Satellitenzellen & Innervation: Die Auswirkungen des „lebenslangen Trainings“ auf die Skelettmuskulatur

Mit dem Alter werden die meisten von uns weiser (und hoffentlich auch gelassener). Doch wer viele Lebensjahrzehnte durchlebt, der zahlt auch einen hohen Preis in Form des körperlichen Verfalls, der sich – je nach Person, Lifestyle und vielleicht auch einem Quäntchen Glück (z.B. in der genetischen Lotterie) – mal früher, mal später bemerkbar macht.

Lange Zeit ging man davon aus, dass der altersbedingte Abbau von Muskelmasse und -funktion ein natürlicher Prozess ist, der etwa nach dem dritten bis vierten Lebensjahrzehnt einsetzt, und sich unaufhaltsam beschleunigt, so dass wir uns etwa ab dem siebten bis achten Lebensjahrzehnt mit einer erheblichen Einschränkung der Muskelfunktion konfrontiert sehen (9)(10)(11).

Zwar stimmt es durchaus, dass es mit zunehmendem Alter immer schwieriger wird, Muskelmasse aufzubauen (und diese auch zu erhalten), allerdings habe ich in der Vergangenheit immer mal wieder versucht aufzuzeigen, dass wir den Abbau von Körpersubstanz und -funktionalität mit einem aktiven Lebensstil und einer großzügigen Prise an (Kraft)-Sport möglichst lange hinauszögern können (4)(5)(6)(7).

Eindrücklich demonstriert wurde dies beispielsweise von Wroblewski et al. (2011), bei dem die chronischen Auswirkungen des Sports auf die Skelettmuskulatur in Masters-Athleten miteinander verglichen wurden (8). Wenn du einen näheren Blick auf die nachfolgende Grafik wirfst, dann siehst du dort 3 MRT-Scans von Oberschenkeln, die 3 verschiedenen Individuen zugerechnet werden können:

• Einem 40-jährigen Triathleten (Oben).
• Einem 74-jährigen Nicht-Sportler mit überwiegend sitzendem Lebensstil (Mitte).
• Und einem 70-jährigen Masters-Athleten (Triathlon), der den Großteil seines Lebens aktiv gelebt hat (Unten).

Typische MRT-Scans des Quadrizeps eines 40-jährigen Triathleten im Vergleich zu den MRT-Aufnahmen des Quadrizeps eines 70-jährigen Triathleten und eines 74-jährigen Individuums mit überwiegend sitzendem Lebensstil. Beachte den signifikanten visuellen Unterschied zwischen dem subkutanen Fettgewebe und dem intramuskulären Fettgewebe des Nicht-Sportlers im Vergleich zu 70-jährigen Masters-Athleten. (Bildquelle: Wroblewski et al., 2011)

Wenn ich solche Bilder sehe, dann fühle ich mich automatisch an ein bekanntes Zitat aus Friedrich Nietzsches Werk „Also sprach Zarathustra“ erinnert, in dem es heißt: „Wer sich stets zuviel geschont hat, der kränkelt zuletzt an seiner vielen Schonung“ (3).

Erst langsam beginnen wir Dank Wissenschaft und Forschung besser zu verstehen, was die Folgen (oder sollte ich an dieser Stelle besser sagen, „die Früchte“) eines lebenslangen aktiven Lebensstils sind.

Das Älterwerden können wir nicht verhindern, doch wir können sehr wohl bewusst steuern, wie wir den Alterungsprozess durchlaufen. Die Denervierung* von Muskelfasern und eine Verringerung der Anzahl und Funktion von Muskelstammzellen (Satellitenzellen) sind – neben der Atrophie der Skelettmuskulatur – nur einige der Folgen der älter werdenden Muskeln (12)(13).

* die funktionelle Versorgung eines Körperteils oder Organs mit Nervengewebe, also Nervenzellen und Nervenfasern, bezeichnet man als Innervation.

Ein Verlust der Muskelfaserinnervierung (beispielsweise als Folge des Zerfalls der α-Motoneuronen im Rückenmark oder eine Destabilisierung der neuromuskulären Endplatte) führt beispielsweise zu einer starken Hochregulierung von Acetylcholinrezeptoren (AChR) (die sich normalerweise auf einen kleinen Bereich der neuromuskulären Verbindung beschränkt) über die gesamte Länge der Muskelfaser hinweg (14).

