Nitric Oxide (NO) – Wie funktioniert unsere Durchblutung?

01 Nitric Oxide und Durchblutung: Worum es geht

Von fast jedem bekannten Supplementhersteller gibt es mindestens ein Produkt, das als NO-Booster (Nitric Oxide bzw. Stickstoffmonoxid-Booster) angepriesen wird. Viele wissen, dass diese Produkte Arginin enthalten und irgendetwas mit der Durchblutung zu tun haben. Die wenigsten wissen jedoch genau, worum es sich bei Nitric Oxide handelt und wie es wirkt.

Dieser Beitrag soll deshalb Hintergrundwissen und ein besseres Verständnis liefern. Wer sich mit dem zugegeben nicht ganz einfachen Thema befasst, hat vielen anderen im Fitnessstudio ein hohes Maß an Wissen voraus.

Der erste Teil behandelt die Grundlagen der Durchblutung sowie Möglichkeiten, sie über das Training zu beeinflussen. Der zweite Teil widmet sich spezifisch Nitric Oxide, seinen zugehörigen Enzymen und der körpereigenen Synthese dieser Substanz.

02 Grundlagen: Blutkreislauf und Durchblutung

Um die Rolle von Nitric Oxide für die Durchblutung erklären zu können, müssen wir uns zuerst kurz mit der Durchblutung im Allgemeinen befassen. Dazu sind einige Schlüsselbegriffe zu klären.

Durchblutung (Perfusion)

Die Durchblutung bezeichnet die Versorgung von Organen und Organteilen mit Blut. Die Zufuhr erfolgt über Arterien, der Abfluss über Venen. Über sie werden alle Gewebe mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt, Stoffwechselendprodukte wie CO2 oder Laktat werden abtransportiert. Die Durchblutung (Perfusion) als Größe ist das Blutvolumen, das pro Zeiteinheit durch ein Organ oder Gewebe strömt.

Wir unterscheiden grob zwei Arten der Durchblutung: die Ruhedurchblutung und die maximal mögliche Durchblutung. Bei beiden werden Organe und Gewebe unterschiedlich stark mit Blut versorgt. In Ruhe erhalten die Nieren den größten Blutanteil, bei Maximalbelastung sind es die Muskulatur und die Haut.

Die bedarfsgerechte Anpassung des Blutflusses wird durch komplexe Steuerungsmechanismen beeinflusst. Autonom werden das Gehirn, die Nieren und der Magen-Darm-Trakt versorgt. Direkten Einfluss haben wir auf die Versorgung der Muskulatur über unsere Gefäßnerven und damit das Nervensystem (sympathisches und parasympathisches Nervensystem). Hier spielen Neurotransmitter und Katecholamine (Noradrenalin und Adrenalin) ihre Rolle als Botenstoffe.

Vasodilatation

Unter Vasodilatation versteht man die Erweiterung der Blutgefäße. Sie kann entweder aktiv bei Erschlaffung der Gefäßmuskulatur oder passiv bei Erhöhung des Blutvolumens erfolgen. Das Zusammenspiel von Nerven und Muskeln bei der aktiven Vasodilatation wird als Vasomotorik bezeichnet. Vasodilatation erfolgt hauptsächlich als Antwort auf Änderungen der Nitric-Oxide-Konzentration.

Vasokonstriktion

Unter Vasokonstriktion versteht man eine Gefäßverengung. Sie erhöht den Strömungswiderstand im arteriellen Teil des Gefäßsystems und lässt so den Blutdruck steigen. Vasokonstriktion ist ein Instrument zur Regulierung der Organ- und Gewebedurchblutung. Ausgelöst wird sie vor allem durch Hormone, die an spezifische Rezeptoren (Bindungsstellen) der Blutgefäße andocken, die α/β-Rezeptoren.

Vasoaktive Substanzen, die eine Vasokonstriktion auslösen, sind unter anderem Angiotensin I und II, Serotonin, das von peripheren Gewebszellen gebildete Endothelin, Noradrenalin und in sehr hohen Konzentrationen auch das sonst teilweise gefäßerweiternd wirkende Adrenalin.

Das Stromzeitvolumen

Das Stromzeitvolumen ist das Blutvolumen, das pro Zeiteinheit durch einen bestimmten Gefäßabschnitt fließt. Es spielt eine entscheidende Rolle bei der Blutversorgung von Organen und Muskeln. Es wird größer, wenn durch Vasodilatation der Strömungswiderstand im Gefäß kleiner wird oder wenn die Druckdifferenz zwischen arteriellem und venösem Druck größer wird.

