14.09.2009 von Ulrike Keller

Training kontert oxidativem Stress

Beim Sport fallen vermehrt freie Radikale und aggressive Sauerstoffverbindungen an, die oxidativen Stress erzeugen können. Der trainierte Körper weiß jedoch, sich vor ihnen zu schützen.

Während sportlicher Betätigung sind unsere Muskeln auf Hochtouren. Um genügend Energie bereitzustellen, setzte sich in der Evolution die mitochondriale Atmungskette durch. Bei deren Nettoreaktion reagieren Sauerstoff und Wasserstoffionen zu Wasser. Dieser Prozess ist jedoch nicht fehlerhaft: In etwa 2 % der Fälle verbindet sich nur ein Wasserstoffatom mit einem Sauerstoffatom. Ein Hydroxylradikal entsteht, das mit dem nächstbesten Molekül (u. a. DNA, Lipoproteine, Erythrozyten) reagiert und es schädigt. Auch andere freie Radikale bzw. reaktive Sauerstoffspezies (ROS) entstehen in der Atmungskette: Superoxidanionen und Wasserstoffperoxid (H2O2). Je mehr Energie von den Muskeln benötigt wird, desto mehr dieser reaktionsfreudigen Moleküle fallen an. Dazu kommt, dass die Aktivität von Oxidantien im Muskelgewebe durch verminderte O2–Konzentrationen und pH-Werte sowie eine erhöhte CO2–Konzentration steigt. Die Folgen, wenn Hobbysportler einmal in der Woche exzessiv Sport betreiben: Gewebeentzündungen, erhöhte Verletzungsgefahr, verstärktes Auftreten von Muskelkater, Sportanämie und verlängerte Regenerationszeiten.

Wissenswert

Als oxidativer Stress wird jener Zustand bezeichnet, in dem ein Ungleichgewicht zwischen freien Radikalen (Superoxidanione, Alkoxyradikale, Peroxiradikale, und Hydroxylradikale) bzw. aggressiven Sauerstoffverbindungen (Wasserstoffperoxide und andere Hydroperoxide) und den abwehrenden Antioxidantien herrscht.

Aktive Impfung

Bei regelmäßiger sportlicher Herausforderung passt sich der Körper jedoch an die zusätzliche Oxidantienlast an, indem er die Produktion der körpereigenen Antioxidantien (enzymatische AO) hochfährt. Ein Blick ins Tierreich bestätigt das: Bei den Wildformen von Säugetieren und Vögeln ist die Aktivität von Superoxid-Dismutase, Katalase und Glutathion-Peroxidase viel höher als bei den domestizierten Verwandten. Beim Menschen kann aerobes Ausdauertraining (Radfahren, Schwimmen, Laufen,...) als „aktive Impfung“ gesehen werden: Mit einer stetigen, aber kleinen Dosis an freien Radikalen wird der Körper auf die Beanspruchung konditioniert. In welchem Grad der Körper die Produktion von Antioxidantien hochfährt, ist jedoch von einer Reihe von Faktoren abhängig: Geschlecht, Alter, ausgewogene Ernährung und die Einnahme bestimmter Medikamente. In Tierversuchen zeigten weibliche und ältere Tiere eine geringere antioxidative Anpassung. Vermutet wird, dass die antioxidativ wirkenden weiblichen Estrogene zumindest einen Teil der Oxidantien abfangen können.

Antioxidantien im Körper

enzymatisch

  • Superoxid-Dismutase
  • Katalase
  • Glutathion-Peroxidase
  • NADPH-liefernde Enzyme

nicht enzymatisch

  • Vitamin C
  • Vitamin E
  • beta-Carotin
  • Glutathion
  • Ubichinon
  • Harnsäure

