Pferde Muskulatur: Glucogen und Insulin

Pferdemuskulatur: Leistungszentrum und Energiespeicher

Muskelerkrankungen bzw. Probleme in der Pferdemuskulatur wie sie z.B. bei » PSSM (PSSM: Glucogen-Speicher-Störung) erkennbar werden, rücken in den letzten Jahren immer mehr in den Focus von Pferdehaltern und Reitern. In diesem Zusammenhang machen wir uns glücklicherweise immer häufiger Gedanken, welche Aufgabe die Muskulatur bei unseren Pferden spielt. Was macht die Pferdemuskulatur? Wie funktioniert ein Muskel? Wie kann ich die Muskulatur meines Pferdes trainieren und aufbauen?

Damit ein Muskel Leistung erbringen kann, wird Energie benötigt. ATP ist die "Energie-Währung", die der Muskel benötigt.
Um ATP herzustellen, speichert der Muskel den "Rohstoff" Glucogen.

Pferde mit » PSSM = Glucogen-Speicher-Störung haben hier ein Problem: Muskelbiopsien bei PSSM zeigen eine 1,5 bis 4 fach höhere Glycogen-Konzentration im Muskel als bei gesunden /"normalen" Pferden.

» PSSM gerät gerade in einen Modetrend: Unklare Symptomatiken werden vor allem in Online-Foren gerne in die Schublade PSSM gepackt. Leider sind Rückenprobleme bei Pferden keine Seltenheit mehr. Rückenprobleme beim Pferd zeigen sich häufig in nicht ganz eindeutiger Symptomatik: trotzdem stecken hinter » ähnlichen Symptomen häufig gänzlich unterschiedliche Auslöser.

Bei » PSSM liegt die Ursache aller sichtbaren (Folge-)Symptome in der Tatsache, dass beim betroffenen Pferd zu viel Glycogen im Muskel eingelagert wird.

Im Rahmen der Trainingslehre ist es für jeden Reiter wichtig, sich genauer mit Funktion, Aufbau und der Trainierbarkeit der Pferdemuskulatur zu beschäftigen. Schauen wir also mal genauer hin:

Kraftwerk Muskulatur

Ca. 50% des Körpergewichts entfällt beim Pferd auf Muskelgewebe! Die Hälfte des Pferdes ist Muskulatur!

Als Vergleich der Mensch: ca. 29% des Gesamtgewichtes beim Menschen entfällt auf die Muskulatur.


Muskelaufbau
Ein Muskel besteht aus Muskelbündeln und Muskelfasern: Muskelfasern sind einzelne Muskelzellen, die u.a. sauerstoff-bindendes Eiweiß (Myoglobin) und kontrahierbare Elemente (Myofibrillen) enthalten.

Versorgt werden der Muskelfasern durch ein dichtes, durch Training beeinflussbares Blutgefäßsystem. Über feinste Kapillargefäße werden einzelne Muskelfasern mit Sauerstoff und Nährstofffen versorgt bzw. die Entsorgung von CO2 und andere Stoffwechselprodukte wird gewährleistet.

Je nach Sauerstoffnutzung und Kontraktionsgeschwindigkeit wird vereinfacht zwischen drei Muskelfasertypen unterschieden

Typ I Faser	Typ II Faser
	TYP II A	TYP II X (oder B)
SO eng. slow oxidative fibers "langsame oxidative Fasern	FOG eng. fast oxydativ glycolytic fibers "schnelle oxidative/glykolytische Fasern"	FG eng. fast glycolytic fibers "schnelle glykolytische Fasern"
ST-Faser eng. slow twitch fibers "langsam zuckende Fasern" sehr ausdauernd, entwickeln allerdings keine hohe Kraft	Intermediärtyp	FT-Faser eng. fast twitch fibers "schnell zuckende Fasern" können hohe Kräfte entwickeln
langsam kontrahierend, ermüdungsresistent	schnell kontrahierend, ermüdungsresistent	schnell kontrahierend, schnell ermüdend
TYP I Faser = Rote Muskelfaser: enthalten mehr Myoglobin und Mitochondrien, dafür weniger Myofibrillen - geringerer Glucogen Gehalt als in weissen Muskelfasern	TYP II Faser = Weisse Muskelfaser: beide Typ II Faser-Typen kontrahieren schnell und enthalten viel Glukogen. Reihenfolge der Glukogen-Entleerung bei Leistung: Typ I -> Typ II A -> Typ II X
Ausdauer	Schnelligkeit und Ausdauer	Schnelligkeit

Die Muskelfasertypen, und auch die Anzahl der Muskelfasern, sind innerhalb genetischer Grenzen bei verschiedenen Pferderassen vorgegeben.

