IGF-1 und Co – So werden Wachstumsfaktoren maximiert - Teil 1

01 Wachstumsfaktoren: mehr als Testosteron

In der Sportlerszene hat jeder schon einmal von Testosteron und seiner Rolle beim Muskelaufbau gehört. Auch von Wachstumshormon war sicher schon die Rede, da es entscheidend an der nächtlichen Regeneration der Muskulatur und in diesem Zuge an der Proteinsynthese beteiligt ist.

Wer hat aber schon einmal etwas von IGF-1 oder MGF und in diesem Zusammenhang von Nuclei und Satellitenzellen gehört? Sie gelten inzwischen bei Kennern der Szene als die eigentlichen Initiatoren für Muskelwachstum. Werfen wir einen Blick auf dieses Thema, um zu verstehen, wie das Aufkommen an Wachstumsfaktoren zustande kommt.

02 IGF

IGF ist die Abkürzung für „insulin-like growth factors“, insulinähnliche Wachstumsfaktoren, die in ihrer Struktur dem Insulin sehr ähnlich sind. Sie sind in das Wachstum und die Differenzierung von Zellen involviert und werden sowohl in den Leberzellen als auch in anderen Geweben gebildet. IGF dienen den Körperzellen zur Kommunikation mit ihrer Umgebung (IGF-Achse).

Das komplette System setzt sich aus Membranrezeptoren (IGF1R, IGF2R), Bindungsproteinen (IGFBP 1–6) und einigen spezifischen Enzymen, den sogenannten IGFBP-assoziierten Proteasen, zusammen.

Fazit: IGF verfügen über ein eigenes Verteilersystem und eigene Rezeptoren und machen genau das, wonach sie benannt wurden: Sie initiieren Wachstum.

03 IGF-1

IGF-1 sind die für Sportler interessanten Abkömmlinge der IGF. Sie werden in der Leber hauptsächlich über die Stimulation durch Wachstumshormon gebildet, aber auch in den Muskelzellen selbst (hier in den Unterarten IGF-1Ea, IGF-1Eb und IGF-1Ec). IGF-Rezeptoren sind an den meisten Zelltypen nachweisbar, entsprechend hoch ist der Einfluss von IGF-1 auf den gesamten Körper. Die genannten Bindungsproteine transportieren IGF-1 über das Blut durch den Körper. An IGFBP-3 gebundenes IGF-1 scheint anabole Wirkungen zu unterstützen, während an IGFBP-1 gebundenes IGF-1 diese unterbindet.

Seine Wirkung auf die Muskelzelle vermittelt IGF-1 über die Besetzung von Rezeptoren, die eine ganze Kaskade an Signalen und Prozessen innerhalb der Zelle auslösen und unter anderem die Muskelproteinsynthese erhöhen. Dockt IGF-1 an seinem Rezeptor an, führt dies zusätzlich zu einer Hemmung des Muskelproteinabbaus. Diese beiden Eigenschaften lassen sich mit einem Wort zusammenfassen: Muskelaufbau. Studien zeigen zudem den signifikanten Einfluss einer transgenen Überexpression von IGF-1 auf Regenerations- und Reparaturprozesse. Zum Einfluss von IGF-1 auf die Bildung von Satellitenzellen kommen wir gleich noch.

Anmerkung: Natürlich vermittelt IGF-1 diese Wirkung auch auf andere Gewebsarten, an denen entsprechende Rezeptoren vorhanden sind. Hier soll es jedoch spezifisch um die Wirkung auf die Skelettmuskulatur gehen.

Fazit: IGF-1 sorgen für eine gesteigerte Proteinsynthese, jedoch nicht spezifisch, sondern an einer Vielzahl von Geweben. Sie sind an der Muskelproteinsynthese beteiligt und fördern die Gewebsregeneration.

„Die Anzahl an Zellkernen im Muskel beeinflusst auch den sogenannten Muscle-Memory-Effekt (Muskelgedächtnis).“

04 MGF

Der Untertyp IGF-1Ec ist besser bekannt als MGF (Mechano-Growth-Faktor). Er besitzt eine zweifelhafte Dominanz in der Dopingszene. Auf natürlichem Wege wird er in Muskeln als Reaktion auf mechanischen Stress gebildet. Es wird vermutet, dass auch die zirkulierende Menge an Testosteron und GH im Blut die Bildung von MGF beeinflusst.

