Die vorliegende Erfindung betrifft eine nutrazeutische oder pharmazeutische Zusammensetzung für die Verwendung zur Verbesserung der Ausdauerleis- tungsfähigkeit.

Die Erfindung betrifft ferner eine nutrazeutische oder pharmazeutische Zusam- mensetzung für die Verwendung zur Stimulation des Fettabbaus, insbesondere zur Reduktion des Körpergewichts.

Es ist bekannt, dass für die Erreichung einer hohen Ausdauerleistungsfähig- keit, z.B. bei sportlichen Aktivitäten, eine kohlenhydratreiche Diät vorteilhaft ist, und insbesondere gegenüber einer fettreichen Diät zu bevorzugen ist. Die wesentliche Energiereserve der Muskeln, nämlich der Glycogengehalt in den Muskelzellen, kann mit einer hohen Zufuhr von Kohlenhydraten von 7 bis 10 g pro kg Körpermasse pro Tag innerhalb von 24 Stunden auf ein normales Niveau aufgefüllt werden (siehe z.B. A. Jeukendrup, Schweizerische Zeitschrift für Sportmedizin und Sporttraumatologie 2003 (51) 17-23). Laut diesem Arti- kel verzögern optimale Glycogengehalte das Auftreten der Ermüdung, verlän- gern die Dauer einer Belastung im Gleichgewichtszustand um etwa 20% und verbessern die Leistungsfähigkeit bei einer definierten Distanz oder zu bewäl- tigenden Arbeit um 2 bis 3%.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine nutrazeutische oder pharmazeutische Zusammensetzung vorzuschlagen, mit der die Ausdau- erleistungsfähigkeit zusätzlich gesteigert werden kann, d.h. durch einen über die Auffüllung der Glycogenreserven hinausgehenden Effekt.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch eine Zusammensetzung für die Verwendung zur Verbesserung der Ausdauer- leistungsfähigkeit, wobei die Zusammensetzung ein oder mehrere Kohlenhyd- rate und Kollagenhydrolysat umfasst.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Zusammensetzung für die Verwendung zur Stimulation des Fettabbaus, insbesondere zur Reduktion des Körpergewichts, bereitgestellt, wobei die Zusammensetzung ein oder mehrere Kohlenhydrate und Kollagenhydrolysat umfasst.

Die Erfinder haben überraschend festgestellt, dass Kollagenhydrolysat zu einer Erhöhung der mitochondrialen Aktivität in menschlichen und tierischen Zellen führt, d.h. zu einer Erhöhung der Mitochondrienzahl pro Zelle und/oder zu einer Vergrößerung der einzelnen Mitochondrien. Aus diesem Befund ergibt sich, dass Kollagenhydrolysat vorteilhaft mit Kohlenhydraten kombiniert wer- den kann, um nutrazeutische oder pharmazeutische Zusammensetzungen zur gezielten Verbesserung der Ausdauerleistungsfähigkeit und zur Stimulation des Fettabbaus herzustellen, indem die mitochondriale Aktivität in den Muskel- zellen erhöht wird.

Kollagenhydrolysat, welches insbesondere durch die enzymatische Hydrolyse von kollagenhaltigen tierischen Ausgangsmaterialien hergestellt wird, besteht aus einem Gemisch von Peptiden, deren Molekulargewichte je nach Ausgangs- material und Herstellungsbedingungen über einen bestimmten Größenbereich verteilt sind. Die Verwendung von Kollagenhydrolysat als Nahrungsergän- zungsmittel ist seit längerem bekannt, und zwar insbesondere zur Vorbeugung und/oder Behandlung von Beschwerden, die im Zusammenhang mit dem Kno- chen, den Gelenken oder dem Bindegewebe stehen, zumal eine stimulierende Wirkung der Kollagenpeptide auf die Synthese der körpereigenen extrazellu- lären Matrix in diesen Gewebetypen gezeigt werden konnte (siehe z.B. Bel Io et al., Curr. Med. Res. Opin. 2006 (22) 2221-2232). Ein unmittelbarer Effekt von Kollagenhydrolysat auf die mitochondriale Aktivität und/oder auf die Ausdauer- leistungsfähigkeit wurde aber bisher noch nicht beschrieben. Die Ausdauerleistungsfähigkeit des menschlichen oder tierischen Körpers kor- reliert mit der Kapazität des aeroben Stoffwechsels, die Muskulatur über einen längeren Zeitraum mit der benötigten Energie in Form von ATP (Adenosintri- phosphat) zu versorgen. Entscheidend für die aerobe Kapazität ist die Sauer- stoffaufnahme, die wiederum von drei Faktoren bestimmt wird : die Sauerstoff- zufuhr über die Lunge, der Sauerstofftransport über das Herz-Kreislauf-Sys- tem und die Sauerstoffverwertung in den Muskelzellen. Während die maximale Sauerstoffzufuhr durch die individuellen anatomischen Gegebenheiten (Ge- samtoberfläche der Alveolen) im Wesentlichen vorgegeben ist, können der Sauerstofftransport und die Sauerstoffverwertung durch Training und andere Maßnahmen gesteigert werden, wobei in der Regel der letzte Schritt den ent- scheidenden, limitierenden Faktor darstellt. Die Ausdauerleistungsfähigkeit hängt daher wesentlich von der Anzahl der Mitochondrien (pro Muskelzelle bzw. in der Muskulatur insgesamt) ab, in denen die Sauerstoff verbrauchenden und ATP generierenden Reaktionen der Atmungskette ablaufen.

