Immunologische Anpassung an akute körperliche Belastung

Bereits während und unmittelbar nach einer körperlichen Aktivität, die eine bestimmte Schwelle neuroendokriner Aktivierung übersteigt (kurze intervallartige oder kontinuierliche über mind. ca. 20 Minuten andauernde Belastungen), werden Leukozyten (v. a. Lymphozyten und neutrophile Granulozyten) schnell aus ihren Reservoiren in den Blutkreislauf mobilisiert (Abb.). Es wurde mehrfach nachgewiesen, dass nach Beendigung der Aktivität die Anzahl der Blutlymphozyten um bis zu 30 – 50 % unter den Wert vor Belastung sinkt [3, 4], was auf deren Umverteilung in Gewebe, wie Lungen, Peyer‘schen Plaques und das Knochenmark zurückzuführen ist [5]. Da v. a. Leukozyten mit hoher Effektorfunktion und ausgereiften Phänotyp mobilisiert und umverteilt werden, wird dies nicht als Zeichen für ein „open window“ für Infektionen, sondern für eine gesteigerte Immunüberwachung in Geweben mit hohem Potenzial für Antigenbegegnungen interpretiert [6]. Darüber hinaus wird vermutet, dass die Umverteilung reifer Lymphozyten einen „immunologischen Raum“ schaffen könnte, der anschließend von naiven Lymphozyten aufgefüllt wird, um so dem Nachlassen der Leistungsfähigkeit des Immunsystems entgegenzuwirken [6]. Auch durch die Stimulation Zytokin abhängiger entzündungshemmender Signalwege sind diese Prozesse im Wesentlichen daran beteiligt, dass regelmäßige körperliche Aktivität mit niedrigerem Auftreten von Insulinresistenz, Arteriosklerose und Neurodegeneration assoziiert ist und die Homöostase des Immunsystems modulieren kann, indem sie beispielsweise die Anzahl der regulatorischen T-Zellen als einen zentralen entzündungshemmenden Regulator erhöht [7].

Bedeutung angemessener Regeneration

Abhängig von der Intensität und Dauer einer akuten körperlichen Belastung sowie des individuellen Trainingszustandes des Athleten dauert die Wiederherstellung der zirkulierenden Leukozytenzahlen normalerweise nicht länger als 24 Stunden. Eine Beeinträchtigung einiger immunologischer Parameter kann nach längerer oder sehr intensiver Übung auftreten, oder wenn eine angemessene Erholung vernachlässigt wird. So existieren Hinweise, dass intensives und anhaltendes Training die Konzentration und die Sekretionsrate von Immunglobulin A im Speichel [8] sowie die Zytotoxizität von NK-Zellen [9, 10] negativ beeinträchtigen könnte. Außerdem wurde berichtet, dass nach körperlichen Belastungen der oxidative Burst der Neutrophilen in Abhängigkeit von der Intensität der Aktivität und der Kohlen­hydrataufnahme verändert sein kann [11, 12]. Dementsprechend kann Training im Glykogenmangel eine supprimierte T-Zell-, NK-Zell- und Neutro­philenfunktion verursachen [3], die durch eine Kohlenhydrataufnahme von 30 – 60 g pro Stunde gedämpft werden könnte [3, 13]. Ebenso wurde chronischer Schlafentzug mit fehlfunktionellen Immunprozessen und einer erhöhten Anfälligkeit für Infektionen in Verbindung gebracht [14]. Dies beruht im Wesentlichen auf der Tatsache, dass Schlaf über die zirkadiane Periodizität der Hormonsekretionen die Immunfunktionen reguliert [15], weswegen gerade während intensiver Trainingsphasen ausreichend Schlaf priorisiert werden sollte, um eine Leistungsbeeinflussung durch Immundysregulation zu verhindern.