MGF wirkt über einen völlig anderen Weg als die anderen IGF-1-Varianten. Es sorgt für die Aktivierung sogenannter Satellitenzellen und stimuliert so die Bildung von Muskelstammzellen. Bei einer Schädigung der Muskelfaser durch Training wandern die Satellitenzellen ins Innere der Faser und beginnen dort zu reifen. Jede dieser Satellitenzellen enthält einen Zellkern und erhöht damit die Anzahl intramuskulärer Nuclei (Zellkerne). Da die Muskelproteinsynthese von Nuclei initiiert wird, kann mehr Muskelwachstum stattfinden, je mehr Nuclei ein Muskel enthält. Deshalb ist es wichtig, die Aktivierung und Wirkungsweise von Satellitenzellen zu verstehen.

Fazit: Mehr Zellkerne, ausgelöst durch Training und das dabei entstehende MGF, erhöhen spezifisch das anabole Potenzial im Muskel.

Interessant: Die Anzahl an Zellkernen im Muskel beeinflusst auch den sogenannten Muscle-Memory-Effekt (Muskelgedächtnis). Je mehr Zellkerne sich im Muskel befinden, desto eher besteht die Chance, nach längeren Trainingspausen schnell wieder das ursprüngliche Leistungsniveau zu erreichen. Muskelnuklei verschwinden bei ausbleibender Belastung nicht sofort wieder aus dem Muskel, sondern bleiben zunächst erhalten.

05 Exkurs: Satellitenzellen

Die Arbeit von Satellitenzellen beeinflusst entscheidend die muskuläre Regeneration, die Muskelreparatur und auch das Muskelwachstum. Satellitenzellen stellen, wie oben erwähnt, den Hauptpool für neue Myonuklei (Zellkerne) dar. Sie befinden sich auf der Plasmamembran von Muskelfasern. Stressreize aktivieren sie und lösen einen Prozess aus Proliferation, Differenzierung und Fusion aus. Einmal aktiviert, können Satellitenzellen in die Muskelzelle einwandern und dort unterschiedliche Wirkungen vermitteln. Aktivierte Satellitenzellen werden auch als Myoblasten bezeichnet.

Fazit: Die Satellitenzelle greift aktiv ins Geschehen des Muskelstoffwechsels ein.

Faktoren, die die Satellitenzellbildung beeinflussen

Die Aktivierung von Satellitenzellen wird im Körper regulatorisch überwacht und durch bestimmte Faktoren ausgelöst oder gehemmt.

IGF-1: Studien zeigen lediglich dann eine Wirkung, wenn eine lokale Injektion erfolgt. Systemische Gaben lösen kein Muskelwachstum durch eine höhere Aktivierung von Satellitenzellen aus. Unterstützend lässt sich feststellen, dass die Produktion von IGF-1 im Muskel unabhängig vom Aufkommen an zirkulierendem Wachstumshormon stattfindet. Andere Studien belegen hingegen durchaus eine Wirkung auch des zirkulierenden IGF-1, sodass man hier noch keine eindeutige Aussage treffen kann.

MGF: Als Untertyp des IGF-1 wird ihm ein schnellerer Wirkungseintritt, aber eine kürzere Wirkungsdauer zugeschrieben. Er wird hauptsächlich durch mechanische Reize sezerniert. Die Wirkung bei der Satellitenzell-Aktivierung gilt als belegt.

Myostatin: Hierbei handelt es sich ebenfalls um einen regulatorischen Faktor, allerdings mit hemmender Wirkung auf die Aktivierung von Satellitenzellen.

Krafttraining: Einige Studien zeigen eine gesteigerte MGF-Expression im Muskel. Schon bei leicht exzentrischen Belastungen, wie sie beim Bergabgehen auftreten, kann es zu einer vermehrten Bildung von lokalem IGF-1 kommen. Werden Muskelfasern durch Training beschädigt, fällt die Sezernierung von lokalem IGF-1 wesentlich stärker aus. Auch auf der praktischen Seite zeigte sich in Studien in Verbindung mit Krafttraining und Ernährungsintervention eine Steigerung der Muskelkraft bei gleichzeitig gestiegener Expression von IGF-1 im Skelettmuskel, ebenso eine Hypertrophie. Die Plasmakonzentrationen an IGF-1 wurden durch das Training nicht verändert, es kam aber zu einer durchschnittlich 20-prozentigen Verringerung der Plasmawerte von Myostatin.

Interessant: Der anabole Effekt von Wachstumshormon ist möglicherweise auf eine Suppression von Myostatin zurückzuführen.

Fazit: Die Bildung von Satellitenzellen unterliegt hauptsächlich dem Einfluss von Krafttraining und der dabei erhöhten Bildung lokaler Wachstumsfaktoren. Der Einfluss von zirkulierendem IGF-1 ist derzeit noch nicht eindeutig geklärt. Gehemmt wird die Bildung von Satellitenzellen durch Myostatin.

