Ein irisches Forscherteam konnte in einer Studie zeigen, dass die Beleuchtung von Pferdeställen so gestaltet werden kann, dass sie die innere Uhr der Pferde und damit ihre gesamte Gesundheit besser unterstützt.

Die ForscherInnen des University College Dublin hielten einleitend fest, dass alle Säugetiere über ein internes biologisches Zeitsystem verfügen, das für die Regulierung fast der gesamten Physiologie und des Verhaltens verantwortlich ist. Dieses interne zirkadiane Zeitsystem – auch die ,innere Uhr’ genannt – wird durch den täglichen 24-Stunden-Rhythmus bei heller und dunkler Beleuchtung reguliert. Es funktioniert in fast jedem Gewebe und Organ.

Nicht jedes Licht ist in seiner Fähigkeit, das zirkadiane System zu steuern bzw. zu synchronisieren, gleich, so Aileen Collery und ihre Forscherkollegen in der Zeitschrift Animals fest:

– Kurzwelliges blaues Licht stimuliert optimal eine Reihe neuartiger Photorezeptoren in der Netzhaut von Säugetieren, die den wichtigsten zirkadianen Schrittmacher – den Nucleus suprachiasmaticus/suprachiasmatischen Kern (SCN) – im Gehirn regulieren. Der Nucleus suprachiasmaticus ist somit die zentrale Steuereinheit für die Synchronisation der inneren/biologischen Uhr und regelt die Produktion von Melatonin in der Zirbeldrüse. Das Hormon bewirkt die Senkung der Körpertemperatur, der Mensch wird schläfrig. Wir werden wach, wenn Melatonin wieder abgebaut wird und die Stresshormone Cortisol  und Adrencorticotropin (ACTH) akkumuliert werden.

– Im Gegensatz dazu hat langwelliges rotes Licht eine verringerte Fähigkeit, intrinsisch lichtempfindliche Ganglienzellen der Netzhaut zu stimulieren. Das Vermeiden ihrer nächtlichen Stimulation hat wichtige Auswirkungen auf die Nachtruhe und die ordnungsgemäße zirkadiane Funktion.

Die ForscherInnen erklärten, dass domestizierte Arten wie Pferde oft zu anderen Zeiten im Stall gehalten und anderen Lichtverhältnissen ausgesetzt sind als in der Natur. Um mehr über die Funktionsweise ihres zirkadianen Rhythmus zu erfahren, untersuchte das Forscherteam die Zellen in den Haarfollikeln von Pferden – diese verfügen ebenfalls über eine innere/biologische Uhr, die ohne invasivere Gewebeentnahme ausgewertet werden kann.

Die Studie konzentrierte sich auf 10 klinisch gesunde Pferde, die an die Haltung in Einzelboxen gewöhnt waren. Vor dem eigentlichen Test wurden bei fünf zufällig ausgewählten Pferden die Basalwerte der Haarfollikel bestimmt, wofür einige Mähnenhaare entnommen wurden.

Danach wurden die Pferde für das 20-wöchige Experiment in zwei Gruppen aufgeteilt:

– Für die Kontrollgruppe wurde das standardmäßige tägliche Beleuchtungssystem beibehalten, das die Verwendung von 60-Watt-Glühlampen beinhaltete. Über offene Türen und Dachoberlichter in jedem Stall wurde natürliches Licht bereitgestellt. Das tägliche Beleuchtungsprogramm bestand darin, das Licht für die Fütterung um 5 Uhr morgens einzuschalten, bis genügend natürliches Licht für das Personal vorhanden war, um die Ställe zu säubern und alles herzurichten. Dann wurde das Licht ausgeschaltet. Das Licht wurde am späten Nachmittag bis 18 Uhr eingeschaltet und dann wieder ausgeschaltet. Um 23 Uhr wurde das Licht kurz angeschaltet, um das Füttern zu erleichtern. „Dieses Regime wurde nicht strikt eingehalten und die Interaktion mit Pferden zu anderen Zeiten erforderte das Einschalten der Lichter zu unregelmäßigen Zeiten, wie es für das Management von Rennpferden typisch ist“, stellte das Studienteam fest.

