Muskelstoffwechsel von Männern und Frauen: Molekulare Unterschiede und Trainingseffekte bei Übergewicht
Eine Studie hat untersucht, wie sich der Muskelstoffwechsel von Männern und Frauen auf molekularer Ebene unterscheidet und wie acht Wochen Ausdauertraining diese Unterschiede beeinflussen. Ziel war es, die geschlechtsspezifischen Anpassungen bei übergewichtigen Erwachsenen zu analysieren.
Eine aktuelle Studie des Universitätsklinikums Tübingen, des Instituts für Diabetesforschung und metabolische Erkrankungen von Helmholtz Munich sowie des Deutschen Zentrums für Diabetesforschung (DZD) hat den geschlechtsspezifischen Aspekt des Muskelstoffwechsels nun detailliert auf molekularer Ebene untersucht.
Wie war die Studie aufgebaut?
In die Untersuchung wurden 25 übergewichtige, zuvor nicht regelmäßig sportlich aktive Erwachsene (16 Frauen, 9 Männer, Durchschnittsalter ca. 30 Jahre) eingeschlossen. Über acht Wochen hinweg absolvierten alle Teilnehmenden dreimal pro Woche ein einstündiges Ausdauertraining, bestehend aus 30 Minuten Radfahren und 30 Minuten Gehen auf dem Laufband.
Muskelbiopsien wurden vor Beginn der Intervention, nach der ersten Trainingseinheit sowie am Ende des Programms entnommen. Die Analysen erfolgten mittels Epigenomik, Transkriptomik und Proteomik, um Unterschiede im Muskelstoffwechsel von Männern und Frauen umfassend darzustellen.
Studienergebnisse zum Muskelstoffwechsel von Männern und Frauen
| Ausgangszustand | Nach 1. Training | Nach 8 Wochen | |
|---|---|---|---|
| Männer |
|
|
|
| Frauen |
|
|
|
Nach 8-wöchigem Ausdauertraining glichen sich die anfangs vorhandenen Unterschiede in den untersuchten Bereichen aneinander an. So nahmen bei Männern die zu Versuchsbeginn noch hohen Level der Fast-Twitch-Fasern in den Muskeln innerhalb der acht Wochen ab.
Bei beiden Geschlechtern erhöhte sich in den acht Wochen Ausdauertraining die Genexpression mitochondrialer Proteine zur Energiegewinnung aus der Verwertung von Glukose und Fett (Zitratzyklus, oxidative Phosphorylierung und β-Oxidation). Zudem wurde bei beiden Geschlechtern ein Zuwachs an Proteinen festgestellt, die typisch für Slow-Twitch-(Typ-I)-Fasern sind, was mit einer besseren Ausdauerleistungsfähigkeit und Ermüdungsresistenz assoziiert ist.
Erläuterung der Ergebnisse
Bereits im Ausgangszustand zeigte sich ein differenziertes Bild: Etwa 59 % der transkriptomischen und 67 % der proteomischen Unterschiede zwischen den Geschlechtern lassen sich demnach auf geschlechtsspezifische DNA-Methylierungsmuster zurückführen.
Bei Männern
Die Muskelzellen von Männern wiesen hierbei eine höhere Expression von Genen für glykolytische Enzyme wie ENO3 oder LDHA auf, die mit Glykogenabbau und Glykolyse assoziiert sind. Diese molekularen Muster gingen bei Männern mit einer höheren Prävalenz von Fast-Twitch-(Typ-II)-Muskelfasern mit schnelleren Kontraktionsraten einher, die auf kurzfristige, intensive Belastung ausgerichtet sind und bevorzugt Glukose als Energieträger nutzen.
Bei Frauen
Im Gegensatz dazu zeigten die Muskelzellen der Frauen eine höhere Expression von Proteinen, die für die Aufnahme und Speicherung von Fettsäuren verantwortlich sind. So z. B. Lipoproteinlipase (LPL), Acyl-CoA-Synthetase (ACSS2), Insulinrezeptor (INSR), growth factor receptor-bound-Protein (GRB10) sowie das wichtigste Antioxidationsenzym catalase (CAT). Dies spreche laut Studienautoren für eine effizientere Fettverwertung, verbesserte Insulinsensitivität und eine höhere antioxidative Kapazität bei Frauen. Zudem wurde bereits in früheren Studien gezeigt, dass bei Frauen der Anteil an Slow-Twitch-(Typ-I)-Fasern höher ist, was mit einer besseren Ausdauerleistungsfähigkeit und Ermüdungsresistenz assoziiert ist.
