Altersabhängige Veränderungen

von Immunsystem und Verhalten weiblicher

Tupajas

(Tupaia belangeri)

DIPLOMARBEIT

vorgelegt von

Christian Münkel

angefertigt am Lehrstuhl Tierphysiologie

der Universität Bayreuth

2005

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Für Ulrike

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Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 1

1.1 Warum wurde diese Untersuchung an Tupaia belangeri durchgeführt? 2

1.2 Physiologische Veränderungen im Alter 3

1.3 Verhalten im Alter 3

1.4 Altersabhängige Reaktionen auf Stress 4

1.5 Fragestellung 5

2 Tiere, Material & Methoden 6

2.1 Tiere 6

2.2 Haltungsbedingungen 7

2.3 Versuchsdurchführung 9

2.3.1 Versuchsteil 1: Veränderung im Alter unter Haltungsbedingungen 9

2.3.2 Versuchsteil 2: Altersabhängige Veränderung der Reaktion auf nicht

sozialen Streß 9

2.4 Verhaltensuntersuchungen 10

2.4.1 Verhaltensaufnahme in den Haltungsräumen 10

2.4.2 Verhaltensaufnahme in den Versuchsräumen 10

2.4.3 Aufgenommene Verhaltensweisen 11

2.4.4 Auswertung der Videoaufnahmen 12

2.5 Aufnahme physiologischer Daten 12

2.5.1 Körpermasse 12

2.5.2 Blutabnahme 12

2.5.3 Immunologische und hämatologische Untersuchungen 14

2.5.3.1 Zellzahlbestimmung 14

2.5.3.2 Zellpopulationen des Vollblutes ( Differentialblutbild) 14

2.5.3.3 Gewinnung Lymphozyten-Suspension

(Dichtegradientenzentrifugation) 16

2.5.3.4 Lymphozytentransformationstest (LTT) von isolierten Zellen 17

2.5.3.5 Lymphozytentransformationstest mit Vollblut 18

2.5.3.6 In vitro-Phagozytosekapazität (Chemilumineszenstest) aus Vollblut 20

2.5.3.7 Klassische Komplementbindungsreaktion (CH -Test) 21

50

2.5.4 Endokrine Untersuchungen 25

2.6 Mathematik, Statistik und Darstellungsweise 28

3 Ergebnisse 29

3.1 Ergebnisse unter Haltungsbedingungen (Versuch 1) 29

3.1.1 Altersabhängige Unterschiede im Verhalten

(Haltungsbedingungen) 29

3.1.2 Physiologische Veränderungen in Abhängigkeit vom Alter (unter

Haltungsbedingungen) 33

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Inhaltsverzeichnis

3.1.2.1 Körpergewicht 33

3.1.2.2 Immunologische und hämatologische Parameter 33

3.1.2.3 Endokrine Parameter 36

3.2 Vergleich der Ausgangswerte von 8 Uhr und 12 Uhr 38

3.3 Altersabhängige Reaktionen auf nicht sozialen Stress (Versuch 2) 39

3.3.1 Altersabhängige Unterschiede im Verhalten 39

3.3.2 Altersabhängige Veränderung der Reaktion physiologischer Parameter

(Umsetzphase) 41

3.3.2.1 Körpermasse 41

3.3.2.2 Immunologische und hämatologische Parameter 42

3.3.2.3 Endokrine Parameter 43

4 Diskussion 46

4.1 Altersabhängige Veränderungen unter Haltungsbedingungen 46

4.1.1 Verhalten 46

4.1.2 Physiologie 48

4.2 Altersabhängig veränderte Reaktionen auf den Umsetzversuch 52

4.3 Schlussbetrachtung 54

5 Zusammenfassung 55

6 Anhang 56

6.1 Verwendete Abkürzungen 56

6.2 Geräte 57

6.3 Originaldaten 58

6.3.1 Versuch 1 (Haltungsbedingungen) 58

6.3.1.1 Verhaltensdaten 58

6.3.1.2 Physiologische Daten 59

6.3.2 Versuch 2 (Umsetzphase) 63

6.3.2.1 Verhaltensdaten 63

6.3.2.2 Immunologische und hämatologische Parameter 64

7 Literaturverzeichnis 70

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Einleitung

1

1

Einleitung

Aging is: ,,an increased liability to die, or an increasing loss of vigour, with increa-
sing chronological age, or with the passage of the life cycle"

