Nitric Oxide (NO) – Wie funktioniert unsere Durchblutung? Teil II

01 Nitric Oxide: Biochemie statt Werbeversprechen

In Teil 1 („Nitric Oxide (NO) – Wie funktioniert unsere Durchblutung?“) ging es um die Grundlagen der Durchblutung und die Möglichkeiten, den Blutfluss über Sport und Training zu beeinflussen. Nun beschäftigen wir uns näher mit der Substanz Nitric Oxide (NO, Stickstoffmonoxid).

Besonders am Ende des Textes werden viele Leser kritisch aufmerken, wenn es darum geht, ob die Aminosäure L-Arginin im Bodybuilding tatsächlich zu einer deutlichen Erhöhung von Nitric Oxide führt. Vorweg: Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf biochemische Vorgänge und Synthesewege. Praktische Studien, Untersuchungen und Erfahrungsberichte von Athleten sprechen teilweise eine andere Sprache. Die mögliche Wirkung von L-Arginin wird hier bewusst einmal mit theoretischen Augen betrachtet, denn man sollte die Lobpreisungen einzelner Substanzen gelegentlich auch in Frage stellen.

02 Was ist Nitric Oxide (NO)?

NO ist die chemische Bezeichnung für Stickstoffmonoxid. Es ist die einzige bekannte Substanz, die sowohl als körpereigenes Radikal als auch als Botenstoff tätig ist, unter anderem für die Signalisierung der Gefäßweitung. Nitric Oxide wirkt komplex, und zwar nicht nur am Ort seiner Entstehung, sondern im Rahmen seiner sehr kurzen Halbwertszeit von wenigen Sekunden auch in umliegenden Geweben. Aufgrund seiner geringen Größe kann es diffundieren und sich auch in Membranen anreichern.

In physiologischen Konzentrationen hat es vorwiegend nützliche Funktionen und wirkt sowohl regulativ als auch protektiv (schützend). In überhöhten Konzentrationen wirkt es pathogen (krankheitserregend). Zudem besteht die Gefahr, dass es unter Sauerstoff verstärkt mit Ionen und Radikalen reagiert und mitverantwortlich für die Schädigung von Zellen ist.

Wie wird Nitric Oxide gebildet?

Zur Entstehung von Nitric Oxide werden neben L-Arginin auch Enzyme, die sogenannten NO-Synthasen (NOS), Sauerstoff und weitere Faktoren benötigt. Die Umwandlung von L-Arginin in Nitric Oxide geht in 5 Teilschritten vonstatten. Als Nebenprodukt der NO-Synthese entsteht das Harnstoffderivat L-Citrullin.

Welche Eigenschaften hat Nitric Oxide?

Nitric Oxide ist normalerweise ein farbloses Gas. Als Radikal besitzt es ein ungepaartes Elektron, weist jedoch eine relativ geringe Reaktionsfreudigkeit auf. Reaktionspartner sind molekularer Sauerstoff, Sauerstoffradikalanionen sowie Peroxyradikale oder Metalle. Besonders mit Hämproteinen (Blutproteinen) geht Nitric Oxide gern Verbindungen ein. Dadurch entstehen Substanzen (z. B. Cytochrom-P450-Enzyme), deren Hauptaufgabe darin besteht, zahlreiche körpereigene und körperfremde Substanzen zu oxidieren.

Nitric Oxide hat nur eine Halbwertszeit von fünf Sekunden, weswegen es ständig neu hergestellt werden muss.

„Nitric Oxide hat nur eine Halbwertszeit von fünf Sekunden, weswegen es ständig neu hergestellt werden muss.“

03 Wo kommt Nitric Oxide vor und welche Funktion hat es?

Nitric Oxide im Gefäßsystem

NO-Synthese über Kalzium-Ionen

Stickstoffmonoxid wird bei Bedarf aus der Aminosäure L-Arginin synthetisiert. Zur Synthese wird das endotheliale Enzym NO-Synthase benötigt, das unter physiologischen Bedingungen über eine Erhöhung der intrazellulären Kalzium-Konzentration aktiviert wird. Die Kalziumkonzentration steigt durch ein Einströmen aus dem extrazellulären Raum und die Freisetzung von Kalzium-Ionen aus intrazellulären Speichern. Körpereigene Mediatoren wie ADP, ATP, Bradykinin, Histamin und Serotonin sowie von außen zugeführte Mediatoren (Medikamente) öffnen die entsprechenden Ionenkanäle und machen den Einstrom möglich.

