Du hast wahrscheinlich schon so oft gehört, dass Mitochondrien als „Kraftwerke der Zellen“ bezeichnet werden, dass es dir kaum noch auffällt. Aber hier ist etwas, das viel weniger Beachtung findet: Die Anzahl der Mitochondrien in deinen Zellen ist nicht festgelegt. Dein Körper kann mehr davon produzieren, und zwar als Reaktion auf ganz bestimmte biologische Signale. Dieser Prozess wird als mitochondriale Biogenese bezeichnet, und zu verstehen, was ihn auslöst, erweist sich als überraschend nützlich.
Warum ist das wichtig? Weil die Kapazität der Mitochondrien einen großen Teil deines Gesundheitsprofils beeinflusst: wie viel nachhaltige Energie du hast, wie sich deine Muskeln erholen, wie effizient dein Gewebe Glukose aus dem Blutkreislauf entfernt und wohl auch, wie gut dein Gehirn dem Alterungsprozess widersteht. Seit Jahrzehnten gibt es Forschungsergebnisse, die einen Zusammenhang zwischen einem geringen Mitochondriengehalt und Stoffwechselerkrankungen, schnellerer biologischer Alterung und Neurodegeneration herstellen (1). Die gute Nachricht ist, dass die Biogenese auf Eingriffe reagiert. Mehrere Strategien haben echte klinische Unterstützung.
Wie der Körper neue Mitochondrien bildet
Die Geschichte beginnt mit einem einzigen Protein: PGC-1alpha (Peroxisom-Proliferator-aktivierter Rezeptor Gamma-Coaktivator 1-alpha). Es fungiert als Hauptschalter für die Mitochondrienproduktion. Wenn es aktiviert wird, löst es eine koordinierte Welle von Veränderungen in der Genexpression aus, die letztendlich dazu führt, dass die Zelle mehr Mitochondrien bildet und ihre oxidative Leistung verbessert (2). Das meiste, was wir über die Stimulierung der Biogenese wissen, läuft darauf hinaus, Wege zu finden, diesen Schalter umzulegen.
Zwei vorgelagerte Sensoren übernehmen den größten Teil dieser Umschaltung. AMPK (AMP-aktivierte Proteinkinase) ist im Wesentlichen eine Warnleuchte für niedrigen Brennstoffstand: Wenn der ATP-Spiegel während intensiver körperlicher Betätigung oder einer Fastenperiode sinkt, wird AMPK ausgelöst und aktiviert PGC-1alpha. SIRT1 (Sirtuin 1) funktioniert anders. Es handelt sich um ein NAD+-abhängiges Enzym, was bedeutet, dass seine Aktivität direkt davon abhängt, wie viel NAD+ in der Zelle verfügbar ist. NAD+ nimmt mit zunehmendem Alter deutlich ab, was mit ein Grund dafür ist, dass die mitochondriale Biogenese bei älteren Erwachsenen tendenziell langsamer wird, selbst wenn alle anderen Faktoren gleich bleiben.
Sobald PGC-1alpha aktiv ist, rekrutiert es TFAM (mitochondrialer Transkriptionsfaktor A) und eine Reihe von nukleären Atmungsfaktoren, um die physische Arbeit zu erledigen: die Replikation der mitochondrialen DNA und die Synthese der Strukturproteine, die für den Aufbau neuer Mitochondrien benötigt werden.
Was die Beweise sagen: wichtige Stimuli
Bewegung
Wenn du nach der Maßnahme mit den eindeutigsten und am häufigsten replizierten menschlichen Beweisen suchst, dann ist es diese. Sowohl ausdauerndes aerobes Training als auch hochintensives Intervalltraining (HIIT) aktivieren AMPK und PGC-1alpha in den Skelettmuskeln. Eine Metaanalyse, die 22 randomisierte kontrollierte Studien zusammenfasst, ergab, dass Ausdauertraining die Marker für den Mitochondrienanteil deutlich erhöhte und HIIT diese Zuwächse bei erheblich geringeren Trainingsvolumina erreichte (3). Schon eine einzige Trainingseinheit reicht aus, um PGC-1alpha innerhalb weniger Stunden kurzzeitig hochzuregulieren. Was diesen vorübergehenden Anstieg in eine strukturelle Veränderung verwandelt, ist regelmäßiges Training über einen längeren Zeitraum.
