen erläutern.

Nach wie vor bin ich der Meinung, dass gesunde Mitochondrien die Hauptrolle spielen werden, dann, wenn wir gesund alt werden möchten.

Nur auch hier müssen wir differenzierter werden: Könnten wir einen Muskel haben, der groß ist und wenige Mitochondrien aufweist, aber gleichzeitig über eine Leber, ein Gehirn verfügen, die voll sind mit gesunden Mitochondrien? Das bedeutet, dass wir uns fragen müssen, ob „Gesundheit“ Gewebe-spezifische Unterschiede aufweist.

Denn offensichtlich kann uns auch ein großer, wenig oxidativer Muskel vor metabolischer Dysfunktion schützen. Doch kann er uns auch beim Altern unterstützen? Stichwort Myokine, Irisin etc.

Das bleibt sicherlich abzuwarten, aber wir können heute, 2015, festhalten, dass beide Signalwege sehr wichtig sind bezüglich der Prävention von Krankheiten. Sowohl der mTOR-Signalweg, um große, kräftige und glukosetolerante Muskeln zu generieren, aber auch der AMPK/PGC1-alpha-Signalweg, um für eine entsprechende mitochondriale Gesundheit zu sorgen.

Das Schöne ist, dass wir kein Schwarz/weiß-Denken praktizieren müssen … Stattdessen könnten wir die Muskelfaserkomposition nach Belieben verändern und uns entlang eines Spektrums bewegen und zwar so, wie wir das wollen.

Biohacking: Inositol als „Akt-activating agent“

Wir von edubily kümmern uns um eine Frage: Wie kann ich mir Zustand XY selbst machen und das, wenn möglich, präzise und „schlau“.

Wir konnten sehen, dass Tiere, die mehr Akt im Muskel haben, mehr Muskeln bekommen, kräftiger werden und Zucker besser verarbeiten können … nicht durch mehr Training, sondern durch biochemische/genetische Spielerei.

Das habe ich damals anhand von Phosphatidsäure (PS) gezeigt. Damals lautete die Devise: Man kann trainieren oder man kann trainieren.

Erst vor kurzem habe ich beschrieben, dass und wie Inositol die Insulin-Sensitivität deutlich verbessert. Ich habe mich natürlich gefragt, wie das sein kann und was genau da passiert.

Auch wenn man generell wenig Arbeiten zu diesem Thema finden kann, so bestätigen sich meine Gedanken und Ideen anhand einer – leider nur – Mäuse-Studie.

Inositol verstärkt die Wirkung von Insulin und wirkt selbst Akt-aktivierend. Und zwar so, dass Inositol selbst Akt so stark stimuliert (unter basalen Bedingungen) wie Insulin. Zusammen mit Insulin wird Akt 66 % mehr aktiviert im Vergleich zur Insulin-basierten Stimulation von Akt (Kontrolle). (Vgl. Croze, 2013)

Bitte bedenken: Akt-Aktivierung sorgt für Glukose-Transport in die Zellen. Dies wäre eine sehr einleuchtende Erklärung für die deutliche Verbesserung der Insulin-Resistenz (- 75 % HOMA-Index) in vivo, im Menschen.

Das bedeutet: 5 – 10 g Inositol, ein völlig harmloser, in den Zellen vorkommender (mehrwertiger) Alkohol, früher „Muskelzucker“ (da ähnliche Summenformel wie Glukose etc.) genannt,  kann dafür sorgen, dass wir mehr Akt im Muskel haben können. Natürlich handelt es sich dabei nur um Gedanken, um Spielereien, aber wir hätten gerne Optionen und Möglichkeiten.

„Anabolic set point“-Hypothese

… ist ein Gedanke von mir und Phänomen, das ich an mir beobachten konnte.

Bleiben wir bei den oben angeführten Gedanken, so sollte eine chronische Aktivierung von AMPK dafür sorgen, dass eine Typ-1-Faser entsteht oder Fasern, die sich sehr ähnlich verhalten.

Erst neulich habe ich eine Studie via facebook gezeigt, bei der ein klassisches Power-Law-Verhältnis gezeigt wird zwischen VO2max (= oxidative Kapazität) und Muskelfaserdicke. Kurz: Ein dicker Bodybuilder-Muskel mit der Ausdauerleistungsfähigkeit eines Haile Gebrselassie wird schlicht nicht beobachtet – zumindest bei uns Menschen. Bei den Gnus sieht es, wie mehrfach beschrieben, etwas anders aus.

