Kreatin-Phosphat

Einleitung:
Der geheime Kraftstoff der
Muskelzellen
KREATIN
von Gilles Klein
Kreatin leitet sich von (griech. creas = Fleisch) ab und ist eine Substanz, die schon seit 150
Jahren bekannt ist. Sie wurde vom Franzosen Chevreul 1834 in der Fleischbrühe entdeckt.
Creatin ist eine körpereigene Substanz, die zum Teil im Körper selbst gebildet, oder über die
Nahrung von Fleisch und Fisch aufgenommen wird. Diese Substanz findet man vor allem in
der Skelettmuskulatur, aber auch in Herz, Gehirn und Hoden.
Strukturformel von Kreatin
Kreatin (N-Methylguanidoessigsäure) und Kreatin-Phosphat (auch noch unter Phosphokreatin
bekannt, aber nach der Regelung der Genfer Nomenklatur werden die Säureanteile einer chemischen
Substanz ´´at´´ oder ´´it´´ an das Ende geschrieben Dimethylsulfat, Adenintriphosphat
usw. Daher lautet der korrekte Name Kreatin-Phosphat und wird im Folgenden auch nur
noch als Kreatin-Phosphat bezeichnet) sind wichtige Metaboliten in hoch energetischen Vorgängen
des Phosphor-Metabolismus. Sie sind zusammen mit Kohlenhydraten, Fetten und
Proteinen die zentralen Stoffe des Metabolismus der zuständig für die Energielieferung bei
körperlicher Arbeit und Sport ist.
Seit mehr als 30 Jahre haben unzählige Forscher sich diesem Thema gewidmet. Mit Hilfe von
Protonen- und 31 P-Kernresonanzspektroskopie lassen sich Moleküle in vivo messen, sowohl
qualitativ, als auch quantitativ messen. Ebenfalls wurden die therapeutischen Wirkungen von
Kreatin und Kreatin-Phosphat unter die Lupe genommen, wie z.B. in kardiovaskulären
Erkrankungen. In den letzten Jahren bekommt Kreatin im Sport immer eine größere Rolle
zugesprochen, da es die körperliche Leistung fördern soll.
In meiner Arbeit möchte ich gerne auf die verschiedenen Aspekte von Kreatin näher eingehen,
damit man dieses wichtige Molekül unseres Körpers verstehen und wieder eine hervorragende
Leistung unseres menschlichen Organismus betrachten kann.

Rollen des Kreatins im Organismus:
- ´´Kraftstoff´´:
Kreatin (Cr) bzw. Kreatin-Phosphat (PCr) sind Phosphagene, also Moleküle die in der Lage
sind, Phosphatatome zu binden und an andere Moleküle wieder abzugeben. So wurde Kreatin
als Vorstufe von Kreatin-Phosphat sehr lange nur als Lieferant und ´´Kraftstoff´´ für die
schnelle Phosphorylierung von Adenosindiphosphat (ADP) angesehen. ADP entsteht wenn
Adenosintriphosphat (ATP) beispielsweise bei einer Muskelkontraktion hydrolysiert wird.
Das Bedeutendste an dieser Rolle von Kreatin/ Kreatin-Phosphat ist, dass es im Gegensatz zu
ATP im Muskel gespeichert werden kann und im Bruchteil einer Sekunde bereit und für die
Phosphorylierung von ADP genutzt werden kann. Die Menge an PCr im Muskel ist aber sehr
gering, so dass bei einem 100m Sprint, also bei sehr hohem ATP-Verbrauch, das PCr nicht
länger als 5 Sekunden genutzt werden kann, da es vollständig verbraucht ist und die Muskelzelle
auf anaeroben Stoffwechsel umschalten muss um genügend ATP zu bekommen.
- ATP und ADP Puffer
Ein Forscher namens Watts postulierte, dass nicht die Regeneration von ATP aus ADP die
wichtigste Rolle von Phosphagenen sei. Er behauptet, Phosphagenen wären wichtig, um die
ADP-Konzentration in den Zellen so niedrig wie möglich zu halten, denn ein hoher ADP-
Spiegel wirkt inhibitorisch auf sehr viele Vorgänge, die ATP-abhängig sind. Hinzu kommt,
dass eine erhöhte Konzentration an ADP die Myokinase aktiviert. Dieses Enzym konvertiert
zwei ADP´s in einen ATP und ein Adenosinmonophosphat (AMP). AMP, seinerseits ein
Inhibitor der Myokinase (negatives Feedback) und anderen metabolischen Wegen wie die
Gluconeogenese, wird in Inosinmonophosphat (IMP) und Ammoniak (NH3) durch die AMP-
Deaminase umgewandelt. IMP and AMP können auch von der 5’-Nucleotidase, die sich in
der Plasmamembran der Muskelzelle (Sarkolemm) befindet, dephosphoryliert werden. Bei
diesem Vorgang entstehen die zwei Nukleotide Adenosin und Inosin. Beide Nukleotide sind
Plasmamembrangängig. Erhöhtes ADP würde so über einen längeren Zeitpunkt einen Verlust
von Adenosin Nukleotiden verursachen. Eine hohe ADP-Konzentration hindert lebenswichtige
Prozesse in den Zellen und führt zum Absterben. Phosphagenen können also als Puffer
für ADP und ATP angesehen werden.
- ´´Phosphagen-Shuttle´´
Die Hydrolyse von ATP findet im Muskel an den Myofibrillen statt, die ATP-Synthese
hingegen in den Mitochondrien von aeroben Geweben. Deshalb ist eine Diffusion oder ein
spezifischer Transport von ATP aus den Mitochondrien zu den Myofibrillen notwendig.
Einige Forscher behaupten, dass so ein Transportprozess Kreatin-Kinasen (CK) beinhaltet und
dass Cr und PCr leichter diffundieren als ADP oder ATP, der sogenannte ´´Phosphagen-
Shuttle´´ (nach Gercken und Schlette 1968). Kreatin-Kinase ist ein Enzym, das die Übertragung
des Phosphats vom Kreatin-Phosphat auf ADP katalysiert zu ATP und Kreatin und
umgekehrt (siehe Abb. 1).

1971 haben jedoch Newsholme et al. herausgefunden, dass bei einer hohen Muskelaktivität in
aeroben Muskelzellen der ``Phosphagen-Shuttle´´ nicht genügend ATP liefern könnte, um
den ATP-Verbrauch an den Myofibrillen zu decken. Daraus schlossen die Forscher, dass zumindest
unter Bedingungen mit hohem ATP-Verbrauch, Phosphagen-Kinasen keine Rolle
spielen. Es ist aber möglich dass der ``Shuttle´´, der offensichtlich existiert, über Cr und PCr
funktioniert und ist unabhängig von der Entfernung des Ortes der Produktion von ATP, also
Mitochondrium, und des Ortes der Hydrolyse von ATP, z.B. Myofibrillen. Als wichtiger
´´Energie-Shuttle´´, wird das Cr/PCr-System in Spermatozoen gesehen wo die Entfernung
vom Mitochondrium zu den ATP-verbrauchenden Stellen sehr groß ist (nach Juretschke und
Kamp 1990).
Abbildung 1: Der Kreatin-Phosphat -Weg für den intrazellulären Energie-Transport ANT, adenine
nucleotide translocase; CK mito und CK, mitochondriale und myofibrilläre Kreatin-Kinasen; PCr und
Cr, Kreatin-Phosphat und Kreatin (nach R. Paoletti, A. Poli und A.S. Jackson: Creatine; from basic
science to clinical application)
Es wird angenommen, dass die Rollen von Phosphagenen in unterschiedlichen Geweben verteilt
sind. In glatten Muskelzellen, genau wie in der Skelettmuskulatur, dienen sie vor allem
als Energiereserve, auf die bei erhöhtem ATP-Bedarf sehr schnell zugegriffen werden kann.
Hingegen spielen die Phosphagene in der Herzmuskelzelle die Rolle des Puffers von ADP
und ATP (nach Watts). Eine erhöhte ADP-Konzentration hemmt nämlich die myofibrilläre
ATP-ase und eine Kontraktion des Herzmuskels wäre nicht möglich. Die allgemeine Rolle der
Phosphagene ist eine Konstanthaltung der Konzentrationen von ATP zu ADP in den Zellen.
Kleinere Rollen:
- Inhibition der Phosphofructokinase:
Kreatin-Phosphat inhibiert die Phosphofructokinase, ein regulatorisches und wichtiges Enzym
der Glykolyse. Dies könnte zur Folge haben, dass bei sinkender PCr-Konzentration die Phosphofructokinase-Aktivität
steigt und so der Verbrauch von Glucose als Energiequelle für die