Kalorienrestriktion und intermittierendes Fasten
Weniger zu essen aktiviert AMPK und SIRT1 nach dem gleichen Prinzip wie Bewegung: Die Zelle spürt die geringere Verfügbarkeit von Brennstoff und reagiert entsprechend. Intermittierendes Fasten scheint über ähnliche Mechanismen zu funktionieren. Eine viel zitierte Übersichtsarbeit aus dem Jahr 2019 im New England Journal of Medicine hat gezeigt, dass Fastenprotokolle mehrere Stoffwechselmarker, darunter die Mitochondrienfunktion, über zelluläre Stresswege verbessern (4). Allerdings waren die meisten Studien am Menschen, die speziell die Auswirkungen des Fastens auf die Mitochondrien untersuchten, eher kurzfristig angelegt. Das Signal ist da; wie nachhaltig die Effekte bei fortgesetzter Praxis sind, wird noch untersucht.
Kälteexposition
Kälteexposition treibt die Thermogenese über UCP1 (Uncoupling Protein 1) an, und diese thermogene Reaktion scheint PGC-1alpha zumindest im braunen Fettgewebe (BAT) hochzuregulieren. Es gibt Hinweise aus Studien am Menschen, dass regelmäßige Kälteakklimatisierung den mitochondrialen Gehalt im BAT erhöhen kann (5). Unklar ist noch, ob sich dies auch auf die Skelettmuskulatur oder auf die Stoffwechselergebnisse auswirkt, die im Alltag von Bedeutung sind. Die meisten der soliden Daten zur Biogenese stammen immer noch aus Tierversuchen. Das ist zwar interessant, aber noch nicht genug, um ein Protokoll zu erstellen.
Nahrungsbestandteile
Ein paar Stoffe wurden auf ihr Potenzial hin untersucht, den PGC-1alpha-Signalweg anzuregen oder den NAD+-Spiegel zu erhöhen. Die Beweise variieren ziemlich stark, je nachdem, welchen Stoff man betrachtet:
- Urolithin A hat wohl die aussagekräftigsten Daten aus Studien am Menschen. Es wird von Darmbakterien aus Ellagitanninen hergestellt, die in Granatäpfeln vorkommen, und seine Hauptwirkung besteht in der Förderung der Mitophagie, dem Prozess, durch den beschädigte Mitochondrien beseitigt werden. Eine gut konzipierte randomisierte kontrollierte Studie an älteren Erwachsenen ergab messbare Verbesserungen der Muskelausdauer sowie Veränderungen in der mitochondrialen Genexpression (6). Kein Wundermittel, aber ein bedeutender Befund.
- NMN und NR (NAD+-Vorläufer) erhöhen beide zuverlässig den NAD+-Spiegel im menschlichen Gewebe, was theoretisch SIRT1 und die nachgeschaltete Biogenese-Signalübertragung unterstützt. In der Praxis haben die bisherigen klinischen Studien bestenfalls mäßige Effekte gezeigt (7). Die Biologie ist fundiert, aber das Ausmaß des Nutzens bei gesunden Menschen muss noch ermittelt werden.
- Resveratrol aktiviert SIRT1 in Zell- und Tiermodellen. Die Ergebnisse von Studien am Menschen sind gemischter. Wenn Effekte zu beobachten waren, dann eher bei Menschen mit Stoffwechselstörungen als bei gesunden, aktiven Erwachsenen (8).
Schlaf
Schlaf kommt in Gesprächen über die Gesundheit der Mitochondrien selten zur Sprache, was etwas seltsam ist, wenn man bedenkt, wie wichtig er für die Zellreparatur im Allgemeinen ist. Chronische Schlafstörungen wurden in Versuchsmodellen mit erhöhtem oxidativem Stress und einer beeinträchtigten Mitochondrienfunktion in Verbindung gebracht, wahrscheinlich durch eine Störung der circadianen Uhrgene, die die Mitochondrienbiogenese und die Stoffwechselsignale regulieren. Es ist eine dieser Variablen, die leicht unterschätzt werden, gerade weil es sich nicht um ein Nahrungsergänzungsmittel oder ein spezifisches Protokoll handelt. Aber die Biologie kümmert sich nicht um diese Unterscheidung.
Wichtige Vorbehalte
Bevor man aus all dem endgültige Schlussfolgerungen zieht, sollte man ein paar Dinge beachten. Die mechanistische Forschung zur mitochondrialen Biogenese ist umfangreich, aber ein Großteil davon stammt aus Tier- oder Zellkulturmodellen, und diese Ergebnisse lassen sich nicht immer auf den Menschen übertragen. Insbesondere Studien an Menschen zu Nahrungszusätzen sind oft kurz, klein und stützen sich eher auf Ersatzmarker wie die Genexpression als auf direkte Messungen des Mitochondrienanteils. Das macht sie nicht nutzlos, aber es bedeutet, dass die Konfidenzintervalle groß sind.
