Schilddrüsenhormone: Steigerung des Energiestoffwechsels und der Muskelproteinumsatz

Schilddrüsenhormone, wichtige Akteure in den regulatorischen Mechanismen unseres Körpers, üben einen erheblichen Einfluss auf unsere Energielevels und die Muskulatur aus. Die Schilddrüse, diese unscheinbare Drüse knapp unter dem Adamsapfel in Ihrem Nacken, gibt zwei Haupt-Hormone ab: Triiodothyronin (T3) und Thyroxin (T4). Während T4 als Prohormon dient, beruht seine Wirksamkeit größtenteils auf der Umwandlung in T3, einer Transformation namens äußere Ringdeiodinierung, die hauptsächlich außerhalb der Schilddrüse in peripheren Geweben stattfindet. Gemeinsam tragen sie zu einer täglichen Produktion von etwa 88 mcg (113 nmol) T4 und 28 mcg (43 nmol) T3 bei [2]. Interessanterweise stammt nur etwa ein Fünftel des T3 aus der Schilddrüse selbst, während die restlichen vier Fünftel durch die extrathyreoidale T4-zu-T3-Umwandlung erzeugt werden [3].

Gleich wie anabole Steroide reisen Schilddrüsenhormone mithilfe von Trägerproteinen durch den Blutkreislauf, wobei sich die Mehrheit an Thyroxin-bindendes Globulin (TBG) bindet, während der Rest seinen Platz auf Transthyretin, Albumin und einigen Lipoproteinen findet. Zusammen binden diese Proteine über 99% der im Umlauf befindlichen Schilddrüsenhormone, wobei ein Bruchteil ungebunden bleibt und für die Gewebeaufnahme verfügbar ist, um so ihre Wirkung zu entfalten [4].

Einmal in peripheren Geweben angekommen und die Zellmembran durchdrungen, treten Schilddrüsenhormone in Aktion. Im Fall von T4 erfolgt eine Umwandlung in T3, das im Wesentlichen als Prohormon fungiert. Diese Umwandlung findet innerhalb der Zelle statt, entweder in der Nähe der Zellmembran (wo es schnell mit dem Blutplasma ausgleicht) oder in der Nähe des Zellkerns – dem Zentrum zellulärer Aktivitäten [5]. T3 kann jedoch direkt in den Zellkern gelangen, der Heimat des komplexen Prozesses der Gentranskription. Ähnlich wie anabole Steroide üben Schilddrüsenhormone ihre Hauptwirkung hauptsächlich durch Modulation der Gentranskription aus, erreicht durch ihre Bindung an Schilddrüsenhormonrezeptoren, die sich hauptsächlich im Zellkern befinden und eng an die DNA gebunden sind.

Schilddrüsenhormone entfalten ihren Einfluss weitreichend über verschiedene Gewebe hinweg und erzeugen eine Vielzahl von Effekten. Für diesen Artikel werden wir uns auf ihre Auswirkungen auf den Energiestoffwechsel und den Proteinstoffwechsel konzentrieren, zwei Bereiche von besonderem Interesse für unsere Leser.

Energiestoffwechsel: Die Flammen entfachen

In Fällen, in denen die Schilddrüsenhormonspiegel unter die notwendige Schwelle fallen, kann sich Hypothyreose entwickeln, oft begleitet von Gewichtszunahme. Umgekehrt kann ein Überschuss an Schilddrüsenhormonen zu Hyperthyreose führen, die mit Gewichtsverlust einhergeht. Diese Schwankungen im Körpergewicht sind wahrscheinlich das Ergebnis von Veränderungen im Grundumsatz, wobei Schilddrüsenhormone für ihre Rolle bei der Steigerung des Energieverbrauchs bekannt sind.

