Zum Einfluss von Nahrungslipiden bei marginaler Zinkversorgung auf den Zinkstatus, Lipidstoffwechsel und antioxidative Merkmale der wachsenden Laborratte

Abstract

Auswirkungen einer mangelnden Zinkversorgung wurden sowohl auf den Zinkstoffwechsel als auch auf den Metabolismus essentieller Fettsäuren beschrieben. Nahrungslipiden werden je nach aufgenommener Menge und dem spezifischen Fettsäurenmuster, über eine Beeinflussung des Lipidstoffwechsels hinaus, differierende Effekte auf die Metabolisierung des Spurenelementes Zink zugesprochen. Des Weiteren werden hohe Fettaufnahmen in Abhängigkeit vom Sättigungsgrad der zugeführten Fettsäuren mit einer erhöhten oxidativen Belastung assoziiert, wohingegen dem essentiellen Spurenelement Zink antioxidative Eigenschaften zugesprochen werden. Beispielsweise wird die Entstehung bzw. der Verlauf einer Reihe von Erkrankungen, wie Arteriosklerose und Krebs, mit einer vermehrten Radikalgenese in Verbindung gebracht. Die vorliegende Studie hatte daher zum Ziel, den Einfluss fettreicher Diäten mit unterschiedlichem Fettsäurenmuster unter Berücksichtigung der Zinkversorgung auf Merkmale des Zink- und Lipidstoffwechsels sowie des hepatischen antioxidativen Stoffwechsels am Modelltier der wachsenden Ratte zu untersuchen. Rindertalg (RT) wurde als Quelle überwiegend langkettig gesättigter Fettsäuren ausgewählt, während Sonnenblumenöl (SB) mit seinem hohen Gehalt an Linolsäure ein Spektrum vorwiegend langkettig ungesättigter Fettsäuren repräsentierte. In zwei tierexperimentellen Versuchsansätzen wurden fettreiche Diäten mit Gesamtfettgehalten von 25 %, bei marginaler und hoher Zinkversorgung, verfüttert. Zn-Zulagen in Höhe von 7 mg Zink je kg Diät definierten einen marginalen Versorgungsbereich, während die Zulage von 100 mg Zink je kg Diät als Kontrolle eine hohe Zinkversorgung gewährleistete. In Versuch 1 wurden 48 männliche Albinoratten (Wistar) mit einer durchschnittlichen initialen Lebendmasse von 48 g in sechs Versuchsgruppen eingeteilt, welche sich sowohl in der Zinkversorgung (Zn7, Zn100) als auch der zugelegten Fettart (22 % SB bzw. RT) unterschieden. Als Kontrollen auf niedriger Fettstufe wurden Diäten mit einem Basisfettgehalt von 3 % auf beiden Zinkstufen verfüttert (Zn7-KO, Zn100-KO), wobei diese 3 %ige Fettzulage in Form von Sojaöl in allen Diäten die Versorgung der Tiere mit essentiellen Fettsäuren sicherstellte. Die semisynthetischen Diäten wurden auf der Basis von Eiklarprotein, Saccharose und Maisstärke hergestellt. In den fettangereicherten Diäten wurde zum energetischen Ausgleich ein Teil der Stärke durch Cellulose ersetzt. Die Diäten wurden den einzeln in Stoffwechselkäfigen gehaltenen Tieren während des vierwöchigen Fütterungsversuches zur freien Aufnahme vorgelegt.Um Stoffwechseleffekte aufgrund unterschiedlicher Futteraufnahmen von den Auswirkungen einer reduzierten Zinkzufuhr bei ad libitum-Fütterung eindeutig unterscheiden zu können, wurden in einem zweiten Versuch 36 männliche Albinoratten mit einem initialen Lebendgewicht von 50 g in sechs Gruppen eingeteilt und mit fettangereicherten Diäten nach dem Prinzip des Pairfeeding gefüttert. Jeder Fettgruppe auf niedriger Zinkstufe (Zn7-SB ad lib, Zn7-RT ad lib) wurde eine mit Zink supplementierte pair fed-Gruppe zugeordnet (Zn100-SB pair fed, Zn100-RT pair fed). Zusätzlich wurde der SB-Gruppe auf der niedrigen