Es gibt auch einen übergeordneten Punkt, der erwähnenswert ist: Die Biogenese funktioniert nicht isoliert. Die Gesundheit der Mitochondrien einer Zelle hängt vom Gleichgewicht zwischen dem Aufbau neuer Mitochondrien, der Erhaltung bestehender Mitochondrien und der Beseitigung beschädigter Mitochondrien durch Mitophagie ab. Sich nur auf die Biogenese zu konzentrieren und die Qualitätskontrolle zu ignorieren, ist ein bisschen so, als würde man neue Mitarbeiter einstellen, ohne sich um die Fluktuation zu kümmern. Das ganze System muss zusammenarbeiten.
Fazit: Die Gesundheit der Mitochondrien ist trainierbar
Die mitochondriale Biogenese ist ein natürlicher Vorgang des Körpers, der als Reaktion auf bestimmte Anforderungen stattfindet. Bewegung ist der deutlichste Auslöser, den wir haben, und die Beweise dafür sind kaum zu widerlegen. Kalorienrestriktion und Fasten funktionieren über ähnliche Signale und haben eine solide mechanistische Grundlage, auch wenn die langfristigen Daten beim Menschen noch dünn sind. Unter den Nahrungsergänzungsmitteln sticht Urolithin A hervor, da es bisher die substanziellste klinische Unterstützung hat. NMN und NR sind interessant, aber noch nicht ganz ausgereift.
Auffällig an diesem Gesamtbild ist, wie konsistent das Thema ist: Fast jede Maßnahme, die die mitochondriale Biogenese unterstützt, tut dies, indem sie dem Körper etwas abverlangt. Der Auslöser ist metabolischer Stress, nicht Komfort. Das sollte man sich vor Augen halten.
Augment Life bietet eine Reihe von wissenschaftlich formulierten Nahrungsergänzungsmitteln an, die auf diese Mechanismen abgestimmt sind. Mehr dazu erfährst du hier:
Literaturquellen:
- Conley KE, Jubrias SA, Esselman PC. Oxidative capacity and ageing in human muscle. J Physiol. 2000;526(Pt 1):203–210. doi: 10.1111/j.1469-7793.2000.t01-1-00203.x.
- Wu Z, Puigserver P, Andersson U, et al. Mechanisms controlling mitochondrial biogenesis and respiration through the thermogenic coactivator PGC-1. Cell. 1999;98(1):115–124. doi: 10.1016/S0092-8674(00)80611-X.
- Granata C, Jamnick NA, Bishop DJ. Training-induced changes in mitochondrial content and respiratory function in human skeletal muscle. Sports Med. 2018;48(8):1809–1828. doi: 10.1007/s40279-018-0936-y.
- de Cabo R, Mattson MP. Effects of intermittent fasting on health, aging, and disease. N Engl J Med. 2019;381(26):2541–2551. doi: 10.1056/NEJMra1905136.
- Blondin DP, Labbe SM, Tingelstad HC, et al. Increased brown adipose tissue oxidative capacity in cold-acclimated humans. J Clin Endocrinol Metab. 2014;99(3):E438–E446. doi: 10.1210/jc.2013-3901.
- Andreux PA, Blanco-Bose W, Ryu D, et al. The mitophagy activator urolithin A is safe and induces a molecular signature of improved mitochondrial and cellular health in humans. Nat Metab. 2019;1(6):595–603. doi: 10.1038/s42255-019-0073-4.
- Yoshino M, Yoshino J, Kayser BD, et al. Nicotinamide mononucleotide increases muscle insulin sensitivity in prediabetic women. Science. 2021;372(6547):1224–1229. doi: 10.1126/science.abe9985.
- Lagouge M, Argmann C, Gerhart-Hines Z, et al. Resveratrol improves mitochondrial function and protects against metabolic disease by activating SIRT1 and PGC-1alpha. Cell. 2006;127(6):1109–1122. doi: 10.1016/j.cell.2006.11.013.
- Carroll JE, Esquivel S, Goldberg A, et al. Insomnia and telomere length in older adults. Sleep. 2016;39(3):559–564. doi: 10.5665/sleep.5526.
