Neues Konzept

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Die sieben Kernpunkte der Muskelgesundheit

Ein internationales Autorenteam um Dr. Anna Vainshtein vom Unternehmen Craft Science in Toronto und Professor Dr. Marco Sandri vom Department of Biomedical Sciences der University of Padova, Italien, stellen im Wissenschaftsmagazin »Nature Metabolism« ein Konzept vor, in dem sie sieben miteinander verknüpfte Kennzeichen gesunder Skelettmuskulatur definieren. Hierzu gehören Metabolismus und Bioenergetik, Proteostase, Genomik, Erregbarkeit, Struktur, Regeneration und Cross-Talk. Angelehnt ist dies an die Hallmark-Konzepte, die Hallmarks of Aging oder die Hallmarks of Cancer.

Muskelmasse steht bei dem neuen Konzept zwar im Zentrum des Modells, ist aber ausdrücklich nicht mit Muskelgesundheit gleichzusetzen. Entscheidend ist vielmehr das Zusammenspiel der verschiedenen Systeme, das Integrität, Anpassungsfähigkeit und Widerstandsfähigkeit des Muskels bestimmt.

Die sieben Bereiche lassen sich drei Ebenen zuordnen: Zu den fundamentalen Prozessen zählen Stoffwechsel, Proteostase (die Aufrechterhaltung eines stabilen, funktionellen Proteinbestands in Zellen, Zellorganellen und im extrazellulären Raum) und Genomik. Struktur und Erregbarkeit bilden die funktionelle Ebene. Und schließlich bilden Regeneration und interzelluläre beziehungsweise interorganische Kommunikation die integrative Ebene.

Besonders deutlich wird die systemische Bedeutung beim Stoffwechsel. Der Skelettmuskel macht bei Menschen ohne Adipositas etwa 40 bis 50 Prozent der Körpermasse aus und übernimmt einen Großteil der postprandialen Glucoseverwertung. Eine gesunde Muskulatur zeichnet sich durch metabolische Flexibilität aus. Je nach Nahrungsangebot und körperlicher Belastung kann sie zwischen Fettsäuren, Glucose und anderen Energieträgern wechseln.

Typ-I-Fasern verfügen über eine besonders hohe mitochondriale Ausstattung, während Typ-II-Fasern stärker auf die Glykolyse ausgerichtet sind. Training verbessert diese Flexibilität und fördert über den transkriptionalen Kofaktor PGC-1α unter anderem die mitochondriale Biogenese, die Angiogenese und eine Verschiebung hin zu oxidativeren Fasereigenschaften.

Ein zweiter zentraler Pfeiler ist die Proteostase. Ein gesunder Muskel benötigt weder maximale Proteinsynthese noch maximale Proteinabbaurate, sondern ein fein reguliertes Gleichgewicht. Regulatoren, Enzyme und Transkriptionsfaktoren wie mTOR, AMPK, FOXO bilden zusammen mit Autophagie und dem Ubiquitin-Proteasom-System ein eng gekoppeltes Netzwerk.

Im Alter nehmen unter anderem Autophagie, Mitophagie und proteasomale Aktivität ab, sodass sich beschädigte Proteine und Organellen anreichern können. Bemerkenswert ist deshalb, dass eine möglichst starke dauerhafte Aktivierung anaboler Signalwege keineswegs automatisch günstig ist. Chronische mTOR-Aktivierung kann die Autophagie unterdrücken und damit proteostatische Probleme sogar verstärken.

Auch die neuromuskuläre Erregbarkeit rückt stärker in den Mittelpunkt. Muskelkraft hängt nicht allein davon ab, wie viel Muskelgewebe vorhanden ist. Alterungsprozesse an motorischen Neuronen, neuromuskulären Endplatten und der intrazellulären Calciumregulation können die Kraftentwicklung vermindern, ohne dass dies proportional an der Muskelmasse abzulesen wäre.

