Auswirkung von Heidelbeerextrakt auf den Knochenstatus von Mäusen

Abstract

Erkrankungen des muskuloskelettalen Systems betreffen, insbesondere im höheren Lebensalter, einen beträchtlichen Anteil der Bevölkerung. So tritt beispielsweise die Osteoporose als eine der häufigsten Erkrankungen des Bewegungsapparates bei 8 % der 50 bis 79-jährigen Deutschen auf (Fuchs et al. 2013). Hieraus kann eine deutliche Einschränkung an Lebensqualität resultieren. Es bedarf daher neben pharmakologischer und operativer Therapie auch präventiver Maßnahmen zur Reduzierung des Verlustes an Knochensubstanz wie beispielsweise einer optimalen Ernährung. Insbesondere eine reichhaltige Zufuhr von Polyphenolen, enthalten vor allem in Obst und Gemüse, scheint hier einen protektiven Effekt zu haben (Hubert et al. 2014, Brondani et al. 2019). Da in den letzten Jahren mehrere Studien explizit die Wirkung von Heidelbeeren, ebenfalls reich an Polyphenolen, auf den Knochenstatus untersuchten und vielversprechende Hinweise auf einen positiven Effekt zeigen konnten, sollte dies in der vorliegenden Studie nachgewiesen werden (Devareddy et al. 2008, Chen et al. 2010, Zhang et al. 2011, Li et al. 2014, Shimizu et al. 2018). Die Studie wurde mit weiblichen NMRI-Mäusen durchgeführt, aufgeteilt in 3 Gruppen zu jeweils 14 Tieren. Der Heidelbeergruppe wurde dem Futter über 7 Monate 20 g eines Heidelbeerextraktes pro kg Futter bis zur Euthanasie im Alter von 20 Monaten zugeführt. Die beiden Kontrollgruppen, welche eine polyphenolarme Kontrolldiät erhielten, bestanden aus einer alten (entsprechend dem Alter der Tiere der Heidelbeergruppe) und einer jungen Kontrollgruppe, welche die Kontrolldiät über 2 Monate bis zur Euthanasie im Alter von 3 Monaten erhielt. Untersucht wurden mehrere Wirbelkörper sowie die Femora. Die Messung der biomechanischen Eigenschaften der Femora erfolgte durch einen Dreipunkt-Biegetest. Mittels µCT und Histomorphometrie wurde die Feinstruktur der Kortikalis und der Spongiosa von Wirbelkörpern und Femora quantifiziert. Zwecks Analyse der Knochenzellen sowie der Gefäße wurden enzym- und immunhistochemische Verfahren durchgeführt. Für die Analyse der Genexpression verschiedener Gene des Knochenstoffwechsels kam die real-time RT-PCR zum Einsatz. In der vorliegenden Studie konnte ein Effekt des Heidelbeerextraktes nicht nachgewiesen werden. Insgesamt ergaben die Ergebnisse der verschiedenen Methoden, insbesondere die des Dreipunkt-Biegetestes sowie die der µCT, ein schlüssiges Bild, bei dem sich die Heidelbeer- und die alte Kontrollgruppe ähnelten sowie beide genannten Gruppen sich teils deutlich signifikant von der jungen Kontrollgruppe unterschieden. So zeigte der Dreipunkt-Biegetest eine signifikant größere Maximalkraft der Femora der Heidelbeer- und alten Kontrollgruppe gegenüber denen der jungen Kontrollgruppe. Passend dazu ergab die Quantifizierung der Kortikalis in der µCT einen größeren Durchmesser. Umgekehrt wiesen Femora und Wirbelkörper der jungen Kontrollgruppe eine größere Zahl an Trabekeln auf. Auch in der real-time RT-PCR zeigten die Heidelbeer- und die alte Kontrollgruppe viele Gemeinsamkeiten und unterschieden sich beide teils signifikant von der jungen Kontrollgruppe, wobei die Gene des Knochenabbaus in der Heidelbeer- und in der alten Kontrollgruppe stärker ausgeprägt waren. Ursächlich für den fehlenden, relevanten Effekt des Heidelbeerextraktes ist das Alter der Versuchstiere in der vorliegenden Studie anzusehen. So begann die Fütterung mit dem Heidelbeerextrakt erst lange nach dem Ende der Wachstumsphase. Die Euthanasie erfolgte schließlich erst in einem Alter in der Nähe der statistischen Lebenserwartung der Versuchstiere. Insbesondere in der µCT zeigten die Knochen der Heidelbeer- und der alten Kontrollgruppe deutliche Zeichen einer Osteopenie, wodurch ein messbarer, statistisch signifikanter Effekt des Heidelbeerextraktes mutmaßlich verhindert wurde. Vergleichbare Tierstudien, die einen Effekt einer heidelbeerreichen Ernährung nachweisen konnten, nutzten ein Studiendesign, bei dem die entsprechende Diät bereits in der frühen Wachstumsphase erfolgte (Chen et al. 2010, Zhang et al. 2011, Zhang et al. 2013). Die Auswirkungen einer heidelbeerreichen Ernährung auf den menschlichen Knochenstatus wurde bisher unzureichend untersucht. Jedoch gibt es bereits zahlreiche Studien, die einen Zusammenhang zwischen der vermehrten Zufuhr unterschiedlicher, polyphenolreicher Lebensmittel und einer gesteigerten Knochendichte zeigen konnten (New et al. 2000, Hooshmand et al. 2011, Welch et al. 2012). Eine langfristige, polyphenolreiche Ernährung sollte somit als Baustein in die Prävention vor einem altersbedingten oder sekundären Knochenverlust integriert werden. Inwieweit explizit Heidelbeeren dabei optimal genutzt werden können, sollte anhand zukünftiger Studien evaluiert werden.