Gehörst du zu jenen Menschen, die von Haus aus eher zur stärkeren Sorte gehören und denen es schon immer ausgesprochen leichtfiel, ihre Körperkraft durch ein (mehr oder weniger) diszipliniertes Training noch weiter massiv zu steigern? Vielleicht siehst du dich auch eher am anderen Ende des Spektrums, d.h. du warst schon immer tendenziell schwächer als deine Mitmenschen, wobei die Kraftzuwächse trotz eines strukturierten und gut durchdachten Trainingsplans immer nur gering ausfielen und irgendwie stets zu wünschen übrigließen.

In den allermeisten Fällen wirst du dich sehr wahrscheinlich irgendwo zwischen diesen beiden Extremen einordnen, so dass du im Vergleich zu deinen Mitmenschen weder überdurchschnittlich stark noch unterdurchschnittlich schwach sein wirst (es sei denn du vergleichst dich mit Elite-Kraftsportlern, aber davon gehe ich jetzt einfach mal nicht aus). Dabei wird der Grad und Umfang unserer Körperkraft durch verschiedene Faktoren beeinflusst, darunter unserer Genetik (9)(10)(11)(12)(13)(14) und der Umwelt (dazu gehören beispielsweise Training, Ernährung und auch die Geographie) (15)(16)(17)(18).

Erstmalig auf Basis von Zwillingsstudien in den 1970er Jahren untersucht und später mit Hilfe von Korrelationsuntersuchungen bei Familien geschätzt (11)(12)(19), nutzten Forscher in den 1980ern ein Strukturgleichungsmodell (SEM), um Schätzwerte für die Vererbbarkeit zu kalkulieren (20)(21)(22)(23). Hierbei zeigte sich eine sehr hohe Variabilität bei den Muskelkraftmerkmalen, die zwischen 0 und 88% lag (10)(24)(25)(26). Zusätzliche Faktoren, wie z.B. das Alter oder Geschlecht, können diese Werte ebenfalls beeinflussen und müssen daher in diesem Forschungsbereich ebenfalls berücksichtigt werden.

Neuere Untersuchungen und Meta-Analysen deuten darauf hin, dass die Vererbbarkeit der Muskelkraft im Bereich von ~50% liegt (3), während Studien an Jugendlichen und jungen Erwachsenen eine Schätzung von 63% für die Griffkraft bzw. 62% bei der Sprungkraft ergeben haben (4).

Stratifizierte Analysen der Erblichkeitsschätzungen der Muskelkraft-bezogenen Phänotypen. (Bildquelle: Zempo et al., 2016)

Merkmale und Eigenschaften, die über Muskelkraft und -leistung entscheiden, werden zweifelsohne durch genetische Faktoren beeinflusst. So lassen sich beispielsweise Elite-Sportler aus dem „Power“-Segment (Springer und Sprinter) auf Grundlage von Gen-Varianten – darunter ACE, ACTN3, AGT, GDF8, IL6 und NOS3 – eindeutig von Ausdauer-Athleten und Nicht-Sportlern unterscheiden und einem „polygenen Profil“ zuordnen (28). Entsprechend ist es auch nicht überraschend, dass „Power“-Athleten (also Sprinter sowie Springer, aber auch Gewichtheber und Powerlifter) zu jenen Bevölkerungsgruppen gehören, welche die höchste Konzentration an diesen Phänotypen aufweisen.

Ein kürzlich erschienenes Review identifizierte 69 genetische Marker, die mit dem Elite-Status von Power-Athleten korreliert sind (29), darunter 11 spezifische DNA-Variationen (z.B. AGT, ACTN3 und HIF1A), die mit Kraftsportlern oder deren Performance assoziiert sind (30)(31)(32)(33)(34)(35)(36)(37)(38).