Wiederherstellung der muskulären Homöostase

Eine ebenso große Rolle wie in der Infektabwehr spielt eine optimale Immunfunktion in der adaptiven Umgestaltung des Muskelgewebes nach dem Training. So induzieren Schäden an der Myofi­brillenstruktur komplexe zelluläre Prozesse, die von Immunzellen orchestriert werden und damit enden, dass nicht-phagozytische M2-Makrophagen die Synthese von Bindegewebe, die Proliferation von Myoblasten und somit die Myogenese fördern [16, 17]. Der regelrechte Ablauf dieser Prozesse könnte durch unzureichende Erholung oder Nährstoffzufuhr kompromittiert werden.

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Diese Empfehlungen gelten für aerobe körperliche Aktivitäten (z. B. Ausdauertraining), die an zwei oder mehr Tagen in der Woche durch muskelkräftigende Übungen ergänzt werden sollten [1]. In Deutschland erfüllen lediglich 40 % aller Erwachsenen diese nationalen [2] und internationalen [1, 3] Bewegungsempfehlungen. Konsequenz einer unzureichenden körperlichen Aktivität bei Erwachsenen ist z. B. die Abnahme der kardiorespiratorischen Fitness [4,5] und der neuromuskulären Leistungsfähigkeit [3].  Die kardiorespiratorische Fitness gilt als ein bedeutsamer Prädiktor für chronische Erkrankungen, wie z. B. Diabetes mellitus Typ 2 [6], Hypertonie [7] und kardiovaskuläre Erkrankungen [8]. Darüber hinaus gibt es Hinweise, dass eine verringerte neuromuskuläre Leistungsfähigkeit mit der Inzidenz von kardiovaskulären Erkrankungen [9], dem metabo­lischen Syndrom [10] und der Mortalität bei Erwachsenen assoziiert ist [11]. Daher scheinen die kardiorespiratorische Fitness sowie die neuromuskuläre Leistungsfähigkeit von großer Bedeutung für die Gesundheit von Erwachsenen unterschiedlichen Alters zu sein [12]. Eine effektive und wirksame Möglichkeit einer unzureichenden körperlichen Aktivität im Erwachsenenalter entgegen zu wirken, ist eine Kombination aus Ausdauer- und Krafttraining (engl. „Concurrent Training“). Nachweislich werden durch die effiziente Kombination von Ausdauer- und Krafttraining -sowohl innerhalb einer Trainingseinheit als auch an aufeinanderfolgenden Trainingstagen- kardiorespiratorische und neuromuskuläre Anpassungsprozesse bei Erwachsenen induziert [13 – 19]. Vor diesem Hintergrund ist es das Ziel dieses narrativen Überblicksbeitrags, die Effekte von kombiniertem Ausdauer- und Krafttraining auf die kardiorespiratorische Fitness und die neuromuskuläre Leistungsfähigkeit bei gesunden Erwachsenen zu beschreiben und positive Effekte für Adi­positas und Diabetes mellitus Typ 2 zu benennen. 

Wirkung bei Erwachsenen ohne chronische Erkrankungen

Die regelmäßige Durchführung von kombiniertem Ausdauer- und Krafttraining führt zu vielfältigen Anpassungsprozessen im kardiorespiratorischen, neuromuskulären und muskuloskelettalen System (Abb. 1) [20]. So konnte beispielsweise gezeigt werden, dass kombiniertes Ausdauer- und Krafttraining zu signifikanten Verbesserungen der maximalen Sauerstoffaufnahme (VO_2max) [15, 19, 21 – 25] und der maximalen aeroben Leistung (W_max) [15, 18, 26] bei älteren Erwachsenen führte. Darüber hinaus konnte kombiniertes Ausdauer- und Krafttraining bei älteren Erwachsenen eine Verbesserung der Maximal- [12, 14, 19, 21, 23, 25-35] und Explosivkraft [23, 29, 32], sowie eine Zunahme des Muskelquerschnitts [19, 23, 25, 26, 28, 31, 32] und der neuromuskulären Aktivität [29, 34] bewirken. Weitere Studien belegen, dass kombiniertes Ausdauer- und Krafttraining Verbesserungen der arteriellen Steifigkeit und Hämodynamik induziert [36] und sich positiv auf Entzündungsmarker auswirkt [37 – 41]. 