NO-Synthese über die Scherkraft

Wenn ein Gegenstand über eine Fläche gezogen wird, verformt er sich. Diese Verformung nennt man Scherung, und die Kraft, die den Gegenstand in seine Ursprungsform zurückzuführen versucht, nennt man Scherkraft. Scherung und Scherkräfte treten auch beim Blutfluss auf. Unser Blutfluss verläuft normalerweise instationär, das heißt, die Flussgeschwindigkeit verändert sich zeitabhängig, da das Herz stoßweise pumpt. Eine hohe Flussgeschwindigkeit führt aufgrund hoher Reibungswerte zu hohen Scherkräften.

Hohe Flussgeschwindigkeiten und Scherkräfte entstehen bei Belastung und sorgen für die Ausschüttung von Botenstoffen, die über die NO-Bildung eine Weitung der Blutgefäße verursachen.

Die Thermoregulation

Auch die Außentemperatur führt in unserem Körper zu einer Anpassung der Gefäße: Bei Hitze erweitern sie sich, bei Kälte ziehen sie sich zusammen.

Praxistipp: Es ist wichtig, den Körper vor dem Training ausreichend aufzuwärmen (Warm-up), um bereits hier über die Körpertemperatur für eine Vasodilatation zu sorgen. Besonders in kalten Jahreszeiten ist das zu beachten.

Was geschieht mit gebildetem Nitric Oxide?

Gebildetes Nitric Oxide diffundiert zu den Zielzellen und bindet dort an einen spezifischen Rezeptor (lösliche Guanylylcyclase). Zelluläre Wirkorte sind verschiedene Blutzellen (z. B. Thrombozyten und Granulozyten), aber auch die Gefäßwand (glatte Muskelzellen und Endothelzellen).

Über die Hemmung der Thrombozytenaggregation und -adhäsion sowie die Entspannung (Relaxation) glatter Gefäßmuskelzellen kommt es zu einer Vasodilatation (Gefäßerweiterung). Die Thrombozytenaggregation bezeichnet dabei die Zusammenlagerung von Blutplättchen (Thrombozyten). Die Thrombozytenadhäsion bezeichnet das Anheften von Blutplättchen an ein Gewebe, mit dem sie innerhalb intakter Blutgefäße normalerweise nicht in Kontakt kommen.

Neben dieser kurzfristigen Reaktion werden Nitric Oxide langfristig antiarteriosklerotische und antiproliferative (gegen eine Gewebevermehrung gerichtete) Eigenschaften zugeschrieben.

Bedeutung von Nitric Oxide im Gefäßsystem

Aus L-Arginin gebildetes Nitric Oxide gilt als wichtigste Regel- und Schutzsubstanz für einen intakten Gefäßaufbau. Eine Störung der NO-vermittelten Endothelfunktion (innere Schicht der Blutgefäße), bei der zu wenig Nitric Oxide produziert wird, ist ein früher Hinweis auf arteriosklerotische Veränderungen. Solche Störungen werden unter anderem durch erhöhte Blutzuckerwerte, oxidativen Stress oder Hyperhomocysteinämie (erhöhte Homocysteinwerte im Blut) ausgelöst.

Nitric Oxide im Nervensystem

Stickstoffmonoxid fungiert im zentralen Nervensystem als Neurotransmitter. Es ist an der Gedächtnisregulation und am Lernvermögen beteiligt. Zudem wird ein Zusammenhang mit Migräne und Kopfschmerz vermutet. Als Folge NO-vermittelter oxidativer Prozesse treten Proteinmodifikationen und Zellzerstörung auf, die mit nervenbedingten Erkrankungen wie Morbus Alzheimer einhergehen. Durch Reaktion mit Superoxidradikalanionen kommt es an der DNA und an Lipiden zu neurotoxischen Vorgängen. Auch Folgeschäden eines Schlaganfalls (Ischämie) werden einer überschießenden NO-Bildung im Gehirn zugeschrieben. Zudem wird Nitric Oxide mit Morbus Parkinson, Chorea Huntington (schwere Gehirnerkrankung) sowie zahlreichen Autoimmunerkrankungen in Verbindung gebracht.

