Was passiert im Körper während eines Marathons?

Einen Marathon zu laufen, ist eine extreme Belastung für das Herz-Kreislauf-System. Das spürt jede Läuferin, jeder Läufer – mehr oder weniger. Aber was passiert im Körper konkret während des Laufs? Schon Ende des 19. Jahrhunderts fand die Medizin heraus, dass ein Marathonlauf zu messbaren Veränderungen am Herzen führt. Seither wurde immer weiter geforscht – bis heute. Wir haben mit Fachleuten gesprochen, die sich besonders für die Physiologie des Marathonlaufs interessieren.

Was passiert mit Herz, Muskeln und Gehirn während eines Marathons?

Eine Ausdauerleistung wie Marathonlaufen fordert den ganzen Organismus. „Herz, Muskeln und Gehirn werden durch den hohen Sympathikus-Tonus, also die verstärkte Aktivierung, stark beansprucht“, erklärt Felix Hohendanner. Der Kardiologe ist Oberarzt am Deutschen Herzzentrum der Charité in Berlin und auch Teil des Heart-Beat-Studienteams, das aktuell die Erholungsphase nach einem Marathon erforscht.

Durch den aktivierenden Teil des vegetativen Nervensystems während eines langen Laufs – den gesteigerten Sauerstoff- und Energieumsatz, die zunehmende Glykogennutzung, die Wärmebelastung sowie zentrale und periphere Ermüdung – ergebe sich eine nachlassende Leistungsfähigkeit von Gehirn und Nervensystem beziehungsweise der Muskulatur. Wie dieser Prozess physiologisch in den einzelnen Rennphasen abläuft, sehen wir uns jetzt genauer an.

Vor dem Start: mit Herzklopfen in Bereitschaftsmodus

Im Startblock ist es aus mit der Ruhe, noch bevor der erste Schritt getan ist. „Der Körper stellt sich bereits auf die bevorstehende Belastung ein“, erläutert Maximilian Grummt, Assistenzarzt an der Abteilung für Sportmedizin der Charité Berlin; auch er ist Mitglied des Heart-Beat-Studienteams. „Durch die Aktivierung des Sympathikus steigen Herzfrequenz und Katecholamine.“

Die sogenannten Katecholamine sind eine Gruppe von körpereigenen Hormonen wie Adrenalin und Noradrenalin, die den Körper auf Stress und körperliche Belastung vorbereiten. „Auch Cortisol kann als Teil der Stressreaktion ansteigen. Gleichzeitig werden Energiereserven mobilisiert“, so Grummt weiter. Läuferinnen und Läufer kommen so schon vor dem Start physisch und psychisch in den Bereitschaftsmodus.

Die ersten Kilometer – Energie- und Sauerstoffbedarf steigen

Mit dem Start steigt der Energiebedarf der Muskulatur schlagartig. Herzfrequenz, Schlagvolumen und Herzzeitvolumen steigen, die Atmung verstärkt sich. Das Herz muss mehr Blut und damit mehr Sauerstoff zu den arbeitenden Muskeln transportieren.

„Bei Beginn in moderatem Tempo geht der Körper in einen aeroben steady state über; Sauerstoffaufnahme und Ventilation steigen an, während Muskel- und Leberglykogen den Hauptbrennstoff stellen“, so Sportmediziner Grummt. „Die Hauptgefahr ist ein zu schneller Start mit überproportionalem Glykogenverbrauch.“

Welche Auswirkung haben Sauerstoffaufnahme und die persönliche VO₂max für den Marathon?

Während des Laufs nutzen Läuferinnen und Läufer etwa 75 Prozent ihrer maximalen Sauerstoffaufnahme, VO₂max. In der Regel gibt dieser Wert die Obergrenze der aeroben Leistungsfähigkeit an und beim Vergleich unterschiedlicher Leistungsstärken ist die VO₂max der wichtigste einzelne Faktor für die Ausdauerleistung (Grummt 2026).