ATP-Synthese angekurbelt wird. Einen ähnlichen Effekt, scheint PCr auch auf die Pyruvatkinase
zu haben, das letzte Enzym der Glykolyse.
- Rollen in anderen Geweben wie Muskelzellen:
Ennor und Rosenberg (1952) haben festgestellt, dass PCr eine andere Funktion als nur ein
Reservoir für bereitstehende energiereiche Phosphatbindungen hat. Es kann nämlich auch
direkt seine Energie an endergonische Reaktionen ohne über den Weg von ADP und ATP
bereitstellen.
Biosynthese von Kreatin und Kreatin-Phosphat:
Kreatin ist keine künstliche Substanz wie von der Allgemeinheit angenommen, sondern wird
selbst vom Körper produziert. Kreatin wird allerdings nur in kleinen Mengen vom Organismus
hergestellt (1-2 g pro Tag), der Tagesbedarf liegt aber bei 2-5 g pro Tag. Kreatin ist
hauptsächlich in tierischen Produkten wie Fleisch und Fisch zu finden und auf diesem Weg
kann man den Tagesbedarf mit der Nahrungsaufnahme decken.
Kreatinbiosynthese:
Abbildung 2: Biosynthese von Kreatin und Kreatinin (nach Hans Trachsel; Institut für Biochemie und
Molekularbiologie, Universität Bern)

Das Kreatin wird vorwiegend in der Niere (proximaler Tubulus) und in der Leber synthetisiert,
aber auch im Pankreas oder im Gehirn können Teilreaktionen der Biosynthese ablaufen.
Das Kreatin wird aus drei Aminosäuren hergestellt; aus Arginin, Glycin und Methionin.
Methionin ist eine essentielle Aminosäure, kann also nicht vom Körper selbst hergestellt
werden, sondern über die Nahrung aufgenommen werden muss. Die erste Reaktion findet
überwiegend im proximalen Tubulus der Niere (innere mitochondriale Membran) und im
Pankreas statt. Es handelt sich um eine reversible Reaktion, die von der Arginin-Glycin-
Amidinotransferase (AGAT), eine Transaminase, katalysiert wird. Bei dieser Reaktion wird
die Guanidino-Gruppe des Arginins auf das Glycin übertragen. Hierbei entsteht das Guanidinoacetat
und Ornithin, eine wichtige Substanz des Harnstoff-Cyklus. Das Guanidinoacetat
kann jetzt in einer zweiten Reaktion zu Kreatin weiterverarbeitet werden, nachdem es über
den Blutweg zur Leber transportiert wurde. Diese Reaktion ist irreversibel und wird von einer
Transmethylase katalysiert, die Guanidinoacetat-Methyltransferase (GAMT). Das Guanidoacetat
wird mit Hilfe des Coenzyms S-Adenosyl-Methionin (SAM) N-methyliert, wobei
Kreatin als Endprodukt entsteht und das Coenzym S-Adenosyl-Methionin (SAM) in S-
Adenosyl-Homocystein (SAH) umgewandelt wird. Das Kreatin verlässt wieder über den
Blutweg die Leber und kann in die Gewebe eingeschleust werden, die Kreatin benötigen. Im
Körper eines 70 kg schweren Erwachsenen sind ungefähr 100-120 g Kreatin gespeichert,
davon 95% in der Skelettmuskulatur und der Rest in glatter Muskulatur, Herzmuskulatur,
Knochen und Gehirn. Die Aufnahme in die Zelle erfolgt über einen NaCl-abhängigen Transporter.
Der Transport baut einen osmotischen Gradienten auf, wenn mehr Kreatin zugeführt
wird z. B. bei einer Kreatin-Ernährungsergänzung. Dies führt zu einer Wasseraufnahme in die
Gewebe (siehe Kreatin im Sport).
Ist das Kreatin nun in der Zelle angelangt (meistens Muskelzelle), kann das wichtigste Enzym
des ganzen Kreatin/Phopsphokreatin-Systems, die Kreatin-Kinase (CK) oder Kreatin-Phosphokinase
(CPK), das Kreatin mit einem energiereichen Phosphat phosphorylieren und in
Kreatin-Phosphat umwandeln. Gleichzeitig wird ein ATP zu ADP. Diese Reaktion ist
reversibel, die Kreatin-Kinase kann die Reaktion auch umgekehrt katalysieren indem sie
Kreatin-Phosphat dephosphoryliert und in Kreatin umwandelt, wobei aus einem ADP ein
ATP hergestellt wird. Die Richtung der Reaktion katalysiert hängt vom Arbeitszustand des
Muskels ab, also ob er gerade Arbeit leisten muss oder nicht (siehe Abb. 3 und Details unter
Kreatin-Kinase).
Der Abbau von Kreatin und Kreatin-Phosphat erfolgt spontan über eine nicht-enzymatische
Reaktion zu Kreatinin. Bei dieser Nebenreaktion zyklisieren ständig kleine Mengen von
Kreatin und Kreatin-Phosphat zu Kreatinin, das nicht mehr phosphoryliert werden kann und
schließlich mit dem Urin ausgeschieden wird (siehe unter Kreatinin).
Kreatin-Kinase:
Wir haben schon gesehen, dass die Kreatin-Kinase (CK) eine energiereiche Phosphatgruppe
von ATP auf Kreatin überträgt. Das Enzym findet man in allen Muskelzellen, aber auch im
Gehirn.
Studien mit klassischen Inhibitoren haben ergeben, dass CK ein so genanntes ´´Thiol-
Enzym´´ ist. Es bedeutet, dass das Aktivitätszentrum des Enzyms einer oder mehreren Thiol-

Gruppen besteht. Thiole sind Thioalkohole, d.h. das Sauerstoffatom einer Alkoholfunktion ist
gegen ein Schwefelatom ausgetauscht. Die Thiolgruppe soll nach neusten Ergebnissen von
der Nebenkette der 283. Aminosäure des Enzyms stammen, dem Cystein-283 (nach Buechter
et al., 1992). Allerdings brauch das Cystein-283 noch die positive Ladung einer Nebenkette
einer anderen Aminosäure um ihre Funktion vollständig zu entfalten, nämlich das Arginin-
292.
Abbildung 3: Funktion der Kreatin-Kinase im Muskel (nach Hans Trachsel; Institut für Biochemie und
Molekularbiologie, Universität Bern)
Es gibt Isoformen der CK, die in cytosolische CK´s und mitochondriale CK´s unterteilt
werden. Die cytosolischen CK´s bilden immer Dimere und sind spezifisch für unterschiedliche
Gewebe. Die Dimere werden von 2 Isoenzymen gebildet, nämlich von ´´M´´ für
´´muscle´´ und ´´B´´ für ´´brain``. Insgesamt können drei verschiedene cytosolische Dimere
gebildet werden und somit gibt es auch 3 verschiedene CK´s: CK-MM im Skelettmuskel, CK-
BB im Gehirn und CK-MB im Herzmuskel. Die mitochondriale CK (CK-MiMi) kann
entweder in Dimeren oder in Octameren vorkommen, so dass man bis Heute zwei Isoformen
der mitochondrialen CK kennt.
Somit wird die CK zu einem wichtigen Laborparameter in der Diagnostik von Herzschädigungen
(Herzinfarkt) aber auch von Skelettmuskelschädigungen. Die Erhöhung der CK
korreliert mit der Schädigung am (Herz)-Muskel. Hierbei wird die Gesamt-CK gemessen und
wenn nun eine Isoform um eine gewisse Prozentzahl an der Gesamt-CK erhöht ist, dann kann
man dies auf eine Schädigung im spezifischen Gewebe zurückführen. Zum Beispiel ist bei
einem Herzinfarkt der Anteil der CK-MB höher als 6% an der Gesamt-CK, so kann man von
einer Herzmuskelschädigung ausgehen. Heute hat die Gesamt-CK allerdings keinen so hohen
Stellenwert mehr in Labordiagnostik, da es andere Möglichkeiten für die Diagnostik eines