Generell bedeutet eine Erhöhung der mitochondrialen Aktivität, dass der Grundumsatz des Körpers steigt und eine höhere Menge an Nährstoffen pro Zeiteinheit zur Energiegewinnung verstoffwechselt wird. Diese Nährstoffe werden zumindest teilweise in Form der in der erfindungsgemäßen Zusam- mensetzung enthaltenen Kohlenhydrate bereitgestellt. Die Bestandteile der Zusammensetzung ergänzen sich somit in optimaler Weise, um gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung die Ausdauerleistungsfähigkeit zu verbessern.

Eine höhere katabole Stoffwechselaktivität führt aber auch zu einem vermehr- ten Abbau der körpereigenen Reserven, d.h. zu einer Stimulation des Fettab- baus. Der Abbau der aus dem Fettgewebe freigesetzten langkettigen Carbon- säuren erfolgt dabei im Wesentlichen im ganzen Körper und insbesondere in der Leber, so dass für den zweiten Aspekt der Erfindung, im Gegensatz zur Verbesserung der Ausdauerleistungsfähigkeit, nicht nur die Mitochondrien in den Muskelzellen relevant sind. Die Erfindung betrifft insbesondere nutrazeutische Zusammensetzungen, die für eine nicht-therapeutische Verwendung bestimmt sind, d.h. für eine Verab- reichung des Kollagenhydrolysats an Personen oder Tiere, die im Hinblick auf ihre Ausdauerleistung oder ihr Körpergewicht nicht im medizinischen Sinne therapiebedürftig sind. Vielmehr erfolgt die Verwendung zum einen mit dem Ziel einer allgemein wünschenswerten Steigerung der Ausdauerleistungsfähig- keit. Dies kann zu einer Verbesserung der Lebensqualität beitragen und ist insbesondere für Sportler relevant. Zum anderen kann eine Reduktion des Körpergewichts durch Stimulation des Fettabbaus vor allem unter kosmeti- schen Gesichtspunkten erwünscht sein, d.h. zur Verbesserung der Körperpro- portionen. Eine Anwendung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung bei Tieren kann z.B. für Pferde, Hunde oder Kamele sinnvoll sein, insbesondere im Tierrennsport.

Daneben umfasst die Erfindung aber auch pharmazeutische Zusammensetzun- gen, die für eine therapeutische Verwendung bestimmt sind, d.h. zur Vorbeu- gung und/oder Behandlung eines pathologischen Zustandes, der durch eine Verminderung der mitochondrialen Aktivität gekennzeichnet ist. Insbesondere kann der pathologische Zustand durch eine verminderte Ausdauerleistungsfä- higkeit und/oder durch ein erhöhtes Körpergewicht gekennzeichnet sein.

Im Rahmen dieser therapeutischen Verwendung ist der pathologische Zustand bevorzugt ausgewählt aus Adipositas, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Herz- rhythmusstörungen, Herzmuskelschwäche, Hypotonus, Bluthochdruck, Stoff- wechselstörungen, Diabetes mellitus, metabolisches Syndrom, sideroblastische Anämie, Funktionsstörungen der Niere und der Leber, Neuropathie, Ataxie, epileptische Anfälle, Demenz, Morbus Alzheimer, Autismus, Depressionen, chronisches Erschöpfungssyndrom, Morbus Parkinson, Amyotrophe Lateral- sklerose, Multiple Sklerose, Schlaganfall-ähnliche Symptome, Migräne, Myo- klonus, Lähmungen, Neuralgien, Hyperpathien, Hyperästhesien, Schluckstö- rungen, Erbrechen, Verstopfung, Durchfall, Degeneration von Sehnervenfasern und der Netzhaut, gestörte Augenbewegung, Ptosis, Nachtblindheit, Schwer- hörigkeit, Taubheit und Innenohrstörungen. Bei diesen Indikationen kann durch die Erhöhung der Mitochondrienzahl bzw. der mitochondrialen Aktivität ein therapeutischer Effekt erzielt werden.

Es wurde im Rahmen der Erfindung auch festgestellt, dass Kollagenhydrolysat zu einer erhöhten Expression des Enzyms AMP-aktivierte Proteinkinase (AMPK) führt. Dieses regulatorische Enzym beeinflusst ebenfalls den Energiestoffwech- sel der Zelle, so dass auch eine Erhöhung der AMPK-Menge einen positiven Einfluss auf die Ausdauerleistungsfähigkeit und den Fettabbau hat. Möglicher- weise besteht eine direkte Korrelation zwischen der durch Kollagenhydrolysat bedingten Erhöhung der mitochondrialen Aktivität und Erhöhung der AMPK- Expression.

