Marathonlauf: Gehirn nutzt Myelin als Energiereserve

LONDON (IT BOLTWISE) – Neue Forschungen zeigen, dass das Gehirn während eines Marathons auf Myelin als Energiereserve zurückgreifen könnte.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Nature Metabolism wurde entdeckt, dass intensives Ausdauertraining, wie das Laufen eines Marathons, zu einer vorübergehenden Reduktion des Myelingehalts im Gehirn führen kann. Myelin, eine fetthaltige Substanz, die die Nervenfasern isoliert und die Gehirnfunktion unterstützt, wurde kurz nach dem Marathonlauf signifikant reduziert, kehrte jedoch innerhalb von zwei Monaten auf normale Werte zurück. Diese Entdeckung weist auf eine bisher unbekannte Form der Gehirnplastizität hin, bei der Myelin als Energiereserve unter extremen Stoffwechselbedingungen dienen könnte.

Die Motivation für die Studie ergab sich aus einer wachsenden Anzahl von Beweisen, die zeigen, dass Myelin nicht nur für die Nervenleitung wichtig ist, sondern auch eine Rolle im Gehirnstoffwechsel spielen könnte. Myelin besteht hauptsächlich aus Lipiden, und neuere Tierstudien haben nahegelegt, dass der Körper in Zeiten von Energiemangel auf diese lipidreichen Strukturen zurückgreifen könnte, um die Gehirnfunktion zu unterstützen. Die Forscher wollten testen, ob dies auch bei Menschen, die intensiver körperlicher Anstrengung ausgesetzt sind, wie Marathonläufern, der Fall sein könnte.

Um diese Möglichkeit zu untersuchen, rekrutierte das Forschungsteam zehn erfahrene Marathonläufer im Alter von 45 bis 73 Jahren. Diese Freiwilligen, die bei guter Gesundheit waren und keine finanzielle Entschädigung erhielten, nahmen an verschiedenen Marathonveranstaltungen teil, darunter Stadt- und Bergläufe. Jeder Läufer unterzog sich einer Reihe von MRT-Scans: einmal innerhalb von 48 Stunden vor ihrem Lauf, erneut 24 bis 48 Stunden danach und für einen Teil der Teilnehmer zwei Wochen und zwei Monate nach dem Marathon.

Die Forscher verwendeten einen fortschrittlichen Bildgebungsansatz namens Multikomponenten-Relaxometrie-MRT, der es ihnen ermöglicht, Karten des Myelinwasseranteils (MWF) des Gehirns zu erstellen. Diese Metrik gilt als zuverlässiger, wenn auch indirekter Indikator dafür, wie viel Myelin in verschiedenen Gehirnregionen vorhanden ist. Die Technik erfasst den Anteil der Wassermoleküle, die zwischen den Schichten der Myelinscheiden eingeschlossen sind, was die Präsenz und Integrität von Myelin widerspiegelt.

Die anfänglichen Scans, die vor dem Rennen gemacht wurden, zeigten konsistente MWF-Muster bei den Teilnehmern, mit normaler individueller Variabilität. Nach dem Rennen jedoch zeigten die MRT-Daten eine signifikante Reduktion des MWF in mehreren weißen Substanzregionen des Gehirns, insbesondere in Bereichen, die mit motorischer Koordination, sensorischer Verarbeitung und emotionaler Regulation verbunden sind. Einige der am stärksten betroffenen Regionen umfassten den Kortikospinaltrakt, den pontinen Kreuzungstrakt und die Kleinhirnstiele – Trakte, die an Bewegung und Gleichgewicht beteiligt sind.

Im Durchschnitt sank der MWF in bestimmten Trakten innerhalb von zwei Tagen nach Abschluss des Marathons um bis zu 28%. Bemerkenswerterweise wurden die Reduktionen in beiden Gehirnhälften beobachtet und traten nicht gleichmäßig in allen Regionen auf. Die Veränderungen waren besonders ausgeprägt in stark myelinisierten weißen Substanzbereichen, während die meisten grauen Substanzregionen unberührt blieben, wahrscheinlich aufgrund ihres geringeren Ausgangsmyelingehalts und der begrenzten Empfindlichkeit der Bildgebungsmethode in diesen Regionen.

Wichtig ist, dass die Forscher mehrere alternative Erklärungen für die MWF-Veränderungen ausschlossen. Dehydration könnte beispielsweise die Wasserverteilung im Gehirn verändern und die Bildgebungsergebnisse verfälschen, aber es wurden keine signifikanten Veränderungen im Gehirnvolumen oder im regionalen Wassergehalt festgestellt. Andere potenzielle Störfaktoren, wie Hirnschwellung (Ödem), Schwankungen des Eisenspiegels und MRT-Signalausrichtungseffekte, wurden ebenfalls als unwahrscheinliche Beiträge angesehen, basierend auf früheren Studien und dem Design dieser Forschung.