Herzinfarktes gibt, wie das Troponin oder die CK-MB-Masse. Gleichwohl gilt für eine
Erhöhung der Gesamt-CK eine Schädigung des Muskel- oder Herzgewebes bei einem
überschreiten des Referenzwertes von:
Frauen > 167 U/l
Männer > 190 U/l
Kreatinin:
Das Kreatinin entsteht durch eine spontane und nicht-enzymatische irreversible Reaktion aus
kleineren Mengen von Kreatin und Kreatin-Phosphat. Da es nicht mehr phosphoryliert werden
kann, kann man es als ``Abbauprodukt´´ des Kreatin-Stoffwechsels betrachten. Kreatinin
kann nicht weiter abgebaut werden, sondern muss über die Nieren mit dem Urin ausgeschieden
werden. Der Körper produziert davon etwa täglich 1,5 g. Da Kreatinin ein geringes Molekulargewicht
hat, wird es im Glomerulus der Niere frei filtriert. Zwar kann es bei höheren
Konzentrationen auch in die Nierentubuli sezerniert werden, aber nur geringfügig. Man macht
sich die freie Filtration des Kreatinins in den Glomeruli der Nieren in der Labordiagnostik zu
Nutze indem man das Kreatinin im Blutplasma bestimmt. Man kann so indirekt die glomeruläre
Filtrationsrate (GFR) in den Nieren abschätzen und auch die so genannte Clearance, die
Klärfähigkeit der Nieren bestimmen. Da die Produktion von Kreatinin im Körper nicht
konstant ist und vom Körperbau und der jeweiligen körperlichen Aktivität des Individuums
abhängt, kann es bei der Bestimmung zu Fehlergebnissen kommen. Der Kreatinin-Test gilt
jedoch wegen seiner Einfachheit als grober Indikator für Störungen in den Nierenkörperchen
und wird daher verbreitet in der Medizin eingesetzt. (Der Kreatinin-Wert im Blutplasma liegt
bei ungefähr 0,7 mg/100ml (50-120micromol/l)
Der ´´Kreatin-Phosphat-Shuttle´´:
Eine wichtige Rolle des Kreatin/Kreatinphosphat-Systems müssen wir noch einmal näher im
Detail besprechen, nämlich den Transport vom energiereichen Phosphat (ATP) aus dem
Mitochondrium an die Stelle wo es gebraucht wird, die Myofibrillen. Man stellt sich das so
vor, dass das Kreatin (Cr) und das Kreatin-Phosphat (PCr) zwischen den beiden Strukturen
hin und her diffundieren können.
Wie wir wissen, brauch jede Zelle Energie, um ihre Funktionen ausüben zu können und diese
Energie wird im Mitochondrium unter der oxydativer Phosphorylierung (= Atmungskette) in
Form von ATP gewonnen. Forscher (Jacobus und Lehninger 1973; Bessman und Geiger
1981; Bessman und Carpenter 1985) haben herausgefunden, dass ATP sehr schlecht im
Cytoplasma diffundieren kann. Das energiereiche ATP versorgt alle ATPasen in der Zelle mit
Energie und stellt auch für andere Enzyme eine wichtige Schlüsselfunktion dar. Das ATP
werden an sehr viele Proteine der Zelle gebunden. Hinzu kommt noch, dass das ATP mit
vielen negativen Ladungen bestückt ist. Es wäre nicht möglich, dass jedes Enzym bei der
Diffusion der ATP-Moleküle genügend Energie abbekommen würde, um bestmöglich zu
funktionieren. Außerdem würde nach der Hydrolyse von ATP das ADP entstehen, das die
ATPasen in hohen Konzentrationen hemmen würde und für ein negatives Feedback sorgen.
Es würde bei hoher körperlicher Arbeit in der Zelle zum Stillstand kommen, denn die ATPasen
würden sich selber durch den Verbrauch von ATP zu ADP hemmen. Nachdem ADP

entstanden ist, muss es wieder phosphoryliert werden zu ATP, damit es wieder Energie liefern
kann, was allerdings nur im Mitochondrium möglich ist. ADP müsste wieder zurück ins
Mitochondrium diffundieren, was sehr schwierig ist, denn auch ADP hat eine hohe Affinität
für ATPasen und Proteine der Zelle und ist sehr negativ geladen. Es wäre nicht sehr effektiv
nur über ATP und ADP die Energie durch die Zelle zu transportieren.
Aus diesem Grund hat die Zelle einen Mechanismus erfunden, mit dem sie die Energie
schnell und effektiv liefern kann, aber auch, wenn nicht die ganze produzierte Energie
gebraucht wird speichern. Die Zelle behilft sich dem Kreatin/Phosphat-Shuttle (siehe Abb. 4).
Cr und PCr können sehr gut durch das Cytoplasma diffundieren und sie werden vor allem
nicht an die Proteine der Zelle gebunden, sondern ausschließlich nur an einer Kreatin-Kinase
(CK). Zusätzlich sind sie weniger geladen als die ATP- und ADP-Moleküle.
Wir haben bei der Funktion der CK gesehen, dass das Enzym an Stellen mit hoher metabolischer
Aktivität das Kreatin-Phosphat dephosphorylieren und gleichzeitig das energiereiche
Phosphat auf ADP übertragen kann, wobei ATP entsteht. Aus Kreatin-Phosphat wird dadurch
das dephosphorylierte Kreatin, das jetzt ins Mitochondrium zurückdiffundieren kann. An der
äußeren Oberfläche der inneren Membran befindet sich ein CK-Isoform, nämlich die CK-
MiMi (man kennt bis jetzt zwei Isoformen dieser CK-MiMi), die das Kreatinin wieder in
Kreatin-Phosphat umwandeln kann, indem ein energiereiches Phosphat vom ATP, produziert
durch die Atmungskette, auf das Kreatin überträgt. Hierbei wird ATP zu ADP und kann durch
die oxidative Phosphorylierung im Mitochondrium wieder zu ATP werden. Das Kreatin-
Phosphat verlässt nun das Mitochondrium, diffundiert zu der Stelle wo Energie bereitgestellt
werden muss und bindet an eine cytoplasmatische CK-Isoform (CK-MM im Skelettmuskel,
CK-MB im Herzmuskel oder CK-BB im Gehirn). Der ganze Zyklus beginnt aufs Neue. Man
spricht bei Zellen mit hohem Energieverbrauch von ´´micro-compartments´´, die einerseits
im Mitochondrium für die Produktion von Energie und das Ablösen des Phosphats vom ATP
sorgen und andererseits am Ort des Energieverbrauchs, die das Phosphat wieder an ATP
binden können. Dazwischen ist der Kreatin-Phosphat-Shuttle geschaltet.
Abbildung 4: Schematische Darstellung der 2 Hauptfunktionen des Kreatin (Cr)/ Kreatin-Phosphat
(PCr)-System in einer Muskelfaser. Die erste ist die des zeitlichen Energiepuffers für die Adenosin
Triphosphat (ATP) Regeneration. Die zweite Hauptfunktion ist der Transport von energiereichem
Phosphat vom Ort der Energieproduktion (Mitochondrium) zum Ort des Energieverbrauchs
(Myofibrille) (nach R. Paoletti, A. Poli und A.S. Jackson: Creatine; from basic science to clinical
application)

Der Shuttle sorgt dafür, dass das Verbrauchte ATP, also das ADP, sofort wieder durch die
cytoplasmatische CK in ATP phosphoryliert wird und somit die Konzentration des ADP´s
nicht auf zu hohe Werte ansteigt. Es wird verhindert, dass ADP die Funktionen der ATPasen
hemmen kann und kein negatives Feedback entsteht bei hoher konstanter metabolischer
Aktivität in der Zelle.
Kreatin im Sport:
Die Rolle des Kreatins im Muskelstoffwechsel:
95% des ganzen Kreatingehalts finden wir in der Skelettmuskulatur, wovon 60% bei ruhendem
Muskel im phosphorylierten Zustand sind. Das Kreatin-Phosphat repräsentiert 70% des
direkten hoch-energetischen Speichers im Muskel. In einem gestreiften Muskel befinden sich
etwa 30 µmol/g Kreatinphosphat, umgerechnet 4 g/kg Muskel. Das Kreatin muss mit Hilfe
eines spezifischen Transporters aktiv gegen einen hohen Konzentrationsgradienten in die
Muskelzellen eingeschleust werden (ca. 200:1). Dies geschieht in einem Co-Transport mit
Na + -Ionen entlang dessen Konzentrationsgefälle. Einmal in der Zelle angelangt, geht nur sehr
wenig Kreatin verloren (ca. 2 g/Tag in einem 75 kg schweren Mann). Kreatin wird nicht aus
der Zelle transportiert, sondern kann nur in zyklisierter Form das Cytoplasma verlassen, dem
Kreatinin. Die Kreatin-Kinase (CK) ist das Schlüsselenzym des ganzen Systems und ihre
Konzentration hängt vom Aktivitätszustand des Muskels ab.
Um das Verhalten des Kreatins im Muskel besser verstehen kann ist es sinnvoll die Einteilung
der verschiedenen Muskelfasern zu erläutern. Man unterscheidet zwei Typen von Fasern:
Typ І-Fasern oder ´´slow twitch´´-Fasern (ST-Fasern)
Typ ІІ-Fasern oder ´´fast-twitch´´-Fasern (FT-Fasern)-->2 Subtypen:
Typ ІІA-Fasern --> schnell und über eine längere Dauer (´´fast, fatigue-resistant´´)
Typ ІІB-Fasern --> schnell, aber nur über kurze Dauer (´´fast, fast-fatigue´´)
Ein großer Unterschied der beiden Fasertypen ist, dass die ST-Fasern nur einen aeroben
Metabolismus, unter Sauerstoffverbrauch, und die FT-Fasern beides, einen aeroben und
anaeroben Metabolismus zur Energiegewinnung steuern können (Typ ІІA-Fasern machen
gemischten Stoffwechsel, hingegen Typ ІІB-Fasern weisen nur einen sehr geringen oxidativen
Stoffwechsel auf).
Auch in der Ausstattung mit dem Kreatin/Kreatin-Phosphat-System unterscheiden sich die
beiden Fasertypen. Die FT-Fasern zeigen eine höhere Konzentration an Kreatin-Phosphat
unter Ruhebedingungen auf als ST-Fasern und auch die Aktivität der CK ist deutlich höher.
Dazu kommt, dass FT-Fasern eine höhere Degradationsrate von Kreatin-Phosphat aufweisen,
hingegen die Resynthese von Kreatin-Phosphat in den ST-Fasern schneller von statten geht
(siehe Abb. 5). Dies ist möglicherweise auf den erhöhten aeroben Stoffwechsel in den ST-
Fasern zurückzuführen, der schneller und mehr ATP bringt als ein gemischter aerober und
anaerober Stoffwechsel wie bei den FT-Fasern. Hinzu kommt noch, dass die Kapillarversorgung
der ST-Fasern besser ist und auch eine höhere Dichte an Mitochondrien aufweist.
Die eine Hauptfunktion des Energiepuffers des Cr/PCr-Systems, den wir bei den Rollen
besprochen hatten (siehe unter ATP und ADP Puffer), ist sehr prominent in den FT-Fasern

