2.3 Exokrine Pankreasinsuffizienz (EPI)
2.3.2 Einfluss der EPI auf die Verdauung
2.3.2.1 Verdaulichkeiten
2.3.2.2.1 Ursachen einer bakteriellen Überbesiedlung im Dünndarm
Zur Regulierung der Keimdichte im Dünndarm verfügt der Körper über verschiedene Mechanismen, die einer bakteriellen Überbesiedlung entgegenwirken. Zu diesen zählen die Produktion der bakteriziden gastralen Salzsäure, Gallensalze und Pankreassekrete, aber auch die physiologischen regelmäßigen Darmkontraktionen, eine intakte Ileocaecalklappe und die ausgeprägte Immunabwehr des Darmes (PARODI et al. 2009; BURES 2010). Das Fehlen bzw. die eingeschränkte Funktion eines oder mehrerer dieser Schutzmechanismen können einen SIBO bedingen, da die oral aufgenommen Bakterien nicht ausreichend abgetötet werden oder die Milieubedingungen im Dünndarm so verändert sind, dass eine bakterielle Vermehrung begünstig wird. Ferner können die Flussraten des Dünndarmchymus verringert sein, so dass ein Aufsteigen von Dickdarmbakterien nicht vollständig verhindert werden kann (BURES 2010). Nachweislich führt eine chronische Pankreatitis zu einer geringeren Salzsäure- und Pepsinproduktion im Magen (REGAN et al. 1979), wodurch der gastrische pH-Wert nicht im gleichen Maß, wie bei Menschen ohne Störungen der Pankreasfunktion
Schrifttum
Vorliegen einer EPI begünstigt (siehe Abbildung 10), ist die verringerte bis völlig fehlende Produktion des antimikrobiell wirkenden Pankreassekretes (PIERZYNOWSKI et al. 1993).
Eine verringerte sekretorische Leistung des Pankreas hat nicht nur eine erhöhte Konzentration von unverdauten Nährstoffen innerhalb des Chymus zur Folge, sondern auch Veränderung des pH-Wertes im Duodenum. Die fehlende Bildung des puffernden Bikarbonats führt dazu, dass der pH-Wert im proximalen Duodenum postprandial bei Patienten mit einer EPI niedriger (6,1 ± 0,2) ist als in gesunden Kontrollprobanden (7,0 ± 0,2); (DUTTA 1982). Da das Wirkungsoptimum der pankreatischen Verdauungsenzyme bei einem neutralen bis leicht alkalischen pH-Wert (Amylase 6,9; MEYER 1951; Proteasen 7-8 RUTTLOFF 1994; Lipasen 7,5-8,0 liegt (UNTERBERG u. SPENER 1986), beeinflusst die Verschiebung des duodenalen pH-Wertes den enzymatischen Nährstoffabbau generell negativ. Gleichzeitig wird durch die verminderte Pankreassekretion eine geringere Verflüssigung des Nahrungsbreis erreicht, wodurch die Flussraten des Chymus verlangsamt werden (TABELING 1998;
MANDISCHER 2002). Der Trockensubstanz (TS)-Gehalt im Ileumchymus pankreasinsuffizienter Schweine betrug im Mittel 19,0 bis 24,9 % und war somit deutlich höher als die Werte (11,8 bis 14,8 %), die bei gesunden Kontrolltieren ermittelt wurden ((TABELING 1998; MANDISCHER 2002; FUENTE-DEGE 2003; KAMMLOTT 2003). Die Kombination einer geringeren bzw. fehlenden Enzymproduktion mit der verlangsamten Flussrate des Dünndarmchymus führen zu einer erhöhten Nährstoffkonzentration im Dünndarm. Sie bietet den Darmbakterien eine optimale Substratgrundlage und damit beste Vermehrungsbedingungen (WESTERMARCK et al. 1993; RUTZ et al. 2000;
PONGPRASOBCHAI u. DIMANGO 2002).
Schrifttum
Abbildung 10: Schematische Darstellung unterschiedlicher Faktoren, die bei Vorliegen einer exokrinen Pankreasinsuffizienz zu einer bakteriellen Überbesiedlung des Dünndarms führen können 2.3.2.2.2 Klinische Auswirkungen der bakteriellen Überbesiedlung im Dünndarm In Folge einer bakteriellen Überbesiedlung im Dünn- und Dickdarm entstehen unterschiedliche klinische Symptome (siehe Abbildung 12), die das Wohlbefinden von EPI-Patienten nachhaltig beeinträchtigen. Häufig werden Krankheitsbilder, die durch einen SIBO bedingt sind, durch die fermentativen Abbauprozesse der Bakterien ausgelöst, die anders als im Darm gesunder Menschen bereits im proximalen Abschnitt des Dünndarms stattfinden (PARODI et al. 2009).