Natürlich wird man dies deshalb nur selten beobachten, weil Menschen etwas dafür tun müssten, so einen Muskel zu bekommen (und diverse biochemische Signalwege selbst modulieren), während Gnus – genetisch betrachtet – quasi dafür prädestiniert sind.

Wenn AMPK für einen Faserswitch in Richtung Typ-1-Faser sorgt und wir gleichzeitig daran denken, dass AMPK biochemisch gesprochen für Katabolismus (= Abbau) steht, dann wird klar …

… warum meine Muskeln im Laufe von 4 Jahren Dauerdiät quasi immer kleiner wurden, dafür aber immer leistungsfähiger (im Vgl. zu vorher).

Umgekehrt konnte ich mit diesen Muskeln den ganzen Tag durch die Gegend sprinten, im hoch anaeroben Bereich, musste aber irgendwann trotzdem keine Kohlenhydrat-Refeeds mehr machen. Genauer gesagt: der Muskel hatte kein Verlangen mehr danach.

Warum auch? Er musste deutlich weniger Masse halten (via PI3K/Akt/mTOR-Signalweg) und konnte gleichzeitig deutlich mehr Fettsäuren verbrennen.

Heute (mit 20 kg mehr Magermasse) sieht das etwas anders aus: Mittlerweile braucht mein Körper, die Muskeln, deutlich öfter „anabolen Input“, also Nahrung, Protein, Insulin etc.

Das ist ein sehr schönes Beispiel dafür, wie man das System moduliert und es sich danach selbst erhält, um einen gewissen Setpoint zu wahren und zeigt plastisch genau das, was wir im Verlauf besprochen haben.

Heißt: Ist das „Muskelschrumpfen“ während einer Diät tatsächlich ein Proteinabbau oder … auch eine metabolische Umstrukturierung in Richtung „Typ-1-Faser“? Wahrscheinlich beides.

Aber eine Sache ist sehr gewiss: Die gesundheitlichen Vorteile einer Kalorienrestriktion (chronisch) entstehen genau über diesen Mechanismus.

Referenzen

Akasaki, Yuichi; Ouchi, Noriyuki; Izumiya, Yasuhiro u. a. (2013): „Glycolytic fast-twitch muscle fiber restoration counters adverse age-related changes in body composition and metabolism“. In:Aging Cell. 13 (1), S. 80-91, DOI: 10.1111/acel.12153.

Baumann, Hugo et al. „Exercise training induces transitions of myosin isoform subunits within histochemically typed human muscle fibres.“ Pflügers Archiv 409.4-5 (1987): 349-360.

Croze, Marine L.; Vella, Roxane E.; Pillon, Nicolas J. u. a. (2013): „Chronic treatment with myo-inositol reduces white adipose tissue accretion and improves insulin sensitivity in female mice“. In: The Journal of Nutritional Biochemistry. 24 (2), S. 457-466, DOI: 10.1016/j.jnutbio.2012.01.008.

Handschin, C.; Chin, S.; Li, P. u. a. (2007): „Skeletal Muscle Fiber-type Switching, Exercise Intolerance, and Myopathy in PGC-1  Muscle-specific Knock-out Animals“. In: Journal of Biological Chemistry. 282 (41), S. 30014-30021, DOI: 10.1074/jbc.m704817200.

Joy, Jordan M; Gundermann, David M; Lowery, Ryan P u. a. (2014): „Phosphatidic acid enhances mTOR signaling and resistance exercise induced hypertrophy“. In: Nutr Metab (Lond). 11 (1), S. 29, DOI: 10.1186/1743-7075-11-29.

Lantier, L.; Fentz, J.; Mounier, R. u. a. (2014): „AMPK controls exercise endurance, mitochondrial oxidative capacity, and skeletal muscle integrity“. In: The FASEB Journal. 28 (7), S. 3211-3224, DOI: 10.1096/fj.14-250449.

Lin, Jiandie; Wu, Hai; Tarr, Paul T. u. a. (2002): „Transcriptional co-activator PGC-1α drives the formation of slow-twitch muscle fibres“. In: Nature. 418 (6899), S. 797-801, DOI: 10.1038/nature00904.

