Histological Characterization of the Exercise-Dependent Alterations in the Musculoskeletal System of Zebrafish

Abstract

Ein intakter Bewegungsapparat spielt eine wichtige Rolle für die körperliche Funktionsfähigkeit, Unabhängigkeit und Lebensqualität. Körperliche Betätigung wirkt sich positiv auf die meisten strukturellen Komponenten des Bewegungsapparates aus, die mit funktionellen Fähigkeiten und dem Risiko von degenerativen Erkrankungen zusammenhängen. Diese Studie zeigte, dass Schwimmtraining bei erwachsenen Zebrafischen zu Muskel- und Knochenanpassungen führt, wie beispielsweise eines erhöhten Knochenaufbaus und einer gesteigerten Muskelregeneration. Das vierwöchige Schwimmtraining induzierte die Anpassung von Knochen in Form von verstärkter Knochenbildung durch erhöhte Osteoblastenaktivität, sowie einer Erhöhung der Mineralisierung von Knochen. Muskelanpassungen als Reaktion auf körperliche Betätigung umfassten eine höhere Anzahl von Muskelfasern sowie von Muskelfasern mit zentral lokalisierten Zellkernen in der Übungsgruppe, jedoch war die Größe der Muskelfasern in der Übungsgruppe signifikant kleiner. Die potenziellen Veränderungen der Muskelfasertypen nach einem Monat körperlicher Betätigung müssen weiter untersucht werden, um die Rolle spezifischer Muskelfasertypen während der Anpassung besser verstehen zu können. Diese Studie zeigt deutlich, dass der Zebrafisch ein wichtiger Wirbeltiere-Modellorganismus für die biomedizinische Forschung ist, besonders zur Erforschung von Erkrankungen des Bewegungsapparates und des muskuloskelettalen Systems. Die Studie enthält außerdem neue Informationen über die Adaptionen des Bewegungsapparates von erwachsenen Zebrafischen auf erhöhte körperliche Betätigung. Diese Studie weist somit darauf hin, dass die Durchführung von Bewegungsexperimenten am Zebrafisch-Modell eine ausführliche Analyse von alterungs-assoziierten Gewebsveränderungen oder pathologischer Veränderungen ermöglicht.

A functional musculoskeletal system plays an important role in functional capacity, independence, and quality of life. Physical exercise positively affects most structural components of the musculoskeletal system which are related to functional capabilities and the risk of degenerative disease. This study showed that swimming exercise leads to muscle and bone adaptations in adult zebrafish and quantified the cellular and structural adaptations in terms of increased bone growth and increased muscle regeneration. In particular, one month of physical exercise promoted bone adaptations with increased osteoblastic bone formation and increased mineralization. Muscle adaptations in response to exercise included higher numbers of smaller muscle fibers and central nucleated muscle fibers in exercise group, however the size of muscle fiber was much smaller in exercise group. The potential changes in muscle fiber types after one month of physical exercise needs to be further investigated to better understand the role of specific muscle fiber types during adaptation. This study strongly supports that the zebrafish is an important and valuable vertebrate model organism in scientific research, specifically an important animal model for musculoskeletal diseases. It also provides new information on adaptive responses of the musculoskeletal system to increased physical exercise in adult zebrafish. This study also points out how exercise experiments in adult zebrafish could foster in-depth analysis of aging-related musculoskeletal diseases.