Trainingsabhangige morphologische Befunde' an der Skelettmuskulatur beim Pferd
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- Tez No: 400691
- Danışmanlar: PROF. DR. W. DROMMER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Zooloji, Zoology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 1998
- Dil: Almanca
- Üniversite: Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Zooloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 233
Özet
Das Ziel dieser Studie bestand darin, mit Hilfe von morphologischen und morphometrischen Untersuchungen die trainingsbedingten Skelettmuskelveranderungen in Abhangigkeit von den bei verschiedenen Blutlaktatkonzentrationen durchgefuhrten Trainingsarten festzustellen. Auf dieser Weise soil ein Beitrag zur Optimierung des Trainings und der Ausdauer von Pferden geleistet werden. Es wurden insgesamt sechs zweijahrige Pferde der Rasse Haflinger verwendet. Die Pferde wurden vor Versuchsbeginn auf der Weide gehalten. Keines der Pferde war vorher an Versuchen beteiligt. Die Testphase, die eine Trainings- und eine Ruhephase enthielt, war das eigentliche Kernstuck des Versuchs. Sowohl Trainingsphase ais auch Ruhephase hatten eine Dauer von 6 Wochen. Die Trainingsphasen bestanden aus 21 Trainingseinheiten, in denen die Pferde an jedem zweiten Tag bei der Geschwindigkeit und Dauer der vorgesehenen Trainingsart liefen. Die Pferde wurden wahrend einer sechswochigen Trainingsperiode ausschlieBIich mit einer von drei Trainingsarten belastet. Im Laufe des Versuchs durchlief jedes Pferd die drei zu prilfenden Trainingsarten. Bei der Trainingsart VLa4,o liefen die Pferde bei einer Geschwindigkeit, die im Belastungstest eine Blutlaktatkonzentration von 4 mmol/1 hervorrief, iiber eine Dauer von 25 Minuten. Bei den Belastungen Vul.s bzw. Vl^j5 liefen die Pferde bei einer Geshwindigkeit, die im Belastungstest 1,5 bzw. 2,5 mmol/I Blutlaktat hervorriefen. Der Trainingszeitraum hatte eine Dauer von 45 Minuten. Die Reihenfolge der Trainingsarten flir jedes Pferd wurde randomisiert, um den Effekt der Jahreszeit und des Wachstums auf die Ergebnisse zu verringern und eventuelle EinflUsse einer der Trainingsarten auf die Ergebnisse einer anderen Trainingsart zu vermeiden. Zu Beginn und am Ende jeder Trainingsperiode wurde von den Pferden Muskelbiopsien aus dem M. glutaeus medius in 6 cm Tiefe entnommen. An den Toluidinblau-geiarbten Semidiinnschnitten erfolgte eine lichtmikroskopische Untersuchung. Von jeder Lokalisation wurden mindestensfunf elektronenmikroskopische Aufhahmen bei einer GrundvergroBerung von 6300 x fur die Beurteilung der Kapillaren und bei 10.000- facher GrundvergroBerung flir die morphometrische Auswertung der Mitochondnen und der Myofibrillen angefertigt. Die morphometrische Auswertung erfolgte am halbautomatischen Bildanalyseauswertungsgerat ASM 68 K.Vor und nach dem gesamten Trainingsprogramm bestand zwischen den Probanden em eindeutiger individueller Unterschied in Bezug auf den Gehalt an Mitochondrien und die mittlere Kapillarflache. Im Gegensatz dazu streuten die Werte fiir die mittlere Flache des Myofibrillenquerschnittes zwischen den Pferden nicht stark. Der durchschnittliche Wert der mittleren Myofibrillenquerschnittsflache bei alien Probanden lag bei 0,71 urn2. Die Gesamtmitochondrienflache schwankte vor dem Trainingsprogramm zwischen 8,56 \xm2 - 12,3 urn2 und nach dem gesamten Trainingsprogramm zwischen 13,14 |i.m2 und 15,94 urn2. Die vor dem Trainingsprogramm an den Kapillaren gemessenen Werte der mittleren Flache schwankten zwischen 12,39 pm2 und 20,58 pm2. Nach dem Trainingsprogramm streuten deren Werte zwischen 17,09 \sm2 und 37,97 pm2. Es war festzustellen, dafi die Erhohung der Gesamtflache der Mitochondrien durch eine Vermehning und / oder VergoBerung der Mitochondrien zustande kam, die mit der durchgefuhrten Trainingsart zusammenhing. Die an den Mitochondrien festgestellten Mefiergebnisse spiegeln damit wieder, dafi die durch das Training bedingten Veranderungen an den Mitochondrien nicht im gleichen AusmafJ und