Marini, Marina; Veicsteinas, Arsenio (2010): „The exercised skeletal muscle: a review“. In:European Journal of Translational Myology. 20 (3), S. 105, DOI: 10.4081/bam.2010.3.105.

Michalk, Chris; Böhm, Phil (2014): Das Handbuch zu Ihrem Körper. Leipzig: CreateSpace.

Widrick, Jeffrey J et al. „Functional properties of human muscle fibers after short-term resistance exercise training.“ American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology 283.2 (2002): R408-R416.

Zhang, SY et al. „[Adaptation of myofibrilla, MHC and metabolic enzyme of rabbit diaphragm muscle to different frequency chronic electrical stimulation].“ Zhongguo ying yong sheng li xue za zhi= Zhongguo yingyong shenglixue zazhi= Chinese journal of applied physiology 21.4 (2005): 367-370.

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Wenn dein Körper besser umgehen kann mit Glukose (= Zucker kommt zügig in die Zielorgane), dann wirst du weniger Zucker und Insulin im Blut haben. Dies wird resultieren in besserer Immunfunktion (Stichwort Entzündungen), niedrigerer Wahrscheinlichkeit an Krebs zu erkranken (Insulin und Glukose als „growth promoting agents“ via mTOR etc.) und du wirst deutlich schneller Gewicht verlieren (falls du dick(er) bist) respektive weniger schnell zunehmen (kennst du den Satz: „Wenn ich Kohlenhydrate esse, dann nehme ich zu.“?) …

… um nur einige Beispiele zu nennen.

Das Schöne ist: Funktioniert das insulin signalling besser, dann profitiert dein Muskel davon, denn bei ihm wirken die Signale (= förderlich!), aber wir haben keine Substrate im Blut, die irgendetwas stören. Denn merke: ein Zuviel an Substraten jeglicher Art interferiert mit diversen anderen Funktionen. Beispiel: endotheliale Funktion.

Funktioniert das insulin signalling im Muskel, dann baust du Muskeln auf, der Zucker kommt in deinen Muskel, mTOR wird temporär aktiv (Stichwort Protein-Synthese) und … NO wird gebildet und das macht die Hände, Beine und Füße warm und den Zellen geht’s gut.

Das Gegenteil ist der Fall bei der Insulin-Resistenz. Da kommt weniger im Muskel an.

Einige von euch beschweren sich ab und zu, dass ich hier ja ständig vereinfache. Logisch: sonst würde keiner von uns die Biologie verstehen. Das weiß jeder, der mal in einer Zellbiologie-Vorlesung saß. Da redet der Professor wie mit Kindergartenkindern. Heißt aber nicht, dass es falsch ist und es heißt auch nicht, dass man das Prinzip verfälscht.

Eine großartige Vereinfachung ist: Insulin bringt ein Signal in die Zelle via Insulin-Rezeptor, von dort über IRS1 (Insulin-Rezeptor-Substrat-1) auf PI3K, dann auf Akt (auch Protein-Kinase-B) genannt und letztendlich auf mTOR. mTOR, weißt du, bedeutet Protein-Synthese.

IR => IRS1 => PI3K => Akt => mTOR (PI3K/Akt/mTOR-Signalweg, auch „anaboler Signalweg“).

Das ist die einfache Version. In Wahrheit, weil hier gefragt, sieht es ungefähr eher so aus:

Aber zum Thema: Ohne Inositol, keine Insulin-Sensitivität.

Inositol kennen wir vom Cholin. Bei vielen Cholin-Präparaten wird Inositol zugesetzt. Inositol ist ein zyklischer Alkohol. Heißt, es liegt als runde Verbindung vor mit einigen OH-Gruppen, für die Chemiker unter euch. Früher dachte man noch es sei ein B-Vitamin. Heute wird es normalerweise nicht als B-Vitamin aufgeführt, man geht eigentlich davon aus, dass der Körper das selbst produziert. Bei einigen Bakterien und Mikroorganismen wirkt Inositol wachstumsverstärkend und -einleitend.

Doch welche Rolle spielt Inositol bei uns?

Schauen wir uns nochmal das obige Bild (leicht modifiziert) an:

(Anmerkung: Wer nicht weiß was eine Zellmembran ist, der soll bitte mein Buch lesen oder diesen Artikel.)