Unabhängig von der Art der therapeutischen oder nicht-therapeutischen Ver- wendung ist die erfindungsgemäße Zusammensetzung bevorzugt für eine enterale Verabreichung, insbesondere für eine orale Verabreichung, vorge- sehen.

Im Fall einer nutrazeutische Zusammensetzung ist diese bevorzugt ein Nah- rungsmittel oder ein Nahrungsergänzungsmittel, je nachdem, wie hoch der Anteil an Kohlenhydraten ist und welche Aufnahmemenge der Zusammen- setzung vorgesehen ist. Bei Nahrungsergänzungsmitteln ist besonders vorteil- haft die Darreichung in Form einer Lösung, z.B. in Form von fertigen Ampul- len, eines Pulvers oder eines Gels, oder in Form von Tabletten. Auf Grund seiner guten Löslichkeit kann Kollagenhydrolysat auch verschiedenen Geträn- ken zugesetzt werden, ohne eine Trübung zu verursachen. Durch die Verwen- dung von geschmacksneutralem Kollagenhydrolysat kann die Akzeptanz beim Benutzer erhöht werden.

Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann das Kollagenhydrolysat und das oder die Kohlenhydrate in sehr unterschiedlichen Gewichtsverhältnissen enthalten. Günstigerweise liegt das Gewichtsverhältnis von Kollagenhydrolysat zu Kohlenhydrat(en) im Bereich von 1 : 20 bis 10: 1, bevorzugt von 1 : 10 bis 5: 1, weiter bevorzugt von 1 : 5 bis 3: 1, noch weiter bevorzugt von 1 : 3 bis 2: 1, insbesondere von 1 :2 bis 2: 1,5. Dabei sind Zusammensetzungen mit einem hohen Anteil an Kohlenhydraten insbesondere dafür vorgesehen, in größeren Mengen verabreicht zu werden, so dass ein nennenswerter Teil des Energiebe- darfs dadurch gedeckt wird, während Zusammensetzungen mit einem höheren Anteil an Kollagenhydrolysat eher als typische Nahrungsergänzungsmittel vor- gesehen sind, durch die die anderweitige Energiezufuhr lediglich erhöht wird.

Die vorgesehene Verabreichung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung kann somit günstigerweise bei einer Menge von 0,1 bis 5 g pro kg Körper- masse pro Tag liegen, bevorzugt von 0,5 bis 1,5 g pro kg Körpermasse. Am oberen Ende dieses Bereichs kann damit eine kohlenhydratreiche Diät verwirk- licht werden, bei der die erfindungsgemäßen Zusammensetzung einen we sentlichen Anteil der insgesamt zugeführten Kohlenhydrate ausmacht. Diese Variante kann z.B. im Rahmen einer speziellen Diät für Leistungssportler sinn- voll sein.

Das Mischungsverhältnis in der Zusammensetzung und die zu verabreichende Menge sind günstigerweise so aufeinander abgestimmt, dass mit der Zusam- mensetzung eine Menge an Kollagenhydrolysat von 1 bis 40 g pro Tag verab- reicht wird, bevorzugt von 2,5 bis 25 g pro Tag, weiter bevorzugt von 5 bis 20 g pro Tag, und insbesondere von 10 bis 15 g pro Tag.

Das oder die Kohlenhydrate in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung können ausgewählt sein aus Monosacchariden, Disacchariden und Polysaccha- riden, bevorzugt aus Glucose, Fructose, Saccharose, Trehalose, Isomaltulose, Lactose, Stärke und Mischungen hiervon, weiter bevorzugt aus den glykämi- schen Kohlenhyraten Glucose, Fructose und Saccharose. Besonders günstig ist eine Glucose/Fructose-Mischung im Verhältnis von etwa 2: 1.

Die Zusammensetzung enthält gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung neben dem Kollagenhydrolysat keine weiteren Proteine, Proteinhyd- rolysate oder Aminosäuren. Verschiedene Proteine werden bei bekannten Nah- rungsergänzungsmitteln für den Muskelaufbau und den Muskelerhalt, insbe- sondere bei Sportlern, mit dem Ziel eingesetzt, Kohlenhydrate und Fette als Energielieferanten zu einem großen Teil durch Proteine zu ersetzen. Die erfin- dungsgemäße Zusammensetzung beruht jedoch nicht auf der Funktion von Kollagenhydrolysat als Energielieferant, sondern auf dessen oben beschrie- benen, spezifischen Wirkung auf die mitochondriale Aktivität. Diese ergänzt die Wirkung des oder der Kohlenhydrate als Energielieferanten zum Auffüllen der muskulären Glycogenspeicher.

Dementsprechend enthält die Zusammensetzung bei einer weiteren Ausfüh- rungsform der Erfindung neben dem Kollagenhydrolysat und dem oder den Kohlenhydraten keine weiteren physiologisch aktiven Bestandteile.

