Evaluierung ernährungsbedingter Effekte auf die Kinematik und die Telomerlänge beim alten Hund

Lorke, Malin

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Evaluierung ernährungsbedingter Effekte auf die Kinematik und die Telomerlänge beim alten Hund

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Der Prozess des Alterns führt beim Hund zu vielfältigen Veränderungen, sowohl auf zellulärer als auch auf systemischer Ebene. Es kommt zu einem Rückgang der Anzahl und Teilungsrate intermitotischer Zellen. Dies ist mit einer Verkürzung der Telomere assoziiert, einem Biomarker für das Zellalter. Bezogen auf den Bewegungsapparat kommt es zu einem Verlust von Muskelmasse und -stärke sowie zu Veränderungen von Bindegewebe und Gelenkknorpel. Diese Altersinvolution führt zu einer Einschränkung der Beweglichkeit, insbesondere die Gelenkbeweglichkeit ist vermindert. In der vorliegenden Arbeit wurde mit einer randomisierten, verblindeten und placebokontrollierten Studie der Einfluss eines Futters, angereichert mit Antioxidantien, mitochondrialen Cofaktoren (Alpha-Liponsäure, L‑Carnitin) und Omega-3-Fettsäuren, auf das Zellalter (Telomerlänge) und die Gelenkbeweglichkeit (Kinematik) bei jungen und alten Hunden untersucht. Der Prozess des Alterns soll mit oxidativem Stress in Zusammenhang stehen, der durch die untersuchten Ernährungssupplemente verringert wird. L-Carnitin fördert außerdem die Leistungsfähigkeit der Muskulatur. Eine Ernährungsumstellung wäre eine einfache und langfristig anwendbare Methode, um dem Prozess des Alterns entgegenzuwirken. Dafür wurden 36 junge (Y) und 38 alte (O) Schäferhunde über sechs Monate entweder mit einem Kontrollfutter (C) oder mit einem mit Antioxidantien, mitochondrialen Cofaktoren und Omega-3-Fettsäuren angereicherten Futter (E) gefüttert, dadurch entstanden vier Gruppen (YC, YE, OC, OE). Die Messungen erfolgten zu Beginn der Studie, nach drei Monaten und nach sechs Monaten Fütterung. Um den Einfluss auf das Zellalter zu evaluieren, wurde die Telomerlänge mittels Southern Blot Analyse der terminalen Restriktionsfragmente (TRFs) gemessen. Dafür wurde ein konfektioniertes Kit verwendet, das zunächst für den Hund evaluiert werden musste, um eine reproduzierbare Methode zu erarbeiten. An jedem Untersuchungstermin wurde die mittlere und die minimale TRF-Länge ermittelt. Dabei konnte bei den alten Hunden ein positiver Einfluss des angereicherten Futters auf die Länge der kurzen Telomere (minimale TRF-Länge) festgestellt werden. Für die mittlere Telomerlänge (mittlere TRF-Länge) konnte dies statistisch nicht abgesichert werden. In der differenzierten Betrachtung hatte das angereicherte Futter somit einen deutlicheren positiven Effekt auf die kurzen Telomere als auf die Gesamtheit der Telomere. Um die Gelenkbeweglichkeit objektiv, reproduzierbar und quantifizierbar zu erfassen, wurde an jedem Untersuchungstermin eine computergestützte kinematische Ganganalyse durchgeführt. Bisher fehlten jedoch systematische ganganalytische Studien beim alten Hund. Daher musste für die eigene Arbeit zunächst einmal evaluiert werden, ob sich mit der kinematischen Ganganalyse eine verminderte Gelenkbeweglichkeit bei älteren Hunden nachweisen lässt. Deshalb wurde vor Beginn der Fütterungsstudie eine vergleichende kinematische Ganganalyse zwischen 5 jungen und 5 alten gesunden und lahmheitsfreien Beaglen durchgeführt. Dabei wurden während der Fortbewegung auf einem Laufband die Winkel der Schulter‑, Ellbogen-, Karpal‑, Hüft-, Knie- und Tarsalgelenke analysiert. Das beinhaltete die Gelenkwinkelverlaufskurven, den minimalen Gelenkwinkel (maximale Flexion), den maximalen Gelenkwinkel (maximale Extension) und den Bewegungsumfang der Gelenke (range of motion, ROM). Die Messwerte der linken und rechten Seite wurden anschließend gemittelt. Die Untersuchung ergab bei den alten Hunden eine verminderte Beweglichkeit der Gelenke der Vordergliedmaße, die am Karpalgelenk statistisch abgesichert werden konnte. Die Befunde an den Gelenken der Hintergliedmaße waren dagegen nicht einheitlich und statistisch nicht abzusichern. Die in der Vorstudie etablierte Methode der kinematischen Ganganalyse erwies sich somit als geeignet, um altersbedingte Veränderungen des Bewegungsapparates beim Hund zu erfassen. Daher wurde für die anschließende Fütterungsstudie die gleiche Methode verwendet, mit Ausnahme der Gelenkwinkelverlaufskurven. Im Unterschied zur Vorstudie wurden die Messwerte der linken und rechten Seite jedoch nicht gemittelt, sondern anhand des Impulses der vertikalen Bodenreaktionskraft in eine stärker belastete Seite mit einem höheren vertikalen Impuls und eine schwächer belastete Seite mit einem niedrigeren vertikalen Impuls unterteilt und gesondert analysiert. Dabei zeigte sich bei den alten Hunden ein positiver Einfluss des angereicherten Futters auf die Beweglichkeit des Schultergelenks auf der stärker belasteten Seite. Für das Schultergelenk auf der schwächer belasteten Seite war dies statistisch nicht abzusichern. Bei den anderen Gelenken hatte das angereicherte Futter keinen positiven Effekt auf alte Hunde. In der Partnerarbeit von WILLEN (2016) konnte bei den gleichen Hunden mit einem individuell angepassten Belastungstest ein positiver Einfluss des angereicherten Futters auf alte Hunde statistisch nicht abgesichert werden. Möglicherweise hätte das angereicherte Futter über einen längeren Zeitraum gefüttert werden müssen, damit die beobachteten zellulären Veränderungen einen deutlicheren Effekt auf die Gelenkbeweglichkeit und die physische Fitness nach sich gezogen hätten. Aufgrund der gefundenen positiven Effekte, besonders auf das Zellalter, erscheint es bei älteren Hunden dennoch empfehlenswert, langfristig ein mit Antioxidantien, mitochondrialen Cofaktoren und Omega-3-Fettsäuren angereichertes Futter zu verwenden, um altersbedingten Veränderungen entgegenzuwirken.