So. Was sehen wir?

Wer der roten Linie, die oben beginnt, folgt, der wird folgenden Weg gehen: Wir beginnen beim Insulin-Rezeptor, der in der Zellmembran liegt und tatsächlich sogar quasi die Zellmembran durchstößt.

Wir wandern dann weiter über IRS-1, nach PI3K, über PIP2, über PIP3, über PIP3/PDK1, nach Akt und von dort nach mTOR.

Wir sind also gerade den „anabolen Signalweg“ abgelaufen.

Nicht eingezeichnet: „Akt“ (Protein-Kinase-B) sorgt, wenn aktiv, dafür, dass der Glukose-Transporter aktiv wird und Glukose (= Zucker) in die Zelle aufgenommen wird.

Rein theoretisch also sind etliche „Fehler“ bei der Signalübertragung möglich, die letztendlich verhindern, dass Akt „aktiviert“ wird (und somit der Glukose-Transporter).

Bei Insulin-Resistenten – als Beispiel – ist IRS-1 die Blockade, also ein Protein direkt am Insulin-Rezeptor. Dann wird das Signal gar nicht weitergegeben, schon direkt zu Beginn.

Doch es gibt noch viele weitere potenzielle Blockaden: PI3K und die PIPs.

Wir brauchen gar nicht zu wissen was das ist, die Rolle hier im Artikel wird klar, wenn wir die Namen ausschreiben:

• PI3K = Phosphoinositid-3-Kinase
• PIP2/3 = Phosphatidylinositol-Bi/Triphosphat

Wichtig für uns: Letzteres. Denn Ersteres (PI3K) heißt deshalb so, weil es mit Phosphatidylinositol-Triphosphat wechselwirkt.

Also PIP … Bei einigen von euch klingelt es bereits. Wie wir der Grafik oben entnehmen können ist Phosphatidylinositol-Bi/Triphosphat Membran-assoziiert, genauer: Bestandteil der Membran.

Alles, was mit „Phosphatidyl-“ beginnt ist Bestandteil der Zellmembran.

Du kennst …

• Phosphatidylcholin
• Phosphatidylserin
• Phosphatidylethanolamin
• Phosphatidsäure 

Alles sogenannte Phospholipide.

Phosphatidylinositol hat an einem Ende ein kleines Köpfchen, das dem Zellinneren zugewandt ist und dort Signale weitergibt.

Also kann man spekulieren, dass sich unsere Zellen zwar Mühe geben immer genug Inositol zu produzieren, aber mittlerweile habe ich immer wieder die Erfahrung gemacht, dass wir offensichtlich besser fahren, wenn wir dem Körper ein wenig Arbeit abnehmen und die Dinge direkt zuführen (das ist keine Suggestion und soll auch nicht heißen, dass du jetzt in den Ergänzungsmittel-Laden fahren musst!)

Gut also … spekulieren wir mal, dass man Phosphatidylinositol erhöhen kann und dann auch mehr PIP da ist, welche die Signale in der (Muskel-)Zelle weiterleiten. Und das resultiert in Glukose-Aufnahme, sprich besserer Insulin-Sensitivität.

Die Datenlage

Ich weiß nicht warum, aber Inositol-Gabe wurde hauptsächlich getestet an Frauen, vor allem an solchen, die an „Polyzystisches Ovar-Syndrom“ erkrankt sind.

Eine doppelblinde, Placebo-kontrollierte Studie an Frauen mit metabolischem Syndrom, Gabe von 2 g Inositol, zeigt …

• 10 % weniger diastolischer Blutdruck
• 75 % (!!) weniger HOMA-Index (gibt an, wie viel die Bauchspeicheldrüse leisten muss) 
• 20 % weniger Triglyceride
• 22 % mehr HDL 

(Vgl. Giordano et al., 2011)

Mir persönlich klingt das ein wenig zu dramatisch. Dennoch: Ordentliches Studien-Design und Teilnehmer n=80.

Eine weitere Arbeit („controlled clinical study“, n=20), die sich mit übergewichtigen Frauen mit POC beschäftigt, kommt zu folgenden Ergebnissen:

• Insulin signifikant reduziert
• deutlich verbesserte Glukose-Toleranz und Insulin-Sensitivität (HOMA-Index) 
• menstrueller Zyklus wurde wiederhergestellt bei Frauen, bei denen das nicht mehr klappte 

… nach Gabe von 2 g Inositol.