Interessant aus trainingsmethodischer und physiologischer Sicht ist, dass die durch kombiniertes Ausdauer- und Krafttraining hervorgerufenen Anpassungen (Abb. 1) mit denen von jeweils singulär durchgeführtem Ausdauer- bzw. Krafttraining vergleichbar sind [26, 42]. So geht Ausdauertraining mit Anpassungen des Energiestoffwechsels [43, 44] und des Herz-Kreislaufsystems [45] einher, Krafttraining hingegen ist mit Verbesserungen der Maximal- [46, 47] und Explosivkraft [48], der Kraftausdauer sowie einer erhöhten neuromuskulären Aktivierung assoziiert [47, 49, 50]. 

Die physiologischen Anpassungsprozesse an kombiniertes Ausdauer- und Krafttraining sind stets abhängig vom gewählten Belastungsprotokoll sowie von der Sequenzierung (Reihung) der einzelnen Bestandteile von „Concurrent Training“ [51, 52]. Abbildung 2a zeigt mögliche Kombinationen von Ausdauer- und Krafttraining innerhalb einer Trainingseinheit, eines Trainingstages oder an verschiedenen Wochentagen mit unterschiedlicher Pausengestaltung. In Abbildung 2b wird ein kombiniertes Ausdauer- und Krafttrainings-Belastungsprotokoll für gesunde Erwachsene dargestellt, das posi­tive Effekte auf die kardiorespiratorische Fitness und die Muskelkraft bewirkte [12]. Weitere Informationen zu Belastungsprotokollen sowie induzierten Anpassungsprozessen können an anderer Stelle [18, 21] ausführlich nachgelesen werden.

In verschiedenen Arbeiten konnte gezeigt werden, dass eine Veränderung des Belastungsprotokolls unterschiedliche Anpassungsprozesse hervorruft [28, 51, 52]. Darüber hinaus existieren Hinweise, dass die positiven Effekte von kombiniertem Ausdauer- und Krafttraining bei jungen Freizeitsportlern abhängig von der Trainingssequenzierung bzw. der Pausengestaltung zwischen den Trainingseinheiten sind. In einer 24-wöchigen Interventionsstudie mit gesunden Freizeitsportlern im Alter von 18 – 40 Jahren wurden drei unterschiedliche Sequenzierungsmodelle mit vergleichbaren Trainingsumfängen kontrastiert [53]: (1) Ausdauer → Kraft am selben Trainingstag, (2) Kraft → Ausdauer am selben Trainingstag, (3) Ausdauer → Kraft an unterschiedlichen Trainingstagen. Im Ergebnis zeigten sich bei allen drei Interventionsarmen signifikante Steigerungen der maximalen Sauerstoffaufnahme (VO_2max) und der Maximalkraft (Einer-Wiederholungsmaximum). Allerdings war die Verbesserung der VO_2max in Gruppe 3 (Ausdauer → Kraft an unterschiedlichen Trainingstagen) am stärksten ausgeprägt. Darüber hinaus zeigte sich nur in Gruppe 3 eine Reduktion des Körperfettanteils. Mit Blick auf Abbildung 2a deutet sich somit eine Präferenz für das letzte Sequenzierungsmodell an.