(siehe auch Abb. 5), was sich in der hohen Konzentration an CPr, aber auch an der hohen
cytosolischen CK-Dichte widerspiegelt und der Prozentsatz der mitochondrialen CK´s nur 5-
10% der ganzen CK´s ausmacht. Während harter Arbeit, stammt die Energie für die Synthese
von ATP gleichzeitig aus der anaeroben Glycolyse, wie auch aus der Pufferfunktion des
Kreatin-Phosphats. Man nimmt an, dass die Pufferfunktion des Cr/PCr-Systems etwa 1/3 der
benötigten Energie liefert.
Abbildung 5: Darstellung der Konzentration an Kreatin-Phosphat bei Ruhe, direkt nach maximaler
Anstrengung und nach einer 60-sekündigen Erholung in den zwei Muskelfaser-Typen: Typ І-Fasern
´´slow-twitch´´ (ST) und Typ ІІ-Fasern ´´fast twitch´´ (FT) im Vergleich (nach R. Paoletti, A. Poli und A.S.
Jackson: Creatine; from basic science to clinical application)
Die andere Hauptfunktion des Cr/PCr-Systems, das Energie-Transport-System, ist seinerseits
mehr in den ST-Fasern repräsentiert und im Herzmuskel. Dies ist auf eine kleinere Konzentration
von PCr im Vergleich zu den FT-Fasern und einen höheren Prozentsatz von mitochondrialen
CK´s, um die 30% der gesamten CK´s, zurückzuführen. Die cytosolischen CK´s sind
demzufolge in den ST-Fasern erniedrigt. Mitochondriale CK´s kurbeln dazu die oxidative
Phosphporylierung in den Mitochondrien an, da sie zum einen ADP regenerieren und zum
anderen dabei H + entsteht, die alle beide wichtige Substanzen bei der Bildung von ATP durch
die Atmungskette sind.
Daneben haben Experimente ergeben, dass die nicht-kontraktilen Prozesse 20-40% des
gesamten Energieverbrauchs einer Muskelkontraktion darstellen. Dazu gehören die Ionen-
Pumpen Na + /K + -ATPase und Ca 2+ -ATPase. Ihre Pumparbeit ist notwendig für die Erhöhung
der cytoplasmatischen Konzentrationen von Na + und Ca 2+ , damit überhaupt eine Kontraktion
zustande kommen kann.
Die Funktion des Systems, die ADP-Konzentration niedrig zu halten, ermöglicht dem Muskel
während seiner Arbeit eine hohe ATP Konzentration gegenüber dem ADP, also eine ständig
sich erneuernde Energiequelle. Natürlich nur bei nicht sehr lang andauernden Anstrengungen.
Eine maximale ATP-Regeneration ist bei sehr raschen aber maximalen Anstrengungen
notwendig. In den ersten Sekunden einer maximalen Anstrengung, wird die notwendige
Energie durch den raschen Verbrauch von PCr und einer gesteigerten anaeroben Glykolyse
geliefert. Es wurde bewiesen, dass während eines 6-sekündigen Sprints auf einem Fahrrad-

Ergometer, etwa 50% der ATP-Regeneration vom PCr kamen und die anderen 50% von der
anaeroben Glykolyse. Hier ist eine sehr hohe Rate der PCr-Nutzung in den ersten paar
Sekunden der Arbeit zu beobachten, so dass bei einer hohen anaeroben ATP-Regeneration
die Rate des PCr um 60-80% abfällt (siehe Abb. 6). Man glaubt, dass der Aufbrauch des PCr-
Speichers während einer harten Arbeit mit der Muskelermüdung in Verbindung steht.
Abbildung 6: Schematische Darstellung wie sich die Konzentration von ATP und Kreatin-Phosphat (PCr)
während eines 10-12-seküdigen Sprints verhält. Die vollen Linien zeigen was passiert ohne oralen
Kreatinzusatz. Wenn PCr sinkt, dann bleibt ATP relativ konstant bis PCr einen sehr niedrigen Level
erreicht. Merke, dass nach 10 s maximaler Anstrengung unter anaerobischen Verhältnissen ATP und PCr
erniedrigt sein können. Die gestrichelten Linien zeigen was passiert mit oralem Kreatinzusatz beim selben
Sprint. Anfangs-PCr ist erhöht und brauch länger um niedrige Werte zu erlangen; ATP kann länger
konstant gehalten werden durch den PCr-Puffer. Für einen 100m-Sprinter ist dies gleichzusetzen mit
einem zusätzlichen Energieschub auf den letzen 20m (nach Michael A. Conway und Joseph F. Clark:
Creatine and Creatine Phosphate; scientific and clinical perspectives)
Man kann einen Schluss ziehen, dass Kreatin und seine phosphorylierte Form eine essentielle
Rolle im Muskelenergiestoffwechsel spielen und ihre Konzentrationen bei hoher Anstrengung
in kritische Bereiche fallen.
Zudem regt ein hoher PCr-Spiegel die Biosynthese von Proteinen in den Mikrosomen am
rauen endoplasmatischen Reticulum (RER) an, was zu einem Zellwachstum führt.
Auch verbraucht die cytoplasmatische CK bei der Resynthese von ATP einen H + -Ion und
kann so, während der körperlichen Arbeit den pH-Wert etwas Puffern.
Zusätzliche Kreatinzunahme im Sport (Supplementation):
In den letzten Jahren und Jahrzehnten, hat Kreatin auch in der Sportwelt für Interesse gesorgt,
da sich die Sportler positive Effekte auf ihre Muskelleistungen erhofften, nachdem es möglich
war Kreatin im Labor herzustellen und es oral einzunehmen.