„Vergleicht man dagegen Läuferinnen und Läufer mit ähnlichem Leistungsniveau, reicht die VO₂max allein nicht aus. Dann spielen auch die Laufökonomie, also wie effizient man läuft, und die Ausnutzung der VO₂max eine wichtige Rolle. Entscheidend ist also, wie viel Prozent der maximalen Sauerstoffaufnahme man über eine längere Strecke aufrechterhalten kann.“ Bei ähnlich leistungsstarken Läuferinnen und Läufern sei daher die Geschwindigkeit an der Laktatschwelle ein besonders guter Einzelwert, der zeigt, wie schnell man über längere Zeit laufen kann, ohne dass die Belastung zu stark ansteigt.

Die Mitte des Rennens: Energiestoffwechsel auf hohem Niveau

Etwa zwischen Kilometer 10 und 25/30 befindet sich der Läufer oder die Läuferin physiologisch in einer Art dynamischem Gleichgewicht: Sauerstoffaufnahme, Herz-Kreislauf-System und Energiestoffwechsel arbeiten kontinuierlich auf hohem Niveau. Aber mit jedem Kilometer werden Muskel- und Leberglykogen weiter abgebaut. „Herz- und Atemfrequenz steigen und die Glykogenspeicher entleeren sich fortschreitend“, stellt Grummt fest.

Gleichzeitig nimmt die Flüssigkeits- und Wärmebelastung zu; die muskuläre Ermüdung beginnt sich zu summieren – die Belastung wird im ganzen Körper spürbarer.

Wie entwickelt sich die Ermüdung während des Laufs?

Bei längeren Ausdauerbelastungen liefern Kohlenhydrate – besonders bei höherer Intensität – schnell und effizient die notwendige Energie. „Mit zunehmender Dauer und abnehmenden Glykogenspeichern steigt der Anteil der Fettoxidation“, so Grummt. „Da die Energiegewinnung aus Fett pro verbrauchtem Sauerstoff weniger leistungsfähig ist als aus Kohlenhydraten, kann dadurch das aufrechterhaltbare Tempo sinken.“ Ein ausgeprägter Glykogenmangel könne zudem die Muskelkontraktion beeinträchtigen. Gleichzeitig tragen verschiedene Veränderungen des Stoffwechsels zur Ermüdung der Muskulatur bei.

Was helfen kann: Gut getimetes und im Training ausgetestetes Fueling; die Aufnahme von Kohlenhydraten kann bei längeren Belastungen die Energie-Verfügbarkeit aufrechterhalten und die Ermüdung hinauszögern.

Welche Rolle spielen Thermoregulation und Flüssigkeitsverlust während des Laufs?

Beim Marathon produziert die Muskulatur viel Wärme. Nur ein kleiner Teil der chemischen Energie aus den Nährstoffen wird in mechanische Arbeit umgesetzt – der Rest fällt als Wärme an. Mithilfe der Hautdurchblutung reguliert der Körper seine Temperatur: Blut wird aus dem Körperinneren zur Haut transportiert, dort wird die Wärme abgegeben. Zusätzlich verliert der Körper Flüssigkeit über Schweiß – der verdunstet und wirkt kühlend. Bei warmen Wetterbedingungen steigen deshalb Hautdurchblutung und Schweißrate. Dadurch wächst die Belastung für das Herz-Kreislauf-System: Es muss gleichzeitig die arbeitende Muskulatur mit Blut versorgen und den erhöhten Bedarf der Thermoregulation decken.

