Universität zu Köln

Humbsch, Sebastian (2024). Quantitative Analyse des menschlichen Endomysiums unter Berücksichtigung von Alter und Trainingsstatus. PhD thesis, Universität zu Köln.

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• Quantitative Analyse des menschlichen Endomysiums unter Berücksichtigung von Alter und Trainingsstatus. (deposited 04 Jun 2024 05:14) [Currently Displayed]

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Abstract

Hintergrund: Der menschliche Körper unterliegt zu jeder Zeit und je nach Beanspruchung Veränderungen auf biologischer, physikalischer und chemischer Ebene.1 Das Altern ist ein Prozess, bei dem in der Regel ein Rückgang der physiologischen Leistungsfähigkeit zu beobachten ist. Bewegung und Sport gelten als protektive Faktoren, wenn es darum geht, dem Abbau von Muskelmasse und Herzkreislauferkrankungen entgegenzuwirken. Das Bindegewebe leistet als Stütz- und Kraftkomponente einen entscheidenden Beitrag zur Aufrechterhaltung der Lebensfunktion des menschlichen Organismus, fand in bisherigen Studien allerdings wenig Beachtung. Fragestellung: Die MALICoT-Studie sollte einen detaillierteren Einblick in alters- und sportbedingte Veränderungen des intramuskulären Bindegewebes (IMCT), insbesondere des Endomysiums, gewähren und diese quantitativ beschreiben. Im Zuge dessen wurde die Hypothese aufgestellt, dass das Endomysium durch das Alter und den Trainingszustand beeinflusst wird. Als Teil dieser Studie war es die Aufgabe der vorliegenden Dissertation, die Bindegewebsanteile Laminin γ-1, Kollagen IV, Kollagen I und Kollagen III zu quantifizieren. Material und Methoden: Im Rahmen der MALICoT-Studie wurden Muskelbiopsien des Musculus soleus von 43 männlichen Probanden am deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Köln entnommen. Die Unterteilung der Probanden erfolgte in 4 Gruppen: 1. trainiert, 20-35 Jahre, 2. untrainiert, 20-35 Jahre, 3. trainiert, 60-75 Jahre und 4. untrainiert, 60-75 Jahre. Das gewonnene Material dieser vier Gruppen wurde im Rahmen der vorliegenden Doktorarbeit immunhistochemisch gefärbt, fluoreszenzmikroskopiert, mit Analysesoftware untersucht und mittels R-Skript statistisch ausgewertet. Es wurden verschiedene Arten der Analyse verwendet. Die Untersuchung der Bindegewebsanteile Laminin γ-1 und Kollagen IV erfolgte mit dem Mikroskop Zeiss Axio Imager.M2 und der dazugehörigen Software Zeiss Zen 3.4. Die Untersuchung der Bindegewebsanteile Kollagen I und III erfolgte ebenso mit dem Mikroskop Zeiss Axio Imager.M2 und der dazugehörigen Software Zeiss Zen 3.4. Die Analyse der 7 Kollagene I und III wurde zusätzlich unter Zuhilfenahme der Programme Irfanview 64 v. 4.60 und Cellprofiler v. 3.0.4 vorgenommen. Ergebnis: Anhand der immunhistochemischen Färbungen von Laminin γ-1 und Kollagen IV konnte eine signifikante Zunahme der Dicke des Endomysiums (p=0,08) sowie der Muskelfaserquerschnittsfläche (p=0,045) im Alter unabhängig vom Trainingsstatus nachgewiesen werden. Das Verhältnis von Endomysium zur Muskelfaserquerschnittsfläche zeigte keine signifikanten Veränderungen. Dagegen wurde beim Verhältnis von Endomysium zu Faserzahl eine, wenn auch nicht signifikante, altersbedingte Zunahme unabhängig vom Trainingszustand festgestellt (p=0,07). Die Tortuosität, die Gewundenheit der Muskelfasern und somit auch des umgebenden Bindegewebes, wurde als möglicher Parameter zur Bewertung der Muskelsteifigkeit herangezogen und zeigte eine signifikante Zunahme bei sportlicher Betätigung unabhängig vom Alter (p=0,004). Bei den Färbungen von Kollagen I zeigte sich sowohl bei hoher sportlicher Aktivität mit zunehmendem Alter Y.Jump zu O.Jump (p=0,039) eine signifikante Zunahme der durchschnittlichen Bindegewebsdicke als auch in höherem Alter mit zunehmender sportlicher Aktivität O.Control zu O.Jump (p=0,033). Für die Färbungen von Kollagen I ergaben sich keine signifikanten Veränderungen