Zwei Wochen nach dem Rennen zeigten Nachuntersuchungen, dass die Myelinspiegel sich zu erholen begannen, aber noch nicht auf das Niveau vor dem Rennen zurückgekehrt waren. Bis zum Zwei-Monats-Marke hatten sich die MWF-Werte jedoch in allen zuvor betroffenen Gehirnregionen vollständig erholt. Dieses reversible Muster deutet darauf hin, dass die Reduktion des MWF kein Zeichen für langfristige Schäden war, sondern vielmehr eine vorübergehende Anpassung – was die Autoren als eine Form der “metabolischen Myelinplastizität” beschreiben.

Die Ergebnisse unterstützen die Idee, dass das Gehirn ein erhebliches Fettdepot – Myelin – beherbergt, das möglicherweise zur Unterstützung seiner Aktivität genutzt werden könnte. Während eines Marathons erschöpft der Körper schnell seine Kohlenhydratspeicher und greift auf Fett als Energiequelle zurück. Das Gehirn könnte eine ähnliche Strategie verfolgen, indem es Lipidreserven mobilisiert, die in der Myelinscheide gespeichert sind, um seine Funktion aufrechtzuerhalten. Tierforschung hat gezeigt, dass Gliazellen – die Stützzellen, die Myelin produzieren – Fettsäuren durch einen Prozess namens β-Oxidation metabolisieren können, um Energie während Perioden von Glukosemangel zu erzeugen. Diese metabolische Flexibilität könnte helfen, Nervenfasern zu schützen und die Kommunikation im Gehirn unter extremem körperlichem Stress aufrechtzuerhalten.

Obwohl die beobachtete Reduktion von Myelin bescheiden und vorübergehend war, sind die Implikationen erheblich. Wenn Myelinlipide als Notenergiequelle genutzt werden können, könnte dies Aufschluss darüber geben, wie das Gehirn mit metabolischen Herausforderungen jenseits von Bewegung umgeht, einschließlich Unterernährung oder neurologischen Erkrankungen, die durch ein gestörtes Energiegleichgewicht gekennzeichnet sind. Tatsächlich haben Studien gezeigt, dass die Myelinintegrität bei Erkrankungen wie Anorexia nervosa und neurodegenerativen Krankheiten beeinträchtigt ist, was Fragen darüber aufwirft, ob ähnliche metabolische Mechanismen beteiligt sind.

Es gibt einige Einschränkungen der Studie. Die Stichprobengröße war klein, mit nur zehn Teilnehmern, und die meisten Nachuntersuchungsdaten waren auf Untergruppen dieser Gruppe beschränkt. Die Forscher konnten Myelin auch nicht direkt auf zellulärer Ebene messen, da derzeit keine nicht-invasiven Werkzeuge existieren, um dies mit vollständiger Genauigkeit zu tun. MWF, obwohl zuverlässig, wird als semiquantitative Messung angesehen und kann durch Faktoren beeinflusst werden, die nicht mit dem Myelinabbau zusammenhängen, wie geringfügige Veränderungen in der Wasserverteilung oder der Gewebezusammensetzung.

Zukünftige Forschungen müssen diese Ergebnisse in größeren und vielfältigeren Populationen bestätigen. Die Autoren planen auch zu untersuchen, ob der vorübergehende Verlust von Myelin, der nach einem Marathon beobachtet wurde, kurzfristige Auswirkungen auf die Gehirnfunktion, Kognition oder Stimmung hat. Diese Folgestudien könnten helfen festzustellen, ob Veränderungen im Myelingehalt zu messbaren Unterschieden in der Leistung des Gehirns nach intensiver körperlicher Aktivität führen.

Die nächsten Schritte umfassen die Untersuchung, ob Veränderungen in der Gehirnfunktion und Kognition die beobachteten Veränderungen im Myelin begleiten. Langfristig ist es unser Ziel, die zellulären und molekularen Mechanismen aufzudecken, die den Myelinkonsum als Energiequelle für das Gehirn und seine anschließende Erholung vermitteln. Einblicke in diese Fragen könnten bei der Entwicklung von Therapien für Patienten mit demyelinisierenden Erkrankungen wie Multipler Sklerose helfen, sowie bei der Bewältigung der Auswirkungen des altersbedingten Myelinabbaus auf die Gehirnfunktion und Kognition.

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