Nach der ersten Ausdauereinheit
Bei Männern zeigte sich bei der Messung nach der ersten Ausdauereinheit eine vermehrte Aktivierung von Stressgenen und ein Anstieg des Muskelproteins Myoglobin im Blut.
Diese akute Reaktion wurde bei Frauen deutlich weniger ausgeprägt beobachtet. Bei ihnen waren stattdessen vor allem Gene aktiviert, die mit aerober Glykolyse, dem Pyruvat-Metabolismus und dem Zitratzyklus (TCA-Zyklus) zusammenhängen.
Nach acht Wochen
Die Messung nach acht Wochen mit regelmäßigem Ausdauertraining zeigte bei beiden Geschlechtern ähnliche Anpassungen im Muskelstoffwechsel: Es kam zur vermehrten Bildung von mitochondrialen Proteinen, die für den TCA-Zyklus, die oxidative Phosphorylierung und die β-Oxidation relevant sind – ein klares Zeichen für eine verbesserte aerobe Kapazität.
Auffällig war, dass die Fast-Twitch-Proteinlevel bei Männern abnahmen und somit der Unterschied im Muskelstoffwechsel von Männern und Frauen deutlich reduziert wurde. Beide Gruppen verzeichneten zudem einen Zuwachs an Slow-Twitch-typischen Proteinen.
Fazit
Die Studienergebnisse deuten darauf hin, dass regelmäßiges Ausdauertraining zumindest teilweise die Unterschiede im Muskelstoffwechsel von Männern und Frauen ausgleicht. Die Erhöhung der Genexpression von mitochondrialen Proteinen der Glukose- und Fettverwertung sowohl bei Männern als auch bei Frauen nach dem Ausdauertraining wertet Cora Weigert, Autorin der Studie, positiv: „Diese Anpassungen deuten auf eine insgesamt verbesserte Stoffwechselleistung hin, die helfen kann, das Risiko für Typ-2-Diabetes zu senken.“
Weigert weiter: „Unsere neuen Erkenntnisse könnten künftig dazu beitragen, das individuelle Diabetesrisiko besser vorherzusagen und Empfehlungen für Bewegungstherapien gezielter auf Frauen und Männer abzustimmen.“
Zukünftige Forschung sollte nun klären, welchen Einfluss Sexualhormone (z. B. Östrogen, Testosteron) und altersbedingte hormonelle Veränderungen auf den Muskelstoffwechsel Von Männern und Frauen ausüben.
Limitationen der Studie
Die Studienautorinnen und Studienautoren weisen auf folgende Limitationen hin:
- geringe Kohortengröße, ungleiche Geschlechtsverteilung
- Menstruationszyklus wurde nicht erfasst, was zusätzliche hormonelle Variabilität einbringen kann
- keine quantitative Analyse des metabolischen Flusses durchgeführt
- Kohorte bestand ausschließlich aus übergewichtigen oder adipösen Personen mit geringer kardiorespiratorischer Fitness
Studiendaten auf einen Blick
| Fragestellung | Wie unterscheiden sich molekulare Muskelstoffwechselprofile bei Männern und Frauen im Ausgangszustand, nach akuter Belastung und nach 8 Wochen Ausdauertraining? |
| Studiendesign | Interventionsstudie, 25 Übergewichtige Personen (16 Frauen, 9 Männer), 8 Wochen Ausdauertraining, multi-OMICS-Analysen (Epigenom, Transkriptom, Proteom) |
| Teilnehmer | 16 Frauen, 9 Männer, Durchschnittsalter ca. 30 Jahre, nicht regelmäßig sportlich aktiv, übergewichtig |
| Primäres Ergebnis | Deutliche geschlechtsspezifische Unterschiede im Muskelstoffwechsel Männer Frauen, die nach 8 Wochen Training deutlich abnehmen; Anpassung mitochondrialer Proteine |
jal