(COMFORT, 1960)

Sollte die derzeitige demographische Entwicklung eines generellen Geburtenrück-

gangs und einer wachsenden Lebenserwartung im Alter keine Änderung erfahren,

sagen Prognosen eine dramatische ,,Überalterung" der westlichen Gesellschaft vor-

aus: Ein fünftel der Bürger wird dann über 65 Jahre alt sein (FURGUSON 1995; MAC

GREGOR 1990). Diese Entwicklung wird insbesondere auf viele medizinische Fort-

schritte in der Vorbeugung und Behandlung von infektiösen Erkrankungen zurückge-

führt.

Doch trotz der zentralen Bedeutung des Alterns für den Menschen sind die physio-

logischen Mechanismen, die zum Altern der Lebewesen und letztlich zu ihrem Tod

führen, weitgehend unbekannt. Zwar gibt es die verschiedensten Hypothesen über

die dem Altern zu Grunde liegenden Prozesse, doch keine kann auch nur einigerma-

ßen als belegt oder allgemein gültig gelten. Selbstverständlich müssen Altern und

Seneszenz letztlich auf Prozesse zurückzuführen sein, die auf zellulärer und subzellu-

lärer Ebene ablaufen. Entsprechend werden gerade derartige Prozesse

in vivo

und -

insbesondere -

in vitro

sehr intensiv untersucht (z.B. an Zellkulturen von

Fibroblasten). Doch muss man sich über die Grenzen dieses Forschungsansatzes ge-

rade im Bereich der Altersforschung im Klaren sein: Unterschiedliche Zelltypen altern

selbst in vitro sehr unterschiedlich,

in vivo

gibt es sogar Zellen, die kaum altern, ob-

wohl sie sich nicht teilen können (Nervenzellen). Es ist auch keineswegs geklärt, ob

nicht eher eine Verschlechterung zentralnervöser oder endokriner, immunologischer

oder sonstiger Regulationsprozesse für das Altern verantwortlich ist, als definierte

zelluläre Prozesse (Übersicht: ARKING 1991; S. 283-284).

So stirbt heute etwa die Hälfte aller Menschen westlicher Industrienationen an Herz-

kreislauferkrankungen, an deren Entstehung neben genetischen Prädispositionen

Umweltfaktoren einen entscheidenden Anteil haben. Es nehmen jedoch auch solche

Erkrankungen zu, die für ältere Menschen typisch sind und an deren Entstehung

oder Verlauf das Immunsystem beteiligt ist, wie die verschiedensten Krebsformen

sowie Autoimmunkrankheiten (MC GLAUCHLEN & VOGEL 2003). In wieweit die Zunah-

me dieser Erkrankungen jedoch altersbedingt ist oder auf Außeneinflüsse zurück-

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Einleitung

2

geht, die im Laufe des Lebens auf die Individuen einwirken, kann nicht entschieden

werden, zumal sich gerade beim Menschen Ernährungs- und Lebensgewohnheiten

ebenso wie verschiedene Umwelteinflüsse in den letzten Jahrzehnten stark verändert

haben.

Um daher Aufschluss über altersabhängige Veränderungen zu erlangen, müssen

Untersuchungen an Tieren durchgeführt werden, die unter standardisierten Bedin-

gungen (konstantes Klima und Temperatur) gehalten werden. Dies ist jedoch aus

finanziellen Gründen meist nur an relativ kurzlebigen Standardlabortieren wie Labor-

ratten und Labormäusen möglich.