Und diese Gene spielen eine Rolle bei (1):

• der Muskelkontraktion (ACTN3)
• dem Muskelwachstum und der -entwicklung (AGT, MLN, ZNF608)
• der Glykolyse (HIF1A)
• dem Stoffwechsel (GBF1, MTHFR, PPARG, PPARGC1A)
• dem Energiehaushalt (CKM)
• und der Nervenentwicklung (CNTFR)

Inzwischen gibt es auch ein paar genomweite Assoziationsstudien („GWAS“), bei denen auch Gruppen aus Nicht-Sportlern vertreten sind und wo man zahlreiche genetische Faktoren identifiziert hat, die mit der Muskelkraft in Verbindung stehen – darunter 196 DNA-Variationen, die mit der Griffkraft korreliert sind (39)(40)(41).

Insgesamt zeigen diese Arbeiten, dass Menschen, die bestimmte Gen-Varianten aufweisen (z.B. solche, die für mehr Muskulatur, mehr schnell-zuckende Muskelfasern, einen besseren anaeroben Stoffwechsel und eine bessere neurologische Adaption sorgen), auch über ein größeres Stärkepotenzial verfügen und mit einer höheren Wahrscheinlichkeit bei kraftsportbezogenen Disziplinen in der obersten Liga mitspielen.

Studien, in denen mehr als drei genetische Varianten auf die Kraftleistung von Elite-Sportlern hin untersucht wurden, sind bis dato eher rar gesät, allerdings wurde vor wenigen Jahren eine Untersuchung veröffentlicht, in der die Forscher die individuellen und kombinierten Effekte von 217 DNA-Variationen auf den Status eines Elite-Athleten hin untersucht haben.

Und natürlich werfen wir im Rahmen dieses Beitrags einen näheren Blick auf diese Arbeit.

Hinweis: Dieser Artikel erschien als Editorial-Beitrag in der Mai 2024 Ausgabe des MHRx Magazins. Registriere dich kostenlos oder logge dich mit deinem bestehenden Account ein, um weitere Editorals zu lesen.

Veranlagung vs. Umwelt: Wie stark beeinflussen unsere Gene die Körperkraft?

Was wurde untersucht?

Moreland et al. (2022) führten eine sogenannte „Case-Control“-Studie in 83 russischen Kraftsportlern durch, um genetische Marker zu identifizieren, die mit der Körperkraft assoziiert sind (1). Hierzu nutzten die Wissenschaftler 217 bekannte Einzelnukleotid-Polymorphismen (auch bekannt als „SNPs“*), die bereits in sportlich aktiven und inaktiven Kohorten ermittelt wurden.

* Bei SNPs handelt es sich um die gängigste Form der genetischen Variation, wobei der Unterschied in einem einzelnen Nukleotid (Adenin, Thymin, Cytosin oder Guanin) in der DNA-Sequenz auftritt (z.B. von AAGGCTAA zu AAGGCTGA). Eine solche Variation wird als Polymorphismus bezeichnet, wenn sie häufig genug in der Bevölkerung auftritt (min. 1%).

Einzelnukleotid-Polymorphismus: Das obere DNA-Molekül unterscheidet sich vom unteren DNA-Molekül an einer einzigen Basenpaar-Position (G/A-Polymorphismus). (Bildquelle: Wikimedia.org / David Eccles (gringer); CC 4.0 Lizenz)

Um den kombinierten Einfluss aller signifikanter SNPs zu evaluieren, klassifizierte man alle Athleten und Kontrollpersonen in Abhängigkeit der Anzahl der „Kraft“-Allele.

• Zur Erläuterung: Allele sind verschiedene Versionen eines Gens, die an derselben Stelle auf einem Chromosom vorkommen und eine Vielzahl von körperlichen Merkmalen, wie z.B. die Augenfarbe, die Blutgruppe, die Anfälligkeit für bestimmte Krankheiten und eben auch die Körperkraft bestimmen.

