Biology: Hormesis

Drei verbreitete Praktiken laufen über denselben Mechanismus. Heben Sie ein schweres Gewicht, beschädigen Sie Muskelfasern, die dann zu einem stärkeren Zustand repariert werden. Sitzen Sie in der Sauna, belasten Sie Ihren Kreislauf, der sich dann an die Hitze anpasst. Lassen Sie eine Mahlzeit aus, entleeren Sie einen Brennstoffspeicher, woraufhin sich die Systeme, die den Brennstoff verwalten, verbessern. Jedes Mal schießt der Wiederaufbau während der Erholung über den Ausgangspunkt hinaus.

Was ist Hormesis?

Die Dosis-Wirkungs-Kurve hat eine gemessene Form: Bei niedrigen Dosen hilft ein Stressor, bei hohen schadet er, und der Nutzen erreicht bei einer dazwischenliegenden Dosis seinen Höhepunkt. Aufgetragen steigt der Nutzen bis zu einer Spitzendosis an und nimmt danach ab.

Die meisten Gesundheitsratschläge gehen von einem linearen Zusammenhang aus, sodass mehr bis zu einer gewissen Obergrenze besser ist. Bei einem hormetischen Stressor ist diese Annahme falsch. Jenseits der Spitzendosis hört mehr Stress nicht nur auf zu helfen, er beginnt zu schaden.

Was in der Zelle passiert

Drei Reaktionen treten wiederholt auf.

Protein-Chaperone. Hitze und andere Stressoren aktivieren einen Transkriptionsfaktor namens HSF1. Er steigert die Produktion von Hitzeschockproteinen. Diese Proteine falten aus der Form geratene Proteine zurück und dämpfen Entzündung. Nach einer vorherigen Hitzeexposition hält eine Zelle einen größeren Vorrat davon bereit.

Antioxidative Maschinerie. Milder oxidativer Stress aktiviert Nrf2. Er schaltet die körpereigenen Antioxidations- und Entgiftungsgene der Zelle ein. Training löst diese Anpassung aus, indem es oxidativen Stress erzeugt. Hohe Dosen von Vitamin C und E, rund ums Training eingenommen, fangen diesen Stress ab. Das Signal zur Anpassung kommt dann nie an, und die Anpassung wird abgeschwächt.

Kreuztoleranz. Die Anpassung an einen Stressor erhöht die Toleranz gegenüber anderen, weil sie sich dieselbe Schutzmaschinerie teilen. In Tierversuchen (Horowitz 2017) hielten hitzeakklimatisierte Tiere auch niedrigem Sauerstoff und eingeschränktem Blutfluss stand, weil diese Abwehrmechanismen dieselbe Schutzmaschinerie nutzen. Das ist der stärkste verfügbare Beleg dafür, dass diese Praktiken eine körperweite Abwehr aufbauen.

Wo die Evidenz steht

Molekulare Arbeiten zeigen, wie die Anpassung verschaltet ist, meist in Zellen und Tieren. Die Arbeiten am Menschen, die die Kurve am besten belegen, sind beobachtend, sodass sie die Form der Dosis-Wirkungs-Beziehung zeigen, ohne zu beweisen, dass der Stress jeden Gewinn verursacht hat. Eine moderate Dosis hilft; eine deutlich größere Dosis bringt keinen zusätzlichen Nutzen mehr.

The Research & Studies

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How it works

Krafttraining war mit einem 10 bis 20% geringeren Krankheitsrisiko verbunden, mit einem Höhepunkt bei etwa 30 bis 60 Minuten pro WocheModerate · mixed

In plain terms

Der Nutzen erreicht seinen Höhepunkt bei etwa 30 bis 60 Minuten pro Woche, mit einem etwa 10 bis 20% geringeren Risiko, und der geschätzte Nutzen verschwindet bei etwa 130 bis 140 Minuten wieder. Die Kurve war J-förmig für Mortalität, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs, und L-förmig für Diabetes, wo sie nicht wieder anstieg.