Abbildung 7: Über die letzten Jahrzehnte wurde das synthetische Kreatin im Sport zu einem wichtigen
Bestandteil, wenn es um Leistungssteigerung geht (nach www.bodybuilding.com/
store/ast/microcreatine.html)
Wir wollen uns jetzt die Aufnahme des Supplement-Kreatins im Magen-Darm-Trakt über die
Aufnahme in die Muskelgewebe bis hin zu den wissenschaftlich belegten Effekten einer
Kreatin-Supplementation in der Muskelzelle selber näher betrachten, um herauszufinden ob
ein Sportler in irgendeiner Form seine Leistung steigern kann.
Aufgrund der Ähnlichkeit des Kreatins zu Aminosäuren wie zum Beispiel Arginin und Lysin
kommt es zu einem Transport über Aminosäure-Transporter aus dem Darmlumen ins Blut.
Hinzu kommt noch ein Transport über GABA- oder Taurin-Transporter, die dem spezifischen
Kreatin-Transporter in den Muskeln sehr ähnlich sind. Schlussendlich ist der parazelluläre
Weg, also am Darmepithel vorbei, auch eine Möglichkeit um das aufgenommene Kreatin ins
Blut zu bekommen. Die Muskelaufnahme erfolgt über den schon angesprochenen spezifischen
Kreatin-Transporter (Cr-T), der Na + -abhängig ist, und identisch mit den Transportern
für Dopamin, GABA und Taurin ist. Da das Kreatin osmotisch wirksam ist, wegen seiner
elektrischen Beladung und zusammen mit Na + in das Cytoplasma gelangt, zieht es Wasser mit
sich in die Zelle nach. Man kann dieses Phänomen durch ein Aufpumpen der Muskeln beobachten
und es macht sich auch in einer Gewichtzunahme in den ersten paar Tagen der Supplementation
sichtbar. Es gibt die Gefahr von Ödemen (Wasseransammlungen im Gewebe),
welche aber nur sehr selten vorkommen. Allerdings ist es wichtig genügend Wasser zu sich zu
nehmen, weil die extrazelluläre Flüssigkeit vermehrt in die intrazelluläre übergeht und es so
zu Kreislauf- und Nierenschäden kommen kann.
Die Verteilung der Transporter ist nicht gleich für die verschiedenen Typen von Muskelfasern.
So haben Typ ІІ -Fasern deutlich mehr Cr-T in ihren Zellwänden, was die logische Erklärung
ist für den höheren Kreatin- bzw. Kreatinphosphatgehalt in diesem Typen von Muskelfaser,
als bei den Typ І-Fasern. Es besteht die Gefahr einer ´´Downregulation´´ der Cr-T,
was bedeutet, dass eine hohe Plasmakonzentration im Blut die Cr-T negativ beeinflussen
kann, so dass weniger Kreatin in die Zelle eingeschleust werden kann. Allerdings wurden
diese Versuche an Ratten durchgeführt und mit sehr hohen Dosen an Kreatin. Die Gruppe um
den Wissenschaftler Tarnopolsky hat beim Menschen ähnliche Versuche durchgeführt und
herausgefunden, dass bei einer Supplementation von 0.125 g/kg Körpergewicht/Tag (das sind
etwa 8 g bei einem 70 kg schweren Mann) nicht zu einer Downregulation der Transporter
kommt. Der Kreatin-Transport ist demzufolge Energie- und Na + -abhängig und ab einem
bestimmten Wert gesättigt.

Die erhöhte exogene Zufuhr (von Außen kommend) von Kreatin in den Körper, hemmt
reversibel das wichtige Enzym der endogenen (im Körper produzierten) Synthese von
Kreatin, die Arginin-Glycin-Amidinotransferase (AGAT). Es gibt also eine negative Rückkopplung
(negatives Feedback) der endogenen Kreatinsynthese, bei erhöhter exogener
Zufuhr. Am Rande sei noch erwähnt, dass Urinproben von Vegetariern verminderte Kreatin
und Kreatinin-Werte haben, was auf eine verminderte exogene Zufuhr zurückzuführen ist und
nicht durch die endogene Synthese kompensierbar ist.
Nach diesen Ergebnissen ist man zu der Schlussfolgerung gekommen, dass eine ideale Dosis
an Kreatin-Supplementation pro Tag einen tiefen zweistelligen Grammwert nicht
überschreiten soll und am Besten unter 10 g am Tag bleiben soll.
Kreatin-Ladung:
Die Kreatin-Ladung während einer Supplementation, ist in den ersten Tagen am höchsten, mit
30% der eingenommenen Dosis in den ersten 2 Tagen, verglichen mit nur 15% in den Tagen
2-4 nach dem Anfang der Supplementation. Es wurde auch bewiesen, dass die initiale Kreatin-Konzentration
vor der Einnahme von Kreatin entscheidend für die spätere Ansammlung in
der Zelle ist (nach Harris et al.). Klar ist noch nicht warum eine Person einen hohen oder
niedrigen Kreatingehalt hat. Interessanterweise, haben Frauen einen höheren Gehalt an Kreatin
als Männer, was womoöglich auf ihre Muskelmasse zurückzuführen ist, und daher die
Kreatin-Verteilung sich auf einem engeren Raum abspielt.
Abbildung 8: Totale Muskelkreatin-Konzentration vor und nach 34 Tagen einer Kreatin-
Supplementation. Es wurde eine Rate von 20 g/Tag die ersten 6 Tage gegeben, danach nur noch 2 g/Tag
(nach R. Paoletti, A. Poli und A.S. Jackson: Creatine; from basic science to clinical application)
Hultman et al. demonstrierten, dass der Muskelkreatin-Speicher beibehalten werden kann,
wenn man nach einer hohen Konzentration von 20g/Tag eine niedrigere Dosis von nur 2g/Tag
einnimmt. Interpretieren kann man dieses Resultat folgenderweise: mit den 20g/Tag bringt
man den Speicher auf seine Sättigung und nach dieser Sättigung, brauch man nur noch etwa

die Dosis zuzugeben, die durch den Abbau von Kreatin zu Kreatinin pro Tag verloren geht
(ca. 2g/Tag) (siehe Abb. 7).
Zusätzlich haben die gleichen Forscher herausgefunden, dass die Kreatinin-Konzentration im
Urin mit dem Anstieg der Kreatin-Konzentration in der Muskelzelle korreliert ab einem
bestimmten Überschreiten eines Grenzwertes. Nach Abbruch der Supplementation von z. B.
20 g Kreatin/Tag über 6 Tage, braucht es mindestens 3 Wochen, damit eine bemerkenswerte
Abnahme des Kreatinin-Gehalts im Urin festszutellen ist. Ein Beweis dafür, dass das Kreatin
nur über die Kreatinin-Produktion aus der Zelle herausgeschleust werden kann und diese trotz
hoher Kreatin-Konzentrationen nur sehr langsam vonstatten geht.
Ein schneller Weg um die Kreatin-Speicher aufzuladen und konstant zu halten ist demnach zu
erreichen, wenn man in den ersten 5-6 Tage hohe Dosen einnimmt, um danach auf kleinere
Dosen umzusteigen. Es macht also keinen Sinn, wie bei vielen Sportlern üblich, über eine
längere Dauer hohe Quantitäten an Kreatin zu sich zu nehmen, um seinen Speicher auf hohen
Werten zu halten.
Optimierung der Kreatin-Ladung:
Die höchste Konzentration an Kreatin im Muskel, also die maximale Beladung der Muskelzelle
(Sättigung), kann bis auf 160 mmol/kg trockener Muskelmasse steigen als Resultat einer
Kreatin-Supplementation. Allerdings wird diese maximale Beladung nur bei 20% der
Versuchspersonen erreicht, 20-30 % scheinen nicht wirklich auf die Supplementation zu
reagieren, da sie nur eine Steigerung von weniger als 10 mmol/kg trockener Muskelmasse
erreichen.
Abbildung 9: Totale Muskelkreatin-Konzentration vor und nach einer Kreatin (Cr)-Supplementation: A)
5 Tage Kreatin (20 g/Tag)-Einnahme und B) 5 Tage Kreatin (20 g/Tag)-Einnahme mit Kohlenhydraten
(CHO) (370 g/Tag) (nach R. Paoletti, A. Poli und A.S. Jackson: Creatine; from basic science to clinical
application)

Nach diesen Resultaten wollten die Wissenschaftler (nach Green et al.) herausfinden, wie es
möglich ist eine optimale Kreatin-Ladung zu erreichen. Sie fanden heraus, dass eine Aufnahme
des Kreatins in einer kohlenhydratreichen Lösung über 5 Tage von 20 g Kreatin/Tag
und 370 g Kohlenhydrate/Tag einen Zuwachs von über 60% herbeiführt. In allen Versuchspersonen
wurde das Maximum von 160 mmol/kg trockener Muskelmasse annähernd erreicht
(siehe Abb. 8).
Jetzt musste eine Erklärung für diese Ergebnisse gefunden werden und Green et al. fanden
schnell die Lösung. Sie experimentierten mit dem durch Kohlenhydrate ausgelösten hohen
Spiegel an Insulin (Hormon das bewirkt, dass Glucose in die Zellen aufgenommen wird).
Insulin soll einen stimulierenden Effekt auf den Kreatin-Transporter in den Muskelzellen
haben. Nach Experimenten mit der gleichen Kreatin-Konzentration, aber verschiedenen
Insulin-Werten, fanden sie raus, dass bei einer hohen physiologischen Konzentration von
Insulin (~100 mU/l) oder überphysiologische Werte (~200 mU/l) die erhöhte Ansammlung
von Kreatin in der Zelle; nicht aber bei niedrigeren Werten wie die physiologischen. Diese
Antwort ist nicht direkt auf das Insulin zurückzuführen, sondern Insulin steigert die Na + /K + -
ATPase (Ionen-Pumpe, die 2 K + in und 3 Na + aus der Zelle transportiert). Somit steigt die
extrazelluläre Na + -Konzentration und es entsteht ein höheres Konzentrationsgefälle für Na+.
Da jetzt der Kreatin-Transporter Na + -abhängig ist, Na + vermehrt in die Zelle einströmen kann
(wegen des hohen Konzentrationsgefälle), kann mehr Kreatin in die Zelle transportiert
werden. Es erfolgt somit eine indirekte Stimulation des Na + -abhängigen Kreatin-Transporters
und nicht eine direkte erhöhte Kreatin-Lieferung durch Insulin.
Weitere neuere Experimente zeigen, dass nicht nur Insulin, sondern auch Catecholamine (wie
Adrenalin und Noradrenalin), IGF-1 (Insulinähnliches-Wachstumshormon 1) und Trijodthyronin
(Schildrüsenhormon, auch unter dem Namen T3 bekannt) den gleichen Effekt
zeigen.
Auswirkungen einer Kreatin-Supplementation auf den Muskel
während des Trainings und der Erholung:
- Effekte einer kurzzeitigen Kreatin-Supplementation:
Die Probanden dieser Studie waren Elite-Radfahrer und bekamen einen Kreatin-Zusatz von
25 g/Tag über 5 Tage oral verabreicht. Nach dieser kurzen Ladungszeit mussten sie sich
einem physischen Test unterziehen, der aus einem Ausdauertraining auf einem Fahrradergometer
gefolgt von kurzen aber maximalen Sprints von 10 Sekunden mit jeweils 2 Minuten
Pause dazwischen und einer Resistenz von 6 kg am Fahrrad. Daneben gab es eine Kontrollgruppe,
die nur ein Placebo verabreicht bekamen und den gleichen Test durchführen mussten,
damit man die Resultate vergleichen konnte.
Zuerst sollten die Radfahrer so lange wie möglich unter Maximalkraft bis zur Erschöpfung
fahren. Ihr Laktatwert der Aufschlüsse auf die Erschöpfung gibt und vorher bestimmt wurde
(hier 4 mmol als Anfangswert), konnte nach diesem Test geprüft werden und ergab, dass die
Placebo-Gruppe 3,4 min. schaffte und einen Laktatwert von 11 mmol hatte; die Kreatin-
Gruppe 2,8 min. bei einem Laktatwert von 12,7 mmol, was keinen signfikanten Unterschied
zeigt. Somit hat die kurzzeitige Kreatin-Supplementation keine Auswirkungen auf die
Ausdauer.

