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The effect of a lifestyle intervention on DNA damage and genome stability in Austrian institutionalized elderly
Bernhard Franzke
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Sportwissenschaft und Universitätssport
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Dr.-Studium der Naturwissenschaften Sportwissenschaft
Betreuer*in
Karl-Heinz Wagner
DOI
10.25365/thesis.39077
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29997.42012.606064-1
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Der mit dem Alterungsprozess einhergehende Verlust von Muskelmasse und Muskelkraft ist stark mit einer reduzierten Lebensqualität verbunden. Um diesem Abbau entgegen zu wirken und somit Mobilität und Unabhängigkeit im Alter zu erhalten oder wiederherzustellen, ist körperliche Aktivität, insbesondere in Form von Krafttraining, wichtig.
Krafttraining kombiniert mit einer optimalen Versorgung an Nährstoffen, allen voran Protein, scheint am effektivsten, um Muskelmasse und Kraft, auch bei SeniorInnen, zu erhöhen. Speziell um oxidative Schäden an der DNA und Zellmutationen zu reduzieren sind Antioxidantien sowie die Vitamine B12 und Folsäure wichtige Komponenten. Sowohl Altern, als auch der Abbau von Muskulatur sind mit Entzündungen, oxidativem Stress, DNA-Schäden und Genominstabilität verbunden.
Bekanntermaßen erhöht (Kraft-) Training akut und vorübergehend die Bildung reaktiver Sauerstoff-Spezies (ROS) und bewirkt, abhängig von Trainingsstatus, Häufigkeit und relativer Intensität des Trainingsreizes, erhöhten oxidativen Stress und erhöhte Entzündungswerte im menschlichen Organismus. Allerdings ist, durch akutes körperliches Training induzierter, oxidativer Stress essentiell, um Anpassungsprozesse im menschlichen Körper nach körperlicher Belastung auszulösen und antioxidative Abwehrmechanismen zu verbessern.
Das Forschungsziel der vorliegenden Arbeit war es den Einfluss von sechs Monaten Krafttraining (RT), alleine oder in Kombination mit einer Protein und Vitamin Supplementierung (RTS) und kognitivem Training (CT) auf DNA Schäden (Comet Assay) und Genomstabilität (CBMN Assay) bei institutionalisierten PensionistInnen zu untersuchen. Einhundertsiebzehn ProbandInnen wurden aus fünf Häusern des Kuratoriums Wiener Pensionisten-Wohnhäusern (KWP) rekrutiert und randomisiert den drei Interventionsgruppen zugeteilt. Es wurde in jeder Gruppe zweimal pro Woche trainiert, zusätzlich erhielt die RTS-Gruppe das Supplement täglich zum Frühstück, sowie direkt nach jedem Training.
Zu Studienbeginn konnten Daten von 97 ProbandInnen (13.4% Männer, 86.6% Frauen), mit einem Durchschnittsalter von 83.0 ±6.1 Jahren, in die Berechnungen miteinbezogen werden. In der RT-Gruppe (T1-T2 +20%, p= 0.001), sowie in der RTS-Gruppe (T1-T2 +17%, p= 0.002), erhöhten sich die DNA Schäden nach dreimonatiger Intervention signifikant. Jedoch erhöhte sich die Widerstandsfähigkeit der Zellen gegenüber der Behandlung mit H2O2 nach drei und nach sechs Monaten signifikant in der RT-Gruppe (T1-T2 -24%, p= 0.030; T1-T3 -18%, p= 0.019) und der CT-Gruppe (T1-T2 -21%, p= 0.004; T1-T3 -13%, p= 0.038); lediglich eine Tendenz für einen Zeiteffekt konnte in der RTS-Gruppe beobachtet werden (Friedman-Test p= 0.093). Die Aktivität der antioxidativ wirkenden Enzyme zeigte signifikante Anstiege in den RT und RTS-Gruppen (RT +22% Catalase-activity T1-T3, p= 0.013; RTS +6% Superoxide Dismutase-activity T2-T3, p= 0.005).
In dieser sehr heterogenen Altersgruppe verringerte sich die Mikrokern-Frequenz, ein Marker für Genominstabilität, in allen drei Interventionsgruppen nach sechs Monaten (RT: -13%, RTS: -10%, CT: -10%), allerdings nicht signifikant. Zwei der Parameter des CBMN-Assays, nukleoplasmatische Brücken (CT: p= 0.025) und apoptotische Zellen (RTS: p= 0.024; CT: p= 0.021), zeigten signifikante Zeiteffekte. Die Nahrungsergänzung in der RTS-Gruppe hatte einen signifikanten Effekt auf den Status der Vitamine B12 und Folsäure nach sechs Monaten (Plasma B12: +130%, p= 0.006; Folsäure - rote Blutkörperchen: +43%, p= 0.018). Diese Erhöhung des B12 Plasma Spiegels korrelierte signifikant mit einer Reduktion der Mikrokern-Frequenz in der RTS-Gruppe (RTS: r= -0.673, p= 0.002; RT: r= 0.087, p= 0.692; CT: r= -0.246, p= 0.309).
