So beeinflussen Schichtarbeit und Schlafmangel den Muskelaufbau! - Gannikus.de

Veränderter Rhythmus: So beeinflussen Schichtarbeit und Schlafmangel den Muskelaufbau!

Im Rahmen der Fragerunden in den Storys unseres Instagram-Profils haben unsere Follower stets die Chance, uns Fragen rund um das Thema Muskelaufbau und Training zu stellen. Eine Frage, die dabei auftauchte war, in welcher Art und Weise das Arbeiten in Schichten den Muskelaufbau beeinflusst. Zwar wird jeder, der schon einmal in einem solchen System gearbeitet hat, bemerkt haben, dass die Umstellung zwischen Früh-, Spät- und Nachtschicht nicht immer besonders angenehm ist und oft den regenerativen Nachtschlaf erheblich beeinträchtigt, doch leidet darunter am Ende auch unser Training? Dieser Frage wollen wir uns heute genauer widmen.

Etwa einer von vier Arbeitern arbeitet in Schichten, die außerhalb der gewöhnlichen Arbeitszeiten fallen. Die Schichtarbeit verändert die Exposition der Arbeitnehmer zu natürlichem und künstlichem Licht, das Schlafmuster und den Rhythmus der Mahlzeiten. Im Vergleich zur normal arbeitenden Bevölkerungsgruppe tragen Schichtarbeiter über die Zeit ein höheres Risiko für die Entwicklung von metabolischen Beeinträchtigungen. Eine davon ist die Gesundheit der Skelettmuskulatur, dem größten Organ des Körpers. So lautet die Einleitung eines aktuellen Reviews von Brad Aisbett und Kollegen, die bestehende Forschungsdaten über den Einfluss von Schichtarbeit auf unsere muskuläre Gesundheit sammelten und als erste Forschergruppe eingehend analysierten und zusammenfassten [1].

Auch wenn die Arbeit in Wechselschichten nicht besonders gesund zu sein scheint, ist sie in vielen Fällen notwendig, um nicht nur die Kapazität von Maschinen und Anlagen auszulasten, sondern auch, um zu jeder Tageszeit gewisse Dienstleistungen gewährleisten zu können [2]. Man denke da beispielsweise nur an Ärzte und Krankenpfleger, deren Dienst außerhalb der herkömmlichen Arbeitszeiten unumgänglich ist. Die vorliegende Arbeit fokussiert sich besonders auf die Skelettmuskulatur als Organ insgesamt und nicht explizit auf die ästhetischen oder funktionellen Aufgaben im Rahmen des Bodybuildings und Kraftsportes. Die gesammelten Erkenntnisse können wir dabei sehr gut auf unsere Zwecke übertragen.

Ein Modell des potenziellen Einflusses der Schichtarbeit auf die Gesundheit der Skelettmuskulatur. Verändert nach [1].
Die häufigste Form der Schichtarbeit stellt das Dreischichtsystem dar, wobei zwischen einer Frühschicht, Spätschicht und Nachtschicht abgewechselt wird. Jeder, der bereits unter diesen Voraussetzungen gearbeitet hat weiß, dass sich der Körper mit anhaltender Dauer der Schicht an den Rhythmus anpasst. Studien zeigen, dass eine vier bis sieben Tage anhaltende Schicht zu einer Verlängerung der Schlafdauer um etwa 25 Minuten im Vergleich zu kürzeren Rotationen führt [2]. Besonders der Wechsel von Tag- zu Nachtschicht kann zu einem erheblichen Schlafmangel in den ersten Tagen führen [3]. In anderen Fällen, wie beispielsweise beim Not- oder Bereitschaftsdienst, wird in ausgedehnten Schichten gearbeitet, wobei sich die Arbeiter zwischen den Einsätzen in ihrer Station ausruhen und schlafen können. Dies kann ebenfalls zu einem gestörten Schlaf und einem partiellen Schlafmangel führen, welche ebenso physiologische Auswirkungen haben wie ein absoluter Schlafmangel [4]. Zwar mag die Schlafdauer insgesamt betrachtet die gleiche sein, doch durch die Unterbrechungen wird meist keine ausreichende Dauer der REM-Schlafphase ermöglicht.