Der Strömungswiderstand ist der Reibungswiderstand zwischen den aneinander vorbeigleitenden Flüssigkeitsschichten. Er setzt sich zusammen aus Gefäßlänge, Gefäßradius und Viskosität (Dicke) des Blutes.

Die Viskosität hängt vom Blutmarker Hämatokrit ab (dem Anteil der zellulären Bestandteile am Blutvolumen). Sie zeigt an, wie dick- oder dünnflüssig das Blut ist. Dicker wird unser Blut bei Temperaturerhöhung und Krafttraining. Bei Ausdauertraining erhöht sich zwar die Menge der Teilchen im Blut (hauptsächlich Erythrozyten), es erhöht sich jedoch auch der Flüssigkeitsanteil, und zwar in höherem Maße, sodass die Viskosität insgesamt abnimmt.

Ausdauertraining macht das Blut dünner, Krafttraining macht es dicker.

Den größten Einfluss auf den Strömungswiderstand und damit auf die Durchblutung hat die Veränderung des Gefäßradius, also ob sich die Blutgefäße weiten oder zusammenziehen.

„Den größten Einfluss auf den Strömungswiderstand und damit auf die Durchblutung hat die Veränderung des Gefäßradius, also ob sich die Blutgefäße weiten oder zusammenziehen.“

03 Der Blutdruck

Der Blutdruck kennzeichnet den Druck des Blutes in einem Gefäß. Als Normalwerte gelten 120/80 mmHg, unbedenklich sind Werte bis 140/90 mmHg. Ein systolischer Wert zwischen 140 und 160 mmHg und ein diastolischer Wert zwischen 90 und 95 mmHg kennzeichnen die sogenannte Grenzwerthypertonie. Bei höheren Werten sollte eine ärztliche Abklärung erfolgen.

Wie entsteht der Blutdruck?

Die Arbeit des Herzens unterteilt sich in eine Systole (Schlagphase) und eine Diastole (Entspannungsphase). Während der Systole wird das Blut aus den Herzkammern ausgeworfen, während der Diastole entspannt sich das Herz wieder und füllt sich. Normalerweise würde dies bedeuten, dass die Organe schubweise mit Blut versorgt werden. Das darf nicht passieren, da einige Organe auf einen relativ konstanten Druck angewiesen sind.

Deshalb dehnt sich der Aortenbogen (Bogen der Hauptschlagader) aus und füllt sich mit Blut. Dadurch wird der Auswurfdruck des Herzens abgeschwächt, die Blutgefäße werden entlastet. In der Diastole zieht sich die Aorta wieder zusammen, sodass der Druck nicht völlig abfällt. Dieses Phänomen heißt Windkesselfunktion.

Wichtig: Nur in den Arterien kann man systolischen und diastolischen Blutdruck messen.

Wie verändert sich der Blutdruck bei körperlicher Belastung?

Je nach Krafteinsatz und Belastung steigt der Blutdruck an.

Je höher die eingesetzte Kraft, desto stärker der Blutdruckanstieg.

Im Kraftsport wurden schon Werte von bis zu 400/300 mmHg gemessen. Im Ausdauersport steigt der Blutdruck kontinuierlich mit der Belastung des Herz-Kreislauf-Systems.

Wie wird der Blutdruck reguliert?

Pressorezeptoren: Wie so oft im Körper registrieren und übermitteln auch hier Rezeptoren die Signale zur Regulierung des Blutdrucks, in diesem Fall die sogenannten Pressorezeptoren. Sie registrieren die jeweilige Gefäßspannung und geben diese Information an das Stammhirn weiter. Über den Nervus vagus können sie so eine Erweiterung der Gefäßwand (Vasodilatation) und damit eine Blutdrucksenkung oder eine Vasokonstriktion (Blutdrucksteigerung) bewirken, indem entsprechende Neurotransmitter und Hormone ausgesendet werden.

Herz und Atmung: Das Blutvolumen wird durch die Sogwirkung des rechten Vorhofs und der herznahen Gefäße zum Herzen gezogen. Die Atmung erweitert den Brustkorb, sodass der Druck auf die Venen abnimmt und die Druckdifferenz zunimmt. Beim Einatmen fließt so mehr venöses Blut zum Herzen als beim Ausatmen.