Wichtig ist: Die Muskulatur am Pferd gibt es nicht. Die Hinterhandmuskulatur hat eine andere Aufgabe als die Halsmuskulatur oder die Rückenmuskeln. Nicht zu vergessen, das Herz ist eigentlich auch "nur" ein Muskel: ist aber selbstverständlich anders konstruiert als die Skelettmuskeln.

Ein Muskel"paket" ist schematisch wie folgt vorstellbar: Muskelfasern der unterschiedlichen Typen liegen nebeneinander in einem Muskel. Genetisch vorbestimmt ist es, wieviele Typ I Fasern und wieviele Typ II Fasern in einem Muskel vorhanden sind.
Typ IIa Fasern können in einem gewissen Umfang "umtrainiert" werden.


Auf Schnelligkeit ausgerichtete Rassen wie Quarterhorse oder Vollblüter (Galopper) haben einen geringen Anteil an Typ-I Fasern,
Kaltblutrassen haben einen hohen Anteil Typ-I Fasern!

PSSM gilt als Problem der Typ II Muskelfasern. EPSM wurde bei Kaltblutpferden festgestellt. Kaltblutpferde haben jedoch hauptsächlich Typ I Muskelfasern.
Das ist einer der Gründe, warum beide Krankheitsbegriffe noch nicht zusammengefasst wurden.

Energie aus dem Muskel / Glucogen

Damit die Muskeln auch "Arbeit" leisten können, wird Energie benötigt.

Die von der Muskulatur primär verwertbare Energiequelle ist Adenosintriphosphat (ATP), das in Adenosindiphosphat (ADP) und freies Phosphat gespalten wird.

Der ruhende Muskel hat nur geringe ATP-Mengen gespeichert: diese geringe Menge liefert in Ruhe für ca. zwei Minuten, bei maximaler Belastung nur für etwa eine Sekunde ausreichend Energie.

Zusätzlich zu diesem ATP-Vorrat besitzt die Muskulatur im Gegensatz zu den meisten anderen Organen einen zusätzlichen energiereichen Phosphatspeicher: Kreatinphosphat. (energiereiches Phosphat wird mit Hilfe der Kreatinkinase auf ADP übertragen)
Der Energiespeicher in Form von Kreatinphosphat ist drei bis vier mal so groß wie der in Form von ATP. (durchschnittliche Kreatinphosphat-Konzentration in der Muskulatur beim Pferd: 58,4 - 62,2 mmol/kg TM)

In Situationen eines akuten ATP-Mangels kann der Muskel darüber hinaus aus zwei Molekülen ADP ein Molekül ATP zurückgewinnen.

Die verschiedenen energiereichen Phosphatverbindungen können nur kurzfristig die Kontraktionsarbeit des Muskels unterhalten.

Hauptsubstrate, aus denen der Muskel ATP gewinnt, sind Glucose und freie Fettsäuren einschließlich deren Speicherformen, Glykogen und Triglyceride sowie einige unter bestimmten Bedingungen beim Abbau entstehende Zwischenprodukte (Lactat, Ketonkörper). Auch Aminosäuren können in geringerem Umfang der Energiebereitstellung dienen.

Hier ist es nochmals wichtig sich zu erinnern: die Speicherform des ATP ist das in der Muskulatur gespeicherte Glucogen:

Reihenfolge der
Glukogen-Entleerung bei Leistung
aus folgenden Muskelfasern:
Typ I -> Typ II A -> Typ II X

... weiterlesen: Umwandlung Glukogen im aeroben und anaeroben Stoffwechsel ...