Als Substrat dienen den Bakterien hierbei insbesondere leicht verdauliche Kohlenhydrate, die unter anaeroben Bedingungen zu Gasen (Wasserstoff, Methan, Kohlenstoffdioxid), Milchsäure und kurzkettigen flüchtigen Fettsäuren (FFS) abgebaut werden (MONTALTO et al. 2009). Selbst bei Menschen ohne Vorliegen eines SIBOs variieren sowohl die täglich gebildeten Gasmengen (476 bis 1491 ml) als auch die Zusammensetzung der Gasarten beträchtlich. Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid machen dabei die größten Anteile aus, während Methan nur bei 3 von 11 Probanden in geringen Mengen nachgewiesen wurde, da
Fehlende/verminderte Pankreasfunktion
Enzymsekretion ↓ Bicarbonatsekretion ↓
Pankreassaftsekretion ↓
↑ Nährstoffdichte im Lumen Fehlende antimikrobielle
Wirkung
Verschiebung duodenaler pH-Wert
Mikrobielle Überbesiedlung im Dünndarm
↑ TS-Gehalt des Chymus
↓ Flussraten
Schrifttum
Völlegefühl, Blähungen und abdominale Schmerzen (Hypertension des Dünndarms), die durch eine vermehrte intestinale, bakteriell bedingte Gasbildung verursacht werden (PARODI et al. 2009). Neben der Gasbildung führen auch die entstandenen FFS und Laktat zu Nebenwirkungen, denn nach Überschreiten der Resorptionskapazität für kurzkettige Fettsäuren und Laktat im Dünndarm, kommt es durch die osmotische Wirkung der Säuren zu Durchfällen (CASPARY 1999; PARODI et al. 2009). Doch auch die Nutzung der FFS als Energiequelle muss Erwähnung finden: Etwa 10 % des menschlichen Energiebedarfs werden über die Bildung und Absorption flüchtiger Fettsäuren gedeckt und stellt somit eine Alternative der energetischen Versorgung von Patienten mit einer EPI dar (OWIRA u.
WINTER 2008). Andere erwähnenswerte positive Eigenschaften der FFS sind die Erhöhung der Zellproliferation des Kolons (ROEDLNGER 1980), da die Enterozyten ihren Energiebedarf zu 70 % über FFS decken (MOXLEY et al. 1995), die Erhöhung der Darmdurchblutung (KVIETYS u. GRANGER 1981) und die Stimulierung der Darmmotilität (KAMATH et al. 1987).
Nicht nur durch den fermentativen Abbau von Nährstoffen, sondern auch durch bakteriell gebildete Proteasen wird die Absorption der Nährstoffe reduziert. Die bakteriellen Enzyme sind zum einen in der Lage, körpereigene Verdauungsenzyme zu inaktivieren, zum anderen können sie intraluminale Eiweiße desaminieren, so dass weniger Aminosäuren absorbiert werden (PARODI et al. 2009). Da einige Bakterienarten (Bacteriodes, E. coli, Clostridien, Bifidobakterien) ebenfalls die notwendige Enzymausstattung besitzen, um Gallensäuren zu dekonjugieren (CHIKAI et al. 1987), führt eine bakterielle Überbesiedlung auch zu einer Beeinträchtigung der Fettverdaulichkeit. Eine weitere Besonderheit der Bakterien liegt in der Fähigkeit durch Desulfhydrasen aus Schwefel (schwefelhaltige Aminosäuren) Schwefelwasserstoff zu bilden (BLACHIER et al. 2010). XU et al. (2009) wiesen in Versuchen nach, dass eine gesteigerte Produktion von Schwefelwasserstoff zu einer Veränderung der Nozizeption des Dickdarms führt, womit eine Hyperalgesie im Dickdarm ausgelöst wird. Dieser Aspekt erscheint in Menschen mit einem SIBO besonders wichtig, da somit bereits eine geringe Steigerung der physiologischen Gasproduktion zu abdominalen Schmerzen führen kann. Zudem haben erhöhte Konzentrationen von Schwefelwasserstoff einen relaxierenden Effekt auf die glatte Muskulatur des Darmes (TEAGUE et al. 2002). Eine reduzierte Darmmotilität ist ursächlich für geringe Flussraten des Chymus und einen
Schrifttum
verringerten Abtransport von Bakterien, wodurch sich ein Circulus vitiosus hinsichtlich der Aufrechterhaltung eines SIBO entwickelt.