Anschließend verglichen die Forscher den Anteil der Probanden mit einer hohen Anzahl von „Kraft“-Allelen zwischen Top-Elite-Kraftsportlern, Elite-Kraftsportlern und den Kontrollpersonen:

• Von den rekrutierten Athleten zählten 46 zu den Top-Elite-Kraftsportlern (international in den Top 10, davon 36 Gewichtheber) und 37 zu den Elite-Kraftsportlern (Teilnahme in internationalen Wettkämpfen, alles Mitglieder in National-Teams).
• Bei den Kontrollpersonen handelte es sich einerseits um 209 gesunde Männer (n=166) und Frauen (n=43) mit russischer Staatsbürgerschaft und einem Durchschnittsalter von 45,1 ± 4,4 Jahren ohne Erfahrung im Wettkampfsport. Andererseits griff die Wissenschaftler auch auf Daten von 503 Europäern aus Genom-Datenbanken zurück, die ebenfalls mit den russischen Athleten verglichen wurden.

Anthropometrische Variablen der Probanden aus verschiedenen Gruppen (Gewichtheber, Powerlifter). (Bildquelle: Moreland et al. (2022)

Die genetische Analyse wurde auf Basis von entnommenen Blutproben mit einer Methode durchgeführt (DNA-Proben aus Leukozyten), die insgesamt 1.140.419 SNPs berücksichtigte. Dies schloss auch die für die Studie relevanten 217 [von  265 in der Literatur bekannten] SNPs, die mit dem relevanten Phänotyp assoziiert sind.

Anschließend filterte man Varianten mit einer niedrigen Sicherheitsbewertung nach der Imputation (einem statistisches Verfahren in der Genetik, um fehlende oder unvollständige genetische Daten zu ergänzen) heraus, wobei SNPs, die den Hardy-Weinberg-Gleichgewichtstest nicht bestanden haben, aus der Analyse ausgeschlossen wurden.

Schließlich verglichen die Forscher mit Hilfe des χ²-Tests die Genotyp-Verteilung und die Allelfrequenzen zwischen den Athleten, einschließlich der Untergruppen, mit den Kontrollpersonen, wobei ein P-Value mit 0,05 als statistisch signifikant galt.

Was haben die Forscher herausgefunden?

Mit Kraftsportlern assoziierte SNPs

Von den 217 getesteten SNPs zeigten 28 eine signifikante Assoziation mit dem Status eines Kraftathleten durch den Einsatz der verschiedenen genetischen Modelle (additiv, rezessiv oder dominant) (p<0,05).

Diese Assoziationen konnten in allen Kraftsportlern (n=83) und/oder den spezifischen Untergruppen, wie z.B. Gewichthebern (n=53), Powerliftern (n=30), Top-Elite-Kraftsportlern (n=46) und Elite-Kraftsportlern (n=36), ermittelt werden.

Assoziationen zwischen Kraftallelen, die in früheren Studien identifiziert wurden (gleiche Assoziationsrichtung), und dem Status als Kraftsportler in den russischen Gruppen von Sportlern und Kontrollpersonen. Zum Vergrößern, bitte hier klicken. (Bildquelle: Moreland et al. (2022)

Die Forscher merken allerdings an, dass keine der 217 getesteten SNPs in den verschiedenen Athleten-Gruppen und genetischen Modellen den sehr strengen Bonferroni-korrigierten Schwellenwert erreichten, was bedeuten könnte, dass die beobachteten Assoziationen angesichts der großen Zahl der durchgeführten Vergleiche möglicherweise auch auf Zufall beruhen könnte.

Nichtsdestotrotz entschlossen sich die Wissenschaftler dazu die 28 SNPs mit einer signifikanten Assoziation in ihre anschließende polygene Analyse zu inkludieren, da diese zuvor in unabhängigen Studien (GWAS) im gesamten Genom auf ihre Assoziation mit einem Merkmal getestet wurden und diejenigen, die eine statistische Signifikanz erreichten, als „robuste Ergebnisse“ gelten.