Alternativ umfasst die Erfindung aber auch den Fall, dass das Kollagenhydroly- sat und das oder die Kohlenhydrate als Bestandteile eines Nahrungsmittels mit verschiedenen weiteren Bestandteilen verabreicht werden. Insbesondere kann es sich bei den nutrazeutischen Zusammensetzungen gemäß der Erfindung um Schokoriegel, Proteinriegel oder Cerealienriegel handeln, oder um Gummizu- ckerwaren oder Gebäcke (sog. Functional Food), oder um Getränke (z.B. iso- tonische Getränke oder Energydrinks), Milchprodukte (z.B. Milchshakes, Jog- hurt) oder Milchersatzprodukte (z.B. Sojamilch, Mandelmilch und Kokosmilch).

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind das Kollagenhydrolysat und das oder die Kohlenhydrate mit Wasser und Elektrolyten kombiniert, ins- besondere in Form einer isotonischen Lösung. Eine solche Zusammensetzung ist besonders vorteilhaft als Getränk für Sportler, um gleichzeitig eine effektive Rehydrierung zu ermöglichen.

Sofern die erfindungsgemäße Zusammensetzung neben dem Kollagenhydroly- sat und dem oder den Kohlenhydraten noch weitere physiologisch aktive Bestandteile umfasst, sind dies bevorzugt eine oder mehrere Komponenten, die einen positiven Effekt auf die allgemeine Gesundheit aufweisen, und insbesondere auf die Ausdauerleistungsfähigkeit. Solche Komponenten sind bevorzugt ausgewählt aus Vitamin C, Vitaminen der B-, D-, E- und K-Reihe, konjugierten Linolensäuren, Coffein und dessen Derivaten, Guaranä-Extrakt, Grüntee-Extrakt, Rote- Beete- Extra kt, Zitronenverbene-Extrakt, Orangen- schale, Epigallocatechingallat, Epicatechinen aus Kakao, Kreatin einschließlich dessen Derivaten, L-Carnitin, L-Citrullin, L-Arginin, Stickstoffmonoxid, Nitra- ten, Aminosäuren einschließlich verzweigten Aminosäuren, Omega-3- und Omega-6-Fettsäuren, Liponsäuren einschließlich a-Liponsäure, N-Acetylcys- tein, NADH, D-Ribose, Magnesiumaspartat, Antioxidantien wie Anthocyane, Polyphenole, Carotinoide, Flavonoide, Resveratol, Quercetin, Glutathion und Superoxiddismutase; Xanthanen einschließlich Mangiferin; Adaptogenen ein- schließlich solcher aus Rhodiola, Eleutherococcus und Schisandra ; Mineralstof- fen wie Eisen, Magnesium, Calcium, Zink, Selen und Phosphor; sowie weiteren Proteinen, Hydrolysaten oder Peptiden wie Soja-, Weizen- oder Molkenprotein.

Bei einer weiteren vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung umfasst die Zusammensetzung ferner Ubichinon-10 und/oder Ubichinol, d.h. der oxidierten bzw. reduzierten Form des Coenzyms Qi ₀ , wobei Ubichinol aufgrund seiner besseren Bioverfügbarkeit bevorzugt ist. Bereits bei einer täglichen Aufnahme von 50 bis 100 mg Ubichinol wurde ein positiver Effekt auf die körperliche Leistungsfähigkeit beobachtet, wobei eine Förderung der mitochondrialen Akti- vität durch die antioxidative Wirkung des Ubichinols angenommen wird. Somit kann die Wirkung des Kollagenhydrolysats bei den oben genannten Indikati- onen, die mit einer mitochondrialen Dysfunktion einhergehen, auf diese Weise unterstützt werden. Alternativ oder zusätzlich ist auch eine Kombination mit Pyrrolochinolinchinon (PQQ) möglich, welches kürzlich als wichtiger Redox- Cofaktor entdeckt wurde.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist die Verabreichung der Zusammensetzung in Kombination mit einem Ausdauertraining oder einem Höhentraining vorgesehen. Durch Ausdauertraining kann die aerobe Kapazität des Stoffwechsels erhöht werden. Es ist ferner bekannt, dass ein körperliches Training unter relativem Sauerstoffmangel (Hypoxietraining) einen starken Effekt auf die Ausdauerleistungsfähigkeit hat, so dass bei gleichzeitiger Gabe von Kollagenhydrolysat jeweils von einem synergetischen Effekt auszugehen ist. Dies ist insbesondere für Sportler von Interesse.

Andererseits ist es im Rahmen der Erfindung ebenso möglich und auch sinn- voll, wenn die Verabreichung der Zusammensetzung in Abwesenheit eines Ausdauertrainings, Höhentrainings oder Muskeltrainings vorgesehen ist.

Insbesondere hat sich in Tierversuchen (siehe unten) gezeigt, dass sich die erfindungsgemäßen Effekte auf die mitochondriale Aktivität usw. bereits in Kombination mit normaler körperlicher Betätigung zeigen.