Bevor wir uns der Frage widmen, warum Schichtarbeit den Muskelaufbau beeinträchtigen könnte, müssen wir uns zunächst ansehen, wie der Prozess in seinen Grundlagen funktioniert. In unserem Körper finden ständig Auf- und Abbauprozesse statt. Die meisten Zellen haben ein gewisses "Haltbarkeitsdatum". Das bedeutet, dass sie nach einer gewissen Zeit ihre Funktion verlieren und ersetzt werden müssen. Um den Status quo zu erhalten, müssen sich Proteinsynthese und -abbau folglich die Waage halten. Möchten wir hingegen Muskulatur aufbauen, muss die Rate der Proteinsynthese die des Abbaus übersteigen. Während dabei auch die Energiebilanz und die Trainingsintensität eine nicht unerhebliche Rolle spielen, ist es vor allem der Eiweißkonsum, über den wir dieses Gleichgewicht steuern können.

Bei einer ausgeglichenen Proteinbalance halten sich Muskelproteinabbau (MPB) und Muskelproteinsynthese (MPS) die Waage (s. oben). Übersteigt die MPS den MPB, so wird langfristig die Muskelmasse erhöht (s. unten). Grafik aus Burd, Nicholas A., et al. "Exercise training and protein metabolism: influences of contraction, protein intake, and sex-based differences." Journal of applied physiology 106.5 (2009): 1692-1701.

Die Autoren des Reviews nehmen an, dass die physiologischen Auswirkungen der Schichtarbeit die Gesundheit der Muskulatur über verschiedene Stoffwechselwege beeinträchtigen und so zu einer reduzierten Rate der Muskelproteinsynthese und zu einem höheren Abbau der Muskelproteinmasse führen. Folglich würde Schichtarbeit zu einer Beeinträchtigung des Muskelausbaus führen und bei inaktiven Menschen den Muskelabbau begünstigen [1].

Einfluss des Schlafmangels

Unser Körper besitzt eine Art innerer biologischer Uhr, im Rahmen derer einzelne Gewebe, darunter auch unsere Muskeln, ebenfalls ihre eigene biologische Uhr besitzen, die durch verschiedene Gene reguliert wird. Einige dieser Gene spielen weiterhin eine maßgebliche Rolle in der Entwicklung der Skelettmuskulatur [5, 6, 7, 8]. Dementsprechend sind Störungen dieser Rhythmen durch die Umstellung zwischen verschiedenen Wach-, Arbeits- und Schlafenszeiten stark mit der Gesundheit der Muskulatur verbunden. Um nur eine der Studien zu nennen, die in dem Review thematisiert werden, zeigten Nedeltcheva et al., dass Teilnehmer im Rahmen einer zweiwöchigen Kalorienrestriktion etwa 60 Prozent mehr Muskulatur verloren, wenn ihr Schlaf auf 5,5 Stunden pro Nacht statt 8,5 Stunden reduziert wurde [9]. In Tierversuchen konnte ebenfalls gezeigt werden, dass ein Mangel an Tiefschlaf die molekularen Marker der Muskelproteinsynthese reduziert, was darauf hindeutet, dass ein Schlafdefizit negative Auswirkungen auf den Aufbau und Erhalt von Muskelmasse hat [10, 11].

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Einfluss der Schichtarbeit auf die Nahrungsmittelauswahl

Wie in der oberen Grafik zu erkennen, spielt die Veränderung der Ernährung eine wichtige Rolle, wenn wir den Einfluss der Schichtarbeit auf die muskuläre Gesundheit betrachten. Als Athleten mit Fokus auf die muskuläre Leistung und Ästhetik wissen wir, dass die Art, Menge und das Timing der Proteinaufnahme eine erhebliche Rolle spielt, wenn es um den Erhalt und Aufbau von Muskulatur geht [12, 13, 14]. Untersuchungen haben gezeigt, dass der durch die Schichtarbeit induzierte Schlafmangel dazu führt, dass kohlenhydratreiche Lebensmittel wie Süßigkeiten und salzige Snacks von den Arbeitern gegenüber Gemüse, Obst und proteinreichen Lebensmitteln bevorzugt werden [15, 16, 17, 18]. Weiterhin wird ein Schlafmangel mit einem gesteigerten Appetit und einer höheren Kalorienaufnahme in Verbindung gebracht [19, 20].