Im Rahmen meiner Diplomarbeit untersuchte ich daher altersabhängige Verände-

rungen an weiblichen Tupajas (

Tupaia belangeri

), die von ihrer Geburt an unter kon-

stanten Laborbedingungen gehalten worden waren.

1.1

Warum wurde diese Untersuchung an Tupaia belangeri durch-

geführt?

Die in diesem Versuch eingesetzten

Tupaia belangeri

gehören zur Ordnung Scan-

dentia (Spitzhörnchen), welche in 5 Gattungen mit insgesamt 19 Arten eingeteilt

wird. Spitzhörnchen sind etwa eichhörnchengroße, tagaktive Säugetiere, die in Süd-

ostasien weit verbreitet sind. Dort leben sie als Paare in festen Revieren, welche sie

gegen Artgenossen des gleichen Geschlechts heftig verteidigen (KAWAMICHI & KAWA-

MICHI 1979). Sie ernähren sich von Insekten, Früchten, Samen und Knospen (MARTIN

1968).

Spitzhörnchen sind besonders in den Focus von Altersforschern geraten, weil sie

phylogenetisch (Karyogramm Vergleiche) näher mit dem Menschen verwandt sind

als dies Mäuse und Ratten sind (MÜLLER et al. 1999; PRIMMER 2002). Zudem werden

Tupajas für ein Tier ihrer Größe sehr alt. Neuere Untersuchungen legen sich auf ein

maximales Lebensalter abhängig von der Art auf 10-14 Jahre fest (PRIMMER 2002).

Die in der Studie verwendete Art (

Tupaia belangeri)

ist anderen Scandentia Arten

aufgrund der stabilsten Sterberate in den ersten 3-4 Lebensjahren als Modelorga-

nismus vorzuziehen. Zudem werden sie schon seit den sechziger Jahren intensiv un-

tersucht (V. HOLST 1972, 1998), es liegen daher umfassende Kenntnisse über ihr Ver-

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Einleitung

3

halten (u.a. SPRANKEL 1961; MARTIN 1968; V. HOLST 1975, 1997) und die verschiedens-

ten physiologischen Parameter vor. Zudem ist es möglich, Tupajas einzeln zu halten;

dies gestattet es, ihr Verhalten ohne Störungen (z.B. durch Interaktionen mit Artge-

nossen) aufzuzeichnen.

1.2

Physiologische Veränderungen im Alter

Das Immunsystem unterliegt im Alter vielfältigen Veränderungen (GLOBERSON &

EFFROS 2000). Dies ist vor allem für den Menschen von großer Bedeutung, da mit der

Alterung Erkrankungen zunehmen, an deren Entstehung und Verlauf das Immunsys-

tem beteiligt ist (s. oben). Untersuchungen über derartige altersabhängige Verände-

rungen wurden unter standardisierten Laborbedingungen u. a. an Mäusen durchge-

führt (HIROKUWA & UTSAMA 2002). Die Autoren fanden eine signifikante Verschlechte-

rung der Lymphozytenproliferationsfähigkeit mit zunehmendem Alter; ebenso wie

zuvor bei Hunden auch STRASSER et al. (2000: Labrador Retriever). Entsprechende

Befunde stammen auch von Pavianen (JAYASHANKAR 2003) und dem Menschen

(KRAUSE et al. 1999; STRAUB 2001). Das spezifische Immunsystem nimmt also in seiner

Aktivierbarkeit ab. Strasser et al. (2000) fanden zudem eine höhere Komplementak-

tivität bei Hunden im Alter.

Auch endokrine Parameter dürften altersabhängigen Veränderungen unterliegen,

allerdings sind die Befunde widersprüchlich: Während manche Autoren z.B. bei La-

borraten erhöhte Serumkonzentrationen von Corticosteron im Alter fanden, konnten

andere Untersuchungen diese Befunde nicht bestätigen (Übersicht MASARO 1995).

