Einfluss von Niacin auf die Ausdauerleistungsfähigkeit von Mäusen

Abstract

Niacin spielt im Organismus eine vielfältige Rolle. Seit kurzem ist bekannt, dass Niacin auch Adaptionen, ähnlich wie sie durch Ausdauertraining entstehen, vermitteln kann. Zu diesen Anpassungen gehören ein erhöhter Anteil der oxidativen Typ I-Muskelfasern und ein verminderter Anteil der glykolytischen Typ II-Muskelfasern. Mit der veränderten Muskelfaserzusammensetzung gehen eine Änderung des Muskelphänotyps hin zu einem oxidativen Metabolismus, ebenso wie eine dafür benötigte Aktivierung bestimmter Schlüsselfaktoren einher. Eine wesentliche erwünschte Änderung, die durch Ausdauertraining auftritt, ist die Verbesserung der Ausdauerleistungsfähigkeit. Da davon auzugehen ist, dass die oben erwähnten Adaptionen wegbereitend für die verbesserte Ausdauerleistungsfähigkeit sind, soll anhand dieser Arbeit der Einfluss einer hohen Niacinsupplementierung auf die Ausdauerleistungsfähigkeit untersucht werden. Daher werden in dieser Arbeit drei Hypothesen überprüft:1) Eine hohe Niacinsupplementierung verbessert die Ausdauerleistungsfähigkeit2) Eine hohe Niacinsupplementierung verbessert die Ausdauerleistungsfähigkeit im selben Ausmaß wie Ausdauertraining3) Eine hohe Niacinsupplementierung hat in Kombination mit Ausdauertraining stärkere Effekte auf die Ausdauerleistungsfähigkeit als eine alleinige hohe Niacinsupplementierung oder alleiniges Ausdauertraining In der vorliegenden Arbeit wurde daher die Wirkung von Ausdauertraining, hoher Niacinsupplementierung und einer Kombination aus Ausdauertraining und hoher Niacinsupplementierung auf die Ausdauerleistungsfähigkeit, auf Veränderungen in der Muskelfaserzusammensetzung und auf den Muskelphänotyp der Mäuse untersucht. Dazu wurden 40 Mäuse in vier Gruppen eingeteilt: NIAadä, NIAadä + AT, NIAhoch und NIAhoch + AT. Die Versuchsdauer umfasste sechs Wochen, in denen die Mäuse, welche Ausdauertraining erhielten, pro Woche fünf Mal für je 30 min auf dem Laufband bei einer Intensität von 80 % VO2max trainierten. Die Gruppen mit der hohen Niacinsupplementierung bekamen eine Niacindosis, wie sie auch im Bereich der Humanmedizin zur Therapie von Dyslipoproteinämien eingesetzt wird. Die anderen Mäuse bekamen eine Diät, welche ihren Niacinbedarf deckte. Getestet wurde die Ausdauerleistungsfähigkeit durch einen Ergospirometrie-Stufentest, bei dem die Mäuse bis zur Erschöpfung liefen. Die Ausdauerleistung wurde in allen vier gemessenen Parametern (Distanz, VO2max, Geschwindigkeit und Dauer) durch das Ausdauertraining positiv beeinflusst. Hier erstmals gezeigt werden konnte ebenso eine Wechselwirkung zwischen Ausdauertraining und hoher Niacinsupplementierung, die die Ausdauer-leistung in noch stärkerem Maße als das alleinige Ausdauertraining verbesserte. Ein Einfluss der hohe Niacinsupplementierung konnte nicht gezeigt werden.Aufgrund der bisher vorliegenden Literatur wurde vermutet, dass die Verbesserung der Ausdauerleistungsfähigkeit auf einer Veränderung der Muskelfaserzusammensetzung und des Muskelphänotyps basiert. Daher wurden die Muskelfaserzusammensetzung und der oxidative Metabolismus des Muskels untersucht. Hier zeigte sich, dass weder die alleinige hohe Niacinsupplemen-tierung die Muskelfaserzusammensetzung und den oxidativen Muskelphänotyp wesentlich veränderte, noch lag eine Wechselwirkung zwischen Ausdauertraining und hoher Niacinsupplementierung vor. Die Untersuchungen des Kohlenhydrat-stoffwechsels im Muskel zeigten hingegen bei einer Mehrzahl der untersuchten mRNA-Konzentrationen von Genen des Kohelnhydratmetabolismus Erhöhungen durch die alleinige hohe Niacinsupplementierung. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Wechselwirkung zwischen Ausdauertraining und hoher Niacinsupplementierung auf eine verbesserte Ausdauerleistungs-fähigkeit sehr groß ist. Die verbesste Ausdauerleistungsfähigkeit basiert jedoch nicht eindeutig auf einem veränderten Fettsäuren- oder Kohlenhydrat-metabolismus. Warum die Wirkung des Ausdauertrainings auf die Ausdauer-leistung zusammen mit einer hohen Niacinsupplementierung viel stärker ist als bei einer adäqauten Niacinsupplementierung kann anhand der hier durchgeführten Untersuchungen nicht geklärt werden. Eventuell kann Niacin als Coenzym in eine Reihe von anderen, hier nicht untersuchten, Mechanismen eingreifen.Vor dem Hintergrund der erhöhten Prävalenz von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Übergewicht und Insulinresistenz beim Menschen, wäre Ausdauertraining zusätzlich zu einer eingesetzten Niacintherapie eventuell von Vorteil, da aus der Literatur hervorgeht, dass