Vorsicht bei Hitze und Dehydrierung

Durch das Schwitzen verliert der Körper hypotone Flüssigkeit, wodurch das Plasmavolumen sinkt und die Plasmaosmolalität steigt (Grummt 2026). Die Plasmaosmolalität misst die Konzentration aller gelösten, osmotisch wirksamen Teilchen im Blutplasma, um die Wasserbilanz des Körpers zu beurteilen. Das verringerte Blutvolumen reduziert das Herz-Schlagvolumen, sodass die Herzfrequenz im Gegenzug ansteigt. „Gleichzeitig wird die Aufrechterhaltung einer ausreichenden Hautdurchblutung erschwert, wodurch die Wärmeabgabe abnimmt und die Kerntemperatur stärker ansteigen kann. Diese Effekte sind besonders ausgeprägt, wenn Dehydrierung und Hitze zusammenkommen.“

Flüssigkeitsverlust nicht einfach auszugleichen

Zu viel Trinken ist auch problematisch, da eine übermäßige Flüssigkeitsaufnahme das Risiko einer belastungsassoziierten Hyponatriämie erhöhen kann. Von einer Hyponatriämie wird gesprochen, wenn die Konzentration von Natriumionen im Blutserum unter 135 mmol/l sinkt. Daher folgert Grummt, dass ein Trinken nach Durst beziehungsweise ein individuell angepasstes Trinkverhalten in der Regel sinnvoller sei, als der Versuch, während der Belastung jeden Flüssigkeitsverlust – teilweise sogar übermäßig – auszugleichen.

Nach Kilometer 30: Kommt der „Mann mit dem Hammer“?

Das HWT- („Hitting the Wall“) oder „Mann mit dem Hammer“-Phänomen muss nicht, kann aber auftreten. Dann sind die Energiereserven meist ziemlich aufgebraucht und man hat auch nicht rechtzeitig „aufgetankt“. Das Energie-Level sinkt dann plötzlich extrem ab, und zwar extremer als die erwartbare Ermüdung nach etwa 30 Kilometern.

Eine Analyse, die sich mit vier Millionen Renndaten bei 270 Marathonläufen beschäftigt, zeigt, dass dieses Phänomen stark mit Pacing und Fueling zusammenhängt. Läuferinnen und Läufer, die zu schnell starten oder ihre Kohlenhydrat- oder Flüssigkeitsversorgung nicht ausreichend beachten, erhöhen ihr Risiko „gegen die Wand zu laufen“ oder auf den „Mann mit dem Hammer“ zu treffen. Das Rennen kann dann manchmal nur noch gehend beendet werden – oder gar nicht. Interessant: Die Analyse weist auch darauf hin, dass Männer (28 Prozent) öfter auf die Wand treffen als Frauen (17 Prozent). Die Autoren erklären das mit dem unterschiedlichen Pacing-Verhalten. Männer überschätzen ihre Leistungsfähigkeit offenbar häufiger und gehen den Marathon aggressiver an.

Um dem „Mann mit dem Hammer“ auszuweichen, empfiehlt Sportmediziner Grummt, eine konstante Kohlenhydratzufuhr während des gesamten Marathons von optimalerweise mindestens 60 Gramm Kohlenhydrate pro Stunde – als Glukose-Fruktose-Mix.

Die letzten Kilometer – fokussiert ins Ziel

Der Organismus läuft am Anschlag, bei maximaler Herzfrequenz. Schmerzen oder schwere Beine machen sich vielleicht vermehrt bemerkbar, aber auch das Gegenteil kann der Fall sein. Nervige Störungen, wie eine neue Blase oder ein Muskelziehen verschwinden oder werden einfach nicht mehr wahrgenommen.

In dieser letzten Phase fokussieren sich alle Kräfte aufs Ziel:

• eine Rennstrategie mit gutem Pacing und Fueling kann eventuell Energiereserven mobilisieren und eine „zweite Luft“ ermöglichen
• trotz maximaler kardiovaskulärer Beanspruchung wirken auch mentale Faktoren: Zielnähe und Motivation können ein zusätzliches Tempoplus bewirken (Grummt 2026)
• das Tempo zu halten oder gehend zu finishen ist jetzt beides ein Kraftakt – mit oder ohne Endspurt

Zieleinlauf und direkt danach

Mit dem Zieleinlauf endet die mechanische Laufleistung ziemlich abrupt, aber das Herz-Kreislauf-System und der Stoffwechsel bleiben erstmal hoch aktiviert. Herzfrequenz und Ventilation sinken nur allmählich, nicht schlagartig.