Auswirkung aktivierter Satellitenzellen

Einmal aktiviert, begibt sich ein Teil der Satellitenzellen wieder in den Ruhezustand und füllt den Satellitenzellen-Pool auf. Der andere Teil durchläuft die Differenzierungsphase und fusioniert mit vorhandenen Muskelfasern, wodurch geschädigte Fasern repariert werden können. Bei Fusionen aus aktivierten und differenzierten Satellitenzellen entstehen neue Muskelfasern, ein Vorgang, der Hyperplasie genannt wird. Eine Integration in vorhandene Muskelfasern löst ein Dickenwachstum (Hypertrophie) aus.

Fazit: Je nach Konstellation kommt es durch die Aktivierung von Satellitenzellen zur Reparatur, Hypertrophie oder sogar Hyperplasie im jeweiligen Muskel.

06 MGF und Doping

MGF steht schon seit einiger Zeit auf dem Dopingindex, da sich auch die Sportlerszene des Potenzials eines solchen Wachstumsfaktors bewusst ist. IGF-1 wird seit längerem als Ersatz oder in Kombination mit Wachstumshormon und anabolen Steroiden missbräuchlich verwendet. Das Problem: Zum einen sind die Auswirkungen von IGF-1 auf die Aktivierung von Satellitenzellen bei systemischer Gabe, wie oben beschrieben, nicht eindeutig belegt. Als wahrscheinlich gilt, dass IGF-1 seinen muskelanabolen Einfluss eher über die beschriebenen Effekte auf die Muskelproteinsynthese und die Regeneration vermittelt. Zum anderen ist es bei systemischer Gabe nicht möglich, spezifisch nur das Wachstum der Skelettmuskulatur anzuregen.

Lokale Injektionen von MGF versprechen zumindest in der Theorie eine Lösung, da die Wirkung auf die Skelettmuskulatur bzw. sogar auf einen bestimmten Muskel beschränkt werden könnte. Im Prinzip entspricht dies dem, was schweres Krafttraining ohnehin hervorruft, nur dass im Doping sicher weitaus höhere Mengen zum Einsatz kommen, als auf physiologischem Wege entstehen. Von einer Anwendung ist aufgrund des Verbots und der gesundheitlichen Risiken abzuraten.

Fazit: Zumindest in der Theorie sollte eine exogene Zufuhr von MGF die anabole Kapazität eines Muskels erhöhen, da der limitierende Faktor für Muskelwachstum die Anzahl der Nuclei darstellt und genau dieser Faktor angegangen würde.

07 Zusammenfassung

Die Welt der Wachstumsfaktoren ist sehr interessant. Auch wenn dieser Artikel viel Theorie enthält, lassen sich Bezüge zur Praxis eindeutig herstellen.

IGF-1, eine der Wachstumsfaktor-Varianten aus der IGF-Gruppe, sorgt für eine verstärkte Muskelproteinsynthese, hemmt den Proteinabbau und verbessert die Regenerationsfähigkeit der beeinflussten Gewebe. Im Skelettmuskel bedeutet das Muskelaufbau.

MGF, eine ausschließlich im Skelettmuskel gebildete Unterart von IGF-1, fördert das Muskelwachstum auf einem anderen Weg, nämlich über die Aktivierung von Satellitenzellen. Diese beeinflussen sowohl Aufbau- als auch Reparaturprozesse der Muskelfaser: Nach ihrer Ausreifung fusionieren sie mit bestehenden Fasern und reparieren diese, fördern ein Dickenwachstum oder sorgen sogar für einen Zuwachs an Muskelfasern. Mehr Muskelfasern bedeuten mehr Muskelzellkerne, und hierin liegt das große Potenzial von MGF, da die Anzahl der Zellkerne in der Muskelfaser als limitierender Faktor für Muskelwachstum angesehen werden kann. Inwieweit auch im Blut zirkulierendes IGF-1 diese Wirkung vermitteln kann, ist bisher nicht eindeutig geklärt.

In der Praxis lässt sich beobachten, dass Krafttraining zu einer Erhöhung von intramuskulärem IGF-1 und MGF führt. Die Plasmakonzentrationen von IGF-1 steigen durch Krafttraining nur bedingt an, es kommt jedoch zu einer Reduzierung des Plasma-Aufkommens an Myostatin, einem Protein, das dafür bekannt ist, den Muskelaufbau zu hemmen.

Hinweis: Dieser Artikel dient der allgemeinen Information und ersetzt keine ärztliche Beratung. Bei gesundheitlichen Beschwerden wende Dich bitte an Deinen Arzt.

Quellen (1)

1. Satellitenzellaktivierung beim Krafttraining, Deutsche Zeitschrift für Sportmedizin, Jahrgang 58, Nr. 1, 2007