Da die Sprints direkt nach dem Ausdauertraining gemacht wurden; jeweils 5, waren die
Kreatin-Gruppe gegenüber der Placebo-Gruppe um 9-10% besser was den ´´Kraft-Output´´
betrifft.
Diese Studie zeigt, dass kurzzeitige Kreatin-Supplementation also nicht die Ausdauer fördert,
sondern während oder nach einem Ausdauertraining die gelieferte Kraft bei Sprints verbessert
wird.
- Effekte auf die Muskelrelaxation und die Resynthese von Kreatin-Phosphat
Man hat herausgefunden, dass eine kurzzeitige Kreatin-Ladung eine Erhöhung des gesamten
Muskelkreatin-Gehalts um 10-15% bringt, was gleichermaßen das freie Kreatin und das
Kreatin-Phosphat betrifft. Allerdings gibt es keine Beweise dafür, dass die Resynthese von
Kreatin-Phosphat schneller abläuft in Muskelzellen mit hohem kurzzeitigem Kreatin-Gehalt,
als in Muskelzellen ohne Kreatin-Supplement. Es gibt demnach kein Effekt auf die
Resynthese von Kreatin-Phosphat.
Anders sieht es bei der Muskelrelaxation aus, wo wieder Probanden Placebo oder Kreatin-
Supplement über 5 Tage und 20 g/Tag bekamen um danach einen Test durchzuführen. Es
wurde die Zeit gemessen die ein Muskel brauch um sich nach einer maximalen isometrischen
Muskelkontraktion zu entspannen. Die Versuchspersonen mussten 12 maximale isometrische
Flexionen des Ellenbogens machen von 3 Sekunden mit Intervallen von 10 Sekunden auf
einem Dynamometer. Die Entspannungszeit des Muskels wurde definiert als Zeit die der
Muskel brauch um von 75% auf 25% seines Drehmoments zu verlieren. Für die Placebo-
Gruppe kam man auf etwa 8,6 ms, hingegen bei der Kreatin-Gruppe auf etwa 4,0 ms nach der
ersten Kontraktion. Nach Anstieg der Wiederholungen stieg auch die Relaxationszeit des
Muskels aufgrund der Ermüdung, war jedoch immer kleiner bei der Kreatin-Gruppe als bei
der Placebo-Gruppe. Diese Studie zeigt, dass die Entspannungszeit des Muskels abnimmt bei
einer Kreatin-Supplementation.
Da eine langsame Muskel-Entspannungszeit karakteristisch für oxidative Muskelfasern, also
für Typ І-Fasern, kann dies bedeuten, dass Menschen mit höherer Konzentration an diesen
Muskelfasern am Besten auf eine Kreatin-Supplementation ansprechen. Aber Typ ІІ-Fasern,
wie wir gesehen haben, haben eine höhere Kreatin-Phosphat -Konzentration als Typ І-Fasern.
Deshalb erreichen Muskeln mit gemischten Fasern den größten Kreatin-Speicher bei einem
Zusatz an Kreatin.
Diese kurzzeitige Kreatin-Supplementation wird eigentlich in der Praxis bei Sportlern nicht
angewendet, sondern es dient mehr Forschungszwecken. Wie wir gesehen haben geht man
davon aus, dass es am Besten ist, wenn man zuerst eine kurze Ladephase mit hohen Dosen
von 4-5 Tagen und 20-25 g Kreatin/Tag macht um die Speicher zu Sättigen und dann nur
noch die kleine Dosis (1,5-8 g/Tag je nach Training) zu sich nehmen, damit der Kreatinabbau
von etwa 2 g/Tag kompensiert wird und die Speicher nicht leer laufen. Im nächsten Abschnitt
wollen wir uns dann auch diesen Effekten widmen.
- Effekte einer chronischen Kreatin-Supplementation:
Eines der ersten bekannten Phänomene die eine längere Kreatin-Zunahme bewirken sollen, ist
der Effekt, dass es auf das neuromuskuläre System wirkt und eine Muskelhypertrophie
stimuliert. Hierfür wurde eine Studie durchgeführt, in der wieder eine Placebo-Gruppe

teilnahm und eine Kreatin-Gruppe die zuerst 20 g Kreatin/Tag über 5 Tage bekamen und dann
während 10 Wochen eine tägliche Dosis von 5 g. Die Freiwilligen waren alle untrainierten
Frauen. Nach der Ladungsphase starteten die Frauen ein Krafttraining-Programm das 3x die
Woche stattfand. Es bestand aus 7 Übungen, mit jeweils 5 Serien und 12 Wiederholungen mit
einem Gewicht von 70% des Maximalgewichtes. Die hohe Dosis am Anfang brachte eine
Steigerung der Kreatin-Phosphat -Konzentration von 6% bei der Kreatin-Gruppe, relativ zu
der Placebo-Gruppe und wurde während der 10 Wochen beibehalten. Krafttraining in Kombination
mit der oralen Kreatin-Zunahme zeigt eine Steigerung der fettfreien Körpermasse
(siehe Abb. 9), gegenüber der Gruppe die kein Kreatin zusätzlich genommen hat. Am Ende
der 10 Wochen sieht man in der Placebo-Gruppe eine durchschnittliche Steigerung von 1,6 kg
fettfreier Körpermasse wo hingegen in der Kreatin-Gruppe eine durchschnittliche Steigerung
von 2,6 kg zu verzeichnen ist. Kreatin hat aber keine Auswirkungen auf den Prozentsatzverlust
von Körperfett. Des Weiteren stimulierte Kreatin den Gewinn von Muskelkraft und
Energie während des Trainings.
Abbildung 10: Gewicht, Prozentsatz von Körperfett und fettfreier Köpermasse vor Beginn eines
Krafttraining-Programms (3 Stunden/Woche), nach 5 Wochen und nach 10 Wochen. Vergleich einer
Placebo-Gruppe zu einer Kreatin-Gruppe (5 g Kreatin/Tag) (nach R. Paoletti, A. Poli und A.S. Jackson:
Creatine; from basic science to clinical application)
Eine andere Studie hat zudem noch beweisen können, dass Kreatin eine Verbesserung des
Aufbaus von Muskelmasse und deren funktionale Kapazität aufgrund eines Trainings mit
hohen Widerständen hervorruft. Diese Stimulation der Muskelhypertrophie durch Kreatin ist
maßgebend an einer Leistungssteigerung bei kraft- und energieleistenden Sportlern beteiligt.
Man kann sich sogar diese Stimulation in der heutigen Medizin zu Nutze machen, indem es
der Muskelatrophie entgegen wirken könnte in verschiedenen Krankheiten.

