Körperliche Aktivität spielt eine wichtige Rolle im Gewebenanabolismus, Wachstum und Entwicklung des menschlichen Körpers. Selbst moderate körperliche Aktivität im Rahmen des täglichen Lebens kann beträchtliche anabolische Reize auslösen. Die anabolen Effekte der Bewegung beschränken sich nicht nur auf Profisportler, sondern betreffen alle Menschen. Allerdings können intensive Trainingsbelastungen bei jungen Sportlern, vor allem wenn sie mit unzureichender Energiezufuhr einhergehen, Gesundheitsrisiken bergen und zu Wachstums- und Entwicklungsstörungen führen.
Das GH-IGF-1-System
Das GH-IGF-1-System umfasst Hormone, Wachstumsfaktoren, Bindungsproteine und Rezeptoren, die viele lebenswichtige Prozesse wie Wachstum, Stoffwechsel, Reparatur und Alterung regulieren. Das System hat seinen Ursprung im Zentralnervensystem, wo Neurotransmitter die Synthese von Wachstumshormon-Releasing-Hormon (GHRH) und Somatostatin im Hypothalamus stimulieren bzw. inhibieren. GHRH aktiviert in der Hypophyse die Synthese und Sekretion von Wachstumshormon (GH), während Somatostatin die GH-Freisetzung direkt hemmt.
GH ist das Hauptsekretionsprodukt des Systems. Eine wichtige Folge der GH-Wirkung ist die Aktivierung der IGF-1-Synthese in der Leber. GH hat jedoch auch andere, von IGF-1 unabhängige Effekte auf Stoffwechsel, Körperzusammensetzung und Gewebedifferenzierung. GH übt über einen Rückkopplungsmechanismus eine direkte Wirkung auf die beiden hypothalamischen Hormone aus, die seine Sekretion kontrollieren.
Die Wirkung von GH auf die Gewebe wird durch die Interaktion von GH mit seinem Rezeptor vermittelt. Der GH-Rezeptor besitzt intra- und extrazelluläre Transmembrandomänen. Die extrazelluläre Domäne ist identisch mit dem GH-bindenden Protein (GHBP) im Blut, sodass die Rezeptordichte und -aktivität durch Messung des GHBP-Spiegels bestimmt werden können.
IGF-1 gehört zur Gruppe der insulinähnlichen Proteine und kann als Hormon wirken. Die meisten Effekte von IGF-1 sind jedoch das Ergebnis parakriner oder autokriner Sekretion und Regulation, die nur teilweise GH-abhängig sind. IGF-1 stimuliert die Somatostatinsekretion und hemmt über einen negativen Rückkopplungsmechanismus die GH-Freisetzung, wobei unklar ist, welches IGF-1 (zirkulierendes oder lokal im Gehirn sezerniertes) diesen Regulationsmechanismus vermittelt.
Der Großteil des zirkulierenden IGF-1 liegt in gebundener Form vor, komplexiert mit verschiedenen Bindungsproteinen (IGFBPs). Für den erwachsenen Organismus ist IGFBP-3 am wichtigsten, das hauptsächlich in der Leber unter GH-Kontrolle gebildet wird. Bei der Bindung an IGF-1 interagiert IGFBP-3 mit einer säurelabilen Untereinheit und bildet einen Komplex, der den Transport des meisten zirkulierenden IGF-1 vermittelt. Einige IGFBPs, wie IGFBP-3, sind GH-abhängig, andere, wie IGFBP-1 und IGFBP-2, insulinabhängig (ihr Spiegel steigt bei niedrigem Insulinspiegel an). Die Interaktion von IGF-1 mit den Bindungsproteinen ist komplex, da einige die anabolen Wirkungen von IGF-1 fördern (z.B. IGFBP-5), andere hemmen (z.B. IGFBP-4).
Die Wirkung von IGF-1 auf die Zelle resultiert aus seiner Bindung an zwei verschiedene Rezeptoren. Der Typ-I-Rezeptor besitzt Tyrosinkinase-Aktivität und vermittelt den Großteil der IGF-1-Effekte. Dieser Rezeptor weist Ähnlichkeit mit dem Insulinrezeptor auf und kann daher auch Insulin binden, das ebenfalls anabole Wirkungen hat. Der Typ-II-Rezeptor entspricht dem Mannose-6-Phosphat-Rezeptor und kann auch IGF-II binden.
