Diätetische N-Restriktion: Wechselwirkung mit dem P-Haushalt bei Schafen

Da sich gezeigt hatte, dass sich eine P-Restriktion oder -Mangel intermediär fast ausschließlich auf die N-Homöostase auswirkt, sollte überprüft werden, inwieweit eine

primäre Beeinträchtigung des N-Haushaltes Auswirkungen auf die P-Homöostase beim kleinen Wiederkäuer hat.

Diese Untersuchungen konnten an Plasma-, Harn- und Pansensaftproben von Schafen durchgeführt werden, die aus einem Projekt zur Erfassung des intestinalen Aminosäurentransportes bei unterschiedlicher N-Versorgung stammten (Schöneberger 1999).

Die Tiere wurden diätetisch mit N unterversorgt. Sie erhielten dreimal täglich Heu, Stroh und Kraftfutter mit etwa 12 % N (in T) für die Kontrollgruppe (Ncon, n = 6) und etwa 7 % N (in T) für die N-Restriktion (Nres, n = 6). Die Auswirkungen der N-restriktiven Fütterung wurden über 27 - 43 Tage anhand der Reduktion der Harnstoffkonzentrationen im Plasma verfolgt.

Die aufgenommene P-Menge betrug im Mittel für die Ncon-Gruppe 3,3 g/Tier/Tag und für die Nres Gruppe 3,1 g/Tier/Tag.

Unter N-Restriktion reduzierten die Tiere während des Versuchszeitraumes nur geringfügig ihr Gewicht. Um einen Einblick in mögliche Veränderungen des P-Haushaltes zu gewinnen, wurden die Pi-Konzentrationen im Plasma kontinuierlich über den gesamten Versuchszeitraum, in Harn und Pansenflüssigkeit am Ende des Versuches gemessen. Die Plasma-Pi-Konzentrationen sanken unter N-Restriktion signifikant; die Versuchszeit hatte aber ebenfalls einen reduzierenden Effekt auf die Plasma-Pi-Konzentrationen beider Gruppen (Abb. 23A). Ähnlich zeigte sich die Entwicklung der Pi-Konzentrationen in der Pansenflüssigkeit innerhalb der letzten 14 Tage der N-Restriktion (Abb. 23B). Der Abfall der Plasma-Pi-Konzentrationen erfolgte offensichtlich schon innerhalb der ersten drei Versuchstage (nicht erfasst), daher wiesen die Gruppen am dritten Versuchstag (Abb. 23A) schon deutliche Unterschiede in den Konzentrationen auf. Warum über die Dauer des Versuches die Pi-Konzentrationen im Plasma und in der Pansenflüssigkeit absanken, ist unklar.

0 10 20 30 40 50

A Verlauf der Plasma-Pi-Konzentrationen bei wachsenden Schafen unter diätetischer N-Restriktion (Nres, Mittelwerte aus n = 6) und adäquater N-Versorgung (Ncon, Mittelwerte aus n

= 6). Am Ende des Versuchs waren die Werte nur noch von 1 - 2 Tieren. Die Effekte für den Einfluss der N-Versorgung als auch für den der Versuchsdauer waren mit p<0,05 bzw. 0,001 signifikant (2-Weg-Varianzanalyse, BMDP 5V Software Programm).

B Entwicklung der Pi-Konzentrationen in der Pansenflüssigkeit. Jeder Punkt stellt den Messwert in der Pansenflüssigkeit zum Schlachtzeitpunkt dar, die Tiere wurden unterschiedlich lang N-restriktiv versorgt. Die linearen Regressionen wurden mittels Graphpad.prism 3.0 durchgeführt (y=mx+b; m = Steigung der Geraden, b = Schnittpunkt mit y). Die Steigungen der Graden und die Schnittpunkte mit der y-Achse sind mit p<0,001 signifikant verschieden.

Die Reduktion der Pi-Konzentrationen in der Nres-Gruppe waren nicht auf Unterschiede in der Futteraufnahme zurückzuführen. In vitro Untersuchungen der mikrobiellen Proteinsynthese als auch des N:P-Verhältnisses in den Pansenmikroorganismen unter P-Depletions- (0,26 mmol Pi/l) und Kontrollbedingungen (26,0 mmol Pi/l) bei drei verschiedenen N-Versorgungsstufen (5, 2,5 und 1 mmol N/l) zeigten, dass bei konstantem N:P-Verhältnis sich die mikrobielle Proteinsynthese und die Fettsäurenproduktion bei sinkendem N-Angebot verringerte. Diese Reduktion der mikrobiellen Proteinsynthese war aber unter P-Depletionsbedingungen im Mittel geringer (~ 23 %) als unter Kontrollbedingungen (~ 37 %) (Merkuria 1997). Eine Wechselwirkung zwischen N- und P-Haushalt umschließt also auch die Assimilations- und Syntheseleistungen der Pansenmikroorganismen, für deren Wachstum N ebenso limitierend ist wie P. Die reduzierte diätetische N-Zufuhr als auch die dadurch verringerte endogene Harnstoffsekretion in den Pansen könnte somit auch den P-Bedarf der

Pansenbakterien verringern aufgrund geringerer Stoffwechselleistungen. Außerdem dürfte gebundener P nicht mehr ausreichend durch den mikrobiellen Abbau freigesetzt werden, so dass eine höhere Anflutung von schwer- oder unverdaulichem P im Darm zu erwarten wäre.