Muskelpumpe: Die Kontraktion der Skelettmuskeln bewirkt ein Zusammendrücken der Venen, sodass das Blutvolumen zum Herzen hin gepresst wird. Beim Entspannen des Muskels nimmt das entleerte Venenvolumen wieder zu, was einen Druckabfall im entsprechenden Venensegment zur Folge hat. Die Venen füllen sich dann wieder mit Blut.

Arterielle Rückkopplung: In den Beinen gibt es zudem die sogenannte arterielle Rückkopplung. Venen und Arterien liegen hier unmittelbar nebeneinander, sodass die pulsierende Ausdehnung der Arterien auch Druck auf die Venen ausübt. Die Wirkung ähnelt der Muskelpumpe bei der Kontraktion des Skelettmuskels.

Weitere Prozesse: Noch einige weitere Prozesse beeinflussen den Blutdruck. Sie werden hier des Umfangs halber nicht weiter erläutert.

Fazit

Faktoren wie Blutdicke, Gefäßradius und Blutdruck bestimmen den Grad der Durchblutung. Die Blutdicke verändert sich unter anderem durch Training und Flüssigkeitsaufnahme.

Der Blutdruck ist eine sich ständig ändernde Größe. Er ist von der Atmung abhängig und fällt im Schlaf, bei Verdauungsvorgängen und beim Übergang vom Liegen zum Stehen ab. Steigende Tendenzen ergeben sich bei psychischen und physischen Reizen wie Training. Der Gefäßradius hat den größten Einfluss auf den Gefäßwiderstand und die Durchblutung.

Praxistipp: Training mit vollem Magen ist kontraproduktiv, da sich das vorhandene Blutvolumen beiden Aufgaben widmen muss und nicht zielgerichtet der Versorgung der Muskulatur mit Nährstoffen und dem Abtransport von Stoffwechselendprodukten dienen kann.

04 Der Gefäßwiderstand: Einfluss durch Sport

Mehrere Systeme beeinflussen den Widerstand in unseren peripheren Gefäßen (als Peripherie bezeichnet man die Gefäße der Extremitäten). Einige davon werden hier genauer erläutert.

Vasokonstriktorisches sympathisches System

Durch Belastung psychischer oder physischer Natur werden über dieses System bestimmte Gebiete mehr oder weniger stark mit Blut versorgt. Grundsätzlich sind alle Blutgefäße mit sympathischen Nervenfasern versehen. Der Sympathikus ist der Teil des Nervensystems, der für die Aktivierung des Stoffwechsels zuständig ist. Diese Aktivierung geschieht durch die Ausschüttung von Katecholaminen (Adrenalin, Noradrenalin und Dopamin).

Sie verändert die Erregungsfrequenz und beeinflusst so den Spannungszustand der Gefäßmuskulatur (Tonus), die dann gegen die Gefäßwand drückt. Die Zunahme sympathischer Impulse bewirkt eine Gefäßverengung (Vasokonstriktion), die Abnahme eine Gefäßerweiterung (Vasodilatation).

Bei körperlicher Aktivität setzen wir Noradrenalin und Adrenalin frei. Noradrenalin ist teilweise bereits in Sammelbläschen an den Enden der Nervenfasern gelagert. Zudem wird es im Nebennierenmark gebildet und in den Blutkreislauf abgegeben. Es wandert zu den adrenergen Rezeptoren der Gefäße in Regionen, die nicht an einer Belastung beteiligt sind (vorwiegend α-Rezeptoren), und verengt diese.

Auch Adrenalin wird über das Nebennierenmark ins Blut abgegeben. Es besetzt die β-Rezeptoren der Gefäße in Regionen, die an der Belastung teilnehmen, und sorgt hier für eine Vasodilatation.

Fazit: Sport aktiviert das sympathische Nervensystem. Es werden Katecholamine ausgeschüttet, die Gefäße verengen, welche nicht an der Belastung beteiligt sind, und Gefäße erweitern, die direkt beteiligt sind. Ziel ist eine Blutumverteilung und eine erhöhte Bereitstellung von Blut mit all seinen Inhaltsstoffen an belasteten Geweben und Organen, etwa der trainierten Muskulatur.

