Ableitung des Selenbedarfs wachsender Meerschweinchen (Cavia porcellus)

Abstract

Der Selenbedarf des Meerschweinchens wurde in der Vergangenheit von dem derRatte abgeleitet und wurde für wachsende und ausgewachsene Meerschweinchen mit 0,15 mg/kg Futtermittel angegeben (NRC 1995). Da beide Tierarten auf Grund zahlreicher Unterschiede im antioxidativen Stoffwechsel nur begrenzt miteinander vergleichbar sind, wurde in dieser Arbeit der Selenbedarf für wachsende Meerschweinchen abgeleitet. In einem Fütterungsversuch wurden sechs Versuchsgruppen à 7 Tiere gebildet, die mit einem selenarmen Basisfutter oder diesem Futter mit einer Selenzulage von 0,05; 0,10; 0,15; 0,20; 0,25 mg/kg FM als Natriumselenat für 10 Wochen gefüttert wurden. Eine zusätzliche Gruppe à 7 Tiere wurde zu Versuchsbeginn als Ausgangsgruppe geschlachtet, um den initialen Selenstatus zu beurteilen. Während der zweiten Versuchswoche wurde es notwendig, eine zusätzliche Rohfaserquelle in Form von Heu und später Stroh anzubieten. Zu Versuchsende wurden die Aktivitäten der Selenoenzyme Glutathionperoxidase (cGPx, pGPx und phospholipidhydroperoxid-reduzierende Aktivität), Thioredoxinreduktase und Deiodinase Typ 1 bestimmt. Weiterhin wurden die Parameter des antioxidativen Stoffwechsels Glutathionreduktase und Glutathion S-Transferase in Leber und Niere, Katalase in der Leber, Vitamin E- und Vitamin C Konzentration im Plasma, Glutathionkonzentration in der Leber und die thiobarbitursäurereaktiven Substanzen in der Leber gemessen. Diese weiteren Parameter wurden weder durch einen Selenmangel noch durch die unterschiedlichen Selenzulagen beeinflusst. Lediglich der prozentuale Anteil der selenunabhängigen GPx an der Gesamt-Glutathionperoxidase in Leber und Niere war durch einen Selenmangel höchstsignifikant erhöht. Dies lässt auch beim Meerschweinchen auf eine Kompensation des mangelbedingten cGPx-Aktivitätsverlustes schließen, obwohldieser im Vergleich zur Ratte relativ gering ist und natürlicherweise auch in Zeiten ausreichender Selenversorgung durch die tierartlich hohe Katalase- und Glutathion S-Transferase-Aktivität ausgeglichen wird. Ein Selenmangel beeinflusste weder die Gewichtsentwicklung noch den Hämatokritwert und die Hämoglobin-Konzentration der Tiere. Bei fast allen Selenoenzymen war die maximale Aktivität bereits bei einer Selenzulage von 0,05 mg/kg FM erreicht. Lediglich die Aktivitäten der cGPx in Herzund Lysat und der TrxR in der Niere ließen sich durch höhere Selenzulagen noch weiter steigern. Für diese drei Parameter wurde eine Broken-Line-Analyse durchgeführt. Die drei errechneten Werte lagen nahe beieinander und ergaben für die cGPx im Herzen 0,062 (SD 0,009), im Lysat 0,058 (SD 0,013) und für die TrxR in der Niere 0,061 (SD 0,013) mg Selen/kg FM. Unter Einbeziehung der Standardabweichung und einer geringen zusätzlichen Selenzufuhr durch das aus diätetischen Gründen beigefütterte Stroh wurde der Selenbedarf für wachsende Meerschweinchen auf 0,08 mg Se/kg FM unter der Vorraussetzung einer ausreichenden Vitamin E-Zufuhr festgelegt. Da das Meerschweinchen nur eine geringe SeGPx-Aktivität besitzt, erscheint es empfehlenswert, einen Teil der Selenzufuhr als Selenomethionin anzustreben, um Selenspeicher im Muskelgewebe anzulegen. Inwieweit sich ein Selenmangel oder unterschiedliche Selenzulagen auf dieGenexpression der Selenoenzyme auswirken, kann erst gezeigt werden, wenn die Ursache für die durch die Tierspezies bedingte geringe SeGPx-Aktivität aufgeklärt worden ist und weitere Selenoenzyme des Meerschweinchens isoliert und charakterisiert worden sind, um passende Primer für Expressionsanalysen herstellen