Abbildung 11: Auswirkungen und klinische Symptome einer bakteriellen Überbesiedlung im Dünndarm bei bestehender exokriner Pankreasinsuffizienz
Mikrobielle Überbesiedlung im Dünndarm
↑ mikrobielle Fermentation
↑ FFS ↑ Laktat ↑ Gase (CO2, H2, CH4)
↑ Dehnung des Dünndarmes
Energie- u.- Nährstoffmangel
↓Wohlbefinden Blähung/Flatulenz
↓ Nahrungsaufnahme Osmotische Diarrhoe
Überschreiten der Resorptionkapazität Energiequelle
Maldigestion/Malabsorbtion
Schmerzen/
Völlegefühl
Schrifttum
Material und Methoden
3 Eigene Untersuchungen
3.1 Material und Methoden 3.1.1 Versuchsziel
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die prc. Stärke-Verdaulichkeit verschiedener Stärkearten, die sich in ihrer botanischen Herkunft und der thermischen Vorbehandlung unterschieden, bei gesunden und pankreasinsuffizienten Schweinen zu bestimmen. Zu diesem Zweck wurden sowohl in-vivo- als auch in-vitro-Versuche durchgeführt:
1. in-vivo-Versuch:
-Screening-Test zur Bestimmung prc. Verschwindensraten [analog zum Vorgehen von BECKER (2005) und KRAMER (2010)]
2. in-vitro-Versuch:
-Nutzung des Gas Production System (AnkomRF) zur Bestimmung des Umfanges der Gasbildung durch mikrobielle Stärkefermentation bei Einsatz von Ileumchymus als Inokulum
Mit Hilfe des Screening-Tests wurden vergleichende Untersuchungen an gesunden Miniaturschweinen (Kontrolltieren) und Miniaturschweinen mit einer experimentell ausgelösten EPI (pankreasgangligierte- (PL-)Tiere) durchgeführt, um folgende Fragestellungen zu klären:
- Welchen Effekt hat die botanische Herkunft der Stärke (Einsatz von Stärken mit unterschiedlich großen Stärkegranula) auf die prc. Verdaulichkeit?
- Welchen Effekt hat die thermische Behandlung dieser Stärken auf die prc.
Verdaulichkeit?
Die in-vivo-Untersuchungen waren fokussiert auf die Frage nach der Bedeutung der Stärkeherkunft und ihrer Behandlung (Kochen) für die prc. Verdaulichkeit bei Vorliegen einer EPI. Bei den in-vitro Untersuchungen (Nutzung des Ileuminhaltes von K- und PL-Tieren) ging es primär um die Frage der Gasproduktion bei Inkubation unterschiedlicher Stärken. Die
Material und Methoden
wurde ebenfalls für vergleichende Untersuchungen zwischen Kontrolltieren und pankreasinsuffizienten Tieren genutzt und diente der Klärung folgender Fragen:
- Welchen Einfluss hat eine EPI auf den Umfang der mikrobiellen Fermentation unterschiedlicher Stärkearten?
- Wie wirkt sich die thermische Behandlung auf die mikrobielle Stärke-Fermentation aus?
- Gibt es Effekte einer Enzymsupplementation auf die mikrobielle Fermentation?
- Verändert sich die mikrobielle Fermentation (Umfang der Gasproduktion, Fermentationsprodukte) nach einer 10-tägigen Anfütterungsphase mit einer prc.
geringverdaulichen Stärke (rohe Kartoffelstärke)?