Nebenwirkungen der Kreatin-Supplementation:
Es gibt viele Anekdoten über die Nebenwirkungen einer Kreatin-Supplementation bei Sportlern,
doch bis jetzt wurden keine wirklich schwerwiegenden Nebenwirkungen wissenschaftlich
festgestellt.
Es kann vorkommen, dass man durch orale Einnahme von Kreatin leichte Blähungen oder
Magenkrämpfe bekommen kann. Sie ist auf eine gleichzeitig verminderte Wasseraufnahme
zurückzuführen. Das relativ schlecht lösliche Pulver im sauren Milieu des Magens verweilt
länger.
Vor allem in der Ladephase, kann es zu Muskelkrämpfen in den Beinen kommen. Das
Kreatin-Phosphat bindet Magnesium und somit ein Magnesiummangel in der Muskelzelle
auslöst. Ein ausreichende Flüssigkeitseinnahme oder gegebenenfalls eine Magnesiumergänzung
kann hier für nötige Abhilfe sorgen.
Eine Gewichtszunahme bei oraler Kreatinanwendung ist wahrscheinlich auf die Steigerung
der fettfreien Körpermasse zurückzuführen, da das Kreatin dafür sorgt, dass eine größere
muskuläre Arbeit während des Trainings durchgeführt werden kann und dadurch auch ein
Wachstum der Muskulatur zustande kommt. Vor allem wieder in der Ladephase haben wir
eine vermehrte Gewichtszunahme. Dieser Effekt ist zu erklären durch die vermehrte Wasserretention
in den Muskelgeweben durch die osmotische Wirkung des Kreatins. Um Krämpfe
und Blähungen so gering wie möglich zu halten, soll ein Sportler in dieser Phase sehr viel
Wasser zu sich nehmen, das in den Muskelgeweben gespeichert wird. Es ist also wichtig viel
Flüssigkeit zu sich zu nehmen, wenn man eine Kreatin-Supplementation durchführt.
Eine durch Kreatin ausgelöste renale Dysfunktion konnte bisher nicht nachgewiesen werden,
auch wenn davon immer wieder berichtet wird. Es wurde nur festgestellt, dass eine Vorschädigung
der Nieren zu einer renalen Dysfunktion führen kann, diese aber reversibel ist, wenn
das Kreatin sofort wieder abgesetzt wird.
Klinische Anwendung von Kreatin:
Kreatin kann nicht nur in der Sportmedizin angewendet werden, sondern werden auch in der
Humanmedizin in verschiedenen Bereichen erfolgreich eingesetzt:
- Positive Effekte auf den Herzmuskel:
Zwar hat die Kreatin-Supplementation keine direkte signifikante Einwirkung auf die Herzvolumen-Leistung,
doch kann bei herzkranken Patienten die Beinmuskulatur deutlich gestärkt
werden, was zu einer höheren Lebensqualität führt (Andrews et al., 1998). Außerdem hat man
bei Herzoperationen festgestellt, dass wenn man in die kardioplege Lösung (Lösung die zum
Herzstillstand führt) Kreatin-Phosphat zuführt, sich der Herzmuskel schneller erholt nach der
Operation (Tronconi und Saks, 1989). Positive Wirkung wurde auch bei Patienten mit chronischem
Herzversagen erreicht (Grazioli et al., 1992) und bei der Behandlung von Herzrythmusstörungen
und nach Herzinfarkten (Ruda et al., 1988)

- Positive Effekte auf die glatte Muskulatur:
Auch die glatte Muskulatur profitiert anscheinend von einem Kreatin-Zusatz. So wurde festgestellt,
dass Patienten mit Muskelschwund, die unter anderem mit Kreatin behandelt wurden,
nachher eine verbesserte Darmmotilität aufwiesen. Da Kreatin auch in den Blutgefäßen und
Lungenbronchioli vorkommt, erhofft man sich dadurch eine Verbesserung des Kreislaufsystems
bei Hypertonie (Bluthochdruck) und bei obstruktiven Lungenerkrankungen wie z. B.
Asthma.
- Effekte auf das Wachstum von Knochen und Knorpel:
Zellkulturen mit Osteoblasten haben bewiesen, dass Kreatin auch hier eine Förderung beim
Aufbau von Knochensubstanz fördert. Es wird angenommen, dass das Kreatin-System hilft
die für das Wachstum wichtige Energie zu liefern, denn die ganzen Prozesse der Mineralisierung
und Umbau von Knochen- und Knorpelgewebe ist sehr energieraubend für den Organismus.
In Experimenten bei Ratten mit Kreatinanaloga (z.B.Guanidino-Propionsäure), die
das Kreatin-System hemmen, wurde gezeigt, dass die Abwesenheit von Kreatin zu schweren
Missbildungen führt. Kreatin kann also bei der Heilung von Knochenbrüchen oder nach
Prothese-Operationen eingesetzt werden, um die Heilungsprozesse zu beschleunigen und zu
optimalisieren. Auch der Verlauf von Osteoporose könnte mit Hilfe von Kreatin gebremst
werden (nach Gerber und Wallimann, 1998).
Allerdings ist die Wirkungsweise von Kreatin im Knochen noch nicht erforscht und bedarf
noch einiger wissenschaftlicher Studien.
- Effekte auf Gehirn und neurodegenerative Erkrankungen:
Das ganze Kreatin-System wird auch vermehrt im Gehirn gefunden, vor allem in den Nervenzellen
die wichtig für Bewegung und Koordination (Purkinje-Zellen im Kleinhirn) oder für
Lernen und Gedächtnis (Nervenzellen des Hippocampus) sind (Kaldis et al., 1996). Folglich
kann Kreatin eine Leistungssteigerung dieser Gehirnbereiche hervorrufen. Bei einem Gendefekt
in der Kreatin-Synthese, die Guanidinoacetat-Aminotransferase, zeigen Kinder viele
neuronale Störungen wie Entwicklungs- und Bewegungsstörungen, aber auch autistisches
Benehmen und Hypotonie. Diesen Störungen konnte mit einer Kreatin-Supplementation
entgegen gewirkt werden und sogar teilweise ganz verschwinden lassen. Neuste Befunde
zeigen sogar, dass neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson oder auch
Chorea Huntington ein wenig gemildert werden konnten (Matthews et al., 1998).
Kreatin hat also eine Schutzfunktion im Gehirn die auch vor Sauerstoffradikalen oder Sauerstoffmangel
schützen soll. Man konnte auch noch beweisen, dass die mitochondriale Kreatin-
Kinase eine wesentliche Rolle im programmierten Absterben von Zellen (Apoptose) spielt, da
dieser ganze Prozess unter anderem vom Mitochondrium ausgelöst wird. In dieser Richtung
sind der Forschung über Kreatin noch keine Grenzen gesetzt (O´Gorman et al., 1997 und
Brdizca et al., 1998)
- Effekte in der Gynäkologie:
Das Vorkommen der CK-BB (Isoform der Kreatin-Kinase) und mitochondrialer CK in hohen
Konzentrationen in der Gebärmutter und der Placenta bei einer Schwangerschaft wird genau
reguliert und ist vor allem im letzten Drittel der Schwangerschaft überproportional in diesen

Geweben repräsentiert. Tatsächlich ist die Kreatin-Kinase das am Besten von Oestrogenen
regulierte Protein (Thomure et al., 1994).
Es ist also denkbar, dass eine Kreatin-Supplementation im letzten Abschnitt der Schwangerschaft
eine bevorstehende Geburt erleichtern könnte. Vor allem der Geburtsvorgang kann
durch gestärkte Gebärmuttermuskulatur erleichtert werden, aber auch dem Foetus bei Wachstum
und neuronaler Entwicklung helfen. Es gibt jedoch noch keine Studien am Menschen
über diese Effekte.
Wir haben auch schon gesehen, dass in Spermien das Kreatin-System auch vorhanden ist und
hier zumindest bei Tieren eine wesentliche Energiequelle für die Fortbewegung der Spermien
darstellt. Wissenschaftler streiten noch über die Wirkung von Kreatin bei menschlichen
Spermien und den Einfluss auf die männliche Fruchtbarkeit.
- Effekte auf das Immunsystem:
Macrophagen, die Fresszellen des Körpers, die wichtig in der Eliminierung von unerwünschten
Eindringlingen sind (wie Bakterien oder Viren), besitzen auch das Kreatin-System. Bei
der Phagozytose benutzen sie vorwiegend dieses System als Energiequelle. Besonders bei
systemischen Infektionen soll eine Kreatin-Supplementation eine positive Schutzfunktion
darbieten und als Energiepuffer dienen (Lara et al., 1998)
- Effekte auf Blutfettwerte und Entzündungen:
Eine Studie hat ergeben, dass Kreatin mit einer täglichen Dosis von 5 g über 56 Tage
eingenommen, die Cholesterinwerte um 6%, die Triacylglyceride um 23% und auch das LDL-
C (Low Density Lipoprotein-C, Transportiert das Cholesterin von der Leber zu den Zellen im
ganzen Körper) um 22% senken konnten (Earnest et al.,1996).
Eine indische Forschergruppe konnte nachweisen, dass Kreatin eine entzündungshemmende
und schmerzlindernde Wirkung haben kann (Khanna und Madan, 1978). Kurz sei noch
erwähnt, dass es in Tiermodellen sogar gelungen ist mit Kreatin oder Kreatinanaloga das
Wachstum von Tumoren zu bremsen oder sogar ganz zu stoppen. Diese Forschung steckt aber
noch in den Kinderschuhen, so dass erste Resultate beim Menschen erst in ein paar Jahren zu
erwarten sind.
Ermittlung der Kreatin/ Kreatin-Phosphat -
Konzentrationen mittels 31P-MR-Spektroskopie:
Wir haben gesehen, dass im Muskel etwa 95 % des Gesamtkreatins vorhanden sind und der
Rest in glatter Muskulatur, Herzmuskulatur, Gehirn und kleine Mengen in anderen Organen,
die energetisch aktiv sind. Wie ist man eigentlich auf diese Resultate gekommen? Man hat
extra dazu eine Methode entwickelt um den Energiestoffwechsel einer Zelle genau unter die
Lupe zu nehmen. Bei dieser Methode handelt es sich um die 31 P-NMR-Spektroskopie in der
das Verhalten von Phosphor-Atomen in einem sehr starken Magnetfeld aufgezeichnet werden
können. Da das Phosphor-Atom das wichtigste Atom des ganzen Energiestoffwechsels darstellt,
schaut man sich eben das Verhalten dieses Atoms in so einem Magnetfeld an. Eine