Gibt es Risiken bei der Einnahme von NO-Boostern?

Die Aminosäure L-Arginin kann oral aufgenommen werden, ins Blut gelangen und über die Blut-Hirn-Schranke ins Gehirn übertreten. Ein überhöhtes NO-Aufkommen im Gehirn hat, wie wir gesehen haben, eher negative Auswirkungen und kann sogar zu einem septischen Schock führen. Die orale Aufnahme von L-Arginin gilt dennoch als weniger problematisch, da im Gehirn das Aufkommen des spezifischen NO-Synthase-Enzyms (iNOS) deutlich geringer ist als in der Peripherie (z. B. in den Gefäßen). Es kann somit wesentlich weniger Nitric Oxide aus L-Arginin gebildet werden. Wer Vorerkrankungen hat oder Medikamente nimmt, sollte die Einnahme von Aminosäurepräparaten vorher ärztlich abklären.

Nitric Oxide im peripheren Nervensystem

Im peripheren Nervensystem beeinflusst Nitric Oxide die Motilität der Gastrointestinalmuskulatur (Verdauungstrakt), die Erektion sowie die Regulation der Nierendurchblutung. Bestimmte Arzneimittel greifen in diesen NO-Signalweg ein und führen über ein vermehrtes Aufkommen des Botenstoffs zu einer Erektion.

Nitric Oxide und die Erektion

Über die Diffusion von Nitric Oxide in die Muskelschicht der Gefäße wird dort das Enzym Guanylylcyclase aktiviert. Dies führt zur Erschlaffung der glatten Muskulatur und zum Nachlassen des Gefäßtonus. Die Erschlaffung der Gefäßmuskulatur ist beim Mann die Voraussetzung für eine Erektion.

Aus L-Arginin und durch NOS im Körper gebildetes Nitric Oxide führt also zu einer Entspannung bestimmter Muskeln, die dadurch Blut im männlichen Glied aufstauen. So entsteht eine Erektion.

Nitric Oxide im Immunsystem

Nitric Oxide ist Teil der unspezifischen Immunabwehr. Signalgeber unseres Immunsystems (inflammatorische Agentien) aktivieren das NOS-Enzym. In Makrophagen (Fresszellen) und Granulozyten (Teil der weißen Blutkörperchen) können so größere Mengen Nitric Oxide produziert werden. Es gelangt durch Diffusion in die umliegenden Gewebe und kann dort an der Abtötung von Bakterien, Pilzen und Viren beteiligt sein. Auch eine wachstumshemmende und gewebeschädigende Wirkung auf Tumorzellen wurde bei Nitric Oxide beschrieben.

Das im Immunsystem vorherrschende NO-Synthase-Enzym iNOS wird bei entzündlichen und infektiösen Erkrankungen langfristig gebildet. Das in hoher Konzentration freigesetzte Nitric Oxide trägt dann zur Symptomatik dieser Erkrankungen bei. Genannt werden unter anderem Arthritis, Darmentzündungen, Asthma, multiple Sklerose, Morbus Alzheimer und Meningitis.

Bei einem septischen Schock kommt es zu einer starken NOS-Expression und so zu einem überschießenden NO-Aufkommen. Die Folge ist eine massive Vasodilatation im gesamten Blutgefäßsystem, verbunden mit einem massiven Blutdruckabfall. Sie kann zu Multiorganversagen und damit zum Tod führen.