„Das abrupte Wegfallen der Muskelpumpe begünstigt venöses Pooling mit Blutdruckabfall beim Stehenbleiben“, erklärt Maximilian Grummt und rät: „Daher nach dem Zieleinlauf versuchen, weiterzugehen.“

Gleichzeitig solltest du direkt mit der Erholungsphase starten:

• Trinke ausgiebig, um Flüssigkeits- und Elektrolytverluste auszugleichen.
• Fülle mit einer leichten Nahrungsaufnahme deine Kohlenhydratspeicher langsam wieder auf.
• Deine Muskulatur zeigt jetzt deutliche Belastungszeichen: sie verhärtet oder kann zu Krämpfen neigen. Begonnene Entzündungsprozesse werden „repariert“. Es hilft, nach dem Zieleinlauf langsam weiterzugehen.
• Verschiedene kardiale und renale Biomarker (Herz und Niere betreffend) können vorübergehend verändert sein. Lege Wert auf eine ausreichende Regeneration in den nächsten Tagen und Wochen.

Eine Studie untersuchte 167 Amateur-Marathonläuferinnen und -läufer des Berlin-Marathons: vor, unmittelbar nach und zwei Wochen nach dem Rennen. Bei 58 Prozent stiegen bestimmte kardiale und renale Biomarker nach dem Marathon an; die Autoren fanden jedoch keinen Hinweis auf eine relevante akute Einschränkung der Herz-Funktion. Zudem waren die untersuchten Veränderungen nach zwei Wochen nicht mehr nachweisbar.

Blick zurück – zur ersten medizinischen Marathon-Analyse

Spannend: Auch die allererste medizinische Untersuchung an Marathonläufern, die 1899 beim Boston-Marathon stattfand, kam bereits zu einem ähnlichen Ergebnis.

Die Vergrößerung des Herzens, die Harold Williams und Horace D. Arnold bei dem überschaubaren Läuferfeld von 17 jungen gesunden Athleten feststellten, interpretierten sie als „vorübergehende kardiale Ermüdung nach extremer Belastung“. Ihr Fazit insgesamt: „Wir sehen nicht, wie so ein Wettbewerb irgendwie schädlicher sein könnte als anstrengende körperliche Betätigung, wie zum Beispiel lange Strecken mit dem Fahrrad fahren, schwimmen oder Ähnliches.“

Eine fortschrittliche erste Analyse. Anders als viele medizinische Behauptungen, die noch Jahrzehnte später kursierten – und zum Beispiel Frauen von Ausdauersport ausschlossen. Bis Läuferinnen Ende der 1960er Jahre bewiesen, dass sie Marathon laufen konnten (ohne dass der Uterus dabei „verrutscht“). Aber zurück zur Gegenwart: Was folgert die Wissenschaft aktuell zu den Anpassungen nach dem Lauf?

Welche langfristigen Anpassungen entstehen?

„Ein einzelner Lauf bewirkt meist keine langfristigen Auswirkungen. Bei langfristigen – teilweise über Jahre hinweg regelmäßigen – Ausdauerbelastungen kann es zu einem vergrößerten Herz, höherer mitochondrialer Enzymaktivität, besserer Fettoxidation und niedrigerer Laktatakkumulation kommen“ erklärt Sportmediziner Grummt. Langfristig zeige sich bei höherer kardiovaskulärer Fitness auch eine geringere Sterblichkeit. Und einen Tipp hat er noch für Läufer und Läuferinnen, die einen Marathon laufen wollen: „Bevor man einen Marathon läuft ist die Durchführung einer sportmedizinischen Vorsorgeuntersuchung zu empfehlen, um mögliche gesundheitliche Risiken zu erkennen und gegebenenfalls zu therapieren.“

Fazit