The process of aging in dogs leads to various changes, both on a cellular level and on a systemic level. It involves a decrease in the number and division rate of intermitotic cells. This is associated with a shortening of telomeres, a biomarker for cell age. With regard to the locomotor system there is a loss of muscle mass and strength as well as changes in connective tissue and articular cartilage. This age-related involution leads to reduced mobility, joint mobility especially being reduced. In the present study the influence of a diet enriched with antioxidants, mitochondrial cofactors (alpha-lipoic acid, L‑carnitine) and omega‑3 fatty acids on cell age (telomere length) and joint mobility (kinematics) of young and old dogs was examined in a randomized, blinded and placebo-controlled study. The process of aging is thought to be associated with oxidative stress, which is reduced by the examined nutritional supplements. Furthermore, L-carnitine promotes musculature performance. A dietary change would be a simple and long-term method to counteract the process of aging. Therefore, 36 young (Y) and 38 old (O) shepherd dogs were fed a control diet (C) or a diet enriched with antioxidants, mitochondrial cofactors and omega-3 fatty acids (E) over a period of six months, resulting in four groups (YC, YE, OC, OE). Measurements were performed at the outset of the study, after three months and after six months of feeding. To evaluate the influence on cell age, telomere length was measured by Southern blot analysis of terminal restriction fragments (TRFs). For that an assembled kit was used, which had to be evaluated for the dog initially to establish a reproducible method. At each measuring date, the mean and minimum TRF lengths were determined. Thus, in the old dogs a positive influence of the enriched diet on the length of short telomeres (minimum TRF length) could be found. In contrast, for the mean telomere length (mean TRF length) this could not be statistically verified. In the differentiated view the enriched diet had a more pronounced positive effect on short telomeres than on telomeres in general. For an objective, reproducible and quantifiable measurement of joint mobility a computer-assisted gait analysis was performed on each measuring date. However, to date there have been no systematic studies using gait analysis in old dogs. Therefore, for the own research work it had to be evaluated whether kinematic gait analysis is suitable for detecting reduced joint mobility in elderly dogs. Consequently, prior to the feeding study a comparative kinematic gait analysis was performed between 5 young and 5 old healthy and sound Beagle dogs. Here angles of the shoulder, elbow, carpal, hip, stifle and tarsal joints were analyzed during locomotion on a treadmill. This included joint angle progression curves, minimum joint angle (maximum flexion), maximum joint angle (maximum extension) and the range of motion (ROM) of the joints. Afterwards, the measured values of the left and right sides were averaged. The examination revealed reduced mobility of the joints of the forelimb, in the carpal joint this could be statistically verified. Findings in the joints of the hindlimbs were not consistent and statistically not verified. The method established in the preliminary study was shown to be suitable for detecting age-related changes of the locomotor system in the dog. Therefore, the same method was used for the subsequent feeding study, except for the joint angle progression curves. In contrast to the preliminary study, the impulse of the vertical ground reaction force was used to assign the sides to a stronger weight-bearing side with a higher vertical impulse and a weaker weight-bearing side with a lower vertical impulse and the sides were analyzed separately. Thus, in the old dogs a positive influence of the enriched diet on mobility of the shoulder joint on the stronger weight-bearing side was found. In contrast, for the shoulder joint on the weaker weight-bearing side this could not be statistically verified. In the other joints the enriched diet had no positive effect on old dogs. In the partner project of WILLEN (2016) in the same dogs a positive influence of the enriched diet on physical fitness could not be statistically verified with an individually adjusted endurance test. Maybe the enriched diet should have been fed over a longer period so that the observed cellular changes might have had a clearer effect on joint mobility and physical fitness. Due to the detected positive effects, especially on cell age, it seems to be advisable to feed elderly dogs a diet enriched with antioxidants, mitochondrial cofactors (alpha-lipoic acid, L‑carnitine) and omega‑3 fatty acids in the long term to counteract age-related changes.