in der gleichen Weise zustande kamen. Anhand der an den Mitochondrien festgestellten Ergebnisse waren die Trainingsarten Vi.ai.5 und ^is2,5 m^ eiQer Trainingszeit von 45 Minuten die effizientesten. Bei diesen verlief die mittlere Zuwachsrate der Gesamtmitochondrienflache nahezu gleich. Es ist zu beobachten, dafi die Erhflhung der gesamten Mitochondrienflache bei diesen Trainingsarten nicht in gleicher Weise zustande kam. Die bei der Trainingsart von VUi,5 festgestellte VergrOflerung der mittleren Flache der Mitochondrien fuhrte zu einem Anstieg der Gesamtmitochondrienflache, wahrend bei den Trainingsarten VLa2,5 und Vi.a4,o sowohl eine VergrdBerung als auch eine Vermehning der Mitochondrien zu der Erhflhung der Gesamtmitochondrienflache beitrugen. Bei der Trainingsart von Vua,s war die Anzahlerhohung der Mitochondrien am starksten, gefolgt von der Trainingsart Vlh4,o. Ftir die Beurteilung der oxidativen Kapazitat und der Ausdauerieistungsfahigkeit ist die Zuwachsrate der Mitochondrien von gro'fiten Bedeutung. Demnach verbesserten die Pferde bei den Trainingsarten VLai,s und VLa2,5 ihre Ausdauerieistungsfahigkeit starker, als bei der VLa4.o. Die morphometrischen Untersuchungen ergaben eine durch das Training induzierte VergroBerung des Kapiltarlumens. Aufierdem konnten individuefle Unterschiede in denVeranderungen der Kapillarflache in Abhangigkeit von den untersuchten Trainingsarten festgestellt werden. Es ist zu beobachten, dafi sich die Zuwachsraten der mittleren KapillarflSche, die nach verschiedenen Trainingsarten berechnet worden sind, relativ stark unterschieden. Die Zuwachsrate der mittleren Kapillarflache war bei Vui.s grofier im Vergleich zu den anderen Trainingsarten. Es ist zu sagen, dafi die Versuchstiere ihre Kapillarflache bei den Trainingsarten von VLai,g und VLa2i5 starker vergroflerten, als bei der Trainingsart Vurf.o, bei der die Veranderungen der Kapillarflache geringfugig waren. Die Rtickbildungsraten der mittleren Kapillarflache waren in Abhangigkeit von den Ruhephasen, die nach den verschiedenen Trainingsarten erfolgten, unterschiedlich. Die starkste Abnahme der mittleren Kapillarflache trat bei der Ruhephase nach der Trainingsart Vuls auf, gefolgt von der Ruhephase nach der Trainingsart VLa4,a mit einem Wert von -2,88 p.m2. Die mittlere Differenz der mittleren Kapillarflache lag wahrend der Ruhephase nach der Trainingsart Vua,s bei durchschnittlich 2,65 |im2. Die durchschnittliche Zuwachsrate der Myofibrillenquerschnittsflache lag nach der Trainingsart Vui,s bei 0,35 urn2, nach der Trainingsart von VLa2,s bei 0,16 urn2. Im Einklang mit den Ergebnissen, die an den Mitochondrien und Kapillaren festgestellt wurden, fand man nach sechswochiger Ruheperiode, die nach der Trainingsart VLai.5 durchgefUhrt wurde, die starkste Ruckbildung der mittleren Myofibrillenquerschnittsflache im Vergleich zu den anderen Ruhephasen. Die Trainingsarten Vlsi.5 und Vu2,5 sind fur eine Steigerung der Ausdauerleistung besser als die Trainingsart Vl34,o- Die morphologischen Ergebnisse sind doch nicht so eindeutig, dafi sie ohne morphometrische Ergebnisse erfafit werden konnen. Nur mit einer morphometrischen Untersuchung kann eine deutliche Differenzierung zwischen den einzelnen Trainingsarten vorgenommen werden. Zusammenfassung der wiederholten Biopsieentnahme an gleicher Muskellokalisation: In einem zweiten Teil der Dissertation solite geklart werden, ob die wiederholte Entnahme von Muskelbiopsien an der gleichen Stelle EinfluB auf die Gewebemorphologie hat. Die Untersuchungen wurden an sieben englischen Vollblutpferden durchgefiihrt. Die Biopsieentnahme erfofgte nach BERGSTROM (1962,1975 ). Es standen uns 52 Muskelbiopsieproben aus der linken und rechten Seite des M. glutaeus medius zur Verfugung. Die Biopsien wurden jeweils (im Juli) aus der linken und (im August) rechten Seite des M. glutaeus medius entnommen. Insgesamt wurden in der Nahe der Entnahmestelle vier Biopsien in einen zeitlichen Abstand zur vorherigen Biopsieentnahme von je 8 Wochen gewonnen. Zwischen den