sich die Effekte von Niacin positiv auf übergewichtige Organismen und deren oxidativen Muskelphänotyp auswirken. Dies lässt sich jedoch anhand dieser Arbeit nicht erörtern und muss in weiterfolgenden Versuchen bestätigt werden. Niacin has a variety of functions in the organism. From recent literature it is known that Niacin is able to induce adaptions, similar to the ones endurance training is able to mediate. Part of those adaptions are an increased proportion of oxidative type I-muscle fibers, a decreased proportion of glycolytic type II-muscle fibers and a change in the muscle phenotype accompanied by activation of certain key regulators. A crucial and desirable change that occurs due to endurance training is the improved endurance capacity. The above stated adaptions are presumably the basis for the improved endurance capacity. Therefore within this thesis the effect of a high niacin supplementation on the endurance capacity is examined. Three hypotheses are going to be verified:1) A high Niacin supplementation improves the endurance capacity2) A high Niacin supplementation improves the endurance capacity to the same extend endurance training does3) A combination of a high niacin supplementation and endurance training has stronger effects on the endurance capacity than exclusive niacin supplementation or endurance training have In the presented thesis the effects of endurance training, high niacin supplementation and the combination of endurance training and high niacin supplementation on endurance capacity, muscle fiber distributaion and muscle phenotype were investigated. Therefore 40 mice were assigned into four groups: NIAadä, NIAadä + AT, NIAhoch and NIAhoch + AT. The duration of the trial was six weeks. The prescribed training of the mice that participated in the endurance training constisted of a run on a treadmill fives times per week each day for 30 minutes with an intensity of 80 % VO2max. The mice that received the high niacin supplementation got a niacin-dosage that is comparable to the one used in treatment of dyslipoproteinemia in humans. The mice on the normal niacin-diet had a niacin-concentration in their diet that covered their niacin-requirements. The endurance capacity was tested by an ergospirometry-step-test, where all of the mice ran to total exhaustion. Endurance training improved the endurcance capacity in all four of the measured parameters (distance, VO2max, speed and duration). Furthermore it was shown for the first time that the interaction between endurance training and high niacin supplementation improved the endurance capacitay even more than the enduracen training itself did. High niacin supplementation had no effect on the endurance capacity.According to the published literature the improvement of the endurance capacity is based on a change in the muscle fiber distribution and a change in the oxidative muscle phenotype. Therefore in this thesis the proportion of the different muscle fibers and the oxidative metabolism of the muscle were examined. It was shown that the high niacin supplementation caused no crucial change in the muscle fiber distribution and no change in the muscle phenotype, furthermore there was no interaction of endurance training and high niacin supplementation. There were different results in the examination of the carbohydrate metabolism though. The majority of the investigated mRNA-concentrations were elevated through the high niacin supplementation. These results show that the interaction between endurance training and high niacin supplementation improves the endurance capacity. But this effect is not based on a change in the fatty acid or carbohydrate metabolism. The reason why the endurance training in combination with a high niacin supplementation is more beneficial and creates a strong significant improvement on the endurance capacity whereas the combination with the adequate niacin supplementation has a weaker effect is not answered through the examinations done in this thesis. It is possible that niacin, and its function as a coenzyme, participates in different mechanisms that are nor examined here.According to literature and regarding the rising prevalence of cardio-vascular-diseases, obesity and insulin resistance in humans, it is possible that endurance training in combination with a niacin treatment, that the patients are already receiving, would be a preferred choice, because of the effects of niacin on obese organisms and the effect on the oxidative metabolism. Nevertheless, this should be the subject of further studies and is not answered by the present thesis.