Zusammenfassung

Nitric Oxide hat sehr unterschiedliche Auswirkungen auf die verschiedensten Gebiete unseres Körpers. Es spielt eine wesentliche Rolle für die Funktion der Blutgefäße und ist an der Erektion beteiligt. Es fungiert aber auch als möglicher Auslöser von Migräne. Im Immunsystem ist es an der Abwehr von Viren und Bakterien beteiligt, und auch dem Gewebewachstum von Tumorzellen wird es entgegengesetzt. Im Gehirn ist es an Lernvermögen und Gedächtnisleistung beteiligt, spielt aber auch bei degenerativen Hirnerkrankungen eine Rolle. Bei einem Schlaganfall trägt Nitric Oxide wesentlich zur Zerstörung von Hirngewebe bei. Bei chronisch-entzündlichen Erkrankungen wie Rheuma wird es mit der Ausprägung von Schwellung, Rötung und Schmerz in Verbindung gebracht.

Ob und wie sich die NO-Synthese neben dem Training auch über die Ernährung beeinflussen lässt, schauen wir uns an, nachdem wir uns mit den Katalysatoren von Nitric Oxide, den NO-Synthasen, beschäftigt haben.

04 NO-Synthasen: die Enzyme hinter der NO-Bildung

Isoformen

Das Enzym Stickstoffmonoxid-Synthase, kurz NO-Synthase (NOS), ist für die Bildung von Stickstoffmonoxid (NO) aus L-Arginin verantwortlich. Beim Menschen tritt NOS in 3 Isoformen auf. Sie unterscheiden sich in Lokalisation (Entstehungsort), Aminosäuresequenz, Kinetik, Regulation und funktioneller Bedeutung.

• eNOS (NOS3): endotheliale NO-Synthase (die Gefäße betreffend)
• bNOS (NOS1): neuronale NO-Synthase (das Gehirn betreffend)
• iNOS (NOS2): induzierbare NO-Synthase (das Immunsystem betreffend)

eNOS und bNOS

eNOS und bNOS werden über ihre Aktivität reguliert und sind ständig vorhanden. Die Aktivität der eNOS im Gefäß ist zwar auch von mechanischen Kräften abhängig, überragende Bedeutung hat jedoch die Regulation über die intrazelluläre Calciumkonzentration. Nur wenn ausreichend Ca2+-Ionen vorhanden sind, kann es zur Ausbildung der aktiven Enzymform kommen.

iNOS

iNOS ist zwar auch in geringem Maße immer vorhanden, reguliert sich jedoch über die Expression (Bildung) und wird vermehrt gebildet, wenn Bedarf besteht. Nach der iNOS-Bildung kommt es zu einer schnellen, starken und lang anhaltenden NO-Synthese. Die von iNOS produzierte Menge an Nitric Oxide kann das 1000-Fache dessen betragen, was eNOS produziert, allerdings nur, wenn genügend iNOS gebildet wird. Die Bindung bei iNOS ist calciumunabhängig und somit kaum regelbar. Bakteriengifte oder entzündliche Substanzen (IFN-γ oder Interleukin-1β) sind zwei beispielhafte Auslöser. Durch iNOS gebildetes Nitric Oxide dient der Immunabwehr.

Zusammenfassung

Es gibt also mehrere Arten des NOS-Enzyms. Für Bodybuilder interessant ist vor allem die hauptsächlich in den Gefäßen aktive eNOS. Wenn es gelingen würde, die eNOS-Synthese zu maximieren, bestünden gute Chancen, auch bei der Einnahme von NO-Boostern hinsichtlich einer vermehrten NO-Synthese etwas zu erreichen. Ob das möglich ist, schauen wir uns im abschließenden Abschnitt an.

05 Durchblutung beeinflussen: Training, Ernährung und Supplemente

Wie wir gesehen haben, wirkt sich körperliche Belastung äußerst förderlich auf die Synthese von Nitric Oxide aus. Auch über die Ernährung ist es bedingt möglich, das NO-Aufkommen zu beeinflussen.