Wirkungen auf die Gesundheit am Bsp. von Adipositas und Diabetes mellitus Typ 2

Etwa 90% aller Diabetes mellitus Typ 2 Erkrankungen werden durch Übergewicht und/oder Adipositas hervorgerufen [54]. Übergewicht und insbesondere Adipositas stellen somit die größten Risikofaktoren für die Entwicklung von Diabetes mellitus Typ 2 dar [55] und entstehen vor allem als Folge einer positiven Energiebilanz bedingt durch einen sitzenden Lebensstil, einen Mangel an körperlicher Aktivität und Überernährung [56]. Basierend auf Daten der WHO hat sich die Adipositas-Rate seit 1975 weltweit verdreifacht. In Deutschland sind derzeit 60 % aller Erwachsenen übergewichtig und 23 % adipös [57]. Die Adipositas ist u. a. charakterisiert durch eine Vermehrung des intraabdominalen Fetts, endothelialer und zellulärer Dysfunktionen, Störungen des endokrinen Systems (veränderter Insulinsensitivität) sowie einer erhöhten systemischen, geringgradigen Entzündung [58]. In der Folge verfügen adipöse Menschen über weniger mikrovaskuläre Einheiten, eine reduzierte Kapillardichte, eine verringerte endotheliale Oberfläche, eine reduzierte Nährstofftransport- und Aufnahmekapazität sowie eine verminderte Proteinsyntheserate [59]. Interventionsstudien, welche insbesondere die Kombination von Ausdauer- und Krafttraining nutzen, zeigen positive Wirkungen auf die kardiometabolische Gesundheit bei Adipositas [37 – 40, 60 –  64]. So konnten mehrwöchige kombinierte Ausdauer- und Krafttrainingsprogramme beispielsweise eine signifikante Stei­gerung der maximalen Sauerstoffaufnahme (VO_2peak) und der Maximalkraft bei Individuen mittleren Alters (52±2) mit Diabetes mellitus Typ 2 bewirken. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass kombiniertes Ausdauer- und Krafttraining mit einer Reduktion des Körperfettanteils, einer Verringerung des glukosebindenden HbA1c (Hämoglobin A1) [62], einer signifikanten Reduktion der inflammatorischen Zytokine IL-6 (Interleukin-6) und TNF (Tumornekrosefaktor-sowie einer erhöhten Insulinsensitivität einhergeht [37]. Belastungsprotokolle, die vergleichbare Anpassungen bei Diabetes mellitus Typ 2 erwarten lassen, berücksichtigen Steigerungen der Belastungs­intensität über einen Zeitraum von ca. 16 Wochen für das aerobe Ausdauertraining bei einer Belastungsintensität von 40 – 60 % der Herzfrequenzreserve und einer Belastungsdauer von 30 bis 60 min, kombiniert mit einem nachfolgenden Krafttraining großer Muskelgruppen bei 40 – 60 % des Einer-Wiederholungsmaximums (2 bis 4 Sätze a 12 bis 20 Wiederholungen) [80]. Schließlich zeigten sich in der Literatur [42] Effekte hinsichtlich einer einzelnen Einheit von kombiniertem Ausdauer- und Krafttraining (4×8 Wdh. Beinstrecker + 20 Minuten moderates Radfahren) bei inaktiven ­Individuen mittleren Alters (53±2). Hier konnte sowohl eine akut gesteigerte myofibrilläre als auch mitochondriale Proteinsyntheserate nachgewiesen werden. Diese Effekte wurden mit lediglich 50 % des jeweiligen Trainingsumfangs im Vergleich zu singulär angewandtem Ausdauer- bzw. Krafttraining erzielt. Trotz noch fehlender Forschungsdaten deutet dieser Befund darauf hin, dass das breite Wirkungsspektrum von singulär angewandtem Ausdauer- und Krafttraining (Abb. 1) auch durch kombiniertes Ausdauer- und Krafttraining hervorgerufen wird. 

Fazit

Die Kombination aus Ausdauer- und Krafttraining („Concurrent Training“) führt zu vielfältigen kardiorespiratorischen, neuromuskulären und muskuloskelettalen Anpassungsprozessen. Aufgrund der effizienten Kombination von Ausdauer- und Krafttraining und des breiten physiologischen Wirkungsspektrums kann „Concurrent Training“ eine bedeutsame Bereicherung bei Gesunden zur Verbesserung der kardiorespiratorischen Fitness und der neuromuskulären Leistungsfähigkeit sowie eine adjuvante therapeutische Komponente z. B. bei der Behandlung von Diabetes mellitus Typ 2 oder Adipositas darstellen. Nach aktuellem Stand der Forschung scheint bei jungen und gesunden Erwachsenen eine Kombination von Ausdauer- und Krafttraining an verschiedenen Trainingstagen am effektivsten bei der Verbesserung der kardiorespiratorischen Fitness und neuromuskulären Leistungsfähigkeit zu sein. Zukünftig sollten die vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten im Sinne der Sequenzierung und Pausengestaltung des „Concurrent Trainings“ bei unterschiedlichen Ziel- und Patientengruppen erforscht werden.

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