Differentielle Effekte von Ausdauer-, Intervall- und Krafttraining auf Telomerlänge und Telomeraseaktivität in einer randomisierten, kontrollierten Studie

Abstract

Regelmäßige körperliche Aktivität bewirkt verschiedene gesundheitsfördernde Effekte im Organismus und ist mit einer Reduktion der kardiovaskulären Morbidität und Mortalität assoziiert. Die physiologischen Mechanismen körperlicher Anpassung auf verschiedene Arten und Intensitäten von Trainingsreizen sind ein auch heute noch stark bearbeitetes Forschungsthema, ebenso wie die Trainingseffekte im Kontext von Erkrankungen. Wir konzentrieren uns in der Arbeitsgruppe auf die molekularen Mechanismen von körperlicher Aktivität mit einem Fokus auf die Einflüsse auf zelluläre Alterung. Alter und körperliche Inaktivität sind wichtige Risikofaktoren für kardiovaskuläre Erkrankungen. Inwieweit diese Risikofaktoren zusammenhängen beziehungsweise Alterungsvorgänge durch körperliche Aktivität beeinflusst werden, ist ungenügend verstanden. Frühere Studien in Mäusen und Menschen lassen einen kurz- und langfristigen „Anti-Aging“-Effekt von Lauf- und Ausdauertraining auf molekulare Regulatoren der Zellalterung wie Telomeraseaktivität, Telomerlänge und Expression telomer-regulierender Proteine vermuten. Die Akuteffekte körperlicher Aktivität auf ebendiese Faktoren, ebenso wie die Frage nach differentiellen Effekten verschiedener Trainingsformen, wurde nun in der vorliegenden Dissertation prospektiv untersucht. Hierfür erfolgten zwei Interventionsstudien: Zum einen ein Akutversuch mit 15 Studienteilnehmern im Cross-over-Design mit Absolvieren eines Lauf- bzw. eines Krafttrainings. Die anschließende Untersuchung der Telomeraseaktivität beziehungsweise die Expression telomer-assoziierter Proteine zeigte auch bei einmaligem Trainingsreiz eine differentielle Regulation im Sinne eines günstigen Effekts des aeroben Ausdauertrainings auf zelluläre Seneszenz, wohingegen ein solcher Effekt beim Krafttraining nicht beobachtet wurde. In der prospektiven, kontrollierten, randomisierten Trainingsstudie über einen Zeitraum von 6 Monaten mit insgesamt 124 Probanden wurden die Telomeraseaktivität, die Expression telomer-regulierender Proteine und die Telomerlänge in 4 Gruppen (Kontrollgruppe, aerobe Ausdauergruppe, Intervalltrainingsgruppe, Krafttrainingsgruppe) untersucht. Passend zu den Ergebnissen der Akutstudie fand sich hier ebenfalls eine differentielle Regulation der Telomeraseaktivität mit einer Steigerung lediglich in den beiden ausdauerbasierten Interventionsgruppen. Parallel dazu kam es in diesen beiden Gruppen auch zu einer Zunahme der Telomerlänge, während in der Krafttrainingsgruppe und in der Kontrollgruppe kein signifikanter Effekt beobachtet werden konnte. Auf Grund der Limitationen der klinischen Studie lassen die erhobenen Ergebnisse keinen sicheren Schluss auf die verantwortlichen Regulationsmechanismen zu. Die Tatsache, dass sich ähnliche Effekte sowohl in der Akutstudie und der prospektiv kontrollierten, randomisierten Studie zeigten, legen nahe, dass mögliche Ursachen für die differentiellen Effekte in den Trainingsformen selbst zu suchen sind, zum Beispiel in den unterschiedlichen hämodynamischen Antworten auf das Training. Welche Faktoren genau bei ausdauerbasierten Trainingsformen die molekularen Vorgänge günstig beeinflussen, im Gegensatz zu Krafttraining, wäre in zukünftigen Studien zu untersuchen. In der Praxis kann von den erzielten Ergebnissen abgeleitet werden, dass bei körperlicher Aktivität ein ausdauerbasiertes Training integraler Bestandteil sein sollte und Krafttraining wahrscheinlich kein Ersatz dafür ist. Die Ergebnisse der Dissertation unterstützen die aktuelle Leitlinienempfehlung zur körperlichen Aktivität in der Primär- oder Sekundärprävention kardiovaskulärer Erkrankungen.

Regular physical activity induces improvements of many aspects of human health and is a cornerstone of cardiovascular disease prevention. Physiological adaptations to different modalities and intensities of training are even today an area of intense research in sports and rehabilitation medicine. The same holds true for research on training effects in the context of diseases. The molecular effects of physical activity are only known in part. Our workgroup focusses on the protective effects of exercise and the involvement of cellular senescence herein. Physical inactivity and aging are important risk factors for cardiovascular morbidity and mortality. How these risk factors are related and how cellular aging is affected by exercise are insufficiently understood. Previous studies suggest long-term anti-aging effects of physical activity, e.g. on molecular senescence regulators such as telomerase activity, telomere length and regulation of telomere-associates proteins. This thesis investigates acute and chronic effects of physical activity, as well as the comparison of different training modalities, on these factors. Two intervention studies were conducted. First, a crossover study of young 15 participants, who performed an aerobic endurance training and a resistance training bout on different days. Telomerase activity and expression of telomere-associated proteins were acutely regulated after the training. Compared with endurance training, differential regulation was observed after resistance training. In the prospective, randomized study the clinical and cellular effects of different training modalities in a primary prevention cohort were investigated. 124 individuals were randomized to four groups (aerobe endurance training, interval training, resistance training, control group) and were trained for 6 months, before regulation of telomerase activity, telomere length and expression of telomere-regulating factors was compared to the baseline measurements. As with the acute exercise study, a differential regulation was revealed. In the two endurance-based intervention groups (aerobic exercise training and interval training), telomerase activity, telomere length and expression of telomere-associated protein were increased. These effects were not present in the control group and the resistance training group. Due to the limitations of a clinical study, the responsible mechanisms for these findings cannot be fully elucidated. However, the fact that similar effects can be seen as well after a single bout of exercise in a crossover design, as in a prospective long-term study, suggest that reasons for the differential regulation observed lies within the differences between the training modalities, e.g. differences in the hemodynamic response to the training. The precise molecular differences between endurance and resistance training with regard to the cellular effects should be dissected in further studies. Overall, the results of the study support current guideline recommendations of regular physical activity in primary and secondary prevention of cardiovascular disease with endurance training as an integral component and resistance training as a complimentary rather modality than a substitute.