Skelettmuskeln sind eine Art von Muskelgewebe, das aus Skelettmuskelzellen besteht. Die meisten Skelettmuskeln sind an den Knochen befestigt und stellen mit 40 % des Körpergewichts das am häufigsten vorkommende Gewebe im Körper dar.

Im Sport waren die Menschen schon immer neugierig darauf, wie man die sportliche Leistung verbessern kann. Die Gesundheit der Skelettmuskulatur steht in engem Zusammenhang mit der körperlichen Leistungsfähigkeit und setzt sich aus verschiedenen Muskelfasertypen zusammen, z. B. langsam zuckenden Fasern (Typ I) und schnell zuckenden Fasern (Typ II). Diese Fasertypen können sich als Reaktion auf verschiedene körperliche Reize verändern, z. B. durch Ausdauertraining, das den Anteil der langsam zuckenden Fasern erhöht.

In der Forschung zur Verbesserung der sportlichen Leistung wurde zwei wichtigen „Helfern“ große Aufmerksamkeit geschenkt: der mitochondrialen Biogenese und den damit verbundenen Signalübertragungswegen. AMPK (AMP-aktivierte Proteinkinase), CREB (cAMP-Response-Element-bindendes Protein) und PGC-1α (PPARγ-Koaktivator-1α) spielen eine wichtige Rolle und wirken wie „kleine Schalter“ im Prozess der Verbesserung der sportlichen Leistung, indem sie verschiedene Veränderungen in den Muskeln regulieren.

Frühere Studien haben ergeben, dass CBD einen gewissen Einfluss auf die Funktion der Skelettmuskulatur hat. In Tierversuchen wurde gezeigt, dass CBD bei Mäusen und Ratten, die mit einer fettreichen Diät gefüttert wurden, das Lipidprofil der Muskeln verbessert, die Regeneration der Skelettmuskeln fördert und die Muskelkraft erhöht. Ob CBD die Ausdauerleistung verbessern kann und welche Mechanismen dahinter stehen, ist jedoch nach wie vor ein ungelöstes Rätsel.

Inzwischen haben Wissenschaftler eine enge Beziehung zwischen sportlicher Leistung und dem Darmmikrobiom entdeckt. Einige Darmbakterien können dazu beitragen, die Ausdauer zu verbessern und Entzündungen zu verringern, und Sport kann wiederum die Zusammensetzung der Darmmikrobiota verändern. So kann beispielsweise die Zufuhr von Bacteroides uniformis bei Langstreckenläufern die Glukoseproduktion in der Leber fördern und damit die Ausdauer verbessern. Bei Marathonläufern kann das Vorhandensein von Veillonella atypica im Darm das während des Trainings produzierte Laktat in Propionat umwandeln, wodurch sich die Ausdauerleistungszeit verlängert. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass CBD das Darmmikrobiom verändert und die kognitive Funktion, das metabolische Syndrom und die Autoimmun-Enzephalomyelitis verbessert.

Angesichts dieser Faktoren könnte man sich fragen: Kann CBD die sportliche Leistung durch Modulation des Darmmikrobioms verbessern?

Um die Antwort darauf zu finden, haben Forscher der Abteilung für Biochemie und Molekularbiologie der Chonbuk National University Medical School in Südkorea eingehende Untersuchungen durchgeführt. Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Experimental & Molecular Medicine unter dem Titel „Cannabidiol reshapes the gut microbiome to promote endurance exercise in mice“ veröffentlicht.


Die Studie ergab, dass CBD die Ausdauerleistung von Mäusen verbessern und auch das Darmmikrobiom modulieren kann, wobei Bifidobacterium animalis KBP-1 eine Schlüsselrolle spielt. Dies liefert neue Erkenntnisse und Ansätze zur Verbesserung der Ausdauerleistung.