Mehrere Mechanismen wurden vorgeschlagen, um zu erläutern, wie Schilddrüsenhormone diese Leistung erbringen. In diesem Artikel werden wir uns mit den drei wichtigsten Theorien befassen, die in wissenschaftlichen Arbeiten häufig zu finden sind. Die ersten beiden Mechanismen drehen sich um die Energie, die für die Aufrechterhaltung von Ionengradienten innerhalb von Zellen erforderlich ist. Zellen erhalten niedrige intrazelluläre Natriumkonzentrationen und hohe intrazelluläre Kaliumkonzentrationen im Vergleich zur extrazellulären Umgebung aufrecht. Dieses Gleichgewicht wird durch spezialisierte Pumpen aufrechterhalten, die in die Zellmembran eingebettet sind und als Na+/K+-ATPasen bekannt sind. Diese Pumpen bewegen unermüdlich Natriumionen aus der Zelle und Kaliumionen in die Zelle, ein Prozess, der Energie aus Adenosintriphosphat (ATP), dem energietragenden Molekül der Zelle, erfordert. ATP bezieht seine Energie aus den Makronährstoffen, die wir konsumieren: Kohlenhydrate, Fettsäuren und Protein (Aminosäuren). Es ist erwähnenswert, dass Schilddrüsenhormone mit einer erhöhten Natrium- und Kaliumionenpermeabilität der Zellmembran in Verbindung gebracht wurden [7], was zu mehr Ionen führt, die ihre Konzentrationsgradienten überqueren. Dies zwingt die Natrium-Kalium-Pumpen dazu, härter zu arbeiten, um die gewünschten intrazellulären Ionenkonzentrationen aufrechtzuerhalten, was zusätzliche Energie erfordert. Einige Literatur legt sogar nahe, dass T3 eine verstärkte Aktivität der Natrium-Kalium-Pumpe in allen Säugetiergeweben auslösen kann [8].

Ein ähnliches Konzept gilt für Calciumionen in Muskelzellen [9], die eine spezialisierte Organellen namens das sarkoplasmatische Retikulum besitzen. Diese Struktur fungiert als Reservoir für Calciumionen, die für Muskelkontraktionen wichtig sind. Die Freisetzung von Calciumionen aus dem sarkoplasmatischen Retikulum in das Innere der Zelle initiert Muskelkontraktionen. Um Kontraktionen zu stoppen, werden diese Ionen wieder in das sarkoplasmatische Retikulum gepumpt, ein Prozess, der Energie erfordert. Faszinierenderweise wurde festgestellt, dass Schilddrüsenhormone die Expression von Calcium-Pumpen in Muskelzellen regulieren und so den Energieverbrauch steigern können, indem sie die Speicherung von Calciumionen im sarkoplasmatischen Retikulum aufrechterhalten. Diese Aktion kann erheblich zur gesteigerten Energieabgabe beitragen.

Zuletzt wird angenommen, dass Schilddrüsenhormone die oxidative Phosphorylierung, einen in den Mitochondrien, den Kraftwerken der Zelle, stattfindenden Prozess, "sabotieren". Die oxidative Phosphorylierung basiert auf dem Fluss von Protonen (H+) über die Mitochondrienmembranen, einer Kaskade, die letztendlich die Synthese von ATP, der Hauptenergiewährung des Körpers, antreibt. Hier kommen Schilddrüsenhormone ins Spiel, indem sie die Expression von Uncoupling-Proteinen erhöhen [11, 12]. Diese Proteine, die in der inneren Mitochondrienmembran eingebettet sind, ermöglichen es Protonen, ohne durch ATP-Synthase zu passieren, auszutreten und Energie als Wärme freizusetzen, anstatt sie in ATP umzuwandeln – ein faszinierendes Stoffwechselphänomen.

Schilddrüsenhormone und Proteinstoffwechsel: Ein zweischneidiges Schwert

Die Inspiration für diesen Artikel stammt aus einer Forumdiskussion über die Verwendung von T3 zur Verbesserung des Proteinstoffwechsels während einer Aufbauphase. Ist dies eine fundierte Strategie? Nicht ganz. Während T3 tatsächlich den Proteinstoffwechsel beschleunigen kann, indem es sowohl die Proteinsynthese als auch den Abbau fördert, neigt letzterer dazu, ersteren zu überwiegen, was zu einem Nettoproteinabbau führt.