3.1.2 Versuchstiere
Als Versuchstiere standen 16 weibliche Göttinger Miniaturschweine der Zuchtlinie Ellegaard® zur Verfügung. Alle Tiere waren mit einer ileo-caecalen Umleitungsfistel ausgestattet. Sechs der Tiere dienten als Kontrolltiere (K-Tiere). Die übrigen 10 Tiere wiesen eine, durch Ligatur des Ductus pancreaticus accessorius induzierte, exokrine Pankreasinsuffizienz auf (PL-Tiere; siehe Übersicht 5). Die Operationsmethode wurde in vorangegangenen Dissertationen ausführlich beschrieben (TABELING 1998; FASSMANN 2001; HELDT 2001; MANDISCHER 2002; FUENTE-DEGE 2003; KAMMLOTT 2003), so dass auf die Erläuterung der Operationstechnik verzichtet wird.
Übersicht 5: Übersicht über die chirurgischen Eingriffe, die an den Versuchstiergruppen vorgenommen wurden
Ileo-caecale-Umleitungsfistel Ligatur des Ductus pancreaticus accessorius
K-Tiere (n = 6) + -
PL-Tiere (n = 10) + +
Die Körpermasse wurde wöchentlich ermittelt und in der Tabelle 3 als Mittelwert über den gesamten Versuchszeitraum dargestellt. Mittels eines Chymotrypsin-Aktivitäts-Testkits®
Material und Methoden
Tiere bestimmt, um ein Vorliegen einer Pankreasinsuffizienz bei den Tieren zu überprüfen – bei keinem der eingesetzten PL-Tiere konnte Chymotrypsin > 0,8 IU/g Kot (uS) festgestellt werden.
In Tabelle 3 ist das Alter, die Körpermasse und der Status (K- oder PL-Tier) der eingesetzten Miniaturschweine aufgeführt.
Tabelle 3: Kennzeichnung, Geburtsdatum, Status und mittlere Körpermasse der in den Versuchen von Herbst 2012 bis Sommer 2013 eingesetzten Versuchstiere
Kennzeichnung Geburtsdatum Status KM (kg) a
4 12/2011 K-Tier 24,0
5 01/2012 K-Tier 19,8
6 02/2012 K-Tier 21,1
114 05/2006 K-Tier 39,7
147 11/2008 K-Tier 36,4
151 04/2009 K-Tier 34,8
1 12/2011 PL-Tier 22,8
2 12/2011 PL-Tier 22,7
3 12/2011 PL-Tier 22,8
7 02/012 PL-Tier 18,9
88 08/2003 PL-Tier 33,6
96 11/2004 PL-Tier 31,1
132 08/2007 PL-Tier 41,5
134 10/2007 PL-Tier 38,0
144 09/2009 PL-Tier 33,1
149 11/2008 PL-Tier 40,5
a mittlere KM über den Zeitraum der Versuche (wöchentliche Wägung)
3.1.3 Haltung der Versuchstiere
Die Tiere wurden außerhalb der Versuche einzeln in sogenannten Haltungsboxen aufgestallt.
Material und Methoden
zu ermöglichen, waren partielle Aussparungen im unteren Bereich (rund, Durchmesser 9 cm) beziehungsweise Metallstäbe statt der PVC-Wand im oberen Bereich angebracht. Vor Beginn einer Chymussammlung wurden die Tiere in Bilanzställe eingestallt, die eine Fläche von 0,96 m² hatten. Der Boden bestand auch hier aus kunststoffummantelten Gitterrosten. Im Unterschied zu den Haltungsboxen wurden die Seitenwände hier allerdings aus Metallstäben gebildet, die mit PVC-Scheiben verschlossen werden konnten. Für die Dauer eines Versuches wurden die Scheiben entfernt, um den Zugriff auf die Tiere zu ermöglichen.
Sowohl in den Haltungsboxen als auch in den Bilanzställen hatten die Tiere jederzeit freien Zugang zu Tränkwasser über eine Zapfentränke. Als Beschäftigungsmöglichkeiten befanden sich Plastikbälle, Metallketten und Bälle aus Kautschuk in den Boxen.
Die Raumtemperatur wurde konstant bei 22 °C gehalten. Über eine automatische Zeitschaltuhr wurde eine Lichtdauer von 15 h pro Tag sichergestellt (6:00 bis 21:00 Uhr). Die relative Luftfeuchte variierte im Mittel um 40 %.