Zur Durchführung dieser Forschung setzten die Wissenschaftler verschiedene Techniken ein. In Tierversuchen züchteten sie sorgfältig männliche C57BL/6J-Mäuse und beobachteten die Auswirkungen von oral verabreichtem CBD, Antibiotika oder spezifischen Mikroorganismen auf die Laufband-Laufleistung der Mäuse. Außerdem führten sie Laufbandtests durch, bei denen die Mäuse ein adaptives Training auf dem Laufband absolvierten, gefolgt von Ausdauertests, bei denen die Laufzeit und die Distanz aufgezeichnet wurden.

Zum Nachweis und zur Analyse verwendeten sie die indirekte Kalorimetrie, um das Austauschverhältnis der Atemwege der Mäuse zu messen, was Aufschluss über ihren Energiestoffwechsel gibt. Mit biochemischen Analysemethoden wurden der Blutzucker, das β-Hydroxybutyrat im Blut und der Laktatspiegel im Blut gemessen. Histologische Färbung und Immunfluoreszenzfärbung wurden verwendet, um Muskelfasertypen und Mitochondrien zu beobachten. Mit Hilfe der 16S rDNA-Amplikonsequenzierung wurden Veränderungen in der Zusammensetzung des Darmmikrobioms analysiert, und die Isolierung einzelner Bakterien und die Ganzgenomsequenzierung halfen bei der Identifizierung wichtiger Mikroorganismen und ihrer Funktionen.

Werfen wir nun einen Blick auf die spezifischen Forschungsergebnisse.


CBD verbessert die körperliche Ausdauer und fördert die Verschiebung der Muskelfasertypen von glykolytisch zu oxidativ

Die Forscher wollten zunächst sehen, ob CBD die körperliche Leistungsfähigkeit von Mäusen verbessern kann. Sie setzten 20 Wochen alte C57BL/6-Mäuse eine Woche lang zur Eingewöhnung auf ein Laufband, wo sie jeden Tag 30 Minuten lang mit einer Geschwindigkeit von 10 Metern pro Minute liefen. Danach wurden die Mäuse in zwei Gruppen aufgeteilt: Eine Gruppe erhielt Maisöl (VEH), die andere Gruppe wurde vier Wochen lang täglich mit 30 mg/kg CBD gefüttert. Während dieser Zeit unterzogen sich die Mäuse täglich Laufbandtests. Die Ergebnisse zeigten, dass die Mäuse, die CBD erhielten, eine deutlich verbesserte Ausdauer hatten, längere Strecken liefen und die Aktivität über längere Zeiträume aufrechterhielten, ohne dass sich das Körpergewicht oder die Nahrungsaufnahme veränderten. Bei der Sektion erschienen die Muskeln in den hinteren Gliedmaßen dieser Mäuse röter, was auf eine Verschiebung der Muskelfasern hin zu oxidativen Typen hinweist. Weitere Analysen ergaben, dass nach der CBD-Behandlung eine Zunahme der oxidativen Fasern vom Typ I und II (MyHC-I und MyHC-IIa) im Gastrocnemius-Muskel (GAS) zu verzeichnen war, während die glykolytischen Fasern vom Typ II (MyHC-IIb) abnahmen. Die mRNA-Expression relevanter Gene zeigte ebenfalls entsprechende Veränderungen. Indirekte Kalorimetrie-Analysen zeigten außerdem, dass die mit CBD behandelten Mäuse ein niedrigeres respiratorisches Austauschverhältnis (RER) aufwiesen, was darauf hindeutet, dass sie zur Energiegewinnung stärker auf die Fettsäureoxidation angewiesen waren. Außerdem zeigten die GAS-Muskeln der mit CBD behandelten Mäuse eine stärkere Muskelkontraktion und waren weniger anfällig für Ermüdung.


CBD erhöht den Mitochondriengehalt und die oxidative Kapazität und aktiviert den PKA-CREB-PGC-1α-Signalweg

Die Verbesserung der oxidativen Kapazität der Muskelfasern steht in engem Zusammenhang mit der mitochondrialen Biogenese und Funktion. Mit Hilfe der Elektronenmikroskopie beobachteten die Forscher, dass die Mitochondrien zwischen den fusionierten Myofibrillen im Muskel der mit CBD behandelten Mäuse zahlreicher waren als in der Kontrollgruppe, was auf eine erhöhte oxidative Phosphorylierungskapazität hindeutet.