Eine verringerte Absorption von Pi im Darm könnte die reduzierten Pi-Konzentrationen in Plasma und Pansenflüssigkeit erklären. Inwieweit auch intermediär eine diätetische N-Restriktion Auswirkungen auf die P-Utilisation hat, ist unklar. Da aber bei Ratten ein Zusammenhang zwischen dem Grundumsatz und der N-Aufnahme gezeigt werden konnte (Lerner 1993), wäre vorstellbar, dass dann über eine erhöhte renale Ausscheidung nicht im Stoffwechsel nutzbares Pi eliminiert werden könnte. Diese Hypothese wird unterstützt durch die leicht erhöhten Pi-Konzentrationen im Harn der Nres Schafe, ohne das die Pi-Ausscheidung quantitativ erfasst wurde.

6. ZUSAMMENFASSUNG

Molekulare Grundlagen der Phosphor-Homöostase beim kleinen Wiederkäuer

Beim Wiederkäuer wird die P-Homöostase hauptsächlich über Na⁺-abhängige Pi -Transportsysteme des Typs NaPi II in den epihelialen Organen moduliert. Eine Ausnahme stellt der H⁺-abhängige Pi-Transportprozess im Duodenum dar. In Niere und Speicheldrüse scheinen die Pi-Transporter entwicklungsabhängig maximal exprimiert zu sein, so dass dies dem Unvermögen der Niere und auch der Speicheldrüse zugrunde liegen dürfte, auf eine diätetischen P-Restriktion mit einer deutlichen Steigerung des Pi-Transportes zu reagieren.

Einzig im Jejunum wird beim ruminierenden Wiederkäuer unter diätetischen P-Restriktionsbedingungen die Kapazität des Pi-Transportes über eine Steigerung der NaPi IIb-Transportermenge adaptiert. Bei einem diätetischen Überfluß an Pi kommt sowohl dem Jejunum als auch der Niere beim noch nicht ruminierenden Wiederkäuer eine wichtige Bedeutung für die P-Homöostase zu, beide Organe reduzieren ihre Pi-Transportkapazität auf funktioneller und struktureller Ebene, während die Speicheldrüse in der Höhe der NaPi II-Expression unbeeinflusst bleibt. Diese Adaptationsprozesse sind beim ruminierenden Wiederkäuer noch nicht untersucht, aus Bilanzversuchen lässt sich aber ein ähnlicher Adaptationsablauf ableiten. Mit dem Beginn der Pi-Konzentrierung im Speichel und der Sekretion in den Pansen ab der 3. Lebenswoche schließt sich der endogene Pi-Kreislauf beim noch nicht ruminierenden Wiederkäuer, ohne seine volle Kapazität erreicht zu haben. Dies geschieht erst mit dem Absetzen der Jungtiere und der damit verbundenen mechanischen Stimulation der Speichelsekretion. Die frühzeitige Anlage aller notwendigen Pi -Transportsysteme gewährleisten eine Rezyklierung von Pi auf hohem Niveau. Der endgültige Schluss des endogenen Pi-Kreislaufes über den Darm, komplette Rückgewinnung von Pi in der Niere und maximale Sekretion mit dem Speichel findet aber erst statt, wenn die Nierenschwelle auf Werte angestiegen ist, die deutlich über der Plasma-Pi-Konzentration

liegen. Dies erfolgt nicht zum Zeitpunkt des Absetzens, sondern deutlich später in der ruminierenden Phase. Der Mechanismus der Nierenschwelle setzt wahrscheinlich ein Pi

sensing voraus, wie es in ähnlicher Wiese für das Ca angenommen wird. Wie die Regulation der Höhe der Nierenschwelle entwicklungsabhängig erfolgt, ist unklar. Sie ist offensichtlich eng mit der funktionellen Reifung der Speicheldrüse gekoppelt. Wenn dort die Pi -Transportkapazität so hoch ist, dass in physiologischen Plasma-Pi-Bereichen die Speichel-Pi -Konzentration linear mit der Plasma-Pi-Konzentration korreliert ist, wird ein „Zuviel“ an Pi

über diesen Weg aus dem Körper-Pi-Pool „ausgeschieden“. Die Niere senkt die Pi -Resorptionskapazität erst, wenn dieser lineare Zusammenhang nicht mehr, bzw. beim jungen Wiederkäuer noch nicht gegeben ist. Letztendlich determiniert also die Reife der Speicheldrüse den kompletten Schluss des endogenen Pi-Kreislaufes und den Wechsel der Pi -Ausscheidung von renal und fäkal auf ausschließlich fäkal, wie es für den erwachsenen Wiederkäuer typisch ist. Trotz der beobachteten Anpassungsmechanismen beim Wiederkäuer kommt es unter diätetisch P-restriktiven Bedingungen zu kurzzeitigen Störungen im N-Haushalt, die aber kompensiert werden können. Diese Beeinflussung lässt sich auch umgekehrt beobachten, unter Reduktion der diätetischen N-Zufuhr reduzieren sich die Pi -Konzentrationen in Plasma und Pansensaft. Welche Mechanismen dem zugrunde liegen, ist unklar. Möglich erscheint eine enge Verknüpfung mit dem Mikrobenstoffwechsel. Darüber hinaus ist aber aufgrund der leicht erhöhten Harn-Pi-Konzentrationen eine Wirkung auf den endogenen Pi-Kreislauf und die P-Homöostase über eine Reduktion des Energiegrundumsatzes nicht auszuschließen. Wie stark die Auswirkungen eine diätetischen P-Restriktion sind, ist vor allem neben Dauer und Größe der Versorgungseinschränkung abhängig vom Entwicklungsstatus der Tiere, sodass eine P-Mangelversorgung jeweils für jede Entwicklungsstufe neu definiert werden muss. In gleicher Weise gilt dies dann natürlich auch für die P-Überversorgung.

7. LITERATURVERZEICHNIS

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Im Dokument Molekulare Grundlagen der Phosphor-Homöostase beim kleinen Wiederkäuer (Seite 99-120)