NO-Synthase: der limitierende Faktor der NO-Bildung

Die Ernährung eines Bodybuilders ist typischerweise sehr proteinreich. Zusätzlich wird versucht, über NO-Booster mit den Aminosäuren Arginin, Citrullin oder anderen Substanzen die NO-Synthese zu steigern. Es erscheint logisch, dass die Zufuhr des Ausgangssubstrats L-Arginin auch zu einer Mehrproduktion führt. Leider erweist sich dieses Vorhaben als nicht so effizient wie angenommen, und zwar aus zwei Gründen:

1. Durch die bereits sehr hohe Proteinaufnahme nimmt man auch schon ausreichend L-Arginin für die NO-Synthese auf. Von einer zusätzlichen Einzelgabe von Arginin wird man in diesem Fall nicht mehr so stark profitieren können wie bei einer Unterversorgung mit Gesamtprotein und L-Arginin. Eine solche Unterversorgung liegt bei den wenigsten Bodybuildern vor.
2. Selbst wenn wir Arginin in hohen Mengen über Nahrung und NO-Booster aufnehmen, ist der eigentlich limitierende Faktor der NO-Bildung das Aufkommen des zur Umwandlung benötigten NOS-Enzyms. Das Enzymaufkommen in unseren Gefäßen ist begrenzt. Wie wir gelesen haben, erfolgt die Regulierung von eNOS nicht über eine Mehrproduktion, sondern über eine calciumabhängige Aktivierung des Enzyms. Wenn wir also viel Arginin aufnehmen, wird nicht automatisch mehr NOS-Enzym gebildet.

L-Arginin und L-Citrullin

In diesem Zusammenhang bringt auch Citrullin keinen klaren Vorteil. Untersuchungen zufolge wird es im Körper in Arginin umgewandelt und passiert den Magen-Darm-Trakt besser als L-Arginin selbst. Die Limitierung der NO-Produktion durch das begrenzte Aufkommen von NOS lässt sich damit jedoch weder lösen noch umgehen.

Ist L-Arginin für ein vermehrtes NO-Aufkommen also sinnlos?

Auch wenn bei bereits hoher Gesamtproteinaufnahme keine drastische Erhöhung des NOS-Aufkommens zu erwarten ist, wird diskutiert, ob L-Arginin in Kombination mit Folsäure, Vitamin B6 und Vitamin B12 die Aktivität der vorhandenen NOS-Menge beeinflussen kann. Über diesen Weg wäre theoretisch eine Mehrproduktion von Nitric Oxide und damit eine Gefäßerweiterung denkbar. Die Datenlage dazu ist uneinheitlich.

Weitere Möglichkeiten, die Durchblutung zu beeinflussen

Milch: In Untersuchungen wurde beobachtet, dass Lactokinine (spezifische Molkepeptide) in der Milch den Blutfluss steigern, indem sie ein Enzym hemmen, das normalerweise die Blutgefäße verengt.

Kohlenhydrate: Vor dem Training aufgenommene Kohlenhydrate erhöhen über eine verstärkte Insulinbildung die NO-Produktion in der Gefäßwand.

Blutfette: Blutfette im Normbereich zu halten hat große Auswirkungen auf die Fließeigenschaften des Blutes und nimmt damit ebenfalls Einfluss auf die Durchblutung.

06 Zusammenfassung

NO (Stickstoffmonoxid) ist eine Substanz mit weitreichenden Auswirkungen auf den gesamten Körper. Im Bodybuilding ist vor allem seine gefäßerweiternde Funktion interessant, die für mehr Nähr- und Wirkstoffe an der Muskulatur sorgt. Über das Training bestehen weitreichende Möglichkeiten, das NO-Aufkommen zu erhöhen. Auch Ernährung und Supplemente werden als Möglichkeit diskutiert, die Durchblutung zu beeinflussen. Dieses Instrument ist jedoch nicht ganz so effektiv, wie es die meisten vermuten würden.

Die Ausführungen beziehen sich, wie in der Einleitung erwähnt, auf biochemische Fakten zu den Synthesewegen von Nitric Oxide. Da man Theorie und Praxis nicht immer gleichsetzen darf, bleibt es jedem selbst überlassen, wie er das Thema L-Arginin einordnet. Wie bei vielen anderen Supplementen wird es auch hier große individuelle Unterschiede von Athlet zu Athlet geben.

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