Außerdem stieg nach der CBD-Behandlung der Gehalt an mitochondrialer DNA in den Muskeln der Mäuse deutlich an, und auch die Proteinkonzentrationen der mitochondrialen Atmungskettenkomplexe I-III und V (ATP-Synthase) waren erhöht. Die Expression verwandter Gene nahm ebenfalls zu, was darauf hindeutet, dass CBD die oxidative Kapazität des Muskels verbessert, indem es die mitochondriale Biogenese und dynamische Veränderungen fördert. Darüber hinaus stellten die Forscher fest, dass CBD AMPK und PKA aktivierte, was zu einer verstärkten Phosphorylierung von CREB und erhöhten PGC-1α-Spiegeln führte, was die positiven Auswirkungen von CBD auf die mitochondriale Biogenese und die Muskelfunktion weiter bestätigt.


CBD verändert die Zusammensetzung des Darmmikrobioms, und eine Antibiotikabehandlung hemmt die leistungssteigernde Wirkung beim Sport

Angesichts des Zusammenhangs zwischen dem Darmmikrobiom und der körperlichen Leistungsfähigkeit analysierten die Forscher die 16S rRNA-Sequenzen von Kotproben der Mäuse, um die Auswirkungen von CBD auf das Darmmikrobiom zu beobachten.

Die Ergebnisse zeigten, dass es nach der CBD-Behandlung zu signifikanten Veränderungen in der Zusammensetzung des Mikrobioms kam. Auf Phylum-Ebene nahm die relative Häufigkeit von Bacillota und Actinomycetota zu. Auf der Ebene der Familien nahm der Anteil der Erysipelotrichaceae und Bifidobacteriaceae deutlich zu, während der Anteil der Oscillospiraceae und Prevotellaceae abnahm. Auf der Ebene der Gattungen nahmen die Anteile von Allobaculum, Faecalibaculum und Bifidobacterium deutlich zu. Obwohl der α-Diversitätsindex keine signifikanten Veränderungen aufwies, zeigte die Hauptkoordinatenanalyse einen deutlichen Unterschied in der Zusammensetzung des Mikrobioms zwischen der CBD-behandelten Gruppe und der Kontrollgruppe.

Um den kausalen Zusammenhang zwischen diesen Veränderungen und der Verbesserung der körperlichen Leistungsfähigkeit zu untersuchen, behandelten die Forscher die Mäuse sowohl mit Antibiotika (ABX) als auch mit CBD. Nach einem Screening entschieden sie sich für Doxycyclin, weil es die durch CBD vermehrten Bakterien hemmen kann, minimale Auswirkungen auf das gesamte Mikrobiom hat und keine Gewichtsveränderungen bei den Mäusen verursacht.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Laufleistung der Mäuse, die oxidative Muskelfaserdichte und die mitochondriale Genexpression nicht mehr zunahmen, wenn Doxycyclin zusammen mit CBD verabreicht wurde. Das Atmungsaustauschverhältnis nahm nicht ab, und auch die Aktivierung relevanter Signalwege wurde unterdrückt. Dies deutet darauf hin, dass Veränderungen im Darmmikrobiom eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung der sportlichen Leistung durch CBD spielen.


Bifidobacterium animalis nimmt nach CBD-Behandlung signifikant zu, verbessert die sportliche Leistung und erhöht die oxidativen Muskelfasern

Die Forscher isolierten Faecalibaculum rodentium und Bifidobacterium animalis aus der Mikrobiota, die nach einer CBD-Behandlung signifikant zunahm.