Den Feind für seine Zwecke einspannen

Ganz missen will der Körper ROS nicht. Denn ROS sind in einem gewissen Ausmaß nicht toxisch. Im Gegenteil: Fresszellen produzieren Superoxidanionen, um eindringende Bakterien zu vernichten. Auch das Image von H2O2 mitochondrialen Ursprungs hat sich seit seiner Entdeckung Anfang der 70er Jahre gründlich verändert: Vom vermeintlich desaströsen Konstruktionsfehler der Atmungskette zum wichtigen Bestandteil in der Tumorabwehr. Durch die vermehrte ROS-Produktion bei regelmäßigem aeroben Ausdauertraining wird nicht nur die Produktion von Glutathionperoxidase und Co. stimuliert. Hochreguliert werden auch Hitzeschockproteine, die u. a. Proteinstrukturen stabilisieren und Faktoren in der körpereigenen Immunantwort sind.
Außerdem wird bei aerobem Ausdauertraining durch die verstärkte ROS-Bildung auch der Faktor PGC-1 α vermehrt exprimiert. Wie wichtig dieser Faktor für die sportliche Leistungsfähigkeit ist, wurde an PGC-1α Null Mäusen gezeigt: Unabhängig vom Alter konnten sie keine Ausdauer durch Sport entwickeln. Im Gegenteil, die Muskelmasse verringerte sich sogar.

Wissenswert

Freie Radikale entstehen physiologisch im Rahmen der mitochondrialen Oxidation, bei Entzündungsreaktionen, sowie beim Adenosin-Abbau bei O2-Mangel bzw. mangelnder ATP-Resynthese.

Nahrungsergänzungsmittel: kontraproduktiv

Würden nun alle ROS durch Antioxidantien gebremst, bevor sie z. B. die PGC-1α stimulieren können, kann sich auch der Muskel nicht an das Training anpassen. So ist erklärt, warum eine Supplementierung mit Antioxidantien die Sport-Performance bei mit Vitaminen und Mineralstoffen ausreichend versorgten Personen  nicht verbessern kann. Ein Antioxidantien-„Doping“ bewirkt sogar das Gegenteil: Ristow et al. (2009) zeigten, dass eine Supplementierung mit 1000 mg Vitamin C und 400 IU Vitamin E pro Tag die Faktoren (u. a. PGC-1α), die auf ROS ansprechen, blockiert. Eine trainingsbedingte Verbesserung der Kondition wird so verhindert.

Extremsport: Fit dank Stress

Kontrovers ist, ob sich der Körper gegen Extrembedingungen wie einem Triathlon wappnen kann. Viele Studien belegen einen Anstieg von Indikatoren für oxidativen Stress auch bei hochtrainierten Personen. Reichhold et al. (2008) untersuchten allerdings die nachhaltigen DNA-Schäden, die sich nach der Zellteilung in den Tochterzellen wiederfinden. Es zeigte sich, dass sich trotz des kurzfristigen Anstiegs an oxidativem Stress keine dauernden Einbußen an der DNA manifestierten. Für die Studienautoren weist dies darauf hin, dass ein hochtrainierter Körper auf gesteigerten oxidativen Stress Gegenmechanismen, wie DNA-Reparatur-Mechanismen und eine effizientere Elektronenkette in den Mitochondrien der Muskelzellen, verstärkt aktiviert.

Fazit

Oxidativer Stress durch sportliche Extrembelastungen kann bei sporadischen Hobbysportlern zu Muskelschäden und verlängerten Regenerationszeiten führen. Wer glaubt, mit Antioxidantien gegensteuern zu können, liegt jedoch falsch. Denn um Ausdauer und Muskelmasse aufbauen zu können, bedarf es sogar eines Faktors in der oxidativen Stress-Kaskade.  Die Menge an ROS, die während moderatem Ausdauertrainings (weniger als 50–60 % der aeroben Kapazität) entstehen, ist nicht schädlich, sondern  im Gegenteil wichtig für den normalen Muskelaufbau.

Literatur

Brigelius-Flohé R: Commentary: oxidative stress reconsidered. Genes Nutr 2009 (Epub ahead of print)

Ristow et al: Antioxidants prevent health-promoting effects of physical exercise in humans. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106: 8665–8670 (2009).

Margaritis I, Rousseau AS: Does physical exercise modify antioxidant requirements? Nutr Res Rev 21(1): 3–12 (2008).

Ji LL: Modulation of skeletal muscle antioxidant defense by exercise: Role of redox signaling. Free Radic Biol Med 44(2): 142–152 (2007).

Stefanie R, Oliver N, Veronika E, Siegfried K, Karl-Heinz W: No acute and persistent DNA damage after an Ironman triathlon. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 17(8): 1913–1919 (2008).

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