(Vgl. Genazzani et al., 2008)

Ausblick und Gedanken

Auch hier wurde abermals (etwas [zu] erstaunlich gut) gezeigt, wie wir einzelne Substanzen in unserem Körper selbst (einigermaßen) in der Hand haben und welchen profunden Einfluss das auf uns und unseren Organismus haben kann.

Ganz besonders interessant in diesem Zusammenhang ist – und das wird in Zukunft noch ausgeprägter sein – die Funktion der Zellmembran und die Auswirkung auf die (zelluläre) Gesundheit.

Hier konnten wir also sehen, dass eine Inositol-Gabe höchstwahrscheinlich dafür gesorgt hat, dass intrazelluläre Signale besser verarbeitet werden und dies im direkten Zusammenhang mit unserer Insulin-Sensitivität steht.

Weiterführende Forschungen

Sehr interessant ist außerdem, dass diverse Inositol-Derivate noch andere, sehr interessante Eigenschaften haben.

So kann das Derivat „Myo-Inositol-Trispyrophosphat“ dafür sorgen, dass Hämoglobin seine Affinität zu Sauerstoff moduliert, was in gesteigerter Sauerstoffverfügbarkeit resultiert. 

Ein weiteres Inositol-Derviat, das „Inositol-Hexaphosphat“, auch bekannt als Phytinsäure (!), hemmt sehr potent das Krebs- bzw. Tumorwachstum in vivo und in vitro. 

Müssen wir Phytinsäure untersuchen und unsere Meinung dazu überdenken? Vielleicht.

Weiterführende Blog-interne Artikel

Phosphatidsäure als wichtigstes Signalmolekül des Muskelaufbaus. 

Referenzen

Genazzani, A., Lanzoni, C., Ricchieri, F. and Jasonni, V. (2008). Myo-inositol administration positively affects hyperinsulinemia and hormonal parameters in overweight patients with polycystic ovary syndrome. Gynecol Endocrinol, 24(3), pp.139-144.

Giordano, D., Corrado, F., Santamaria, A., Quattrone, S., Pintaudi, B., Di Benedetto, A. and D’Anna, R. (2011). Effects of myo-inositol supplementation in postmenopausal women with metabolic syndrome.Menopause, 18(1), pp.102-104.

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Soja-Lecithin gibt uns unter anderem:

• Phosphatidylcholin

• Phosphatidsäure

Cholin ist die Vorstufe des wichtigsten Neurotransmitters des menschlichen Nervensystems: Acetylcholin. Ohne Acetylcholin kein Lernen.

Zusammen gegeben mit Uridin und DHA…

In adult animals this treatment is also known to increase synaptic proteins (e.g. synapsin-l; syntaxin-3; GluR-l; PSD-95) but not ubiquitous proteins like beta-tubulin, and to increase (by 30% or more) the number of dendritic spines on hippocampal neurons.

Wurtman et al., 2008: Int J Trichology. 2013 Jan-Mar; 5(1): 40–42.

„Dendritic spines“ sind Fortsätze auf den Nervenzellen, die eine (verbesserte) Kommunikation mit anderen Nervenzellen erlauben. 30% mehr davon? Kannst du haben!

Acetylcholin macht außerdem ruhiger und gelassener, wenn es fehlt sind wir gereizt.

Mehr Muskelaufbau durch Phosphatidsäure in Sojalecithin?

Phosphatidsäure, das haben wir gelernt, spielt die wesentliche Rolle bei der Übertragung mechanischer Reize in zelluläre Adaptationen oder anders ausgedrückt: Ohne Phosphatidsäure kein Muskelaufbau.

Wird Phosphatidsäure eingenommen, kann das dafür sorgen, dass die Muskel – bzw. Kraftzuwächse deutlich ausgeprägter sind (Joy et al.: „Phosphatidic acid enhances mTOR signaling and resistance exercise induced hypertrophy„).

Tatsächlich so ausgeprägt, dass es von einigen Wissenschaftlern als „die Entdeckung“ bezeichnet wird.

Grund genug: Mehr Intelligenz und mehr Muskelmasse? Soja-Lecithin ist günstig und liefert. 