solche Methode ermöglicht eine nicht-invasive, in vivo Darstellung der Moleküle die mit dem
Energiestoffwechsel in Verbindung stehen; also vor allem ATP und freies Phopsphat aber
eben auch das Kreatin/Kreatinphosphat-System kann hiermit erfasst werden und Konzentrationen
errechnet werden. Zusätzlich kann man auch den Laktat-Wert in der Zelle bestimmen
und daraus einen intrazellulären pH-Wert errechnen. Man kann also mit dieser Methode
einem Muskel bei seiner Arbeit indirekt ´´zusehen´´ und die Veränderungen des Stoffwechsels
während körperlicher Arbeit oder in der Regenerationsphase feststellen. Nicht nur
experimental ist diese Art der Untersuchung ein wichtiges Standbein, sondern auch in der
praktischen Medizin bei der Diagnose von Muskelerkrankungen, Herzerkrankungen oder
auch neurologische Erkrankungen, da oft der verminderte energetische Stoffwechsel in diesen
Geweben Aufschluss auf Pathologien gibt.
In Abbildung 10 sieht man ein solches Spektrum was mit einer 31 P-NMR-Spektroskopie
erfasst wurde. In der Klinik wird sie seit geraumer Zeit zur Bestimmung von Herzhypertrophien
und Herzinsuffizienzen oder Herzversagen benutzt. Sie erlaubt eine recht gute, nichtinvasive
Diagnose einer solchen Pathologie.
Abbildung 11: 31P-MR-Spektroskopie isolierter Rattenherzen, perfusiert mit Glucose und an einer
isometrischen Kraft von 70 cm H2O. Das Spektrum A ist von einer Kontrollratte und Spektrum B von
einem hypertrophen Rattenherzen. Man kann an den Kreatin-Phosphat (PCr)- und ATP-Peaks (-
Spitzen) feststellen, dass das hypertrophe Herz ein niedrigeres PCr/ATP-Verhältnis hat (nach Michael A.
Conway und Joseph F. Clark: Creatine and Creatine Phosphate; scientific and clinical perspectives)

Ein kleiner Einblick in die Evolution..
Meyerhof und Lohmann (1928) entdeckten in den Muskeln von Garnelen, dass bei einer Muskelkontraktion
der Spiegel von Arginin-Phosphat sank, so wie man es bei Wirbeltieren mit
Kreatin-Phosphat schon lange vorher festgestellt hatte. Etwas später (Elodi und Szorenyim,
1956; Morrison et al., 1957) fand man auch das Enzym das zuständig für die Phosphorylation
der Aminosäure Arginin ist, die Arginin-Kinase und stellte fest, dass sie eine sehr ähnliche
Struktur und Funktionsweise wie die Kreatin-Kinase hat. Dies Arginin-Kinase und das
Arginin-Phosphat sind also spezifisch für die wirbellosen Tiere, da sie auch in Insekten und
anderen wirbellosen Tieren wie die Garnele gefunden wurde. Die Arginin-Kinase wurde noch
nicht bei einem Wirbeltier nachgewiesen, doch es gibt offensichtlich wirbellose die auch eine
Kreatin-Kinase besitzen (z.Bsp Schwämme, Ringelwürmer, Stachelhäuter und Chordatieren)
(Watts, 1971).
Abbildung 12: Caridina japonica, die Amanogarnele. Sie besitzt wie alle wirbellosen Tiere das Arginin-
Phosphat-System (aus der Wikipedia-Datenbank)
Die Phosphagene und Kinasen der Vertebraten befinden sich nicht nur im Muskel, sondern
wurden auch in anderen nicht-muskulären Geweben wie Leber, Nieren, Milz und Hoden
gefunden. Da die Leber und Milz sehr gut durchblutet sind, geht man davon aus, dass die
hohen Konzentrationen des Kreatin-Systems in diesen Geweben durch die glatte Muskulatur
der Gefäße zustande kommen. Bei Invertebraten wurden nur Aktivitäten des Systems in den
Gameten (Spermien und Eier) gefunden. Bei Seeigel, die zu den Stachelhäutern gehören und
deswegen beide Arten von Kinasen besitzen (Arginin- und Kreatin-Kinase) wurden zum
Beispiel in den Spermatozoen nur Kreatin-Kinasen festgestellt und in den Eiern nur Arginin-
Kinasen, aber später in den Muskeln des Erwachsenen konnten beide Spezies nachgewiesen
werden (Moreland, 1967).
Den Grund für den Unterschied in der Ausstattung des Phosphagen-Systems zwischen
Wirbeltieren und wirbellosen Tieren ist noch nicht völlig geklärt. Man weiß noch nicht so
richtig warum die Evolution sich bei den sich später entwickelnden Vertebraten ein neues

System ´´überlegt´´ hat. Es ist möglich, dass der Transport von energiereichen Phosphaten ein
Vorteil des Kreatin-Systems gegenüber dem Arginin-System, da Kreatin nur in Verbindung
mit Energie eingeschaltet wird, hingegen Arginin noch in vielen anderen metabolischen
Reaktionen eine große Rolle spielt. Da die Vertebraten immer kompliziertere Organismen
wurden im Vergleich zu den Invertebraten, könnte eine große Variation des Arginin-Spiegels
bei den Wirbeltieren zu schwerwiegenden Problemen geführt haben. Wenn man zum Beispiel
bedenkt, das Arginin wichtig in der Bildung von NO (Stickstoffmonoxid) ist:
Arginin --> NO + Citrullin
Dieses Stickstoffmonoxid hat eine große Bedeutung in der Übertragung von lokalen Zellantworten
und kann eine Vasodilatation der Gefäßmuskulatur auslösen über die Produktion in
den Endothelzellen. Wenn der Arginin-Spiegel eben gerade in dem Augenblick, also bei
körperlicher Anstrengung, niedrig wäre, weil es im Energietransport gebraucht wird, könnte
keine genügende Gefäßerweiterung für die nötigen Metabolite wie Sauerstoff oder Glucose
stattfinden.
Somit hat sich die Evolution für ein spezifisches System bei den Vertebraten ´´entschieden´´.
Literatur:
- Michael A. Conway und Joseph F. Clark:
Creatine and Creatine Phosphate; scientific and clinical perspectives, 1996 (Academic Press,
Harcourt Brace & Company, Publishers; San Diego, London, New York, Boston, Sydney,
Tokyo und Toronto)
- R. Paoletti, A. Poli und A.S. Jackson:
Creatine; from basic science to clinical application, 2000 (Kluwer Academic Publishers;
Dordrecht, Boston und London)
- Jan Koolman und Klaus-Heinrich Röhm:
Taschenatlas der Biochemie, 2003 (Georg Thieme Verlag; Stuttgart und New York)
- Deetjen, Speckmann, Hescheler:
Physiologie, 2005 (Urban & Fischer; München und Jena)
- http://www.myogenic.de/artikel/creatin/
- http://www.leistungssport.com/index.php?site=72&unav=1234567942
- http://www.wikipedia.org/
- http://gin.uibk.ac.at/thema/sportundernaehrung/kreatin.html
- http://ntbiouser.unibe.ch/trachsel/teaching/creatin/CreatinCreatinin.html#Stoffwechsel
- http://www.svl.ch/reports/kreatin_wallimann_mt.html