Forschung

Muskellabor, Zellkulturlabor, klinische und sportwissenschaftliche Studien

Wir führen innovative molekularbiologische und klinische Forschungsprojekte durch. Die Sektion bietet eine besondere Infrastruktur für forschungsorientierende Ärzte und Sportwissenschaftler, Lehrende und Lernende.
Mit URMEL-iCE und dem Gesunden Boot haben wir große Präventionsstudien.

Wir führen darüber hinaus derzeit eine, durch das Bundesinstitut für Sportwissenschaft (BISp) geförderte Multicenter Studie mit dem Titel:  „Optimierung von Training und Wettkampf: Belastungs- und Anpassungsmanagement im Spitzensport (BAM)“, zusammen mit der Sportmedizin der Unikliniken Gießen und Tübingen durch.

 

Schwerpunkte der Forschungstätigkeit sind:

  • Molekularbiologie des Muskels
  • Anti-Inflammatorische Zytokine (IL-4, IL-13) und Rezeptoren beim Krafttraining
  • Muskelhypertrophie und Skelettmuskel-MRT
  • Wachstumsfaktoren (IGF-System, MGF),
  • myogene Faktoren (MyoD, Myogenin), metabolische Zytokine (Leptin, TNF-á, IL-6)
  • Stressproteine (HSP70, HIF-1á)
  • Strukturproteine (Myosin-Isoformen)
  • Rolle der Apoptose bei muskulärer Anpassung an Stress (Bcl-2, Bax, Caspasen, AIF)
  • Satellitenzellaktivierung im Muskel bei Anpassung an körperliches Training
  • Kraft- und Schnellkrafttraining
  • Rehabilitationsforschung

 

 

Muskellabor

Das Muskellabor ist weiterhin das einzige deutsche sportmedizinische Labor, das sich mit der Trainingswirkung auf die Muskulatur beim Menschen befasst, insbesondere bei Krafttraining, Übertraining und Ermüdung.
In einer vom BISp geförderten Studie (TIGER-Studie) haben wir die Auswirkungen von Kraft- und Ausdauertraining mit unterschiedlicher Reihenfolge auf die Leistungsentwicklung und muskulären Veränderungen im Hinblick auf die Ausprägung der Muskelhypertrophie untersucht. Auf konsekutiven Kernspinbildern wurden die Querschnittfläche von M. quadriceps femoris und M. vastus lateralis bestimmt und das Probenvolumen berechnet. Die Reihenfolge von Kraft- und Ausdauertraining scheint nach der vorliegenden Studie bei wenig Trainierten keinen relevanten Einfluss auf die Trainingseffekte und auf die Muskelhypertrophie zu haben

Bilder rechts: Muskelhypertrophie Effekte im Skelettmuskel-MRT; oben: vor dem Training, unten: nach dem Training

 

 

Potentielle Wirkungen zur Muskelstärkung durch BCKA (branched chain keto acids) - Substitution (KASMUS-Studie)

Ketosäuren, insbesondere die gezweigten (also branched chain keto acids, BCKA), sind analog zu Aminosäuren und können zur Proteinsynthese herangezogen werden. BCKA das die Proteinsynthese im Skelettmuskel begünstigen kann, was bei der Muskelreparatur, Muskelregeneration und Muskelhypertrophie eine wichtige Rolle spielt. Im Jahr 2007 führten wir eine randomisierte doppelblinde BCKA-Studie (KASMUSS) durch, um zu untersuchen, ob eine Substitution mit BCKA bei körperlichem Training vorteilhaft sein kann und eventuell durch die Verminderung der Ammoniakakkumulation im Blut die Ermüdung reduzieren, sodass die körperliche Leistung gesteigert werden kann.

Die muskuläre Anpassung an Training und körperlichen Stress ist ein komplexer Prozess. Für die MHC-Isoformen-Transformation z.B. müssen alte Fasern und Proteine abgebaut und dann neue wieder gebildet werden. Dazu sind zelluläre Vorgänge wie Apoptose und Satellitenzellaktivierung notwendig.

Die durch körperliches Training bedingte Satellitenzellaktivierung ist ein wichtiges Thema des Labors. Wir können eine Hochregulation von myogenen Markern, insbesondere MyoD und Myogenin, wobei dies auf eine gesteuerte Differenzierung der Satellitenzellen bei der
Proliferation hinweist. So steuert nach unseren Daten MyoD zu einer MHC-Isoformen-Trans formation zu schnellen und Myogenin zu einer Transformation zu langsamen Muskelzellen.

Agarosegel für IL-4R" mRNA, 1 – vor Maximalkrafttraining, 2 – nach Maximalkrafttraining, 3 – Positivkontrolle, 4 – Negativkontrolle (H20)

Mit elektrischer Stimulation können im Zellmodell verschiedene Trainingsreize simuliert werden. Damit werden involvierte Signalwege und molekulare Veränderungen bezüglich des Proliferations- und Differenzierungsvorganges und der Apoptose untersucht. Für die Identifizierung werden neben etablierten Methoden, wie real-time PCR, SDS-Page, Silberfärbung und WesternBlot neue Methoden, wie GeneArrays oder FACS-Analysen angewendet.

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