Zinkversorgungsstufe (Zn7-SB ad lib), welche die geringste Futteraufnahme aufwies, eine entsprechende pair fed-RT-Gruppe (Zn7-RT pair fed) zugeordnet. Als ad libitum-Kontrollgruppe auf hohem Zinkversorgungsniveau wurde in Versuch 2 eine SB-Gruppe (Zn100-SB ad lib) mitgeführt. Die Vitamin E-Zulage wurde in Versuch 2 auf 34 mg all-rac-Tocopherylacetat festgelegt. Das Zinkversorgungsniveau wurde anhand des Zinkgehaltes in Plasma und Femur und der Aktivität der Alkalischen Phosphatase im Plasma bestimmt. Des Weiteren wurden die Konzentrationen an Zink, Eisen und Kupfer sowie der Gehalt an Metallothionein (MT) in verschiedenen Organen erfasst. Zur Charakterisierung des Lipidstoffwechsels wurden im Plasma die Gehalte an Triglyceriden, Cholesterin und HDL-Cholesterin ermittelt und in der Leber die Gehalte an Gesamtlipiden, Triglyceriden, Cholesterin und Phospholipiden quantitativ erfasst. In Extrakten der hepatischen Gesamtlipide und der Gesamtphospholipide wurde das Fettsäurenmuster bestimmt. Zur Charakterisierung des antioxidativen Stoffwechsels wurden die Aktivitäten der Superoxid-Dismutase, Glutathion-Peroxidase, Glutathion-Reduktase, Glutathion-S-Transferase und Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase in Homogenaten der Rattenleber erfasst. Thiobarbitursäure-reaktive Substanzen (TBA-RS) sowie die Aktivität der g-Glutamin-Synthetase wurden als Indices für eine Schädigung zellulärer Lipide bzw. Proteine analysiert. Eine mögliche Schädigung auf DNA-Ebene wurde mit dem Comet-Assay untersucht. Folgende Ergebnisse wurden zusammenfassend in beiden Versuchen erzielt: · Die marginale Zinkversorgung junger Ratten resultierte bereits ab der ersten Woche der vierwöchigen Fütterungsversuche in einer deutlichen Reduktion von Futteraufnahme und Lebendmasseentwicklung. Während Effekte unterschiedlicher Zinkversorgung bei den fettarm ernährten Ratten moderat ausfielen, erreichte die Verfütterung der fettreichen Diäten mit Sonnenblumenöl und Rindertalg eine deutliche Beeinträchtigung der zootechnischen Merkmale. · Die scheinbare Zinkabsorption sowie die Zinkkonzentrationen in Plasma und Femurknochen bestätigten die schlechtere Zinkversorgungslage bei marginaler Zinkzulage. Weichgewebe wie Leber und Testes zeigten erwartungsgemäß, mit Ausnahme der Niere, geringe Reaktionen auf eine veränderte Zinkversorgung. Hohe Fettzulagen in der Diät führten auf beiden Zinkstufen offensichtlich zu einer Reduktion des Zinkstatus, was ausgehend von einer beeinträchtigten intestinalen Zinkkabsorption auch der Organebene zugeordnet werden könnte. Die Aktivität der Alkalischen Phosphatase wurde nicht nur von der Zinkzufuhr, sondern möglicherweise auch von der Höhe der Futteraufnahme und der Fettzufuhr beeinflusst. · Bei marginaler Zinkversorgung wurden in Leber und Testes höhere Eisenkonzentrationen beobachtet. Des Weiteren resultierte die Verfütterung von Rindertalg in einer deutlichen Erhöhung der hepatischen und renalen Eisengehalte, die Kupferkonzentrationen blieben jedoch weitgehend unbeeinflusst. · Metallothionein war in seiner Konzentration in den Organen Leber und Niere durch die marginale Zinkversorgung drastisch erniedrigt, während der MT-Gehalt in Testes und Milz von der Zinkversorgung unbeeinflusst blieb. Die MT- und Zinkgehalte waren in der Niere positiv korreliert. Die in beiden Versuchen erhöhten hepatischen MT-Gehalte nach