3.1.4 Fütterung der Versuchstiere
3.1.4.1 Außerhalb von Versuchen
In Phasen ohne Versuche wurden die Tiere zweimal täglich (7 Uhr und 14 Uhr) mit jeweils 250 g (uS) des so genannten „Erhaltungsfutters“ (HF) der Firma Altromin® gefüttert. Die Komponenten dieses Alleinfuttermittels für Miniaturschweine waren Getreideschrote und Mineralstoffergänzungen. Um ein Verstopfen der Fisteln zu verhindern, wurde das Futter zweifach pelletiert und dreifach gemahlen. Die chemische Zusammensetzung des Erhaltungsfutters kann der Tabelle 4 entnommen werden. Alle PL-Tiere bekamen zu jeder Mahlzeit eine Enzymsubstitution (2,49 g Kreon; dies entspricht 49.860 IE Amylase/g;
45.907 IE Lipase/g; 3.158 IE Protease/g Abbot Laboratories GmbH). Das Futter wurde mit 1000 ml Wasser angerührt und den Tieren aus V2A-Stahl-Näpfen angeboten.
Um Mangelsituationen bei den PL-Tieren vorzubeugen, erfolgte eine Ergänzung der fettlöslichen Vitamine A, D3, E durch ein spezielles, flüssiges Ergänzungsprodukt (Fa. Miavit GmbH; 18.000.000IE Vit.A, 100.000IE Vit. D3, 120.000 mg Vit. E je Liter) und eine Supplementation von Bierhefe. Die Verabreichung der fettlöslichen Vitamine (5 ml oral über
Material und Methoden
das Futter) wurde im Abstand von zwei Wochen vorgenommen, während Bierhefe (2 Teelöffel/Tier) einmal wöchentlich zugefüttert wurde.
Tabelle 4: Chemische Zusammensetzung des Erhaltungsfutters (g/kg TS)
Rohasche Rohfaser Rohprotein Rohfett Stärke Zucker
53,3 35,5 150 42,4 352 44,9
3.1.4.2 Fütterung im eigentlichen Versuch
Für die Bestimmung der prc. Verdaulichkeiten (analog zum Vorgehen von (BECKER 2005) in einem Screening-Test) wurden folgende Stärken sowohl in roher (r) als auch gekochter (g) Form verwendet:
Reisstärke (RS)
Amaranth-Vollkornmehl (AM) Erbsenstärke (ES)
Kartoffelstärke (KS)
Maisschrot (MS; nur roh getestet)
Die Auswahl der unterschiedlichen Stärkearten beruhte zum einen auf den verwendeten Stärkearten in der Arbeit von KRAMER (2010), zum anderen auf der variierenden Größe der Stärkegranula und dem unterschiedlichen Amylosegehalt (siehe Tabelle 5).
Tabelle 5: Granulagröße (µm) und Amylose-Gehalte (%) je g (uS) der unterschiedlichen Stärketräger
Reis-stärke
Amaranth-stärke1
Kartoffel-stärke
Erbsen- stärke
Mais- stärke
Granulagröße (µm)* 5 0,5 – 2,0 100 10-20 40-100
Amylosegehalt (%)
Angaben für roh/gekocht 6,3/11,1 1,53/1,86 8,68/18,3 20,5/27,0 17,9/ n.b.
1 Bestimmung erfolgte im Amaranth-Vollkornmehl (Werte entsprechen jedoch den Angaben aus der Literatur)
* laut Literaturangaben (JANE et al. 1994) n.b. nicht bestimmt
Die Nährstoffgehalte der thermisch unbehandelten Stärken und der thermisch behandelten (gekochten) Stärken sind in Tabelle 6 und 7 aufgeführt.