– Die Testgruppe erhielt für die 20 Wochen in jedem Stall ein maßgeschneidertes Beleuchtungssystem. Für das polychromatische Licht am Tag sorgte eine Leuchte mit weißen LEDs. Für zusätzliches Licht sorgten vier blaue LED-Lampen, die eher dem von der Sonne erzeugten Licht ähneln und bekanntermaßen dafür verantwortlich sind, dass die biologische Uhr tickt. Zusammen sorgte die individuell angepasste Beleuchtung für eine durchschnittliche Lichtstärke von 300 Lux auf Augenhöhe des Pferdes im Stall. Die Morgendämmerung wurde durch einen allmählichen Anstieg der Lichtintensität von 5 Lux auf etwa 300 Lux simuliert, während ein allmählicher Rückgang von 300 Lux auf 5 Lux die Dämmerung simulierte.

Ein automatischer Timer steuerte die Dauer der täglichen Lichtexposition, so dass die Morgendämmerung um 05:40 Uhr und die Dämmerung zwei Stunden nach der natürlichen Dämmerung der Umgebung eintrat. Die Beleuchtung wurde nachts auf rotes Licht (5 Lux) mit einer Intensität und Wellenlänge gedimmt, von der zuvor gezeigt wurde, dass sie den normalen nächtlichen Melatoninanstieg bei Pferden ermöglicht. Dieses Nachtlicht trug dazu bei, Störungen durch das Einschalten eines weißen Lichts in den Ställen in der Nacht zu vermeiden.

Alle Pferde, unabhängig von ihrer Gruppenzugehörigkeit, wurden während der Dauer der Studie eine Stunde am Tag, sechs Tage die Woche, zwischen 8 und 12 Uhr trainiert. Am Ende der 20 Wochen wurden bei allen Pferden Haarproben zur näheren Analyse entnommen.

Die Ergebnisse waren bemerkenswert: Die Forscher fanden heraus, dass der 24-Stunden-Genrhythmus der Haarfollikel von Pferden, die unter dem LED-Beleuchtungssystem gehalten wurden, stärker war. Die Ergebnisse seien „der erste Beweis dafür, dass ein maßgeschneidertes LED-Beleuchtungssystem den zeitlich-genetischen Rhythmus im peripheren Gewebe von Pferden beeinflussen könne“, so die AutorInnen. Alle Pferde in der Studie durchliefen den gleichen regelmäßigen Fütterungs- und Trainingsplan. Der einzige zirkadiane Hinweis, der variierte, war die Qualität und Konsistenz der Umgebungsbeleuchtung.

„Unsere Ergebnisse legen nahe, dass das Potenzial besteht, die Stallbeleuchtung für Pferde zu verbessern, um die Funktion der inneren Uhr und letztendlich die Gesundheit der Pferde zu optimieren“, so die AutorInnen weiter. Zukünftige Untersuchungen, so sagten sie, sollten die Auswirkungen individueller LED-Beleuchtungssysteme, wie sie in der Studie beschrieben werden, auf Gesundheits- und Verhaltensparameter bewerten.

Sie betonten, dass die Auswertung der zeitlich-genetischen Oszillation in Haarfollikeln als nützlicher Biomarker für die Abschätzung der zirkadianen Funktionalität bei Pferden unter verschiedenen Haltungsbedingungen dienen könnte. Ihre Ergebnisse deuten auch darauf hin, so die AutorInnen, dass standardmäßige Stallbeleuchtungssysteme, wie sie etwa für Rennpferde traditionell verwendet werden, für die optimale Synchronisierung des zirkadianen Systems möglicherweise nicht ausreichen. Durch die Verbesserung des zirkadianen Rhythmus von Pferden könnte die gesamte Physiologie in besserer Harmonie und Synchronisierung mit der Umwelt funktionieren, so die AutorInnen zusammenfassend.

Die Studie „Optimised Stable Lighting Strengthens Circadian Clock Gene Rhythmicity in Equine Hair Follicles" von Aileen Collery" von Aileen Collery, John A. Bronw, Christiane O'Brien, John T. Sheridan und Barbara A. Murphy ist am 17. Juli 2023 in der Zeitschrift ,animals' erschienen und kann in englischer Originalfassung hier nachgelesen werden.