Energie-Verbrauch
Welchen Energieverbrauch haben die Muskeln, bei leichter und später bei intensiver Arbeit?
Erst wenn diese Frage geklärt wird, kann entschieden werden, wie eine leistungsgerechte Fütterung auszusehen hat.


aus: Das Prinzhausen-Prinzip: Die Ernährungsstrategie zur Leistungsstiegerung im Ausdauersport
von Jan Prinzhausen und Martina Herget [KVM Medizinverlag]

Erst mit zunehmender Belastungsintensität nimmt der Glukoseabbau zu.

Bei leichter / geringer Ausdauerbelastung bzw. geringer Intensität holt sich der Muskel seine Energie aus den "Fettsäuren":
Typ I Fasern, die für diese Leistung bei geringer Intensität und bei Ausdauer gefragt sind, sind spezialisiert auf die Energiegewinnung aufgrund von Fettsäuren. Freie Fettsäuren entsteht z.B. im Grimm- und Blinddarm  bei der Umwandlung von pflanzlicher Zellulose.

Kohlenhydrate finden sich in Gras (Pflanzenstängel + Blätter), Heu, Luzerne und natürlich im Getreide (Samenkörner).

Mit Gras und Heu ist das Pferd demnach gut grundversorgt. Erst bei höherer Beanspruchung wird eine Hafer-Ergänzung benötigt. Im Erhaltungsbedarf und bei geringer Leistung ist die Kraftfuttergabe für Pferde kritisch zu hinterfragen. Warum wird überhaupt Kraftfutter gefüttert? Braucht mein Pferd diese zusätzliche Gabe überhaupt - oder überfüttere ich damit mein Pferd bereits?

Muskulatur, Insulin und PSSM oder EMS

Um Glucose zu speichern und bei Bedarf zur Verfügung zu stellen ist zunächst die Leber das zentrale Regulationsorgan: die Leber speichert Glucogen, bildet über  die Gluconeogenese Glucogen und "gibt" über die Regulation des Blutzuckerspiegels Glucogen bei Bedarf frei.
Das Leberglykogen dient der Aufrechterhaltung des Blutzuckerspiegels und damit der Versorgung des Gehirns, der roten Blutkörperchen und Nervenzellen mit Glucose.

Bezogen auf den Köpergesamt-Glucogen-Gehalt findet sich das meiste Glycogen allerdings in der Skelett-Muskelmasse.
Das gilt sowohl für den Menschen - und unter Beachtung, dass beim Pferd 50% des Gesamtgewichtes auf die Muskulatur entfallen, noch viel deutlicher beim Pferd.

Die Skelettmuskulatur nutzen ihre Glucogen-Speicher jedoch "nur" für den Eigenbedarf.

Wenn Glukose in den Blutkreislauf gelangt, stimuliert es die Freisetzung von Insulin. Insulin ist an bestimmte Rezeptoren der Zellmembranen gekoppelt und erleichtert das Eindringen von Glukose in die Zellen. Normalerweise sind die Zellmembrane für Glukose undurchlässig. Wenn aber ein Zellrezeptor aktiviert ist, erlauben die Zellmembrane das schnelle Einströmen von Glukose in die Zellen. Insulin unterstützt auch die Glykogensynthase und erlaubt den Zellmembranen auch bestimmte Aminosäuren, Creatine und einige Mineralien durchzulassen. Insulin bewirkt, dass Glukose Transport Proteine (GLUT) ihre Aktivität steigern, was eine erhöhte Aufnahme von Glukose durch die Muskelzellen erlaubt.

Spannend! Man geht davon aus, dass Training ( = Muskelarbeit = Muskelkontraktionen) einen insulinähnlichen Effekt auf die Glukoseaufnahme-Fähigkeit der Muskulatur hat.
Daher ist auch bei » EMS das Training so wichtig, um die Insulinresistenz "abzufangen".

 In der Muskelzelle wird der aufgenommene Zucker zu einer Speicherform, dem Glykogen umgebaut. Leistet der Muskel Arbeit, wird Glykogen wieder in Zucker zerlegt und der Zucker unter Verbrauch von Sauerstoff zu CO2 und Wasser abgebaut, wobei Energie frei wird. Diese Energie nutzt der Muskel für die Arbeitsleistung.