Einige Hormone im GH-IGF-1-System (z.B. GHRH, Somatostatin, GH) werden pulsatil sezerniert. Diese Schwankungen der Hormonkonzentrationen im Blut sind besonders wichtig für das beschleunigte Wachstum. Im Gegensatz dazu bleiben die Spiegel von IGF-1 und den IGFBPs über den Tag relativ stabil.
Neben ihrer Bedeutung für normales Wachstum beeinflussen GH und IGF-1 auch die Körperzusammensetzung. Beide Hormone fördern den Muskelaufbau und die Knochendichte und reduzieren die Fetteinlagerung.
Einige Komponenten dieses Hormonsystems sind altersabhängig. Die höchsten Konzentrationen von GHRH, GH, GHBP, IGF-1 und IGFBP-3 werden in der Pubertät erreicht, dann nehmen sie mit zunehmendem Alter ab. Diese Veränderungen werden teilweise durch Sexualhormone moduliert. Auch die Ernährung beeinflusst das GH-IGF-1-System: Fasten und Unterernährung führen zu einem Anstieg von GH, aber einem Abfall von IGF-1, möglicherweise aufgrund einer verminderten GH-Rezeptordichte.
Einfluss körperlicher Aktivität
Körperliche Aktivität ist ein weiterer externer Faktor, der regulierend auf das GH-IGF-1-System und seine Komponenten einwirkt. Es gilt zu unterscheiden zwischen den raschen Effekten einer einzelnen Trainingseinheit und den neuroendokrinen Anpassungen, die sich bei ausdauertrainierenden Personen im Laufe längerer Trainingsprogramme entwickeln.
Die Veränderungen von GH in Reaktion auf körperliche Übungen hängen von Dauer und Intensität der Belastung, dem Trainingszustand der Probanden, dem Zeitpunkt der Blutentnahmen und der Empfindlichkeit der GH-Sekretion im Hypophysenvorderlappen gegenüber äußeren Einflüssen ab. Für eine genaue Beurteilung der akuten GH-Antwort auf Bewegung sind standardisierte Belastungsprotokolle erforderlich.
Einige frühere Studien berichteten, dass Personen mit geringerer körperlicher Fitness stärker auf körperliche Belastung mit GH-Anstiegen reagieren. In diesen Untersuchungen erhielten die Teilnehmer jedoch eine absolute, anstatt eine relative Belastung. Dadurch führten die Übungen bei weniger fitten Probanden häufig zu Belastungen unterhalb, bei Fitteren dagegen zu Belast
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Insulin-ähnliche Wachstumsfaktor (IGF-1)?
IGF-1 ist ein Protein, das dem Insulin ähnliche Wirkungen hat. Es wird hauptsächlich in der Leber unter der Kontrolle des Wachstumshormons (GH) produziert und hat vielfältige Funktionen im Körper, wie die Regulation von Wachstum, Stoffwechsel und Geweberegeneration.
Wie hängt körperliche Aktivität mit dem IGF-1-System zusammen?
Körperliche Aktivität hat vielfältige Auswirkungen auf das GH-IGF-1-System. Sie beeinflusst die Sekretion von GH und die Bildung von IGF-1 sowie dessen Bindungsproteine. Diese Veränderungen können sowohl akut nach einer Trainingseinheit als auch langfristig durch ein Ausdauertraining auftreten.
Wie reagiert das GH-IGF-1-System auf eine einzelne Trainingseinheit?
Nach einer Trainingseinheit kommt es in Abhängigkeit von Dauer und Intensität der Belastung sowie dem Trainingszustand des Individuums zu meist kurzfristigen Veränderungen der GH-Sekretion. Die IGF-1-Konzentration zeigt dagegen meist keine so starken Schwankungen.
Wie beeinflusst regelmäßiges Training das GH-IGF-1-System?
Langfristiges Ausdauertraining führt zu einer Erhöhung der basalen GH-Konzentration sowie zu Veränderungen der IGF-1-Spiegel und der Bindungsproteine. Diese Anpassungen sind Teil der neuroendokrinen Regulationsprozesse, die durch regelmäßige körperliche Aktivität ausgelöst werden.
Wie kann man die Veränderungen des GH-IGF-1-Systems für das Training nutzen?
Die Messung von GH, IGF-1 und assoziierten Parametern kann Aufschluss über die Trainingsadaptation und den Trainingszustand von Athleten geben. So lassen sich Überlastungserscheinungen frühzeitig erkennen und das Training entsprechend anpassen.