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Es war niemals die Menge des Trainings, sondern immer die Effektivität. Anders ausgedrückt: Du kannst auf molekularer Ebene bestimmen, wie schnell du Muskulatur aufbauen kannst.

Über Phosphatidsäure, Arachidonsäure und Follistatin

Erst neulich habe ich von Phosphatidsäure gesprochen.

Fazit: Man kann seine Ergebnisse fast verdoppeln! Bei gleichem Training! 

Arachidonsäure ist auch ein Kandidat. Leider hat Arachidonsäure, eine n6-essentielle Fettsäure, einen schlechten Ruf: Sie ist wohl an proinflammatorischen Prozessen beteiligt.

Aber das ist nur die halbe Wahrheit. Tatsächlich kann eine AA-arme Ernährung bei Menschen mit (z.B.) Rheuma von Vorteil sein. Aber bei gesunden Menschen ist eine gesteigerte Produktion von proinflammatorischen Cytokinen nicht zu erwarten, im Gegenteil, AA wirkt auch antiinflammatorisch.

Die Prostaglandinsynthese spielt eine wesentliche Rolle beim Muskelaufbau und induziert diverse Signalwege innerhalb der Muskulatur.

Die Gabe von 1,5g Arachidonsäure kann:

• die Quadrizepsdicke signifikant deutlicher steigern als Training alleine (0,47 cm vs. 0,25 cm)
• die Magermasse signifikant deutlicher steigern als Training alleine (1,6 kg vs. 0,1 kg)
• die Gesamt-Kraft (gemessen an Gewicht addiert von Bankdrücken und Kniebeugen) signifikant deutlicher steigern im Vgl. zu Training alleine (109 kg vs. 75 kg)

(Ormes et al., 2014)

Gleichzeitig zeigt AA-Supplementation in diesem Bereich (1g) keinerlei (negative) Auswirkungen auf das Blut, das heißt es wurden keine Veränderungen hinsichtlich Immunzellen etc. festgestellt. (Wilborn et al., 2012)

Mehr Muskelaufbau durch Eier?

Ich erinnere mich gleichzeitig an eine Arbeit, in der das gegessene Cholesterin direkt und signifikant mit der Kraftsteigerung korrelierte.

Wer ahnt auf was ich hinaus möchte?

Phosphatidsäure und Arachidonsäure sind in Eiern enthalten. Vince Gironda empfahl seinen Schützlingen, darunter auch Arnold S., bis zu 36 Eiern/Tag zu essen, was den selben Effekt auf die Muskulatur habe, wie ein Anabolikum.

Diese Aussage wird heute sogar mit Hilfe von Fachliteratur bestätigt:

Das im Ei enthaltene Follistatin, kann den Myostatin-Spiegel um bis zu 40% senken.

Myostatin ist ein Hormon, das das Mukelwachstum hemmt.

Klingt alles zu fantastisch um wahr zu sein – wieso aber sollte man dieses Wissen ignorieren?

Nur so viel: In jedem Drogeriemarkt kann man sich Soja-Lecithin kaufen, in dem Phosphatidsäure enthalten ist.

Man kann heute sogar (myprotein) Ei-Pulver kaufen inklusive Eigelb.

Oder man macht es sich einfach und isst, von Vince Gironda empfohlen, den ganzen Tag Eier.

Oliver Kahn hatte recht :-)

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Das liegt ganz einfach an einem Paradoxon unserer Gesellschaft. Menschen, die erforschen, erforschen meistens nicht fachübergreifend. Schon Wissenschaftler verstehen selten einen Zusammenhang zwischen den einzelnen Sphären. Fachidioten, wenig Systemanalytik. Wenn dann tatsächlich etwas publiziert wird, dann bedarf es einer schlauen Person, um die Ergebnisse korrekt zusammenzufassen, weiter zu denken und auf unser Leben zu projizieren – alles andere würde auch keinen Sinn machen, denn was bringt denn Wissen, wenn es wenig oder nichts für unser alltägliches Leben bereithält?