zu können. Die vorliegende Arbeit zeigt deutlich, dass der antioxidative Stoffwechsel von Ratte und Meerschweinchen nicht vergleichbar ist und eine Ableitung des Selenbedarfs von der Ratte für das Meerschweinchen zu einer Überschätzung von fast 50 % führt. Auf Grund fehlender Selenspeicher ist das Meerschweinchen im Gegensatz zur Ratte jedoch in besonderem Maße auf eine kontinuierliche Selenzufuhr angewiesen. The selenium requirement of 0.15 mg Se/kg diet for growing guinea pigs has to date been deduced from rats (NRC 1995). It is difficult to compare the two species because of several differences in their antioxidant metabolism. Therefore in order to estimate the selenium requirement of guinea pigs 42 growing male Dunkin Hartley guinea pigs were divided into six groups and fed either a selenium deficient basal diet (Se < 0.015 mg/kg) based on Torula yeast and wheat or the basal diet supplemented with 0.05, 0.10, 0.15, 0.20 and 0.25 mg Se/kg diet as sodium selenate for 10 weeks. Fordetermination of the initial selenium status a group of 7 animals was killed at the beginning of the feeding trial. Feeding an additional roughage source (hay/straw) was necessary from the second week of the feeding trial. The activities of the selenoenzymes, glutathione peroxidase (cGPx, pGPx and phospholipid hydroperoxide reducing activity), thioredoxin reductase (TR) and deiodinase 1, were investigated. Further parameters of the antioxidative metabolism such as glutathione reductase and glutathione S-transferase in liver and kidney, catalase in the liver, vitamin E and vitamin C concentrations in the plasma, glutathione concentration in the liver and hepatic TBA-RS were determined. Only the percentage of the non selenium dependent GPx from the total GPx in liver and kidney was significantly increased by selenium deficiency. These results show that non selenium dependent GPx compensates for selenium dependent GPx in guinea pigs under conditions of selenium deficiency as is also the case in rats. Selenium deficiency did not influence the growth rate, hemoglobin concentration and hematocrit of the guinea pigs. Maximal activity of selenoenzymes was reached at supplementation levels of 0.05 mg Se/kg diet with the exception of cGPx in hemolysate and heart and of TR activity in the kidneys. The broken line model was used for the latter three parameters. The break points were close together at 0.062 (SD 0.009) forcGPx in the heart and 0.058 (SD 0.013) in the hemolysate and at 0.061 (SD 0.013) for TR activity in the kidney. Adding one standard deviation to the results from broken line analysis and also taking the selenium supply of hay and straw into account, it can be assumed that 0.08 mg Se/kg diet, which includes a safety margin, will provide a reliable supply for growing guinea pigs adequately supplied with vitamin E. As guinea pigs do not have a selenium store like the GPx in rats it can be recommended that selenium supply should be partially given as selenomethionine. The influence of selenium deficiency on gene expression of the selenoenzymes can only beinvestigated after the reason for the low GPx activity in guinea pigs has been clarified. Further selenoenzymes in guinea pigs should be isolated and characterized to produce adequate primers for gene expression analysis. The study shows explicitly that the antioxidative metabolism of rats and guinea pigs is not comparable. This had resulted in a 50 % overestimation of the selenium requirement of guinea pigs in the past. In contrast to rats guinea pigs are reliant to a high degree on a continuous selenium supply due to their inability to store selenium.