Diese Widersprüche könnten auf Unterschieden in Geschlecht oder Stamm der un-

tersuchten Tiere beruhen (De KLOET 1992) oder auf unterschiedliche Zeitpunkte der

Blutentnahmen. Im Vergleich hierzu sind Befunde bei Primaten einheitlich: Mensch,

Rhesusaffen und Makaken zeigen keine erhöhten Cortisol-Werte im Alter.

1.3

Verhalten im Alter

Das Alter hat natürlich auch einen entscheidenden Einfluss auf das Verhalten von

Individuen. Eine Untersuchung an Primaten zeigte eine Abnahme des Sexualverhal-

ten und des aggressiven Verhalten gegenüber gleichaltrigen Artgenossen (AUJARD &

PERRET 1998). Untersuchungen an weiblichen Ratten zeigten eine Abnahme der

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Einleitung

4

Fellpflege (SCIMONELLI et al. 1998). Weiterhin fanden diese und andere Autoren

(CHEN 2000; MEAD 1994; GATTERMAN 2003; EMBORG 1998) eine Abnahme der Loko-

motion mit dem Alter bei Mäusen, Gerbils, Goldhamstern und Rhesus Affen. Ver-

gleichbare Veränderungen belegen SIWAK et al. (2002) bei Hunden: Junge Beagle

waren wesentlich aktiver, spielten mehr und erkundeten eine neue Umgebung stär-

ker als ihre älteren Artgenossen. Bei älteren Tieren ging die Abnahme der Lokomoti-

on mit längeren Ruhephasen einher.

1.4

Altersabhängige Reaktionen auf Stress

Stress hat genau wie das Altern Einfluss auf das Immunsystem. Werden Tiere ir-

gendeiner Belastung ausgesetzt, zeigen sie verschiedene Stresssymptome. Der dabei

wirkende Stress kann z. B. durch Artgenossen ausgelöst werden. Hierbei spielen vor

allem Konfrontationen eine wichtige Rolle, bei denen Dominanzbeziehungen zwi-

schen gleichgeschlechtlichen Artgenossen geklärt werden (V. HOLST 1972). Der Stress

führt zu Verhaltensänderungen der unterlegenen Tiere; dies äußert sich beispielswei-

se in einer Reduktion ihrer Mobilität (v. HOLST 1972). Veränderungen zeigen sich

auch auf physiologischer Ebene. Bei Stress kommt es zu einer Abnahme der Körper-

masse (ZELENA 1999), einem Absinken der Lymphozytenzahl und deren Aktivierbar-

keit (V. HOLST 1997; KAISER 1996; STEFANSKI 2001). Eine Abnahme der Aktivität fand

man auch bei den Natürlichen Killerzellen (STEFANSKI 1998) und beim Komplement-

system (COE 1988). Stress ist zudem mit einem Anstieg der Nebennierenrindenhor-

mone verbunden (AYENSU et al. 1994; COLLINS 1997; OTTEN et al. 2002).

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Einleitung

5

1.5

Fragestellung

In dieser Arbeit sollten weibliche

Tupaia belangeri

hinsichtlich möglicher altersab-

hängiger Veränderungen in ihrem Verhalten und einigen physiologischen Parame-

tern untersucht werden.

Es wurden folgende Fragestellungen bearbeitet:

1. Zeigen Tupajas mit zunehmendem Alter Veränderungen in ihrem Verhalten?

2. Finden sich bei Tupajas Zusammenhänge zwischen Alter und Immunparame-

tern?

3. Verändern sich endokrine Parameter im Alter?

4. Reagieren Tupajas altersabhängig unterschiedlich in ihrem Verhalten und ei-

nigen physiologischen Parametern auf eine leichte, nicht soziale Belastung?

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