Magnetic resonance imaging and spectroscopy (MRI, MRS) of seasonal patterns of body composition: A methodological pilot study in White Storks (Ciconia ciconia)

Summary Here we present a systematic application of magnetic resonance imaging (in the following called MRI) and magnetic resonance spectroscopy (MRS) to the White Stork. The main aim was to demonstrate the annual cycle of fat deposition in the same individuals for comparison to wild conspecifics, to clarify the energy metabolism of this migratory species. To obtain sharp, high-contrast images of the interior of the body, the birds were kept still by enclosing them in simple plastic tubes with additional fixation of legs and head, avoiding the problematic sedation with drugs. Altogether 12 test birds (young storks) were monitored systematically for 15 months, to follow seasonal changes in the internal organs (mainly breast muscles) and tissues (mainly fat depots). At each examination 22 high-contrast pixel images representing serial dorsoventral sections through the body were generated with the computer program MatLab, after which the pixels per section image were converted to tissue components in cm² and the distances between consecutive sections used to calculate the tissue volumes in cm³. To measure the fat in the breast muscle spectroscopy was used to determine the fat : water ratio, from which changes in fat content could be derived. The study revealed pronounced seasonal changes in the visceral and cutaneous/subcutaneous fat depots, which precisely paralleled the annual variation in body weight of the birds (see also the preceding paper, Berthold et al. 2001). The breast muscles exhibited the prolonged growth typical of the juveniles of large species but no conspicuous change at the migration periods. In this project MRI and MRS proved to be successful methods that show great promise.

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Magnet-Resonanz-Tomographie und -Spektroskopie der jahreszeitlichen Muster der Körperzusammensetzung: Eine methodische Pilotstudie am Weißstorch (Ciconia ciconia)

Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit stellen wir eine systematische Anwendung der Magnet-Resonanz-Tomographie (Kernspin-Tomographie, im Folgenden MRT) und der Magnet-Resonanz-Spektroskopie (im Folgenden MRS) am Weißstorch vor. Hauptaufgabe war es, die Jahresperiodik der Fettdeposition an denselben Individuen zu ermitteln, um Aufschluss über den Energiehaushalt dieser Zugvogelart durch Vergleiche mit freilebenden Vögeln zu bekommen. Die erforderliche Ruhigstellung der Vögel zum Erreichen scharfer kontrastreicher Bilder des Körperinneren war in einfachen Plastikröhren mit zusätzlicher Fixierung von Beinen und Kopf möglich, so dass auf die problematische Sedierung mit Narkotika verzichtet werden konnte. Insgesamt 12 Versuchsvögel (Jungstörche) wurden 15 Monate lang systematisch auf jahresperiodische Veränderungen von inneren Organen (v. a. Brustmuskeln) und Geweben (v. a. Fettdepots) untersucht. Aus je 22 seriellen kontrastreichen dorsoventralen Schnittbildern durch den Vogelkörper ließen sich mit dem Computerprogramm MatLab Pixelbilder erstellen und dann die Pixel pro Schnittbild in Gewebeanteile in cm² umrechnen und anschließend aus den aufeinander folgenden Schnittbildern die Gewebevolumina in cm³ ermitteln. Für die Fettbestimmung im Brustmuskel wurde durch Spektroskopie das Verhältnis von Fett: Wasser bestimmt, aus dem Veränderungen des Fettgehalts abgeleitet wurden. Die Studie ergab ausgeprägte jahresperiodische Änderungen der viszeralen und kutanen/subkutanen Fettdepots, die genau parallel zum Jahresgang des Körpergewichts der Vögel verliefen (s. auch die vorangehende Arbeit, Berthold et al. 2001). Für die Brustmuskeln ergab sich ein für Jungvögel großer Arten typisches lang anhaltendes Wachstum, aber keine auffallende Veränderung zu den Zugperioden. MRT und MRS erwiesen sich in dieser Arbeit als erfolgreich und vielversprechend.