Während die meisten von uns auf eine adäquate Zufuhr von Protein, Obst und Gemüse sowie eine bedarfsgerechte Kalorienaufnahme achten oder achten sollten, kann Schichtarbeit bei einer unkontrollierten beziehungsweise unbedachten Ernährung dazu führen, dass der Muskelabbau sowie der Aufbau von Fettgewebe begünstigt wird und sich die Körperkomposition somit negativ verändert. Einen Punkt, den das vorliegende Review ebenfalls behandelt ist, dass Schichtarbeiter, insbesondere bei längeren Schichten, dazu tendieren, mehr Alkohol zu konsumieren, was am Ende die Regeneration und Leistungsfähigkeit der Muskulatur zusätzlich beeinträchtigen kann [1].

Auswirkungen der Schichtarbeit auf Hormone

Unser Muskelgesundheit wird maßgeblich durch wichtige Hormone in unserem Körper beeinflusst, die im Rahmen des Schlafmangels sowie der Verschiebung der biologischen Rhythmen verändert werden.

Testosteron

Wie die meisten von uns wissen, stellt Testosteron einen wichtigen Regulator der Muskelmasse dar und fördert direkt die Muskelproteinsynthese, während es den Muskelproteinabbau hemmt [21, 22]. Der Plasmaspiegel des primären männlichen Geschlechtshormons, welches auch bei Frauen eine wichtige Bedeutung hat, steigt nach dem Einschlafen an und erreicht seinen Höhepunkt nach der ersten REM-Schlafphase. Mindestens drei Stunden eines normalen Schlafes sind nötig, um diesen Anstieg herbeizuführen [23]. Der Spiegel bleibt bis zum Aufwachen erhöht und fällt dann langsam über den Tag ab.

Solange also mindestens drei unterbrechungsfreie Stunden mit mindestens einer kompletten REM-Schlafphase gewährleistet sind, besitzt die Schichtarbeit keine signifikanten Auswirkungen auf die nächtliche Testosteronausschüttung. Andere Untersuchungen zeigen jedoch eine Beeinträchtigung der Blutkonzentration mit weniger als fünf Stunden Schlaf pro Nacht oder mit einem weniger tiefen Schlaf während des Tages [27, 28]. Situationen, wie wir sie im Not- oder Bereitschaftsdienst vorfinden, können ebenfalls zu Beeinträchtigungen der Hormonfreisetzung führen [24, 25, 26].

Insulin und Insulinähnlicher Wachstumsfaktor 1 (IGF-1)

Insulin ist ein Hormon, welches besonders infolge einer Kohlenhydrat-Aufnahme ausgeschüttet wird und primär dafür sorgt, dass die Glukose in die Zellen transportiert wird. Allerdings begünstigt Insulin ebenfalls den Transport von Aminosäuren in die Muskelzellen und regt die Muskelproteinsynthese an, weshalb es eine wichtige Rolle in der Gesundheit unserer Skelettmuskulatur spielt. Eine Insulinresistenz, wie sie im Falle von Diabetes und dem Metabolischen Syndrom vorherrscht, bedeutet, dass die Zellen nicht optimal oder gar nicht mehr auf das Hormon reagieren und folglich nicht nur der Blutzuckerspiegel außer Kontrolle gerät, sondern auch der Aufbau von Muskelgewebe beeinträchtigt wird [29]. Zusätzlich steigt die Einlagerung von Fetten in die Muskulatur, was die Muskelprotein-Balance zusätzlich stört [30].

Eine Vielzahl von Studien deutet auf eine starke Korrelation zwischen Schlafmangel und Insulinresistenz beziehungsweise Diabetes hin [2]. Auch Interventionsstudien bestätigen, dass die Limitation der Schlafdauer auf vier bis fünf Stunden pro Nacht schon nach wenigen Tagen die Insulinsensitivität bei gesunden Erwachsenen reduziert [31, 32].