Material und Methoden
Tabelle 6: Nährstoffgehalte der verwendeten thermisch unbehandelten Stärken (g/kg TS)
Futtermittel Ra Rp Rfe Rfa Stärkepola Stärkeenzym Zucker
Reisstärke 2,61 4,48 4,62 1,71 926 965 < 1
Amaranth* 26,7 148 81,2 45,0 642 577 21,2
Kartoffelstärke 2,78 1,63 0,504 2,25 956 966 < 1 Erbsenstärke 1,23 2,96 1,19 0,841 936 875 < 1
Maisschrot 1,37 92,0 47,2 32,0 706 660 15,8
Stärkepola:polarimetrische Bestimmung; Stärkeenzym: enzymatische Bestimmung
*Amaranth-Vollkornmehl
Tabelle 7: Nährstoffgehalte der verwendeten thermisch behandelten Stärken (g/kg TS)
Futtermittel Ra Rp Rfe Rfa Stärkepola Stärkeenzym Zucker
Reisstärke 4,77 4,18 3,90 2,08 917 789 < 1
Amaranth* 28,0 147 78,7 45,4 631 575 21,7
Kartoffelstärke 4,71 2,25 1,53 1,63 850 896 < 1 Erbsenstärke 3,83 2,79 0,386 1,14 816 937 4,94
Stärkepola:polarimetrische Bestimmung; Stärkeenzym: enzymatische Bestimmung
*Amaranth-Vollkornmehl
3.1.4.2.1 Thermische Behandlung der Stärken
Um standardisierte Bedingungen für die thermische Behandlung der Stärken garantieren zu können, wurde das Kochen der verschiedenen Stärken im Institut für Tierernährung durchgeführt. Dazu wurde Wasser in einem Kessel mit einem Fassungsvermögen von 200 Litern erwärmt und bei Erreichen einer Wassertemperatur von 40 °C mit der nativen Stärke (Stärke roh) versetzt. Für das Einrühren wurde eine Bohrmaschine (Fa. Bosch; SDS plus) mit einem Wendelquirlaufsatz genutzt. Vom Zeitpunkt des Aufkochens (sichtbar an der Blasenbildung) wurde dieser Zustand des Stärke-Wasser-Gemisches unter ständigem Rühren für 20 Minuten aufrechterhalten. Das Quellverhalten (Verkleisterung) von Stärke im warmen Wasser ist abhängig von der Stärkeart. Demnach variierte die Wassermenge, die je Kilogramm eingesetzte Stärke verwendet wurde, um die Viskosität des Stärke-Wasser-Gemisches so einzustellen, dass ein Rühren über die gesamte Zeit der thermischen Behandlung möglich war. Um den Trocknungsprozess nicht unnötig zu verlängern, sollte
Material und Methoden
dabei nicht mehr Wasser als notwendig zugesetzt werden. Die Wassermenge. die zur Stärke hinzugefügt wurde, kann aus Tabelle 8 entnommen werden.
Tabelle 8: Zugeführte Wassermenge zur thermischen Behandlung der Stärketräger (Liter/kg) Reis-
stärke
Amaranth-Vollkornmehl
Kartoffel- stärke
Erbsen- stärke Wassermenge/
kg Stärke 4 2,5 5 4
Die abgekühlte, gelartige Masse, wurde in Plastiktüten portioniert und anschließend im Gefriertrockner (Christ LCG Lyo Chamber Guard) das Wasser entzogen. Dieser Vorgang dauerte 3 Tage. Ausgenommen hiervon war die Erbsenstärke, die lediglich 2 Tage gefriergetrocknet wurde. Das gefriergetrocknete Material wurde im Anschluss in einer Mühle (Grindomix, Fa. Retsch) gemahlen. Die Nährstoffzusammensetzung der einzelnen thermisch unbehandelten und thermisch behandelten Stärkearten ist Tabelle 9 und Tabelle 10 zu entnehmen.
3.1.4.2.2 Komponenten der im Screening-Test eingesetzten Testmahlzeiten
Die Testmahlzeit, mit der die Tiere am Morgen eines Versuchstages gefüttert wurden, bestand aus folgenden Einzelkomponenten:
- 150 g Stärke (roh oder gekocht)
- 30 g Methylcellulose (Methocel®, Fa. Sigmar Aldrich Chemie) - 25 ml Olivenöl (Fa. Roth)
- 0,625 g Chromoxid als Marker (Fa. Sigma Aldrich Chemie; 98 % ≤ 50 µm) - 1 Liter Wasser
Die Versuchsdurchführung orientierte sich an dem Vorgehen in der Arbeit (KRAMER 2010), wobei die Futterzusammensetzung jedoch modifiziert wurde. So gab es keine
„Basismischung“, der die unterschiedlichen Stärken zugesetzt wurden. In den Versuchen war die zu testende Stärke die einzige in der Testmahlzeit enthaltende Stärke (also kein Differenzversuch!). Der jeweilige Stärketräger wurde in den durchgeführten Versuchen mengenäquivalent pro Mahlzeit eingesetzt, woraus – aufgrund des unterschiedlichen Stärkegehaltes der verschiedenen Stärketräger (siehe Tabelle 6 und Tabelle 7) - eine
Material und Methoden
unterschiedliche Stärkemenge pro Mahlzeit resultierte. Den nachfolgenden Tabelle 9 und Tabelle 10 kann der Nährstoffgehalt der Testmahlzeiten entnommen werden.