Allgemeine Organisation und Funktion der neuromuskulären Endplatte (NMJ) bei Säugetieren. Links: Schematische Darstellung eines motorischen Axons, das sich verzweigt und NMJs bildet, um Skelettmuskelfasern zu innervieren. Unterhalb der NMJ sind sub-synaptische (oder grundlegende) Kerne zu sehen. Rechts: Vergrößerte Ansicht der NMJ, welche die kappenbildenden Schwann-Zellen in engem Kontakt mit dem Muskel und dem Axon, die Falten der Verbindungsstelle und die Anhäufung synaptischer Proteine an der postsynaptischen Muskelmembran, sowie die Freisetzung synaptischer Vesikel an der präsynaptischen Membran bei Eintreffen des Aktionspotenzials zeigt. Ach = Acetylcholin; AChE = Acetylcholinesterase; AChR = Acetylcholinrezeptor; AP = Aktionspotential; EPP = Endplattenpotential; LRP4 = LDL Receptor Related Protein 4; VGSC = Spannungsabhängiger Natriumkanal. (Bildquelle: Castets et al., 2020)

Satellitenzellen sind von entscheidender Bedeutung für die Myogenese in Embryos und Muskelregeneration in Erwachsenen (15), da sie dazu in der Lage sind sich zu Myotuben (woraus Muskelfasern entstehen können) auszudifferenzieren bzw. zu verschmelzen. Sie stellen eine Quelle für Myonuklei dar und spielen eine besondere Rolle bei der hypertrophen Reaktion (16). Oder anders ausgedrückt: Satellitenzellen sind für einen optimalen Muskelaufbau im Zuge des Krafttrainings von entscheidender Bedeutung (17).

Die morphologischen und funktionellen Veränderungen von Satellitenzellen (SC) als Reaktion auf sportliche Betätigung: Widerstands- und Ausdauersport aktivieren die SC über endo-, para- oder autokrine Mechanismen aus einem Ruhezustand, in dem sie proliferieren, sich festlegen und differenzieren, um Myonuklei zu bereits vorhandenen Myofibrillen hinzuzufügen oder sich selbst zu erneuern, und dann in den Ruhezustand zurückkehren. In den frühen Stadien der myogenen Linie leiten PAX7, CD56 und Myf5 den Aktivierungs- und Proliferationsprozess ein, während in den späteren Stadien MRF4 und Myogenin durch die Kontrolle der terminalen Differenzierung eine wichtige regulatorische Rolle spielen (grüne Farbe). (Bildquelle: Bazgir et al., 2017)

Aus vergangenen Untersuchungen mit Masters-Athleten ist bekannt, das langjähriges und konstantes Training zu einer Konservierung von Muskelmasse, Kraft und Power beiträgt (18)(19)(20)(21). Zudem deuten einige Studien darauf hin, dass Sport das neuromuskuläre System dahingehend beeinflusst, dass es eine Re-Innervierung von Muskelfasern erleichtert (21)(22)(23).

Einige Wissenschaftler haben sich intensiver mit den Effekten des lebenslangen Trainings auf die Skelettmuskulatur in Freizeit-Sportlern auseinandergesetzt. Konkret ging es in der Arbeit darum, sich eingehender mit der Morphologie, den Satellitenzellen und der Denervierung von Muskelfasern in älteren Individuen zu befassen, wobei sich die Probanden lediglich durch die Aktivität ihres Lebensstils voneinander unterschieden.

Wir werfen im weiteren Verlauf es Editorial-Beitrags einen genaueren Blick auf diese Untersuchung, um mehr über die vielen positiven Effekte eines lebenslangen, aktiven Lebensstils zu erfahren…

Dieser Artikel erschien als Editorial-Beitrag in der April 2022 Ausgabe des MHRx Magazins. Registriere dich kostenlos oder logge dich mit deinem bestehenden Account ein, um diesen Artikel vollständig zu lesen!

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Bildquelle Titelbild: fotolia / Monster