Polygenes Profil von Kraftsportlern

Um den kombinierten Effekt aller 28 SNPs zu ermitteln, kategorisierten die Forscher alle Athleten und Kontrollpersonen auf Basis der Anzahl der vorhandenen „Kraft“-Allele.

Hierbei konnte man folgendes feststellen:

• Alle Top-Elite-Kraftsportler besaßen mindestens 22 und bis zu 34 „Kraft“-Allele.
• Demgegenüber verfügten 27,8% der russischen Kontrollpersonen und 17,9% der europäischen Kontrollpersonen über weniger als 22 „Kraft“-Allele.
• Der Anteil an Personen mit einer hohen Anzahl (≥26) von „Kraft“-Allelen war in der Gruppe der Top-Elite-Kraftsportlern signifikant höher (84,8%), als in der Gruppe der weniger erfolgreichen Elite-Kraftsportler (64,9%) und der russischen (26,3%) und europäischen (37,8%) Kontrollpersonen.
• Zudem war der Anteil an Personen mit einer hohen Anzahl (≥26) von „Kraft“-Allelen in der Gruppe der (weniger erfolgreichen) Elite-Kraftsportler signifikant höher (64,9%), als in der Gruppe der russischen (26,3%) und europäischen (37,8%) Kontrollpersonen.

Kombinierter Effekt der 28 SNPs, dargestellt ist der Anteil der Probanden mit einer hohen (≥26) Anzahl von “Kraft”-Allelen. * = Der Anteil der Probanden mit einer hohen Anzahl von “Kraft”-Allelen lag bei den Top-Elite-Kraftsportlern (84,8 %) signifikant höher, als bei den (weniger erfolgreichen) Elite-Kraftsportlern (64,9%, p=0,042), sowie den russischen (26,3%, p<0,0001) und europäischen (37,8%, p<0,0001) Kontrollpersonen. (Bildquelle: Moreland et al. (2022)

Interpretation & Praxis

Bei der Untersuchung von Moreland et al. (2022) handelt es sich um die erste umfassende Studie, bei der Forscher ein polygenes Profil in (Elite-)Kraftsportlern erstellt haben, welches auf Basis von mehr als 3 Gen-Polymorphismen (SNPs) erstellt wurde. Von den 217 getesteten SNPs, die im Zuge vorheriger Studien bereits als signifikante Einflussfaktoren für Kraft und Leistung identifiziert wurden, zeigten 28 SNPS eine Assoziation mit dem Status eines Elite-Athleten. Die Forscher führen an, dass diese SNPs in (oder in der Nähe von) Genen lokalisiert sind, die für eine Vielzahl von Funktionen – darunter Wachstum und Entwicklung, Stoffwechsel, Zellmotilität, Neurogenese, DNA-Reparatur und intrazellulärem Transport – verantwortlich sind, wobei 16 der 28 SNPs ihre Expression in der Skelettmuskulatur während des Adaptionsprozesses nach dem Krafttraining verändern.

Das polygene Profil (kombinierter Effekt aller 28 als signifikant identifizierter SNPs) ergab,

• dass Elite-Kraftsportler mindestens 22 „Kraft“-Allele (relevante Gen-Versionen) besitzen, während 27,8% aller russischen und 17,9% aller europäischen Kontroll-Individuen weniger als 22 dieser „Kraft“-Allele aufwiesen.
• dass die erfolgreichsten Elite-Kraftsportler nicht nur 22, sondern mindestens 26 dieser „Kraft“-Allele aufwiesen und das nur 26,3% der russischen und 37,8% der europäischen Kontroll-Individuen ein solches polygenes Profil besaßen. Zum Vergleich: Bei den getesteten Top-Elite-Kraftsportlern waren es 84,8%.