Gabe von Sonnenblumenöl weisen darauf hin, dass sich in diesem Organ Modulatoren, wie die ungesättigten Fettsäuren, deren Metabolite oder Minorinhaltsstoffe pflanzlicher Öle, separat oder synergistisch mit Zink auf die zellulären Gehalte an MT auswirken. · Die hypotriacylglycerinämische Wirkung mehrfach ungesättigter Fettsäuren wurde nach Gabe von Sonnenblumenöl im Plasma ersichtlich. Die plasmatischen Cholesteringehalte wurden durch die Gabe fettreicher Diäten bei marginaler Zinkversorgung, wahrscheinlich als Folge einer reduzierten Futteraufnahme, verringert. · Das unterschiedliche Fettsäurenmuster der Diätfette resultierte in deutlich veränderten Gehalten an Triglyceriden und Cholesterin in der Leber. Die linolsäurereichen Diäten führten zu einem drastischen Anstieg der Gehalte dieser Lipide, was auf eine gestörte Synthese bzw. Sekretion hepatischer triglycerid- und cholesterinreicher Lipoproteine hinweisen könnte. Die bei marginaler Zinkversorgung beobachteten niedrigeren Triglycerid- und Cholesteringehalte werden eher den reduzierten Futteraufnahmen zugeschrieben. · Die Fettsäurenzusammensetzung der hepatischen Gesamtlipide bzw. Phospholipide reflektierte deutlich das unterschiedliche Fettsäurenspektrum der Diätfette, wobei sich die Aufnahme des linolsäurereichen Sonnenblumenöls, über eine gesteigerte Inkorporation der Linolsäure und abgeleiteter n-6 Fettsäure-Metabolite, am markantesten darstellte. Leichte Veränderungen der Fettsäurenspektren bei marginaler Zinkversorgung deuten auf eine beeinträchtigte Fettsäurendesaturierung hin. · Die Merkmale des antioxidativen Stoffwechsels in der Leber wurden nicht durch die Zinkzufuhr, sondern durch die Verabreichung hoher Fettmengen beeinflusst. Da sich vor allem die Gabe linolsäurereicher Diäten auf die Aktivität der Glutathion-S-Transferase und der Glutathion-Peroxidase auswirkte, kann von einem hohen modulatorischen Potential langkettig ungesättigter Fettsäuren auch in dieser Hinsicht ausgegangen werden. · Während der hepatische Gehalt an TBA-RS deutlich dem Einfluss des Sättigungsgrades der Nahrungslipid-Fettsäuren unterlag und somit auf eine erhöhte oxidative Anfälligkeit der Membranlipide schließen lässt, konnten anhand der Aktivität der g-Glutamin-Synthetase bzw. den Ergebnissen des Comet-Assays keine Protein- oder DNA-Schädigungen auf zellulärer Ebene nachgewiesen werden. Aus den Ergebnissen dieser Studie kann geschlossen werden, dass eine hohe alimentäre Zufuhr an Nahrungslipiden den Zinkstoffwechsel der Ratte beeinträchtigt, was möglicherweise eine Beeinflussung sowohl der intestinalen Absorption als auch der organspezifischen Aufnahme an Zink beinhaltet. Die Aufnahme und organspezifische Akkumulation von Eisen scheint vor allem unter dem Einfluss gesättigter Fettsäuren forciert zu werden, wobei diese hinsichtlich ihres Einflusses auf die Plasmalipide eine ungünstige Wirkung aufweisen. Eine hohe Aufnahme linolsäurereicher Diäten zeigte zwar die erwartete hypocholesterinämische Wirkung, aber die beobachtete hepatische Akkumulation von Lipiden könnte mit einer erhöhten Anfälligkeit für oxidative Veränderungen assoziiert sein. Eine ausreichend hohe Aufnahme an antioxidativ wirksamen Substanzen wie Vitamin E oder Zink scheint unter diesem Aspekt essentiell. Die Relevanz und Übertragbarkeit der gewonnenen Erkenntnisse auf die Humansituation bleibt zu überprüfen.