Meistens läuft der Hase aber ganz anders und das Wissen wird von falschen Leuten aufgefasst, die das Falsche daraus lesen. Oder noch besser: Von Behörden, die 10 Jahre brauchen, um den Sachverhalt zu prüfen. Und wie ich bereits geschrieben hatte, ist es dann – selbst wenn es gut ist – lange nicht sicher, ob es tatsächlich auch beim Endverbraucher ankommt, denn zwischendrin muss das Wissen Menschengruppen durchlaufen, die diverse wirtschaftliche (etc.) Interessen vertreten – Dogma vernichtet Wissen.

Und letztendlich: Sickert das dann überhaupt irgendwann durch?

Wenn ja, dann sind meistens „Gelehrte“ am Werk, am Vermitteln, die gar nicht vermitteln können. Die verstehen dann die Sachen nicht richtig oder unterliegen einer „political correctness“.

Und wir Normalos sind die Unwissenden, die Unterlegenen und total verwirrt.

Im Bodybuilding ist man weiter. Dort werden Forscher ordentlich finanziert und die können dann publizieren und ihre Ergebnisse direkt auf den Markt… ääh an den Mann bringen. Oder: Forscher schnappen Sachen auf und gehen vorwärts, trauen sich mehr als andere. Das sind Menschen, die lieber mal einen Fehler machen, als immer keine Freude am Dasein zu haben. Das sind Menschen, die begeisterungsfähig sind. 

Die freuen sich, wenn sie mal wieder etwas entdeckt haben, was mTOR aktiviert und vor Sarkopenie schützt. Wieso sollten wir dann immer sagen: Das aktiviert zwar mTOR, aber… Menschen, die „aber“ sagen, sind noch nie weitergekommen. Auf die Schnauze fallen tut weh, aber nie vorwärts zu kommen tut noch mehr weh.

Das Jahr 2013 hat einen neuen Star hervorgebracht, Phosphatidsäure.

In dieser Sportswelt funktioniert einiges schneller als im wahren Leben. Ich hatte ja bereits darüber berichtet – molekulare Ebene.

Man kann das natürlich auch in vivo studieren.

• Im Menschen könnte Phosphatidsäure dafür sorgen, dass man 10kg mehr drücken kann, an Stelle von 5kg,
• es könnte dafür sorgen, dass man 17kg, an Stelle von 13kg squatten kann,
• es könnte dafür sorgen, dass man 1,5kg Muskulatur aufbaut, an Stelle von 200g.

(Hoffman et al., 2012)

Das sind nie da gewesene Zahlen – nicht einmal Kreatin kann solche Zahlen überbieten.  

Und anstatt morgen Phosphatidsäure zu kaufen, höre ich schon wieder das „…aber“.

Phosphatidsäure moduliert ganz einfach – als integraler Bestandteil der Zellmembran – die mTOR-Antwort auf exogene Reize.

Man kann das natürlich weiterspinnen. Man kann – heute – Muskelaufbau „lenken“. Man kann sich Insulin-Sensitivität selbst machen.

Was ist denn, wenn man…

• L-Carnitin
• Taurin
• Kreatin

dazu gibt?

Oder, wenn man – ganz neu – Estragon-Extrakt dazu gibt? 

Estragon, also Artemisia dracunculus L. extract, macht menschliche Muskelzellen, die insulinresistent sind, wieder „ganz normal“. Diese insulinresistenten Muskelzellen nehmen wieder Glukose auf, wie völlig normale Muskelzellen.

Das hat man bereits in vivo in Ratten getestet und das klappt jetzt auch – noch in vitro – bei menschlichen Muskelzellen.

(Haynie et al., 2014)

Natürlich wieder – wie immer – über den PI3k/Akt/mTOR-Signalweg.

Ich weiß – ich empfehle hier ständig, irgendwelche Pillen zu schlucken. Aber man muss alles im Kontext sehen. Es gibt Menschen, die ganz dringend auf ein solches Wissen angewiesen sind. Diabetiker zum Beispiel oder Menschen, die es nie werden möchte und ganz einfach auf Nummer sicher gehen wollen. Oder Menschen mit einer kardialen Dysfunktion, das heißt zum Beispiel mit Herzinsuffizenz. Wir wissen doch heute genau, wie wir Stammzellen im Herzen selbst züchten können.

Seht ihr, so etwas nenne ich fachübergreifendes Denken.

Das Problem dabei ist, dass wir niemals auf eine Akzeptanz stoßen werden, weil das Vorwissen ganz einfach fehlt. Die „Karte“ mancher Menschen ist ganz einfach noch sehr begrenzt.

