Stress – wer hat keinen? Ob wir uns im Job von Meeting zu Meeting hetzen, zu wenig schlafen oder durch permanenten Zeitdruck den Sport wieder auf Eis legen mussten: Stress hat zwar einen schlechten Ruf, aber vielleicht ist doch etwas dran an Nietzsches berühmten Zitat: „Was mich nicht umbringt, macht mich stärker!“

Zugegeben, chronischer Stress fügt früher oder später unserem Körper Schaden zu. Aber richtig dosiert, kann Stress sogar belastbarer machen. Das dahinter stehende Prinzip heißt Hormesis. Es ist in der Wissenschaft schon lang bekannt und beschreibt die Tatsache, dass geringe Dosen eines schädlichen Stressors die Widerstandskräfte des Körpers mittelfristig stärken. Dieses vermeintliche Paradoxon folgt dem Prinzip der Anpassung. Der menschliche Organismus ist ein Meister darin, an neue Reize zu adaptieren, um im Ernstfall das Überleben zu sichern. Das beste Beispiel für Hormesis ist Sport. Gehen wir nach langer Abstinenz das erste Mal wieder joggen, senden unsere Muskeln zeitnah erste Ermüdungserscheinungen. Am nächsten Tag stellt sich entweder Muskelkater ein oder der der ganze Körper fühlt sich an wie Blei. Bis zu 72 Stunden braucht unser Immunsystem, um die durch (u.a.) oxidativen Stress ausgelösten Mikroschäden zu reparieren. Parallel finden Anpassungsvorgänge statt, um ähnlichen Reizen gegenüber künftig besser gewappnet zu sein. Diese Adaptionen finden zum einen lokal statt (Muskelfasern strukturieren sich um und hypertrophieren), zum anderen auch systemisch, denn Herz-Kreislauf-System, Nervensystem und kognitive Vorgänge passen sich den neuen Herausforderungen an.

Oxidativer Stress – Sport ist doch gesund, oder etwa nicht?

Was genau löst nun diese Anpassungsvorgänge nach hormetischem Sportstress aus? Eine wichtige Rolle spielen in diesem Zusammenhang die Mitochondrien. Mitochondrien sind die Energie-Fabriken unserer Zellen. Sie wandeln vornehmlich Glukose und Fette mit Hilfe von Sauerstoff in ATP um – den Brennstoff jeder unserer 100 Billionen Körperzellen. Bei der aeroben Umwandlung der Energiesubstrate fallen freie Radikale (ROS) als Nebenprodukt an. Diese Radikale kann unser Körper normalerweise problemlos unschädlich machen. Dabei spielt das Antioxidantsystem eine essentielle Rolle. Es verfügt über eine Reihe von Enzymen, wie die  Superoxiddismutase (SOD), die Gluthationperoxidase (GHPX) und die Katalase, die zusammen mit antioxidativ wirkenden Vitaminen (A, C, E) oder Spurenelementen wie Zink oder Kupfer effizient freie Radikale neutralisieren. Dabei werden die Enzyme oder Vitamine in der Regel selbst oxidiert und müssen wieder reduziert werden, um das nächste freie Radikal unschädlich zu machen. Dies ist die Schwachstelle des Systems, denn bei einem plötzlichen starken Anstieg freier Radikale, wie etwa nach einer ausbelastenden Sprinteinheit, bei der viel Energie benötigt wurde, kommt die Neutralisierungsmaschinerie nicht hinterher. Dieser Prozess wird als oxidativer Stress bezeichnet.

Freie Radikale sind sehr reaktionsfreudig. Sie können mit Bausteinen der Zelle (wie etwa Proteinen) interagieren, diese schädigen und damit Zellen stressen. Doch dieser Zellstress ist keineswegs negativ, denn unser Körper dirigiert Wachstumshormone, Reperaturenzyme und Immunzellen zu den geschädigten Bereichen. Dadurch werden Zellen und Zellverbände widerstandsfähiger gegen äußeren Stress: Das Immunsystem reagiert schneller, Muskelfasern hypertrophieren, Blutgefäße (vor allem mikroskopische Kapillaren, die die wichtigen Wachstumshormone und Nährstoffe liefern) sprießen und die Mitochondriendichte wird gesteigert.  Anpassung geschieht eben nur dann, wenn ein Reiz eine bekannte Schwelle überschreitet.

Vitamine und Co – hilft viel wirklich viel?!

In diesem Zusammenhang wird aktuell das Supplementieren von Antioxidanten im Leistungssport kontrovers diskutiert. Viele Sportler schwören auf Vitamincocktails und Mineralstoffbomben nach jeder Trainingseinheit. Studien konnten zwar zeigen, dass Biomarker im Blut, die Rückschlüsse auf oxidativen Stress zulassen, nach Einnahme dieser Präparate reduziert sind, der Muskelschaden blieb jedoch unverändert (Yimcharoen et al., 2019). Demnach schützen Antioxidantien nicht vor ROS-induziertem Zellschäden. Vielmehr wiesen einige Studien sogar nachteilige Effekte nach. Andere Untersuchungen konnten sogar zeigen, dass Sauerstoffradikale als Botenstoffe fungieren und Transkriptionsfaktoren aktivieren, die Prozesse wie Autophagie anschalten (Ristow, 2014). Autophagie sorgt dafür, dass beschädigte Zellbestandteile in ihre Bausteine zersetzt werden. Somit räumt Autophagie nicht nur die Zelle auf, sondern liefert zudem neue Bausteine zum  Wiederaufbau beschädigter Strukturen frei Haus gleich mit. Deshalb: Hormetischer Stress (vor allem in Form von freien Radikalen) ist essentiell, um intrazelluläre Schäden reparieren zu können. Deshalb ist es wahrscheinlich nicht clever, Antioxidantien während oder direkt nach einer Trainingsbelastung aufzunehmen (Vassalle et al., 2015, Koidou et al., 2019).