Anschließend verabreichten sie den Mäusen diese beiden Mikroorganismen oral und verglichen die Ergebnisse mit der CBD-Behandlungsgruppe. Die Ergebnisse zeigten, dass die Mäuse, denen Bifidobacterium animalis oral verabreicht wurde, eine deutlich verbesserte Ausdauer aufwiesen, mit längeren Laufzeiten und -strecken. Darüber hinaus verschoben sich ihre Muskelfasern in Richtung oxidativer Typen, mit einer erhöhten Dichte an SDH-positiven Fasern, einem reduzierten Atmungsaustauschverhältnis, niedrigeren Blutlaktatwerten und höherem β-Hydroxybutyrat (ein Ketonkörper) im Serum. Diese Effekte waren ähnlich denen, die in der CBD-Behandlungsgruppe beobachtet wurden. Die Mäuse, die Faecalibaculum rodentium erhielten, zeigten jedoch keine Verbesserung der körperlichen Leistungsfähigkeit. Dies deutet darauf hin, dass Bifidobacterium animalis die körperliche Ausdauer verbessern kann, indem es die Muskelfasertypen und die Nutzung von Stoffwechselsubstraten verändert.


Bifidobacterium animalis KBP-1 verändert den Energiestoffwechsel und das Darmmikrobiom

Die Forscher fanden heraus, dass die Behandlung mit Bifidobacterium animalis B den Laktatspiegel im Serum senkte und den Ketonkörpergehalt im Serum der Mäuse erhöhte, was zu einer verbesserten Ausdauerleistung beitrug. 

Um den Mechanismus besser zu verstehen, durch den Bifidobacterium animalis B die Ausdauer verbessert, führten die Forscher eine Ganzgenomanalyse durch und identifizierten es als Bifidobacterium animalis KBP-1. Im Vergleich zu anderen ähnlichen Stämmen stellten sie fest, dass KBP-1 in hohem Maße Gene exprimiert, die mit der Biosynthese verzweigtkettiger Aminosäuren (BCAA), Freisetzungspumpen und dem Laktatstoffwechsel zusammenhängen. Diese Gene können eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Muskelausdauer spielen. BCAAs können beispielsweise die Ermüdung verringern, Muskelschäden reduzieren, die körperliche Leistungsfähigkeit steigern und die Lipidoxidation bei Ausdauertraining nach Erschöpfung des Muskelglykogens fördern.

In einer Reihe von Experimenten kamen die Forscher zu dem Schluss, dass CBD die Ausdauerleistung von Mäusen verbessern kann, indem es die AMPK- und PKA-CREB-Signalwege aktiviert, die mitochondriale Biogenese fördert und die Muskelfasern auf oxidative Typen umstellt. Darüber hinaus hängt die Verbesserung der körperlichen Leistungsfähigkeit durch CBD weitgehend von Veränderungen im Darmmikrobiom ab, wobei Bifidobacterium animalis KBP-1 eine entscheidende Rolle spielt. Es verbessert die körperliche Ausdauer, indem es den Energiestoffwechsel und das Darmmikrobiom verändert, möglicherweise durch die starke Expression von Genen, die mit der BCAA-Synthese und dem Stoffwechsel in Verbindung stehen.


Diese Studie ist von großer Bedeutung. Sie enthüllt nicht nur eine neue Funktion und einen neuen Mechanismus von CBD zur Verbesserung der Ausdauerleistung, sondern identifiziert auch Bifidobacterium animalis KBP-1 als potenziellen „Helfer“ zur Verbesserung der Ausdauerleistung. Dies liefert neue Erkenntnisse für Sportler und Fitnessbegeisterte und deutet darauf hin, dass in Zukunft die Einnahme von CBD oder KBP-1 die sportliche Leistung verbessern könnte.

Die Studie weist jedoch einige Einschränkungen auf, wie z. B. eine geringe Stichprobengröße und das Fehlen von Messungen der BCAA-Spiegel im Serum und im Muskelgewebe. Diese Unzulänglichkeiten weisen auch auf künftige Forschungsrichtungen hin. Es ist davon auszugehen, dass sich mit dem Fortschreiten der Forschung unser Verständnis für die Verbesserung der sportlichen Leistung vertiefen wird und dass wirksamere Methoden gefunden werden, die den Menschen helfen, ihre sportlichen Fähigkeiten zu verbessern.