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Von Wunderpillen dürfen wir nichts erwarten, Wunderpillen gibt es nämlich nicht.

Es kommt aber immer auf die Definition an. Ein Wunder kann man nämlich erleben, wenn man beispielsweise mal T3 anhebt und von einer Unterfunktion kommend, plötzlich in etwas aufsteigt, wovon man niemals geglaubt hätte, dass es existiert. Das Gleiche gilt natürlich auch für Testosteron oder andere Geschichten.

Ich weiß auch, dass man so den Vo2max verdoppeln kann, wie ich das gemacht habe. Man muss natürlich die Extreme beachten. Jemand, der schon jahrelang Ausdauersport betreibt und optimale Hormone hat, bei dem ist wahrscheinlich dann Schluss.

So kann man das weiterspinnen. Das klappt natürlich auch mit dem IQ: Eisen, Cholin, DHA etc. können so profund da oben im Fettbatzen wirken, dass man plötzlich ein neuer, intelligenter Mensch wird.

Zum heutigen Thema:

Phosphatidsäure oder wie man den anabolen Signalweg um 600% stärker aktivieren kann

• Für Fortgeschrittene: Phosphatidsäure ist ein Phospholipid, das zusammen mit anderen Phospholipiden (unten) die Zellmembran bildet und für das optimale Funktionieren von Membran-Rezeptoren sorgt.
• Für Anfänger: Jeder Zellinhalt wird umgeben von einer Membran, die wie eine Stadtmauer die Zelle vom Äußeren abgrenzt. Phosphatidsäure ist ein Bestandteil dieser „Mauer“ und sorgt dafür, dass externe Stoffe in der Zelle wirken können. Das geschieht mit Hilfe von Rezeptoren, das sind kleine „Helfer“, die die Wirkung einer Substanz in das Zellinnere übertragen.

Neben Phosphatidsäure gibt es weiter Phosphatidylcholin/serin/inositol/ethanolamin, die zur Herstellung jeweils die (zu essende) Vorstufe brauchen, wie zum Beispiel Cholin.

Als Bestandteil der Zellmembran und somit auch der Muskelmembran, kann das Wirken von membran-gebundenen Rezeptoren natürlich maßgeblich beeinflusst werden.

Der anabole Signalweg, also das, was der Muskelzelle sagt, dass sie wachsen soll, wird induziert via IGF/Insulin/PI3K/Akt/mTOR-Signalweg. Das sieht kompliziert aus, aber das funktioniert ganz einfach. Jedes mal wenn eines dieser Moleküle aktiviert wird, dann folgt die Aktivierung der downstream targets und somit auch die Expression der spezifischen Gene, die für den Muskelaufbau bzw. die Muskeldegradation zuständig sind.

Wir sehen oben diverse Phospholipide (Control, Phosphatidylcholin, – serin, Phosphatidsäure usw.) auf der x-Achse aufgetragen und deren jeweilige Wirkung auf die mTOR-Aktivierung (anaboler Signalweg = Muskeln), zu sehen auf der y-Achse. Wie wir der obigen Grafik entnehmen können, stimulieren sowohl Phosphatidsäure als auch Phosphatidylserin die mTOR-Aktivierung deutlich stärker als alle anderen getesteten Substanzen.

Und zwar um den Faktor 6. 

Bei jedem Bodybuilder klingelt es da.

Den Grund, warum das funktioniert, finden wir in einer anderen Arbeit

Akt activation relies on the binding of Akt to phosphatidylinositol-3,4,5-trisphosphate (PIP₃) in the membrane. Here, we demonstrate that Akt activation requires not only PIP₃ but also membrane phosphatidylserine (PS).

(Huang et al., 2011)

Phosphatidylserin wird also benötigt (in der Membran), damit die Muskelzelle die Reize überhaupt in die Zelle übersetzen kann.

Selbiges gilt für Phosphatidsäure

Hierbei handelt es sich also nicht – wie häufiger – um irgendwelche körperfremden Substanzen oder Phytochemikalien, sondern um ganz simple Phospholipide, die uns unsere Membran bauen und die Rezeptoren funktionieren lassen.

Ich überlege gerade, ob man trainieren kann oder ob man effektiv trainieren kann. Phosphatidsäure könnte man mal ausprobieren.

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