Stichkanalen betrug der Abstand jeweils 2 cm. Bei den licht- und transmissionselektronenmikroskopischen Untersuchungen zeigten sich durch die Entnahme bedingte Wundheilung an der Muskulatur. Sie war jedoch nicht stark ausgepragt. Weiterhin konnten bei unseren Untersuchungen nur in 14 von 52 Lokalisationen patho- morphologische, entzundliche Alterationen zur Darstellung gebracht werden. Bei dern Teil der Tiere wurde Granulationsgewebe mit Kapillaren, Fibroblasten, Makrophagen und einzelne degenerierte Muskelzellen beobachtet. Die angrenzenden Muskelfasern zeigten weitgehend ein normales, morphologisches Bild, wobei vereinzelt geringgradige Druckatrophien nachweisbar waren. Neun Proben lieBen ein Narbengewebe erkennen, das vorwiegend aus Kollagenfibrillen bestand und wenige Zellen enthielt. Nach unseren Untersuchungen kann gesagt werden, dalS an gleicher Lokalisation eine Muskelprobe entnommen werden kann. Nur in 25 % der Biopsien war eine geringgradige entzundliche Reaktion im Bioptat nachweisbar. Werden diese Biopsien fur biochemische Untersuchungen verwandt, so mufl be! abweichenden Ergebnissen daran gedacht werden, dali zufa'llig Narbengewebe einer vorherigen Biopsie untersucht worden sein kann.
Özet (Çeviri)
The present study focuses on the adaptative response and the effects of training induced ultrastructural changes in skeletal muscles depending on different forms of training in Thoroughbred horses ( Haflinger ). By the use of morphological and morphometrical investigations the study tries to demonstrate optimal training schedules to increase the equine endurance capability. Six two- year old Haflinger horses were used in this study. None of them was used in tests before. The test period was composed of three alternating training and three periods of rest. The periods of training and following rests lasted 6 weeks. The horses were exposed to the 3 different forms of exercises each second day during the six weeks training period. The duration of each training unit lasted 45 minutes for the exercise V^ i,5 and VLa 2.5 and 25 minutes for the VLa 4.0 training mode. The training modes were of three different intensities V^ 1,5 / Vl3 2.5 / V^, 4.0. Where VU( %) meant a specific speed, that induced a blood lactate concentration of 1.5 / 2.5 respectively 4.0 mmol/1. The sequence of different training forms of each horse was randomized, in order to reduce the effect of time span of the year and growth factors on the results as well as the effect of one training form on the other. The biopsies for ultrastructural morphometry of the M. gluteus medius were obtained before and after each period of training and six weeks after the last period of training at a depth of six centimeters. Semithin sections of these muscle samples, stained with toluidin blue, were examined under the light microscope. The light microscopic examination was used to choose and lokalise areas of the samples containing cross-sectional areas, from which ultra-thin slices prepared for further electron microscopic examination. Five electron microscopic pictures of each muscle localization were taken with a 6300 X objektive lens for the determination of the capillaries and 10 000 X enlargement for the assessment of the mitochondria and the myofibrils. Five different muscle fibres were chosen for each electron microscopic picture. The morphometric assessments were done with a semi automatic frame measuring instrument LEITZ ASM 68K.Interfibrillar mitochondria and capillaries, as well as myofibrils in each EM- section were counted, their surface areas, minimal and maximal diameters were estimated. The mean difference of the parameters depending on the training forms and the following rest periods for every horse have been calculated to compare the effects of the three different training forms and of the following rest periods on skeletal muscle. Analysis of the parameters of the biopsies from horses demonstrated: Training abundant effects of gluteal muscle tissue resulting from an endurance training program with a nine