Die Dosis macht bekanntlich das Gift! Hormesis funktioniert nur dann, wenn der schädigende Einfluss lediglich einen überschwelligen Reiz setzt und keine bleibenden Schäden hinterlässt. Laufen wir vollkommen untrainiert einen Marathon, hat dies mit Hormesis wenig zu tun. Es ist schlichtweg eine Überlastung. Eine effiziente Strategie hingegen, hormetische Effekte zu induzieren, ist Intervalltraining. Wie oft und wie intensiv die Intervalle ausfallen sollten, hängt natürlich vom Trainingszustand ab. Aber auch hier: Führen wir immer wieder dieselben Intervalle in ähnlicher Intensität durch, bleibt die Anpassung aus. Von daher muss das Motto lauten: Raus aus unserer Komfortzone, rein in hormetische Reize. Abwechslungsreiche Intervalle wie das Fahrtenspiel eignen sich perfekt, um den Organismus hormetisch zu fordern.

Längeres Leben – oder gib dem Affen bloß keinen Zucker!

Auch in der Altersforschung ist der Begriff der Hormesis inzwischen ein wichtiges Thema. Mutiert man im Fadenwurm ein mitochondriales Gen, das zu erhöhten oxidativen Stress führt, verlängert sich die Lebenspanne deutlich (Feng, Bussière, & Hekimi, 2001). Auch Caloric Restriction, also die stark reduzierte Kalorienaufnahme ohne Mangelernährung, ist ein hormetischer Effekt. Er verlängert nachweislich das Leben und reduziert altersbedingte Morbiditäten – nicht nur beim Fadenwurm, sondern auch bei Mäusen. Studien mit Rhesusaffen zeigen ebenfalls vielversprechende Ergebnisse. Was alle bislang durchgeführten Studien eindrucksvoll belegen konnten: Alterserkrankungen wie Osteoporose, Arteriosklerose und Krebs traten bei den Affen unter Kalorienrestriktion seltener auf (Anderson et al., 2017).

Offensichtlich ist doch was dran Nietzches Spruch. Unser Körper ist eben eine ewige Baustelle. Er verlangt immer wieder nach neuen Belastungsreizen, um stark und gesund zu bleiben. 2017 publizierte Malene Hansen vom Sanford Burnham Institut in San Diego eine spannende Studie: Die Forscherin konnte zeigen, dass Fadenwürmer, die im frühen Erwachsenenalter hormetisch gestresst werden, länger leben als ihre nicht-gestressten Artgenossen. Hormetisch gestressten Würmer haben offenbar eine effektivere Stressantwort – und das ein Leben lang. Im Alter steigt der Zellstress allerdings auch ohne Stress an, da bestimmte Signalwege in den Zellen nicht mehr optimal ablaufen. Dadurch können Proteine verklumpen, die langfristig Erkrankungen wie Alzheimer auslösen. Hansen fand heraus, dass hormetisch gestressten Würmer im Alter deutlich weniger dieser Proteinverklumpungen aufweisen. Es wird wohl noch Jahre dauern, bis erste Humanstudien zu diesem Thema vorliegen. Aber, eines wird jetzt schon deutlich: Kein Stress ist auch keine Lösung. Ab und zu ein wenig wenig gestresst sein, kann definitiv nicht schaden – und schützt möglicherweise bis ins hohe Alter!

Anderson, R. M., Weindruch, R., de Cabo, R., Mattison, J. A., Roth, G. S., Ingram, D. K., … Beasley, T. M. (2017). Caloric restriction improves health and survival of rhesus monkeys. Nature Communications, 8(May 2016), 14063. https://doi.org/10.1038/ncomms14063

Feng, J., Bussière, F., & Hekimi, S. (2001). Mitochondrial Electron Transport Is a Key Determinant of Life Span in Caenorhabditis elegans. Developmental Cell, 1(5), 633–644. https://doi.org/10.1016/S1534-5807(01)00071-5

Koidou, I., Paschalis, V., Vrabas, I. S., Nikolaidis, M. G., Dolopikou, C. F., Kourtzidis, I. A., … Kyparos, A. (2019). Acute nicotinamide riboside supplementation improves redox homeostasis and exercise performance in old individuals: a double-blind cross-over study. European Journal of Nutrition, 0(0), 0. https://doi.org/10.1007/s00394-019-01919-4

Liu, A. H. (2015). Revisiting the hygiene hypothesis for allergy and asthma. Journal of Allergy and Clinical Immunology, 136(4), 860–865. https://doi.org/10.1016/j.jaci.2015.08.012

Ristow, M. (2014). Unraveling the Truth About Antioxidants: Mitohormesis explains ROS-induced health benefits. Nature Medicine, 20(7), 709–711. https://doi.org/10.1038/nm.3624

Vassalle, C., Pingitore, A., Iervasi, G., Quinones, A., Mastorci, F., & Lima, G. P. P. (2015). Exercise and oxidative stress: Potential effects of antioxidant dietary strategies in sports. Nutrition, 31(7–8), 916–922. https://doi.org/10.1016/j.nut.2015.02.005

Yimcharoen, M., Kittikunnathum, S., Suknikorn, C., Nak-On, W., Yeethong, P., Anthony, T. G., & Bunpo, P. (2019). Effects of ascorbic acid supplementation on oxidative stress markers in healthy women following a single bout of exercise. Journal of the International Society of Sports Nutrition, 16(1), 2. https://doi.org/10.1186/s12970-019-0269-8