Muskelgedächtnis. Das Muskelgedächtnis bezeichnet langfristige strukturelle Veränderungen (Umstrukturierung) von Muskel- und Nervenzellen, die sich unter dem Einfluss von körperlichen Übungen entwickeln und es ermöglichen, nach einer längeren Pause schnell wieder in Form zu kommen.1 Fotos

Nach einer Verletzung, der Geburt eines Kindes und vielen anderen Umständen müssen professionelle Sportler manchmal für eine gewisse Zeit mit dem Training aufhören. Ohne Belastung atrophieren die Muskeln jedoch – die Myozyten verringern ihre Größe, da für einen niedrigen Grad körperlicher Aktivität weniger Organellen und Zellplasma benötigt werden. Wenn Sportler sich jedoch entscheiden, wieder mit dem Training zu beginnen, kehrt ihre körperliche Form relativ schnell zurück. Es dauert ihnen weniger Zeit, um die Muskelmasse, Kraft und Ausdauer zu steigern als Anfängern. Der Mechanismus der „muskulären Erinnerung“ basiert auf der Umstrukturierung der Nervenzellen.

Das Phänomen der muskulären Erinnerung ist bereits seit langer Zeit bekannt. Sportmediziner erklären es damit, dass das Nervensystem eine Rolle spielt: Die Erregbarkeit der motorischen Neuronen nimmt zu und neue Synapsen entstehen, was die nerv-muskuläre Kommunikation verbessert. Bei einem trainierten Sportler, der nach einer Pause wieder mit dem Training beginnt, kommt es zu einem beschleunigten Wachstum neuer Gefäße sowie zu einer besseren Versorgung der Muskelbereiche; zudem werden neurotrophe Faktoren freigesetzt. Die Muskelfasern selbst verändern sich ebenfalls: Norwegische Wissenschaftler unter der Leitung von Kristian Gundersen (Universität Oslo) haben nachgewiesen, dass Muskelfasern über eine eigene „Erinnerung“ verfügen – dieser Mechanismus hängt mit dem Entstehen neuer Zellkerne zusammen. Muskelfasern sind sehr lang (bis zu 20 cm) und dünn (bis zu 100 Mikrometer); sie enthalten zahlreiche Zellkerne und zählen zu den wenigen mehrkernigen Zellen bei Wirbeltieren.

In genauen Experimenten mit Mäusen wurde versucht, die Muskulatur des Extensor digitorum longus zu belasten. Dabei wurde eine andere Muskel – der Tibialis anterior – teilweise entfernt. Da diese Muskel in dieselbe Richtung wie der untersuchte Muskel wirkte, erhielt der Extensor digitorum longus dadurch zusätzliche Belastung. Nach verschiedenen Zeitabständen stellten die Wissenschaftler folgende Veränderungen fest: Schon nach 21 Tagen waren die Muskelfasern deutlich dicker geworden – ihre Querschnittsfläche hatte sich um 35 Prozent vergrößert. Zudem gab es eine Steigerung der Anzahl der Zellkerne um 54 Prozent; diese Zunahme erfolgte bereits vor dem tatsächlichen Wachstum der Muskelfasern. Die Vermehrung der Zellkerne begann bereits am sechsten Tag nach der zusätzlichen Belastung und erreichte ihren stabilen Wert am elften Tag. Das Wachstum der Muskelfasern setzte sich erst am neunten Tag fort und hörte am vierzehnten Tag auf.

In einer zweiten Gruppe von Mäusen wurde das gleiche Experiment durchgeführt. Nach 14 Tagen wies die Muskulatur ebenfalls eine Zunahme der Zellkerne um 37 Prozent sowie einer Verdickung der Muskelfasern um 35 Prozent auf. Anschließend wurden die Nerven, die zu dieser Muskelgruppe führten, durchtrennt; in den folgenden 14 Tagen atrophierte die Muskulatur – ihre Dicke verringerte sich um 40 Prozent. Die Anzahl der zusätzlichen Zellkerne blieb jedoch unverändert. Dieser wissenschaftliche Versuch zeigte klar, dass das Wachstum der Muskelmasse während des Trainings auf einer erhöhten Anzahl von Zellkernen beruht. Mehr Zellkerne bedeuten mehr funktionierende Gene, die für die Synthese größerer Mengen an Muskelproteinen – nämlich Aktin und Myosin – verantwortlich sind. Diese Veränderungen bleiben dauerhaft; auch nach drei Monaten der Muskelatrophie blieben die zusätzlichen Zellkerne bestehen. Das letzte Ergebnis war überraschend, da man angenommen hatte, dass diese zusätzlichen Kerne bald durch Apoptose zerstört würden – dies geschah jedoch nicht.

Die Zellkerne verringerten lediglich ihre Funktion und gingen in einen „Wartezustand“ über. Die Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass gerade die neuen Zellkerne die Grundlage der „muskulären Erinnerung“ bilden – dieser Prozess findet auf zellulärer Ebene statt. Sobald die Belastung wieder aufgenommen wird, beginnen die zusätzlichen Zellkerne aktiv zu funktionieren; sie fördern den Proteinstoffwechsel sowie hypertrrophe Prozesse, die durch nucleäre DNA gesteuert werden. Die neuen Zellkerne in den Muskelfasern entstehen durch die Verschmelzung mit sogenannten Myosatellitenzellen, die sich durch Mitose teilen. Mit zunehmendem Alter nimmt ihre Fähigkeit zur Teilung jedoch ab. Aus diesem Grund fällt es einem älteren Menschen schwerer, Muskeln aufzubauen, wenn er in jungen Jahren nicht trainiert hat – doch das Wiedererlangen der körperlichen Form ist in solchen Fällen deutlich einfacher.