month duration. A great inter-individual variation in the total area and the number of the mitochondria and in the mean area of the capillary was seen in the horses before the begirring of the training program. This variability reflects the different individual endurance capacity of haflinger horses. In opposite the measured individual variability of the mean myofibrilar area was relatively low. The mean average of the mean myofibrilar area of all tested animals was bei 0,71 \im2. the total mitochodrial area varied between 8,56 um2 and 12,3 ^m2 before the training program measured and between 13,14 \im2 and 15,94 |im2after the training program. The mean kapillary area before the trailing program varied between 12,39 pm2 and 20,58 \xm% after the program between 17,09 |im2 and 37,97 urn2. The increase of the total mitochondria area was due to an increase of mitochondrial numbers and or to mitochondrial size, depending on the mode of training. Concerning the mitochondrial measurements, Vui,5 and VLal>5 over 45 minutes were the most efficient forms of training. Here the mean increase of mitochondrial area was nearly ientical. In Vui,5 the increase of the mean mitochondrial area , whereas in Vj^s and VU4,o an increase as well of mean mitochondrial area and mean mitochondrial number caused an increase of the total mitochondrial area. In Vm2,5 the increase of the mitochondrial number was highest, followed by V[.a4,o. The mitochondrial increase is of importance of the oxydative capacity, in Vlsi,5 and VLa2,5 horses improoved their endurance capacity more than in VLa4,o- The morphometric investigations revealed an training abundant incease of the capillary luminal and interindividual differences depeding on the mode of training. The increase of the mean capillary area varied depending on the mode of training. Compared to Vle^o, a in Vui.s and Vl^s a higher increase was measured. The highest decrease was measured during resp. after phases of rest after ode of training ofVui,5, followd by Vlb4,o (-2,88 \xm2). The mean difference of the mean capillary area during the rest phase after Vl^s was 2,65 um2. The mean increae of the myofibrilar area after Vui,s was 0?35 urn2, after V^s 0,16 um2. Similar to the results of mitochondria and capillaries, after six weeks of rest after Vl^ the highest decrease of the mean myofibrilar area was measured. This means, that the modes Vlsi,5 and VLa2,s are better for the increase of the endurance capacity than Vl^.o-By morphometrie investigations a differentiation of training abundant effects on the muscle parameters are possible. Effect of repeated biopsying on muscle tissue in horses: In a second part of this work, the effects of repeated biopsying on the morphology of muscle tissues was investigated. The investigations were done on seven English thoroughbred horses. The technique of biopsying was the techniue of BERGSTROM ( 1962,1975). 52 muscle biopsies from the left and right M. glutaeus medius were investigated. Samples from the left were taken in July, samples from the right were taken in August from the M. glutaeus medius. Totally four samples were taken of one localization were tken after each eight weeks. The distance between the samples was two centimters. The light and transmision electron microscopical investigations showed a minimal to moderate wound healing due to the samplingmethod. Fourteen of 52 localisations investigated revealed inflammative alterations. In some cases granulation tissue with capillaries, fibroblasts, macrophags and few degenerated muscle cells were seen. The surrounding muscle fibres were normal. In cases a minimal pressure atrophy was visible. Most of the biopsies showed a scar tissue, mainly composed of collagen fibres few cells, Our investigations show, that a repeated biopsy sampling in nearly identical localisation of the M. gluteus medius is possible. The only 25 % of the biopsies a minimal inflammative reaction was seen. The use of these biopsies for biochemical investigations should take this into account.