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Pferde passen sich an Hitzebelastungen an
19.09.2023 / News

Abkühlung ist bei heißen Temperaturen wichtig – doch Pferde können sich auch auf zellulärer Ebene an Hitzestress anpassen, wie japanische Forscher herausfanden.
Abkühlung ist bei heißen Temperaturen wichtig – doch Pferde können sich auch auf zellulärer Ebene an Hitzestress anpassen, wie japanische Forscher herausfanden. / Symbolfoto: Archiv

Pferde können sich auf zellulärer Ebene an akuten Hitzestress anpassen – das konnte ein japanisches Forscherteam anhand von Veränderungen der Genexpression im Muskelgewebe von Vollblütern nachweisen. Diese Akklimatisierung an heiße Temperaturen ist eine Schutzreaktion des Körpers, verbessert den aeroben Energiestoffwechsel und reduziert Hitzestress.

 

Forscher in Japan haben sich in einer kürzlich veröffentlichten Studie mit der Schutzreaktion auf Hitzestress auf zellulärer Ebene bei Vollblütern befasst. Die Hitze-Akklimatisierung bei Pferden dient dazu, die physiologische Belastung zu reduzieren und die Trainingsleistung bei heißen Bedingungen zu verbessern.

Solche Strategien können zu einer Verbesserung des Stoffwechsels in der Skelettmuskulatur führen, so Yusaku Ebisuda, Kazutaka Mukai und ihre Forscherkollegen in der Zeitschrift ,Frontiers in Veterinary Science’. Allerdings gebe es nur wenig Informationen über die akuten Signalreaktionen der Skelettmuskulatur von Pferden nach dem Training in einer heißen Umgebung, so die Autoren.

Das Studienteam wollte daher die Hypothese untersuchen, dass Bewegung unter heißen Bedingungen im Vergleich zu Bewegung unter kühlen Bedingungen größere Veränderungen bei bestimmten Proteinen (z.B. bei sogenannten Hitzeschockproteine) und bei der mitochondrialen Signalübertragung in der Skelettmuskulatur von Pferden hervorruft.

Hitzeschockproteine sind Proteine, die anderen Proteinen bei der Faltung oder bei der Erhaltung ihrer Sekundärstruktur unter Extrembedingungen helfen – sprich: andere Proteine schützen. Sie spielen insbesondere bei der zellulären Stressreaktion auf eine heiße Umgebung eine zentrale Rolle – eine erhöhte Expression dieser Proteine hat eine Schutzfunktion gegen Zellschäden, die mit schädlichen Belastungen einhergehen.

Das Forscherteam wies darauf hin, dass Pferde im Allgemeinen und Vollblüter im Speziellen aufgrund ihres hohen prozentuellen Anteils an aktivem Muskelgewebe erhebliche Wärme produzieren, die ihre Kerntemperatur bei körperlicher Anstrengung um etwa 1° Celsius pro Minute erhöhen kann. Wenn sie in heißen und feuchten Umgebungen trainieren – beispielsweise bei Rennen oder Wettkämpfen tagsüber im Sommer, wo die Wärmeableitung eine Herausforderung darstellt – können ihre Kern- und Muskeltemperaturen bei hochintensivem Training auf über 42 °C ansteigen – ein Niveau, bei dem die Pferde Gefahr laufen, dass sich Muskel-Proteine zu zersetzen beginnen und körperliche Schäden eintreten.

Aus diesem Grund sollen Pferde im Allgemeinen an den heißen Stunden des Tages nicht oder nur begrenzt eingesetzt werden, um die Gefahr einer solchen ,Überhitzung’ zu minimieren. Bei Renn- oder Turnierpferden – insbesondere in Zonen mit heißem und feuchtem Klima – sind solche Beschränkungen aber oft schwer umsetzbar. Als mögliche Maßnahme zur Verringerung der schädlichen Auswirkungen von Hitzestress wird daher empfohlen, Pferde – ähnlich wie menschliche Sportler – einem speziellen Training zur Akklimatisierung an Hitzebedingungen zu unterziehen, so die Autoren.

Mehrere Studien haben gezeigt, dass die wiederholte Einwirkung von Hitzestress die Leistung bei Aerobic-Übungen verbessern und die Stoffwechselrate bei Pferden senken kann. Daher stellten das japanische Forscherteam die Hypothese auf, dass ein Hitze-Akklimatisierungs-Training nicht nur physiologische Anpassungen, sondern auch zelluläre Anpassungen in der Skelettmuskulatur von Pferden hervorrufen würde. Diese Hypothese stellte sich als zutreffend heraus.

Das Forscherteam stellte fest, dass es nur begrenzte Informationen über die Unterschiede in den akuten Signalreaktionen der Skelettmuskulatur von Pferden nach Training in einer heißen Umgebung im Vergleich zu Training in einer kühlen Umgebung gibt. „Das Verständnis dieser Skelettmuskelreaktionen kann dabei helfen, eine Trainingsstrategie für Rennen und Wettkämpfe in einer heißen Umgebung zu entwickeln“, sagten sie.

Die Studie konzentrierte sich auf 15 trainierte Vollblutpferde, die Übungseinheiten auf einem Laufband absolvierten. Acht trainierten unter kühlen Bedingungen (12,5 °C) und sieben führten den gleichen Belastungstest bei 29,5 °C durch. Vor dem Laufbandtest und vier Stunden nach dem Training wurden Biopsieproben aus dem mittleren Kruppenmuskel entnommen, um die mRNA-Expression mithilfe molekularer Methoden zu analysieren.

Die Ergebnisse waren bemerkenswert: Es gab keine signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Gruppen hinsichtlich der maximalen Herzfrequenz und der Laktatkonzentration im Plasma – es stieg jedoch die Boten-Ribonukleinsäure (mRNA bzw. Messenger-RNA) der Proteingruppen HSP-70, PGC-1α-, HIF-1α- und PDK4  nach hochintensivem Training unter heißen Bedingungen im Vergleich zu Pferden, die unter kühleren Bedingungen trainierten, signifikant an.

Die Erklärung der Autoren: „Diese Erhöhung der Genexpression kann eine schützende Reaktion auf Hitzestress (HSP-70) , mitochondriale Biogenese (PGC-1α und HIF-1α) und Fettsäureoxidation (PDK4) erleichtern.“ Ihre Ergebnisse deuten daher darauf hin, „dass die Hitzeakklimatisierung oder Akklimatisierung für Wettkämpfe und Rennen unter heißen Bedingungen wirksam ist, um den aeroben Energiestoffwechsel zu verbessern und Hitzestress zu reduzieren. Wiederholte Einwirkung von Hitzestress, wie z. B. Training in natürlich heißer Umgebung oder in künstlich erhitzter Umgebung, kann eine wirksame Strategie für Wettkämpfe und Rennen sein, die in heißen Umgebungen abgehalten werden“, so die Autoren zusammenfassend.

Die Studie „Acute exercise in a hot environment increases heat shock protein 70 and peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator 1α mRNA in Thoroughbred horse skeletal muscle" von Yusaku Ebisuda, Kazutaka Mukai, Yuji Takahashi, Toshinobu Yoshida, Aoto Kawano, Tsubasa Matsuhashi, Hirofumi Miyata, Masayoshi Kuwahara und Hajime Ohmura ist am 21. Aug. 2023 in der Zeitschrift ,Frontiers in Veterinary Science' erschienen und kann in englischer Originalfassung hier nachgelesen werden.

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