In detail

Der Nutzen erreicht seinen Höhepunkt bei etwa 30 bis 60 Minuten pro Woche, mit einem etwa 10 bis 20% geringeren Risiko, und der geschätzte Nutzen verschwindet bei etwa 130 bis 140 Minuten wieder. Die Kurve war J-förmig für Mortalität, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs, und L-förmig für Diabetes, wo sie nicht wieder anstieg. Measured in: 16 prospective cohort studies, between roughly 167,000 and 540,000 people depending on the outcome. What could explain it instead: Self-reported training minutes in observational cohorts, which are poorly measured at the high end. People who train very large volumes may also differ systematically in ways adjustment misses.. Ob höhere Umfänge aktiv schaden, ist unklar, und die Autoren sagen dies direkt, anstatt eine Umkehr zu behaupten. Der Wiederanstieg der Kurve beruht auf spärlichen Daten bei hohen Umfängen, die Exposition wurde selbst berichtet, und die Form galt nicht für jeden Endpunkt. Dies ist als suggestive, nicht als nachgewiesene hormetische Kurve zu behandeln.

Who this may not transfer to:Twelve of the pooled studies included both sexes, two were men only and three women only.

The study · 1

Momma et al., muscle-strengthening activities and risk and mortality in major non-communicable diseases · Br J Sports Med 2022;56(13):755-763

Hochdosiertes Vitamin C und E schwächten die mitochondriale Anpassung an das Training ab, flach gegenüber einem 59%-Anstieg unter PlaceboModerate · risk

In plain terms

In einer doppelblinden randomisierten Studie nahmen 54 Erwachsene über 11 Wochen Ausdauertraining täglich 1000 mg Vitamin C und 235 mg Vitamin E oder ein Placebo ein. Die mitochondrialen Aufbau-Marker COX4 und PGC-1 alpha stiegen in der Placebogruppe um 59% und 19%, stiegen jedoch in der Supplement-Gruppe nicht an (COX4 -13%, PGC-1 alpha -13%; P 0.03 oder niedriger zwischen den Gruppen). Die VO2max stieg in beiden Gruppen um etwa 8%, sodass sich die Abschwächung in den Muskelmarkern zeigte, während die Leistungstests unverändert blieben.

In detail

Paulsen und Kollegen (2014) führten eine doppelblinde randomisierte kontrollierte Studie mit 54 jungen Männern und Frauen durch, die über 11 Wochen Ausdauertraining täglich 1000 mg Vitamin C und 235 mg Vitamin E oder ein Placebo einnahmen. In der Placebogruppe stiegen die mitochondrialen Marker COX4 und PGC-1 alpha um 59% und 19%; in der Supplement-Gruppe stiegen sie nicht an (COX4 -13%, PGC-1 alpha -13%; P 0.03 oder niedriger zwischen den Gruppen). Die VO2max verbesserte sich in beiden Gruppen um etwa 8%. Die hohe Antioxidansdosis dämpfte die zelluläre Anpassung, während die 11-wöchige Leistungsveränderung unangetastet blieb, weshalb die Autoren zur Vorsicht raten, große Antioxidansdosen mit Training zu kombinieren.

Who this may not transfer to:Fifty-four young men and women; adaptation in older or already highly trained people was not tested.

The study · 1

Paulsen et al., vitamin C and E supplementation hampers cellular adaptation to endurance training in humans, a double-blind randomised controlled trial · J Physiol 2014;592(8):1887-1901

Hitzeakklimatisierung erhöht die Toleranz gegenüber Sauerstoffmangel und eingeschränktem BlutflussEmerging

In plain terms

Bei Tieren erhöht die Hitzeakklimatisierung die Toleranz gegenüber anderen Stressoren wie Sauerstoffmangel und eingeschränktem Blutfluss, offenbar weil sie sich schützende Mechanismen teilen. Kleine Humanstudien zeigen nach Hitzeakklimatisierung eine verbesserte zelluläre Toleranz und Ausdauerleistung bei akutem Sauerstoffmangel.