Mit zunehmendem Alter gehen motorische Einheiten verloren. Gleichzeitig verschlechtert sich die Kopplung zwischen Erregung und Kontraktion. Damit liefert das Konzept eine biologische Erklärung dafür, weshalb Muskelmasse allein ein unzureichender Marker für funktionelle Muskelgesundheit ist.

Ähnliches gilt für die Regenerationsfähigkeit. Satellitenzellen fungieren als Muskelstammzellen und können nach Verletzungen aktiviert werden, proliferieren und mit Muskelfasern fusionieren. Mit dem Alter schrumpft jedoch insbesondere bei Typ-II-Fasern die regenerative Reserve.

Gleichzeitig verändert sich die zelluläre Umgebung der Stammzellen. Muskelalterung erscheint damit nicht als Defekt eines einzelnen Signalwegs, sondern als fortschreitende Störung eines komplexen Ökosystems aus Muskelfasern, Stamm-, Immun-, Gefäß- und Stromazellen.

Besonders relevant für die Präventionsmedizin ist das siebte grundlegende Kennzeichen, der Cross-Talk. Der Muskel kommuniziert über Myokine, Metaboliten, Lipide, Nukleinsäuren und extrazelluläre Vesikel mit Fettgewebe, Leber, Pankreas, Knochen, Gehirn, Immunsystem, Herz und Darm. Die Forschenden sprechen von mehr als 600 potenziellen Signalmolekülen. Muskelaktivität beeinflusst damit nicht nur die lokale Leistungsfähigkeit, sondern auch Glucosehomöostase, Entzündung, Energiestoffwechsel und vermutlich weitere systemische Funktionen.

Für die klinische Praxis ist zudem wichtig, dass die Forschenden ihre Hallmarks ausdrücklich als messbar und modifizierbar verstehen. Neben klassischen Parametern wie Muskelkraft und Bildgebung reichen mögliche Messgrößen von VO₂max, Insulinsensitivität und mitochondrialer Funktion bis zu epigenetischen Signaturen, zirkulierenden Myokinen und Myo-Mikro-RNA (myomiRNA).

Viele der molekularen Marker sind allerdings klinisch noch nicht ausreichend validiert. So gelten etwa der Wachstums- und Differenzierungsfaktor GDF15, der Fibroblastenwachstumsfaktor 21 (FGF21) und Acylcarnitin-Profile bislang lediglich als potenzielle Indikatoren mitochondrialer Belastung und metabolischer Inflexibilität.

Ein roter Faden zieht sich durch praktisch alle sieben Hallmarks. Demnach ist körperliche Aktivität derzeit die am breitesten wirksame Intervention. Ausdauertraining verbessert unter anderem mitochondriale Kapazität, Kapillarisierung und Insulinsensitivität, Krafttraining unterstützt Glucoseaufnahme, mitochondriale Struktur, Muskelarchitektur und neuromuskuläre Funktionen.

Training greift damit nicht an einem einzelnen Zielprotein an, sondern gleichzeitig in zahlreiche miteinander gekoppelte biologische Systeme ein. Genau darin könnte seine außergewöhnlich breite Wirkung liegen. Die Forschenden argumentieren entsprechend, dass künftige therapeutische Strategien mehrere Hallmarks gleichzeitig berücksichtigen sollten, anstatt Muskelgesundheit auf einen einzelnen molekularen Mechanismus zu reduzieren.

Aktuell ist das Hallmark-Modell vor allem ein konzeptioneller Rahmen und noch kein klinisches Diagnoseinstrument. Seine Stärke liegt darin, Muskelgesundheit von der simplen Frage nach der Muskelmasse zu lösen.

Für Prävention, Altersmedizin und auch die pharmazeutische Beratung ergibt sich daraus eine wichtige Botschaft: Entscheidend ist nicht allein, wie viel Muskel ein Mensch besitzt, sondern wie gut dieser Muskel Energie bereitstellt, Proteine und Organellen erneuert, neuronale Signale in Kraft umsetzt, sich regeneriert und mit dem übrigen Organismus kommuniziert.