Das Molekulargewicht des in der Zusammensetzung enthaltenen Kollagenhyd- rolysats kann gemäß der Erfindung über einen weiten Bereich variieren, wobei eine Obergrenze dadurch gegeben ist, dass Kollagenhydrolysat im Unterschied zu denaturiertem Kollagen oder Gelatine einen ausreichend hohen Hydrolyse- grad aufweist, um bei Raumtemperatur wasserlöslich zu sein und nicht zu gelieren. Die löslichen Peptide des Kollagenhydrolysats können im Körper gut resorbiert werden. Typischerweise weist das Kollagenhydrolysat ein mittleres Molekulargewicht von 200 bis 25.000 Da auf, bevorzugt von 1.000 bis 15.000 Da, weiter bevorzugt von 1.200 bis 12.000 Da, noch weiter bevorzugt von 1.500 bis 8.000 Da, und insbesondere von 1.800 bis 5.500 Da.

Das Kollagenhydrolysat ist günstigerweise durch enzymatische Hydrolyse eines kollagenhaltigen Ausgangsmaterials hergestellt. Für diese Hydrolyse werden insbesondere Endopeptidasen und/oder Exopeptidasen mikrobiellen oder pflanzlichen Ursprungs eingesetzt.

Das kollagenhaltige Ausgangsmaterial ist in der Regel ausgewählt aus Haut oder Knochen von Wirbeltieren, bevorzugt von Säugetieren oder Vögeln, und insbesondere aus der Haut von Rindern oder Schweinen (Rinderspalt bzw. Schweineschwarte). Das Kollagen von Beuteltieren wie z.B. Kängurus ist als Ausgangsmaterial ebenfalls geeignet. Alternativ kann das kollagenhaltige Ausgangsmaterial ausgewählt sein aus Haut, Knochen und/oder Schuppen von Fischen, insbesondere Kalt- oder Warmwasserfischen. Das Kollagenhydrolysat kann entweder in einem einstufigen Verfahren aus diesen Ausgangsmaterialien hergestellt sein oder über die Zwischenstufe Gela- tine, wobei in diesem Fall sowohl Gelatine vom Typ A als auch vom Typ B ver- wendet werden kann.

Alternativ kann das Kollagenhydrolysat für die erfindungsgemäße Zusammen- setzung durch rekombinante Genexpression hergestellt sein. Durch den Ein- satz von natürlichen Kollagensequenzen, insbesondere aus Rindern oder Schweinen, und deren Expression in gentechnisch modifizierten Zellen (z.B. Hefen, Bakterien oder Pflanzenzellen, insbesondere Tabak) können Produkte hergestellt werden, die mit den Hydrolyseprodukten der entsprechenden kollagenhaltigen Rohstoffe im Wesentlichen identisch sind. Dabei ist es mög- lich, eine engere bzw. exakt vorgegebene Molekulargewichtsverteilung zu erhalten. Alternativ können die Sequenzen durch Mutationen verändert wer- den, um bestimmte Eigenschaften des Produktes zu beeinflussen.

Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Ver- besserung der Ausdauerleistungsfähigkeit und/oder zur Stimulation des Fett- abbaus, und insbesondere zur Reduktion des Körpergewichts, mittels Erhöh- ung der mitochondrialen Aktivität. Das Verfahren umfasst die Verabreichung einer Zusammensetzung, die ein oder mehrere Kohlenhydrate und Kollagen- hydrolysat umfasst, an einen Menschen oder an ein Tier. Das Verfahren kann sowohl ein therapeutisches als auch ein nicht-therapeutisches Verfahren sein.

Besondere Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemä- ßen Verfahrens wurden bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung beschrieben.

Die Erfindung wird anhand von Versuchsergebnissen in vitro und in vivo, die im Rahmen der nachfolgenden Beispiele beschrieben werden, näher erläutert. Es zeigen :

Figur 1 : Fluoreszenzmikroskopische Aufnahmen von SH-SY5Y-Zellen, die in Gegenwart von Kollagenhydrolysat inkubiert wurden; und

Figur 2 : Diagramm zur Lactatdiagnostik bei einer klinischen Studie zur

Verbesserung der Ausdauerleistungsfähigkeit.

Beispiele

J _ Erhöhung der Mitochondrienzahl durch Kollagenhydrolysat

Die Wirksamkeit von Kollagenhydrolysat zur Erhöhung der Mitochondrienzahl konnte Anhand von humanen Nervenzellen (Neuroblastomzelllinie SH-SY5Y) in vitro gezeigt werden.

Die SH-SY5Y-Zellen wurden in Kulturmedien mit unterschiedlichen Konzentra- tionen an Kollagenhydrolysat von 0,05 Gew.%, 0,2 Gew.% und 2,5 Gew.% inkubiert. Hierfür wurde ein Kollagenhydrolysat aus Schweineschwartengela- tine mit einem mittleren Molekulargewicht im Bereich von 3.000 Da verwen- det, das durch enzymatische Hydrolyse hergestellt wurde (nachfolgend als Kollagenhydrolysat A bezeichnet). Die Molekulargewichtsverteilung der Pepti- de, die mittels Gelpermeationschromatographie bestimmt wurde, ist in der folgenden Tabelle 1 angegeben :

Tabelle 1 : MG-Verteilung Kollagenhydrolysat A

Um eine direkte Auswertung der Mitochondrienzahl zu ermöglichen, wurde die mitochondriale Proteinkomponente TOM20 fluoreszenzmarkiert. Bei TOM20 handelt es sich um eine Untereinheit eines Rezeptorkomplexes in der äußeren Membran der Mitochondrien, der die Funktion hat, zytosolische Vorläuferpro- teine (Präpeptide) in die Mitochondrien zu transferieren. Dort werden die Pro- teine, bei denen es sich um Enzyme der Atmungskette bzw. des Zitronensäu- rezyklus handelt, durch Abspaltung der Präsequenz aktiviert.