der Muskelfaserquerschnittsfläche/CSA (Cross sectional area). Die Bindegewebsdicke wies für die Färbungen von Kollagen III keine signifikanten Veränderungen auf (alle p>0,05). Für die Färbungen von Kollagen III ergab sich einerseits eine signifikante Zunahme der Muskelfaserquerschnittsfläche/CSA (Cross sectional area) mit zunehmendem Alter bei gleichbleibend verminderter sportlicher Aktivität Y.Control zu O.Control (p=0,039), andererseits zeigte sich eine signifikante Zunahme der CSA in den Gruppen der Jungen mit zunehmender sportlicher Aktivität Y.Control zu Y.Jump (p=0,045). Die Bindegewebsdicke wies für die Färbungen von Kollagen III keine signifikanten Veränderungen auf (alle p>0,05). Es zeigten sich für das Verhältnis von Endomysium zu Faserfläche (EFAr) und das Verhältnis Endomysium zu Faseranzahl (EFNr) weder in den Daten für Kollagen I noch für Kollagen III statistisch signifikante Veränderungen (alle p>0,05). 8 Schlussfolgerung: Im Einklang mit der Hypothese der vorliegenden Arbeit wird das Endomysium durch das Alter und den Trainingszustand beeinflusst. Bei der Untersuchung von Veränderungen des Endomysiums ist zu berücksichtigen, dass die genaue biochemische Zusammensetzung des Endomysiums nicht schlussendlich nachgewiesen ist und somit die den jeweiligen Auswertungen zugrundeliegende Bindegewebs- und Muskelfaserart mit berücksichtigt werden muss.2-4 Dass die verschiedenen Bindegewebssubtypen von Säuge- und Nagetieren unterschiedlich auf sportliche Betätigung und Alterung reagieren und sich dabei auch das Verhältnis der unterschiedlichen Subtypen zueinander ändert, ist in der bisherigen Literatur beschrieben.2,5 Dies zeigt sich auch in den hier aufgeführten Ergebnissen der Färbungen von Laminin γ-1/Kollagen IV, Kollagen I und III. Eine wie in der bisherigen Literatur beschriebene Zunahme des Bindegewebes im Alter konnte auch im Rahmen dieser Studie in Form der signifikanten altersbedingten Zunahme der Endomysiumdicke anhand der Färbungen von Laminin γ-1/Kollagen IV und Kollagen I gezeigt werden.6,7 Die gleichzeitige Zunahme der Muskelfaserquerschnittsfläche im Alter, insbesondere bei den Laminin γ-1/Kollagen IV und Kollagen III Färbungen, lässt darauf schließen, dass hier eine Atrophie der funktionellen Faseranteile bei gleichzeitig erhaltenem oder gar zunehmendem Bindegewebsgerüst vorliegt. Der Einfluss von Sport und Alter spiegelt sich in unseren Daten jedoch nicht in statistisch signifikanten Effekten im Verhältnis von Endomysium zu Faserfläche (EFAr) oder dem Verhältnis von Endomysium zu Faseranzahl (EFNr) der Färbungen Laminin γ- 1/Kollagen IV, Kollagen I und Kollagen III wider. Dies kann auf die große Variabilität der Faserflächen in den vier Gruppen zurückzuführen sein. Die in dieser Arbeit angewandten Analysemethoden sind geeignet, alters- und sportassoziierte Veränderungen des Bindegewebes, insbesondere des Endomysiums sowie der unterschiedlichen darin enthaltenen Bindegewebsmoleküle, zu erfassen. Es obliegt zukünftigen Studien mit anderen Untersuchungsmethoden, weitere Bindegewebssubtypen, -parameter und -zusammensetzung in Abhängigkeit zu sportlicher Aktivität und Alterung weiterführend zu untersuchen.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Humbsch, Sebastian sebastian.humbsch@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-730301
Date:	2024
Language:	German
Faculty:	Faculty of Medicine
Divisions:	Faculty of Medicine > Kinder- und Jugendmedizin > Klinik und Poliklinik für Kinder- und Jugendmedizin
Subjects:	Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Endomysium, Bindegewebe, Muskulatur, Trainingsstatus, Sportler, Nicht-Sportler, Laminin γ-1, Kollagen IV, Kollagen I, Kollagen III German
Date of oral exam:	11 March 2024
Referee:	Name Academic Title Rittweger, Jörn Universitätsprofessor Dr. med. Pröls, Felicitas Professorin Dr. rer. nat.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/73030