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IGF-1 stellt einen weiteren wichtigen Regulator der Muskelproteinsynthese dar. Zwar gibt es nur wenige Humanstudien, die den Einfluss von Schlafmangel auf diesen Wachstumsfaktor untersuchen, doch wies eine Studie aus dem Jahre 2014 einen signifikanten Rückgang der Ausschüttung infolge eines 25-stündigen Schlafentzuges nach, die jedoch innerhalb von einer Nacht der Regeneration wieder hergestellt werden konnte [33]. Ob Schichtarbeit und Schlafmangel über die Zeit hinweg den IGF-1-Spiegel beeinträchtigen, ist dagegen bisher nicht bekannt.

Cortisol

Bekannt als das "Stresshormon" wird Cortisol besonders in Folge von Störungen der natürlichen Homöostase des Körpers ausgeschüttet, zu der maßgeblich auch der Wach-Schlaf-Rhythmus gehört. Während eine gewisse Menge dieses Hormons lebensnotwendig ist, werden erhöhte Spiegel mit dem Abbau von Muskelprotein sowie einer gehemmten Muskelproteinsynthese in Verbindung gebracht. Unter normalen Umständen erreicht der natürliche Spiegel nach dem Aufwachen seinen Höhepunkt und sinkt langsam über den Tag, bis sein Tiefpunkt etwa drei bis fünf Stunden nach Eintritt des Nachtschlafes erreicht ist. Schichtarbeit kann diesen natürlichen Zyklus stören, wodurch der Spiegel des Stresshormons ansteigen kann [34, 35].

Im Normalfall erreicht der Cortisolspiegel nach dem Aufwachen seinen Höchststand, wohingegen er über den Tag bis zur Mitte der Nacht langsam abfällt.

Was können wir gegen die Beeinträchtigungen unternehmen?

Der Großteil unserer Leser wird bereits wissen, dass eine erhöhte und vor allem regelmäßige Proteinzufuhr der muskulären Gesundheit sowie dem Aufbau von Muskelgewebe zugutekommt. Auch die Autoren des Reviews heben diesen Aspekt besonders hervor und beschreiben, dass eine Menge von ungefähr 30 Gramm hochwertigem Protein pro Mahlzeit die Muskelproteinsynthese maximal stimuliert [1]. Zwar geben sie keine absoluten Aufnahmerichtlinien pro Tag, doch sie verweisen ebenfalls auf Untersuchungen, die darauf hindeuten, dass der Verzehr von 40 Gramm Protein vor dem Zubettgehen die nächtliche Muskelproteinsynthese signifikant steigert und eine hilfreiche Strategie darstellen könnte, auch im Rahmen der Schichtarbeit den Aufbau und Erhalt von Muskelmasse zu unterstützen [36].

Andere Arbeiten, die Daten bezüglich der optimalen Proteinaufnahme für Bodybuilder und Kraftsportler zusammenfassen, weisen auf einen Konsum von 1,6 bis 2,2 Gramm Protein pro Kilogramm Körpergewicht am Tag in Kombination mit einem Kalorienüberschuss oder 2,3 bis 3,1 Gramm Protein pro Kilogramm fettfreier Körpermasse im Rahmen eines Kaloriendefizits hin [37, 38]. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass Schichtarbeit und Schlafmangel zu einer Hemmung der Muskelproteinsynthese und Steigerung des Proteinabbaus führen, sollten entsprechende Personen einen Wert am oberen Ende dieses Spektrums anstreben und die Menge gleichmäßig auf drei bis fünf Mahlzeiten am Tag verteilen.

Eine weitere wichtige, wenn auch wenig überraschende Maßnahme, die die Forscher herausstellen, ist das Krafttraining. Während die absolute Mehrheit unserer Leser bereits mit Gewichten trainieren wird, ist dieser Punkt besonders für die allgemeine, nicht-trainierende Bevölkerung relevant. Zwar fehlen an dieser Stelle Daten, die am Menschen zeigen, inwieweit das Krafttraining die negativen Auswirkungen eines Schlafmangels und gestörten Wach-, Arbeits- und Schlafrhythmus' ausgleichen kann, doch zeigen Versuche an Ratten, dass Widerstandstraining dazu in der Lage sein könnte, die Beeinträchtigungen in Bezug auf die anabolen und katabolen Hormone sowie den daraus resultierenden Verlust von Muskelmasse zu minimieren [39].