Die im Fluoreszenzmikroskop sichtbare Menge an fluoreszenzmarkiertem TOM20 ist somit ein Maß für die Mitochondrienzahl in der Zelle. Die mit 0,05 Gew.%, 0,2 Gew.% und 2,5 Gew.% Kollagenhydrolysat inkubierten Zellen sind in den Figuren 1A, 1B bzw. IC dargestellt, wobei mit steigender Konzentration eine Zunahme der hellen (im Original grünen) Fluoreszenz in den Bereichen um den Zellkern (im Original blau) deutlich erkennbar ist. Das Kollagenhydro- lysat bewirkt somit eine Zunahme der Mitochondrienzahl in den SH-SY5Y- Zellen, und damit eine Erhöhung der gesamten mitochondrialen Aktivität.

2. _ Aktivierung des Enzyms AM PK durch Kollagenhydrolysat in vitro

Die AMP-aktivierte Proteinkinase (AMPK) ist sowohl im Fettgewebe als auch in der Muskulatur in die Energiebereitstellung involviert. Da AMP beim Verbrauch von ATP gebildet wird, kann es als ein Indikator für Energiemangel angesehen werden. Die Expression von AMPK dient somit der Aktivierung von Energiere- serven aus dem Fettdepot und im Rahmen der Glykolyse.

Um den Einfluss von Kollagenhydrolysat auf die AMPK-Expression zu bestim- men, wurden humane Myocyten während eines Zeitraums von 24 Stunden in einem Medium mit 0,5 mg/ml Kollagenhydrolysat inkubiert. Nach Entfernung des Mediums wurde aus dem Zellrasen die RNA extrahiert und die Menge an AMPK-RNA mittels PCR unter Verwendung spezifischer Primer bestimmt. Im Vergleich zu einer Kontrolle ohne Kollagenhydrolysat war die AMPK-RNA signifikant erhöht (um einen Faktor von über 600). Auch aus diesem Befund ergibt sich somit ein stimulierender Einfluss von Kollagenhydrolysat auf den Energiestoffwechsel der Zelle.

3, _ Aktivierung des Enzyms AMPK durch Kollagenhydrolysat in vivo

Die positive Wirkung von Kollagenhydrolysat auf die AMPK-Expression konnte auch mit einem Tierversuch in vivo bestätigt werden.

Hierfür wurden Mäuse während eines Zeitraums von 3 Monaten täglich mit einer Menge an Kollagenhydrolysat gefüttert, die einer humanen Äquivalenz- dosis von 10 g entspricht. Nachdem die Mäuse euthanasiert worden waren, wurde der Quadrizeps komplett exzidiert, schockgefroren und zermahlen. Aus dem Muskelgewebe wurden die löslichen Proteine extrahiert und die Menge an AMPK mittels eines Immunassays (ELISA) bestimmt.

Im Vergleich zu einer Kontrollgruppe, die kein Kollagenhydrolysat erhalten hatte, war die AMPK-Menge um einen Faktor zwischen 1,5 und 2 erhöht.

4. Einfluss von Kollagenhydrolysat auf die NADH-Bereitstelluno in vitro

Die Bildung der energiereichen Form NADH+H ⁺ von Nicotinamidadenindinuk- leotid aus der energiearmen Form NAD ⁺ ist äquivalent zur Bereitstellung von Energie in Form von ATP. Sie ist somit ein indirektes Maß für die mitochondria- le Aktivität in den Muskelzellen.

Für diesen Versuch wurden humane Myocyten während eines Zeitraums von 6 Tagen in einem Medium mit 0,5 mg/ml Kollagenhydrolysat inkubiert. Nach Entfernung des Mediums wurden die Triglyceride extrahiert, und mit Hilfe der Enzyme Glycerinkinase und Glycerin-3-phosphat-Dehydrogenase wurde die in den Triglyceriden bzw. dem Glycerin enthaltene Energie in Form des freige- setzten NADH + H ⁺ bestimmt. Im Vergleich zu einer Kontrolle ohne Kollagenhydrolysat war die NADH-Menge um einen Faktor von ca. 2 erhöht.

5, _ Erhöhung der mitochondrialen Dichte bei Ratten in vivo

In einer präklinischen Studie konnte eine deutliche Erhöhung der mitochond- rialen Dichte (d.h. eine Zunahme der Anzahl und/oder Größe der Mitochondri- en) in der Skelettmuskulatur von Ratten durch die Verabreichung verschiede- ner Kollagenhydrolysate gezeigt werden.