Hat das Pferd die Genvariante für » PSSM, sind seine Muskelzellen deutlich sensibler für Insulin. Recht geringe Mengen Insulin führen dazu, dass vermehrt Glucose (Zucker) aus dem Blut aufgenommen wird.
Wird die gespeicherte Energie nicht in Form von Muskelarbeit rechtzeitig abgebaut, füllen sich die Glykogenspeicher des Muskels immer weiter. Bei PSSM Pferden findet man die 1,5- bis 4-fache Menge an Glykogen im Muskel im Vergleich zum Normalwert.
Wird immer noch kein Glykogen durch Arbeit verbraucht und stattdessen weiter neuer Zucker nachgeliefert, so kettet der Muskel die Zuckermoleküle aneinander, so dass Stärke (Mehrfachzucker) entsteht. Diese Stärke wird in die Muskelzelle eingelagert. Die Stärke kann jedoch nicht mehr zur Energie-Gewinnung genutzt werden. Obwohl ein PSSM Pferd eigentlich genügend Energie in Form von Glucogen ursprünglich zur Verfügung hat, entsteht durch die fehlerhafte Einlagerung des Energieüberschusses paradoxerweise ein Energiemangel.  
Daher ist es beim PSSM Pferd so wichtig, dass Energie-Nachschub in Form von Fütterung und Training in einem sehr ausgewogenen Verhältnis zueinander TÄGLICH stattfindet. 

Im Gegensatz zu einigen Muskelkrankheiten bei anderen Tierarten sind auch PSSM Pferde in der Lage, Glykogen ganz normal unter Sauerstoffverbrauch in Energie umzuwandeln. Daher führt gesteigertes Training auch bei Pferden mit PSSM Genmutation zu einer Abnahme des Muskelglykogens bis zu einem normalen Niveau.

PSSM Typ 1 wird nach Untersuchungen dominant vererbt; wenn also ein Elternteil diese genetische Variante aufweist, besteht eine sehr große Wahrscheinlichkeit, dass das Fohlen sie ebenfalls hat.
Genmutationen, die so häufig wie PSSM vorkommen, müssen eigentlichen einen evolutionären Vorteil bieten - sonst gäb es sie nicht!
Man vermutet mittlerweile, dass bis zu 50% unserer Pferde die PSSM Veranlagung haben.

Wir finden PSSM besonders häufig unter Leistungspferden.  Eigentlich ist PSSM eine Anpassung an energiearmes Futter bei gleichzeitiger optimaler Leistungs-Bereitschaft. PSSM Pferde sind wesentlich effektiver in der Ausnutzung auch kleinster Blutzuckererhöhungen für Muskelarbeit.

Bei Rassen, die traditionell viel Kraftfutter bei relativ geringer Leistung bzw. bei Dressurpferden, die bei weiter Förderung in hohe Klassen besonders viel Kohlenhydrate benötigen (Typ II B Muskelfaser bei häufiger Leistung im anaeroben Stoffwechsel), kommt PSSM deutlich seltener vor. 

Bei Pferderassen, die schon immer viel arbeiten mussten - bei gleichzeitig möglichst sparsamer Fütterung (wie z.B. Quarter Horses, Kaltblüter, Ponys etc.) oder in Leistungslinien, die auf große Ausdauerleistung gezüchtet wurden (wie z.B. Araber oder Berber) hat die PSSM Genvariante eigentlich nur Vorteile.
Für diese Pferde wird jedoch eine Überversorgung mit kohlenhydratreichem Futter zum Problem, da diese Fütterung für diese Pferde nicht artgerecht ist.

Zink und Insulin

Sobald das Hormon Insulin in den Focus tritt, muss immer an Zink gedacht werden. Zinkmangel kann für eine gestörte Glucose-Toleranz verantwortlich sein. Es gibt komplexe Zusammenhänge zwischen Zink, Insulin und Glucosestoffwechsel. Zinkmangel kann zu einer verringerte Insulinproduktion bzw. zu einer reduzierten Insulinwirkung führen.

Daher bei EMS unbedingt die Zink-Versorgung beachten.

Interessant: auch bei vielen PSSM Pferden finden sich sogar im Blutbild auffällige Zinkblutwerte.