Reilly und Piercy zeigten, dass ihre Probanden einen Satz Bandrücken um 3:00 Uhr morgens deutlich anstrengender empfanden als mit gleicher Last um 15:00 Uhr [40]. Zwar konnte der Einfluss der Tageszeit nicht vom Schlafmangel separiert werden, der dadurch zustande kam, dass man die Teilnehmer bis in die Nacht wach hielt, doch unter Betrachtung der Tatsache, dass die wahrgenommene Anstrengung eine wichtige Rolle bei der freiwilligen Auswahl der Trainingsintensität und des Trainingsvolumens spielt, ist anzunehmen, dass Schichtarbeiter besonders in den ersten Tagen der Umstellung zum einen weniger Gewicht verwenden und zum anderen nicht genügend Volumen ausführen, um eine progressive Steigerung der Kraft und des Muskelaufbaus herbeizuführen. 

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Die gesteigerte wahrgenommene Anstrengung könnte Schichtarbeiter laut den Autoren des Reviews zusätzlich demotivieren, weshalb sie auf einige Forschungsarbeiten verweisen, die gezeigt haben, dass das Training mit einem Partner den Grad der subjektiven Anstrengung reduziert und die Motivation steigern könnte [1].

Besonders interessant wäre, zukünftig eine Studie an Menschen zu sehen, die über mehrere Wochen vier Gruppen miteinander vergleicht. Während zwei der Gruppen ein normales Schlafmuster einhalten, müssten sich die beiden anderen Gruppen einem Schlafmangel unterziehen. Jeweils eine Schlafmangel- und Normalschlaf-Gruppe würden dann zusätzlich ein Krafttraining ausführen, um zu untersuchen, inwieweit das Krafttraining unter Einfluss von Schichtarbeit die negativen Auswirkungen auf die muskuläre Gesundheit ausgleichen kann. Derartige Daten fehlen jedoch bisweilen.

Fazit und Zusammenfassung

Das vorliegende Review bestätigt, was wir uns bereits gedacht haben und auch die Forscher als logische Hypothese aufgestellt hatten. Schichtarbeit und die daraus resultierende Störung der biologischen Rhythmen führen zu einer Beeinträchtigung der Qualität und Quantität des Schlafes, woraus nicht nur ein höheres Risiko für die langfristige Gesundheit resultiert, sondern auch der Aufbau und Erhalt der Muskelmasse gehemmt wird. Diesen negativen Auswirkungen können wir durch regelmäßiges Krafttraining, einer proteinreichen Ernährung sowie dem Fokus auf eine bestmögliche Schlafhygiene entgegenkommen.

Da wir als ambitionierte Kraftsportler, Bodybuilder und Fitnessathleten diese Maßnahmen bereits ohnehin verwenden, um unsere körperliche Leistung und unser äußeres Erscheinungsbild zu optimieren, machen wir schon vieles richtig, um den gesundheitlichen Konsequenzen der Schichtarbeit entgegenzukommen. Allerdings bleibt die Frage offen, ob ein Athlet, der in Schichten arbeitet, gegenüber einem anderen Athleten unter ansonsten gleichen Bedingungen weiterhin benachteiligt ist. Obwohl es zu diesem konkreten Sachverhalt keine wissenschaftlichen Untersuchungen am Menschen gibt, ist zu spekulieren, dass der negative Einfluss auf das Gleichgewicht zwischen Muskelproteinsynthese und Muskelproteinabbau nicht völlig ausgeglichen werden kann. Dennoch bedeutet das nicht, dass Schichtarbeiter keinen muskulösen und kraftvollen Körper erreichen können, wie zahlreiche Beispiele aus der Praxis bestätigen. Am Ende ist es immer eine Frage des Willens, der durchdachten Planung und der Arbeitsmoral eines Athleten.


Literaturquellen:
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