Die Studie wurde an männlichen Ratten der Linie CD ^® IGS (Charles River Laboratories, Sulzfeld) durchgeführt, die zu Beginn des Untersuchungszeit- raums 64 Tage alt waren und ein Körpergewicht zwischen 300 und 400 g aufwiesen. Die Testgruppe und die Kontrollgruppe umfassten jeweils sechs Tiere.

Zu Beginn der Untersuchung (t = 0) wurde bei jeder Ratte eine Feinnadelbiop- sie aus dem vierköpfigen Oberschenkelmuskel (Quadriceps femoris) entnom- men. Die Tiere der Testgruppen erhielten dann während eines Zeitraums von vier Wochen eine tägliche Dosis von 200 mg des jeweiligen Kollagenhydroly- sats (siehe unten) pro kg des aktuellen Körpergewichts (entsprechend einer Tagesdosis von 15 g bei einem Menschen mit 75 kg). Das Kollagenhydrolysat wurde bei einer Konzentration von 20 mg/ml in einer entsprechenden Menge an Leitungswasser gelöst und über eine Magensonde verabreicht. Die Tiere der Kontrollgruppe erhielten jeweils die identische Menge an Leitungswasser ohne Kollagenhydrolysat. Außerdem erhielten alle Ratten täglich 25 g Futter mit einem Kohlenhydrat-Anteil von 41,2 Gew.%, nämlich 36,5 Gew.% hochglykä- mische Stärke und 4,7 Gew.% Saccharose.

Neben dem oben beschriebenen Kollagenhydrolysat A wurde bei weiteren Testgruppen ein Kollagenhydrolysat B aus Rinderspaltgelatine mit einem mitt- leren Molekulargewicht von 2.000 Da eingesetzt sowie ein Kollagenhydrolysat C aus Rinderspaltgelatine mit einem mittleren Molekulargewicht von 3.500 Da, jeweils durch enzymatische Hydrolyse hergestellt. Des Weiteren wurde ein Kollagenhydrolysat D aus Rinderspaltgelatine mit einem mittleren Molekular- gewicht von 12.000 Da und ein Kollagenhydrolysat E aus Fischkollagen mit einem mittleren Molekulargewicht von 1.300 Da eingesetzt, ebenfalls enzyma- tisch hydrolysiert.

Die Molekulargewichtsverteilungen aller fünf Hydrolysate sind in der folgenden Tabelle 2 angegeben :

Tabelle 2: MG-Verteilung der Kollagenhydrolysate in Gew.%

Nach Ende des Untersuchungszeitraums (t = 4 w) wurden alle Ratten euthana- siert und erneut eine Feinnadelbiopsie des Quadriceps femoris entnommen. Während der vier Wochen erfolgte eine durchschnittliche Gewichtszunahme der Ratten von etwa 30%, wobei zwischen der Testgruppe und den Kontroll- gruppen kein signifikanter Unterschied bestand.

Zur Bestimmung der mitochondrialen Dichte wurden die vor und nach dem Untersuchungszeitraum entnommenen Biopsien für eine Analyse mit dem Transmissionselektronenmikroskop präpariert, wie in der Literatur beschrieben (siehe A. dauert und P. Lewis: Biological Specimen Preparation for Transmis- sion Electron Microscopy, Princeton Legacy Library, 2014). Es wurden jeweils einzelne Flächenabschnitte der Muskelbiopsien von 15,17 x 15,17 pm

(230 pm ² ) digitalisiert und semi-quantitativ ausgewertet. Dabei wurde anhand von 10 Einzelproben von jeder Biopsie die durchschnittliche Fläche der Mito- chondrien im Verhältnis zur Gesamtfläche bestimmt. Die Mitochondrien konn- ten durch die deutlich sichtbare, charakteristische Struktur der inneren Mem- bran mit ihren Cristae lokalisiert werden.

Die folgende Tabelle 3 zeigt die Entwicklung der mitochondrialen Dichte (pm ² Mitochondrien pro 230 pm ² Gesamtfläche) bei den Tieren der Testgruppe mit dem Kollagenhydrolysat A:

Tabelle 3: Zeitliche Entwicklung Testgruppe A

Im Ergebnis führte die vierwöchige Verabreichung von Kollagenhydrolysat A zu einer sehr deutlichen Erhöhung der mitochondrialen Dichte um durch- schnittlich 78,5%, die auch statistisch signifikant ist (p = 0,001). Einen ähnlichen Befund zeigt auch der Vergleich der mitochondrialen Dichte zwischen den Testgruppen mit den Kollagenhydrolysaten A bis E sowie der Kontrollgruppe jeweils nach vier Wochen gemäß der folgenden Tabelle 4:

Tabelle 4: Vergleich Testgruppen A, B, C, D und E mit Kontrollgruppe

Die mitochondriale Dichte war bei den Testgruppen im Durchschnitt um min- destens 40% (Testgruppe D) höher als bei der Kontrollgruppe, was ebenfalls statistisch signifikant ist (p = 0,001), bei der Testgruppen C war sie sogar um ca. 90% höher. Der Wert„Cohens d" als Maß für die Effektstärke beträgt für alle Testgruppen mehr als 2,5, womit es sich jeweils um einen sehr starken Effekt handelt.