Tabelle 9: Nährstoffgehalte der Testmahlzeiten mit thermisch unbehandelten Stärken (g/kg TS) Testmahlzeit Ra Rp Rfe Rfa Stärkepola Stärkeenzym Zucker
Reisstärke 7,73 3,29 140 80,2 672 674 <1
Amaranth* 23,4 107 190 98,8 431 435 11,7
Kartoffelstärke 7,52 2,25 131 65,5 605 655 <1
Erbsenstärke 7,69 3,40 126 61,1 683 683 1,20
Maisschrot 13,8 66,9 154 76,6 513 470 17,2
Stärkepola:polarimetrische Bestimmung; Stärkeenzym: enzymatische Bestimmung
*Amaranth-Vollkornmehl
Tabelle 10: Nährstoffgehalte der Testmahlzeiten mit thermisch behandelten Stärken (g/kg TS) Testmahlzeit Ra Rp Rfe Rfa Stärkepola Stärkeenzym Zucker
Reisstärke 9,95 3,53 133 97,7 690 699 1,66
Amaranth* 25,6 110 187 118 476 449 11,3
Kartoffelstärke 7,37 2,61 126 79,7 618 664 1,66
Erbsenstärke 8,15 2,32 134 120 605 611 2,83
Stärkepola:polarimetrische Bestimmung; Stärkeenzym: enzymatische Bestimmung
*Amaranth-Vollkornmehl
Aufgrund des unterschiedlichen Verhaltens der Stärke bei der Zugabe von Wasser erfolgte die Zubereitung der Testmahlzeiten mit geringen Unterschieden. Sofern gekochte Stärke als Komponente eingesetzt wurde, erfolgte das Anrühren mit kaltem Wasser. Durch die Verwendung kalten Wassers konnte ein Quellen der gekochten Stärke reduziert werden, wodurch die Akzeptanz bei den Tieren gesteigert wurde.
3.1.5 Bestimmung des Anteils der praecaecal verdauten Stärke (Verschwindensrate) – im Screening-Test-Verfahren
Der Screening-Test, der von BECKER (2005) entwickelt wurde, ist eine modifizierte Methode eines Verdaulichkeitsversuches zur Bestimmung der prc. Verdaulichkeit. Hierbei wird auf eine Anfütterung und eine mehrtägige Chymuskollektion verzichtet.
Material und Methoden
3.1.5.1 Versuchsablauf
Am Vorabend des Versuchs wurden den Tieren 400 ml einer hochkalorischen Flüssignahrung (ProvideXtra®, Fresenius Kabi GmbH) angeboten. In diese wurden zuvor 50 g Methylcellulose eingerührt, um eine zügige und möglichst vollständige Magenentleerung zu erzielen. Am Versuchsmorgen erfolgte die Fütterung der Tiere um 7 Uhr mit der Testmahlzeit. Drei Stunden später erfolgte die Öffnung der ileo-caecalen Umleitungsfistel.
Der Zeitpunkt der Anflutung der chromoxidhaltigen Stärkediät am terminalen Ileum war tier- und tagesabhängig. Der markerlose Chymus wurde in den Versuchen als „brauner Chymus“
bezeichnet und verworfen. Sofern an der Ileumfistel eine deutliche Grünfärbung des Chymus erkennbar war, begann die 8-stündige Sammlung des sogenannten „grünen Chymus“. Nach Beenden dieser Kollektionssphase wurden die Tiere mit Erhaltungsfutter gefüttert (siehe Abbildung 12).
Abbildung 12: Schematische Darstellung des Screening-Tests nach BECKER (2005), Versuchsdesign: Chymuskollektion im Schnelltest
Getrennte & fraktionierte Kollektion
Fütterung der Testmahlzeit Morgen des Versuchstages
Abend des Versuchstages
Fütterung von
„Erhaltungsfutter“
Beginn der Chymuskollektion mit Farbwechsel des Chymus
von braun zu grün
Kollektion des Marker-haltigen „grünen Chymus“
4 Intervalle à 2 h
Fütterung von ProvideXtra®
Öffnung der Fistel 3 h postprandial
Vorabend des Versuchstages
Material und Methoden
Um sicherzustellen, dass kein Übertrag von Chromoxid aus vorangegangenen Screening-Tests erfolgte, wurde ein jeder Screening-Test frühestens 48 h nach Abschluss des vorausgegangenen begonnen (Vorgehen analog zu BECKER (2005), ZANTZ (2006), CLASSEN (2008) und KRAMER (2010)).