Cholinerges sympathisches System

Dieses System ist bei körperlicher Belastung weniger wichtig, da es hauptsächlich auf Emotionen wie Angst oder Wut reagiert. Um darauf zu reagieren, haben unsere Gefäße Rezeptoren für den Neurotransmitter ACh (Acetylcholin). Die Anbindung von ACh an diese Rezeptoren führt zu einer Weitstellung der Arteriolen in der Skelettmuskulatur sowie zu einer Verengung der Haut- und Blutgefäße.

Interessant ist, dass dieser Mechanismus auch kurz vor dem Training auftritt (sogenannter Vorstartzustand). Im weiteren Verlauf der Belastung verliert er jedoch an Wirkung und somit an Bedeutung.

Lokal-chemisches (lokal-metabolisches) System

Muskelarbeit bewirkt eine Anhäufung von Kalium-Ionen sowie eine Abnahme des Sauerstoff-Partialdrucks in der Muskelzelle und außerhalb der Zelle (Extrazellulärraum). Kalium-Ionen und Sauerstoff diffundieren zu den Arteriolen (kleinen Blutgefäßen) und steigern die Empfindlichkeit der Rezeptoren an der glatten Gefäßmuskulatur. Es kommt zu einer Vasodilatation (Weitung) im Bereich der arbeitenden Muskulatur.

Gleichzeitig findet in der nicht arbeitenden Muskulatur der oben genannte parasympathisch bedingte Vasokonstriktions-Effekt (Gefäßverengung) statt. Der periphere Strömungswiderstand nimmt in der nicht belasteten Region ab, in der arbeitenden Muskulatur nimmt er zu. Neben einer Erweiterung bereits durchbluteter Gefäße kommt es zudem zu einer Eröffnung von in Ruhe verschlossenen Kapillaren.

Ver- und Entsorgung in der Muskulatur: So kann in der arbeitenden Muskulatur der erhöhte Sauerstoffbedarf gedeckt werden, das heißt, die aerobe Energiebereitstellung sowie der Abtransport von Stoffwechselendprodukten (Metaboliten) wie Laktat und CO2 werden gewährleistet. Auch eine Erhöhung der Metaboliten-Konzentration in der Muskulatur selbst steigert die Durchblutung, bis schließlich ein Gleichgewicht zwischen Anfall und Abbau besteht (Laktat-Steady-State).

Ein weiterer Anstieg der Belastung bringt die Durchblutung an ihre Grenze. Es können maximal ca. 80-120 ml/min je 100 ml Muskelgewebe befördert werden. Aus dem Laktat-Steady-State entsteht ein Ungleichgewicht. Es kommt zu einer Anhäufung (Akkumulation) der genannten Metaboliten, was zu Leistungseinbußen und Ermüdung der Muskulatur führt.

Fazit: Großen Einfluss auf unseren Gefäßwiderstand und damit auf unsere Durchblutung hat das Training. Das Training selbst und sogar die gedankliche Vorbereitung darauf aktivieren das sympathische Nervensystem sowie die ACh-Synthese und sorgen so für eine Blutumverteilung. Unterschieden wird dabei zwischen Regionen, die einer Belastung ausgesetzt sind, und Regionen, die nicht beteiligt sind. Entsprechend kommt es zu einer Vasokonstriktion oder Vasodilatation der Gefäße. Die Vasodilatation findet letztlich über die Synthese von Nitric Oxide im Gefäß statt.

Durchblutung findet also nicht im gesamten Körper gleich gut oder schlecht statt.

05 Zusammenfassung

In diesem Teil wurden die Grundlagen der Durchblutung mit all ihren Beteiligten erörtert. Viele Faktoren sind an der Entstehung, Aufrechterhaltung und Veränderung unseres Blutflusses beteiligt. Wir haben gesehen, dass sich die Durchblutung von Organen und Muskulatur durch Sport erheblich steigern lässt. Mehr Blut am Muskel bedeutet mehr Sauerstoff, mehr Nährstoffe und einen besseren Abtransport von Stoffwechselendprodukten. In Verbindung mit einer ausreichenden Nährstoffversorgung sind das gute Voraussetzungen für den Muskelaufbau.

Im nächsten Teil geht es darum, welchen Platz und welche Funktion Nitric Oxide in diesem System einnimmt, wie es entsteht, wie es wirkt und inwieweit sich sein Aufkommen über Ernährung beeinflussen lässt.

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