Zusammengefasst belegt diese Studie eindeutig, dass die Verabreichung von Kollagenhydrolysat zu einer signifikanten Erhöhung der mitochondrialen Dichte in Muskelzellen führt, und damit auch zu einer entsprechenden Steigerung der mitochondrialen Aktivität. Dieser Effekt lässt sich mit Kollagenhydrolysaten verschiedener Herkunft (Schwein bzw. Rind) und Molekulargewichtsverteilung bestätigen.

6. Klinische Studie zur Verbesserung der Ausdauerleistunasfähiakeit

In einer randomisierten, doppelblinden Studie wurde der Einfluss von oral ver- abreichtem Kollagenhydrolysat auf die Ausdauerleistungsfähigkeit untersucht, sowie auf die Lactatschwelle und die anaerobe Schwelle.

Durchgeführt wurde die Studie mit 50 Männern im Alter zwischen 18 und 40 Jahren (Durchschnittsalter 28 Jahre), die zufällig in eine Verumgruppe und eine Placebogruppe mit je 25 Individuen eingeteilt wurden. Alle Teilnehmer absolvierten während der Studiendauer von 12 Wochen an jeweils 3 Tagen pro Woche ein 45-minütiges aerobes Ausdauertraining in Form eines Lauftrainings. Dabei wurde die Intensität des Trainings so gewählt, dass höchstens 55 bis 60% der maximalen Sauerstoffaufnahme (V0 ₂ max) erreicht wurden.

Die Teilnehmer der Verumgruppe erhielten während der gesamten Studien- dauer täglich 15 g Kollagenhydrolysat, nämlich das im Beispiel 5 beschriebene Kollagenhydrolysat C mit einem mittleren Molekulargewicht von 3.500 Da (siehe Tabelle 2), während die Teilnehmer der Placebogruppe stattdessen Kieselsäure als Placebo erhielten.

Daneben erhielten alle Teilnehmer während des Studienzeitraums eine norma- le Ernährung mit einem Anteil von etwa 46 Gew.% an Kohlenhydraten. Um die Verbesserung der Ausdauerleistungsfähigkeit quantifizieren zu können, absolvierten die Teilnehmer vor und nach dem Studienzeitraum jeweils einen 60-minütigen Zeitlauf. Im Mittel der jeweiligen Gruppe erhöhte sich die in diesen 60 Minuten gelaufene Strecke bei der Placebogruppe um 1,065 km (von 10,735±1,448 auf 11,800±1,270 km; p = 0,001), und bei der Verum- gruppe um 1,727 km (von 10,963±1,254 auf 12,690±1,223 km; p = 0,001). Durch die Verabreichung von Kollagenhydrolysat konnte also die Strecke, die nach dem 12-wöchigen Ausdauertraining zusätzlich gelaufen werden konnte, um mehr als 60% erhöht werden, was eine signifikante und bemerkenswerte Steigerung der Ausdauerleistungsfähigkeit darstellt.

Weiterhin erfolgte vor und nach dem Studienzeitraum eine Lactatdiagnostik, wobei die Lactatkonzentration im Blut in Abhängigkeit von der Laufgeschwin- digkeit auf einem Laufband gemessen wurde. Die Ergebnisse sind in einem Diagramm in der Figur 2 dargestellt. Dort sind die Messwerte für die Placebo- gruppe durch Dreiecke repräsentiert und die Messwerte für die Verumgruppe durch Quadrate. Die Messwerte vor dem Studienzeitraum sind mit durchgezo- genen Linien interpoliert und die Messwerte nach dem Studienzeitraum mit gestrichelten Linien.

Die Auswertung der Kurven in der Figur 2 ergibt folgende Ergebnisse:

Bei der Placebogruppe erfolgte keine signifikante Verschiebung der Lactat- schwelle (9,5±1,5 km/h vor der Studie und 9,4±1,0 km/h nach der Studie; p = 0,629). Bei der Verumgruppe verschob sich die Lactatschwelle im Mittel um 0,7 km/h (von 9,2±1,2 km/h auf 9,9±0,8 km/h; p = 0,099).

Die individuelle anaerobe Schwelle verschob sich bei der Placebogruppe im Mittel um 0,6 km/h (von 12,2±1,5 km/h vor der Studie auf 12,8±0,9 km/h nach der Studie; p = 0,024), während diese Verschiebung bei der Verumgrup- pe mit im Mittel 1,7 km/h (von 12,0±1,2 km/h auf 13,7±0,9 km/h; p = 0,001) deutlich stärker ausfiel.

Auch die stärkere Erhöhung der Lactatsch welle und insbesondere der anaero- ben Schwelle bei der Verumgruppe sind ein Beleg für den unmittelbaren Effekt von Kollagenhydrolysat auf die Verbesserung der Ausdauerleistungsfähigkeit.