Die Ergebnisse der vorliegenden Studie deuten darauf hin, dass sowohl regelmäßiges Gedächtnis-, als auch Krafttraining die Widerstandsfähigkeit gegenüber von H2O2 induzierten DNA Schäden erhöht und Chromosomenschäden bei institutionalisierten PensionistInnen reduziert. Die Daten zeigen weiters, dass bessere aerobe Fitness mit geringeren Chromosomenschäden korreliert. In dieser Altersgruppe scheint eine zusätzliche Supplementierung sinnvoll, um den Status von Vitamin B12 und Folsäure zu erhöhen.
Abstract
(Englisch)
Aging and its aligned loss of muscle mass are associated with higher levels of DNA damage and deteriorated antioxidant defense. In order to improve the body´s overall resistance against DNA damage and genomic instability, maintaining a healthy and active lifestyle is desirable, especially in the elderly. Since people are getting older, many of the elderly have to change their residence from home living to an institution, which is often accompanied by malnutrition, depression and inactivity.
It has been shown that exercise training – depending on the individual training status, the training frequency and intensity, and the presence of chronically increased oxidative stress and/or inflammation – acutely and transiently increases the production of free radical oxygen species (ROS). However, the exercise-induced oxidative challenge is essential for triggering the adaptation processes after physical activity in order to improve antioxidant defense mechanisms.
The current study aimed at investigating the effect of a six month progressive resistance training (RT), with or without protein and vitamin supplementation (RTS), or a cognitive training (CT), on DNA strand breaks (Comet assay) and chromosomal damage (CBMN assay) in Austrian institutionalized women and men. One hundred seventeen subjects were recruited from five different houses of the Curatorship of Viennese Retirement Homes (KWP) and randomly assigned into the three intervention groups. Each group trained two times per week and the RTS group received the supplement together with their breakfast and directly after each workout.
At baseline, data from 97 women and men (13.4% male, 86.6% female) were included into the calculations. The participants had a mean-age of 83.0 ±6.1 years. After six months of intervention, 80 participants completed all tests. DNA damage increased significantly in the RT group (T1-T2 +20%, p= 0.001) and the RTS group (T1-T2 +17%, p= 0.002) and showed a similar tendency in the CT group (T1-T2 +21%, p= 0.059) after three months of intervention. However, %DNA in tail, in cells exposed to H2O2 (a well-known reactive oxygen species inducer), decreased significantly in the RT (T1-T2 -24%, p= 0.030; T1-T3 -18%, p= 0.019) and CT (T1-T2 -21%, p= 0.004; T1-T3 -13%, p= 0.038) groups; only a tendency for an overall time-effect occurred in the RTS group (Friedman-Test p= 0.093). Antioxidant enzyme activity showed significant differences for time in the RT and RTS groups (RT +22% Catalase-activity T1-T3, p= 0.013; RTS +6% Superoxide Dismutase-activity T2-T3, p= 0.005). In this very heterogenic age group micronuclei (MN) frequency decreased in all intervention groups over six months (RT: -13%, RTS: -10%, CT: -10%), however not significantly. Only nucleoplasmic bridges (CT: p= 0.025) and apoptotic cells (RTS: p= 0.024; CT: p= 0.021) showed significant time effects. Vitamin status changed significantly only in the RTS group (plasma B12: +130%, p= 0.006; red blood cell folic acid: +43%, p= 0.018). We observed a significant negative correlation between the six months change of the B12 plasma level and the MN frequency in the RTS group (RTS: r= -0.673, p= 0.002; RT: r= 0.087, p= 0.692; CT: r= -0.246, p= 0.309).
Our results suggest that both, cognitive and resistance training improve resistance against H2O2 induced DNA damage and decrease chromosomal damage in institutionalized elderly. To improve the status of the vitamins B12 and folic acid, a supplementation could be useful. Furthermore, our data indicate that there might be a link between aerobic fitness and chromosomal damage, by means of lower MN frequency with an elevated fitness level, even in the very oldest of our population.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
DNA damage chromosomal damage micronuclei resistance Training cognitive Training elderly institutionalized
Schlagwörter
(Deutsch)
DNA Schäden Chromosomenschäden Mikrokerne Krafttraining Gedächtnistraining hochbetagt institutionalisiert
Autor*innen
Bernhard Franzke
Haupttitel (Englisch)
The effect of a lifestyle intervention on DNA damage and genome stability in Austrian institutionalized elderly
Publikationsjahr
2015
Umfangsangabe
85 S. : graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Karl-Heinz Wagner ,
Zdeňka Ďuračková
AC Nummer
AC12665341
Utheses ID
34615
Studienkennzahl
UA | 091 | 481 | |