Die Ergebnisse dieser Studie haben auch entsprechende praktische Implikationen, die darauf hindeuten, dass sich die Performance in Sachen Kraft eher durch eine Kombination aus verschiedenen vorteilhaften Gen-Varianten (SNPs) entscheidet. Ein Aspekt, der bisher lediglich in der Theorie diskutiert (28) bzw. lediglich in gemischten Kohorten aus Athleten mit Schnellkraft-Fokus untersucht wurde (42)(43)(44), obwohl es bereits einige Versuche gab, in denen die Effekte verschiedener Genotyp-Kombinationen auf die Körperkraft analysiert wurden (5)(31)(35)(45). Allerdings wurden bei keiner dieser Untersuchung mehr als drei Gen-Varianten studiert.

Einige Limitationen der Studie werden von den Forschern benannt. Diese umfassen:

• die Replikation dieser Ergebnisse in anderen Bevölkerungsgruppen mit unterschiedlichem geographischen Hintergrund, um ihre Validität zu bestätigen.
• das Problem der unbestätigten Assoziationen (keiner der 217 SNPs erreichte den Bonferroni-korrigierten Schwellenwert) in der vorliegenden Untersuchungen (23 der berücksichtigten SNPs wurden jedoch in einschlägigen GWAS-Untersuchungen als signifikant identifiziert, während die restlichen 5 SNPs in vorherigen Studien als relevant für die Kraft eingestuft wurden).
• der Mangel an funktionalen Daten in Bezug auf die 28 SNPs, welche idealerweise in zukünftigen Studien erhoben werden müssen. Nichtsdestotrotz gehen die Wissenschaftler davon aus, dass die in ihrer Studie untersuchten 28 SNPs „nur einen Bruchteil der genetischen Faktoren ausmachen, welche die Muskelkraft beeinflussen.“

Abschließende Worte

Wie stark ein Mensch ist (und werden kann) hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab, wobei wir inzwischen wissen, dass so gut wie jeder von uns stärker werden kann, sofern er oder sie die richtigen Maßnahmen ergreift und Umstände schafft, damit eine Kraftadaption stattfinden kann. Und was das konkret heißt, weißt du vermutlich bereits:

• Regelmäßiges und forderndes Krafttraining, welches auch zu dir passt.
• Ausreichende Ruhezeiten zwischen den Workouts, damit eine Superkompensation stattfinden kann.
• Eine adäquate Versorgung mit Energie (Kalorien) und Baustoffen (Protein/Aminosäuren), um beschädigtes Muskelgewebe zu reparieren und zu verstärken.

Sofern du die grundlegenden Prinzipien des Kraft- und Muskelaufbaus beachtest und dranbleibst, wirst du dazu in der Lage die stärkste Version deiner Selbst zu werden.

Ob es bis zum Elite-Niveau reicht? Nun, wenn du nicht bereits weiter oben mitspielst oder zumindest einer der Stärksten in deinem Gym bist, dann müssen wir diese Frage sehr wahrscheinlich verneinen, aber das bedeutet nicht, dass du nicht zur stärksten Version deiner Selbst werden kannst, solange du die grundlegenden Prinzipien des Kraft- und Muskelaufbaus beachtest.

In jedem Fall dürfte es hilfreich sein, wenn du über die richtigen Gen-Varianten (SNPs) in ausreichender Menge verfügst, welche die Muskelfunktion, -wachstum und -adaption begünstigen. Moreland et al. (2022) haben zwar 28 dieser SNPs mit dem Status eines Elite-Kraftsportlers in Verbindung bringen können, aber es gibt sehr wahrscheinlich noch eine ganze Menge weiterer Gen-Varianten, welche die Körperkraft (und die Trainierbarkeit der Körperkraft) signifikant beeinflussen.

Und solange es keine frei verfügbaren Tests gibt, um diese Polymorphismen in der breiten Bevölkerung zu identifizieren, gibt es nur einen Weg, um herauszufinden, ob man das Zeug zu einem Weltklasse-Powerlifter oder Gewichtheber hat: Ran an die Eisen*!

* und diese Empfehlung gilt auch dann, wenn du nicht als Herkules bzw. Thor geboren wurdest!

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Bildquelle Titelbild: Fotolia / andy_gin