3.1.5.1.1 Kollektionsintervalle
Nach Öffnung der Fistel gegen 10:00 Uhr wurde ein Sammelbehältnis (Medizinalkondom;
Richter Rubber Technology; rrt Vertrieb UND Service GmbH) mit Hilfe einer Metallklammer an der ilealen Fistel befestigt.
Die Chymuskollektion erfolgte in Intervallen, wobei ein Intervall zwei Stunden umfasste.
Nach Beendigung eines Intervalls wurde die bis dahin gesammelte Chymusmasse bestimmt und durch eine gleiche Menge in Form einer Elektrolytlösung substituiert. Die Salzlösung enthielt NaCl (2,05 g/l) und KCl (0,36 g/l) und wurde über in die Caecumfistel eingegeben.
Aufbereitung der Proben
In regelmäßigen Abständen wurden die Sammelbehälter an der Fistel gewechselt, der gesammelte Chymus wurde in Plastikschälchen überführt, gewogen und anschließend bei einer Temperatur von -18 °C gelagert.
Für weitere Analysen wurde das Probenmaterial über die Dauer von 3 Tagen gefriergetrocknet (alpha 1-4 LSC, FA Martin Christ Gefriertrocknungsanlagen GmbH, Osterode). Im Anschluss wurden die Proben mit einer Messermühle (GrindoMix; Fa. Retsch) gemahlen.
3.1.6 Bestimmung der in-vitro Gasproduktion im Gas Production System (GPS)
Das AnkomRF Gas Production System (Fa. AnkomTechnology Corp., Macedon) ist ein in-vitro System zur Messung der durch mikrobielle Fermentationsprozesse gebildeten Gasmengen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Auswirkungen des Zusatzes unterschiedlicher Stärkearten (sowohl roh, als auch gekocht) zu Ileumchymus als Inokulum auf das Ausmaß und die Kinetik der mikrobiellen Fermentation mit Hilfe des Gas Production
3.1.6.1 Bestandteile des Gas Production Systems
Abbildung 13: In den in-vitro Versuchen verwendetes Gasbild
Das Gasbildungsmodul bestand aus einer Glasflasche (Fa. Schott, Mainz; 100 ml) und einem Druckmesskopf. Der Druckmesskopf wurde auf die Glasflasche aufgeschraubt und war mit einem Temperatursensor ausgestattet, durch den
Temperatur erfolgte. Am unteren Ende der Druckmessköpfe befand sich eine Vorrichtung, über die das Gas automatisch entweichen konnte, wenn ein vorher festgelegter Druck (100 mbar) erreicht wurde.
Die gemessenen Daten (absoluter Druck, kumulativer Druck, Temperatur) wurden über Funk (Radio Frequenz Technologie) an den Basis
Luerventil
Luerventil
Material und Methoden
Bestandteile des Gas Production Systems
Das GPS vereint mehrere Funktionseinheiten, hierzu zählen:
Gasbildungsmodul (siehe Abbildung 13) bestehend aus:
Druckmesskopf 100 ml Glasflasche Koordinator (Computer)
vitro Versuchen verwendetes Gasbildungsmodul (Zeichnung Ahlfänger)
Gasbildungsmodul bestand aus einer Glasflasche (Fa. Schott, Mainz; 100 ml) und einem Druckmesskopf. Der Druckmesskopf wurde auf die Glasflasche aufgeschraubt und war mit einem Temperatursensor ausgestattet, durch den eine kontinuierliche Erfassung der Temperatur erfolgte. Am unteren Ende der Druckmessköpfe befand sich eine Vorrichtung, über die das Gas automatisch entweichen konnte, wenn ein vorher festgelegter Druck
Gasbildungsmodul bestand aus einer Glasflasche (Fa. Schott, Mainz; 100 ml) und einem Druckmesskopf. Der Druckmesskopf wurde auf die Glasflasche aufgeschraubt und war mit einem Temperatursensor ausgestattet, durch den eine kontinuierliche Erfassung der Temperatur erfolgte. Am unteren Ende der Druckmessköpfe befand sich eine Vorrichtung, über die das Gas automatisch entweichen konnte, wenn ein vorher festgelegter Druck