In einer Studie, bei der Probanden sieben Tage lang täglich 150 mcg T3 erhielten, stieg der Proteinkatabolismus signifikant an [13]. Die Stickstoffausscheidung, ein Proxy für den Proteinkatabolismus, erhöhte sich um 45%, während die Leucinoxidation, ein weiterer Indikator, um beachtliche 74% stieg. Obwohl die Proteinsynthese im ganzen Körper ebenfalls zunahm, war die Größenordnung von dem Anstieg des Proteinkatabolismus überschattet. Eine andere Studie mit 100 mcg T3 täglich für zwei Wochen berichtete über ähnliche Ergebnisse [14]. Während des Fastens stieg die Proteinsynthese im ganzen Körper um 9%, wenn auch nicht statistisch signifikant, während der Proteinkatabolismus im ganzen Körper und die Leucinoxidation statistisch signifikante Zuwächse von 12% bzw. 24% zeigten.

Möglicherweise noch interessanter ist, dass Forscher in dieser Studie Muskelbiopsien am Musculus gastrocnemius durchführten und verschiedene Parameter, einschließlich der Querschnittsfläche (CSA) der Muskelzellen, maßen. Die Ergebnisse zeichneten ein aufschlussreiches Bild:

In einer anderen Studie erhielten sechs Teilnehmer sechs Wochen lang täglich 2 mcg/kg Körpergewicht T4, gepaart mit 1 mcg/kg Körpergewicht T3 während der letzten zwei Wochen [15]. Diese Dosierung, äquivalent zu einer supraphysiologischen Schilddrüsenhormondosis für die ersten vier Wochen, führte zu unterdrückten Thyreoidea-stimulierenden Hormon (TSH)-Werten (von 1,8 auf 0,3 mIU/L) und signifikanten Erhöhungen von T4 und T3. Obwohl die Muskelproteinkinetik nicht gemessen wurde, bewertete die Studie die Proteinsynthese und den -abbau im ganzen Körper im postabsorptiven Zustand. Die Supplementation mit Schilddrüsenhormonen verstärkte beide Prozesse, wobei der Abbau jedoch einen deutlich stärkeren Anstieg aufwies. Es ist vernünftig anzunehmen, dass dieses Muster das widerspiegelt, was im Muskelgewebe passiert.

Eine bemerkenswerte Langzeitstudie, die im Vergleich zu früheren Studien relativ niedrige Dosierungen verwendet hat, umfasste die Verabreichung von T3 über zwei Monate an eine kleine Gruppe von Männern [16]. Die T3-Dosierung begann täglich mit 75 mcg, wurde jedoch allmählich auf 50 oder 62,5 mcg reduziert, wenn die Serum-T3-Werte 4,6 nmol/L überschritten, was bei fünf der sieben Teilnehmer der Fall war. Der Stickstoffhaushalt zeigte in der zweiten und dritten Woche im Vergleich zum Ausgangspunkt signifikante Reduzierungen, näherte sich jedoch allmählich der Null an und deutete auf potenzielle proteinsparende Mechanismen hin, die nach den ersten Wochen wirksam wurden. Die Studie beobachtete außerdem eine signifikante Abnahme der mageren Körpermasse (1,5 kg) und der Fettmasse (2,7 kg) nach sechs Wochen. Bis zur neunten Woche blieb die magere Körpermasse relativ stabil (-0,1 kg im Vergleich zur sechsten Woche), während die Fettmasse weiter zu sinken schien (-0,6 kg), obwohl dieser Unterschied im Vergleich zur sechsten Woche statistisch nicht signifikant war. Proteinumsatzmessungen ergaben keine statistisch signifikanten Unterschiede, wahrscheinlich aufgrund der geringen Studiengröße.

Die Frage stellt sich: Könnten anabole Steroide die katabolen Effekte von Schilddrüsenhormonen mildern? Die Antwort, obwohl unsicher, neigt zu einer Möglichkeit. Leider fehlen klinische Daten, die dieses spezielle Szenario behandeln. Daher bliebe jede Spekulation spekulativ. Es lohnt sich zu überlegen, ob der bescheidene Anstieg des Energieverbrauchs (typischerweise einige hundert zusätzliche Kalorien und etwa 10-15% Steigerung des Ruhe-Stoffwechselumsatzes) die katabolen Effekte und potenziellen Risiken rechtfertigt, die mit dieser Arzneimittelklasse verbunden sind.