In detail

Horowitz (2017) fasst die durch Hitzeakklimatisierung vermittelte Kreuztoleranz bei Tieren zusammen, bei denen die Anpassung an Hitze auch die Widerstandsfähigkeit gegenüber Hypoxie und Ischämie über gemeinsame, durch epigenetische Veränderungen innerhalb des Lebens angelegte Schutzmechanismen erhöht. Lee und Kollegen (2016), eine kleine Crossover-Humanstudie (21 Männer, Gruppen zu je sieben), fanden nach Hitzeakklimatisierung eine verbesserte zelluläre Toleranz und Ausdauerleistung bei akuter normobarer Hypoxie. Die Tierstudien liefern den Mechanismus; die Humanevidenz ist gering und als Ausdauerleistung, nicht als klinischer Endpunkt, gerahmt.

The studies · 2

Horowitz, heat acclimation-mediated cross-tolerance, origins in within-life epigenetics · Front Physiol 2017;8:548

Lee et al., cross acclimation between heat and hypoxia, heat acclimation improves cellular tolerance and exercise performance in acute normobaric hypoxia · Front Physiol 2016

Das klarste menschliche Beispiel ist muskelkräftigende Aktivität. In einer Zusammenfassung von 16 prospektiven Kohorten erreichte der Nutzen sein Maximum bei etwa 30 bis 60 Minuten pro Woche, mit einem rund 10 bis 20 % niedrigeren Risiko für Tod, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs und Diabetes (Momma 2022). Darüber hinaus verblasste er bis etwa 130 bis 140 Minuten pro Woche auf null. Bei Sterblichkeit, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs erreichte der Nutzen einen Höhepunkt und nahm bei höheren Dosen wieder ab; bei Diabetes stieg er auf ein Plateau und blieb dort flach. Weil die Trainingsminuten selbst berichtet wurden und die Daten zu hohen Umfängen spärlich sind, ist dies als hinweisende hormetische Kurve zu behandeln, die die Daten noch nicht bewiesen haben.

Der Großteil der molekularen Arbeiten wurde an Zellen, Würmern und Mäusen durchgeführt; die Übertragung auf einen Menschen in der Sauna ist nicht gesichert. Weil die Daten beim Menschen beobachtend sind, muss der Nutzenverlust bei hohen Dosen nicht vom Stress selbst stammen. Die Menschen, die so viele Stunden trainieren, unterscheiden sich auf andere Weisen, die die Daten nicht auseinanderhalten können. Wo gepoolte Daten beim Menschen vorliegen, erreicht der Nutzen sein Maximum bei einer Dosis, die die meisten Menschen als moderat bezeichnen würden.

Wo die Idee überstrapaziert wird

Zigaretten, chronischer Schlafmangel und anhaltender psychischer Stress sind allesamt belastend und allesamt zuverlässig schädlich – ihnen fehlt die Erholung, die ein hormetischer Stressor erfordert.

Ein hormetischer Stressor hat drei kennzeichnende Merkmale: Er ist akut, ihm folgt eine Erholungsphase, und das System hat eine spezifische adaptive Reaktion darauf. Entfällt die Erholung, ist der Mechanismus dahin.

Häufige Fragen

Bedeutet Hormesis, dass Stress gut für mich ist?

Akuter Stress, gefolgt von echter Erholung, ist das, was der Mechanismus beschreibt. Chronischer Stress ohne Erholung ist eine andere Exposition und zuverlässig schädlich. Die Erholung ist der Ort, an dem die Anpassung geschieht – sie ist also nicht der Teil, den man kürzen sollte.

Woran erkenne ich, dass ich zu viel mache?

Die praktischen Signale sind gewöhnlich: schlechter werdender Schlaf, über Wochen abdriftende Leistung, eine Gewohnheit, vor der man sich zu fürchten beginnt. Jedes davon bedeutet, dass Sie den Gipfel der Kurve überschritten haben, und die Antwort lautet, weniger zu tun.

Die Sicht der chinesischen Medizin