Körperfett und δ 13 C-Wert

11 FASTENSTUDIE AN ADIPÖSEN PATIENTEN 11.2 Auswertung Magermasse und der Verlauf desδ¹⁵N-Wertes gemeinsam mit den Änderungen des Harn-säurespiegels dargestellt. Betrachtet man die Veränderung des HarnHarn-säurespiegels über die gesamte Fastenphase hinweg, so folgt dieser eher dem Verlauf des Magermasseverlustes.

Es gibt aber noch einen weiteren Grund, warum die Erhöhung desδ¹⁵N-Wertes nicht auf den Abbau der Magermasse zurückzuführen ist. Die Proteinzufuhr durch die Formu-ladiät beträgt täglich etwa 155 bis 167 g. So besteht für den menschlichen Organismus keine Notwendigkeit, das körpereigene Protein der abgebauten Magermasse über das nor-male Maß hinaus wieder zu verwenden. Das aus der Magermasse freigesetzte Protein wird also nicht wieder vollständig zur Synthese von neuen Proteinen eingesetzt, wie dies bei unterernährten Personen der Fall ist, sondern wird zum größten Teil über den Harnstoff-wechsel ausgeschieden (siehe auch Kapitel 3.3.1 auf Seite 28). Hierbei kommt es zwar zu einer Mischisotopie zwischen den δ¹⁵N-Werten des wiederverwerteten Proteins und der konsumierten Diät, aber die Isotopenverhältnisse des körpereigenen Proteins fallen dabei übermäßig ins Gewicht. Bei guter Proteinversorgung stammt der Hauptanteil der Ami-nosäuren für die Proteinsynthese aus der Nahrung (Rodwell, 1996). Infolgedessen kann die Erhöhung des δ¹⁵N-Wertes nicht als interner Trophiestufeneffekt bezeichnet werden.

Siehe dazu auch das Kapitel 3.3 auf Seite 25.

11.2 Auswertung 11 FASTENSTUDIE AN ADIPÖSEN PATIENTEN Auch bei der Auswertung des δ¹³C-Wertes gilt es die Fraktionierung zwischen der konsumierten Nahrung und dem Keratin zu berücksichtigen. Über die Formuladiät wird täglich Nahrung mit einem δ¹³C-Wert zwischen -23,3‰ und -23,6‰ aufgenommen. Der bewährte Fraktionierungsfaktor zwischen Nahrung und Keratin für den δ¹³C-Wert liegt bei 1,4 bis 2,0‰ (Minagawaet al., 1986;Schoelleret al., 1986). Daher sollte sich der δ¹³C-Wert im Haarkeratin nach der Ernährungsumstellung auf die Formuladiät zwischen -22,3‰ und -21,6‰ bewegen. Jedoch liegen die δ¹³C-Werte am Ende der Fastenphase bei allen sechs Probanden zwischen 0,6‰ (FS-06) und 1,9‰ (FS-01) über diesem Wer-tebereich. Legt man jedoch die neueren Forschungsergebnisse von Hedges et al. (2009) und Huelsemann et al. (2009) als Maßstab für den Fraktionierungsfaktor zugrunde, so können die Keratinwerte um bis zu 4,3‰ über den Nahrungswerten liegen. Dies bedeu-tet, dass die δ¹³C-Werte im Keratin der Probanden bis auf -18,8‰ ansteigen können.

Unter diesen Umständen wären alle δ¹³C-Werte am Ende der Fastenphase innerhalb des Wertebereichs, welcher durch den Fraktionierungsfaktor vorgegeben wird.

Sehr überraschend sind die niedrigen δ¹³C-Werte bei vier Probanden zu Beginn der Fastenstudie (erste Messung). Dabei liegen bei drei Probanden die Werte deutlich (bis zu 0,48‰ bei FS-01, siehe Abbildung 11.1) unterhalb des Referenzbereichs vonPetzke et al. (2005b). Bei FS-04 befindet sich der Wert nahe der Untergrenze (siehe Abbildung 11.7). Hierfür lässt sich in der Literatur keine geeignete Erklärung finden. Da aber dieses Phänomen bei der Mehrzahl der untersuchten Probanden auftritt, könnte dieser niedrige δ¹³C-Wert auf die spezielle Physiologie der Adipositas zurückzuführen sein. Unterstützt wird diese Hypothese durch die Tatsache, dass die drei erwähnten Fälle bei Therapiebeginn die höchsten BMI-Werte innerhalb der Isotopengruppe aufweisen (siehe Tabelle 6.7 auf Seite 86).

Obwohl alle Probanden unterschiedliche δ¹³C-Werte zu Beginn der Fastenphase auf-weisen, erreicht die Hälfte der Isotopengruppe sehr ähnliche Endwerte zwischen -20,4‰ und -20,2‰ (FS-03, FS-04 und FS-05). Dabei könnte es sich um das neue δ¹³C-Niveau nach der Ernährungsumstellung auf die Formuladiät handeln. Daraus lässt sich ein Frak-tionierungsfaktor für den δ¹³C-Wert in diesem Probandenkollektiv zwischen Formuladiät und Haarkeratin mit 2,9 bis 3,4‰ berechnen. Besonders erwähnenswert ist in diesem Zu-sammenhang Proband FS-03. Bei diesem Probanden liegt bereits das Startlevel innerhalb des oben erwähnten Wertebereichs. Da sich zum Endwert kaum Veränderungen zeigen, be-kräftigt dies die Berechnung des Fraktionierungsfaktors und des zugehörigen Endniveaus für den δ¹³C-Wert. Bei FS-01 und FS-06 liegen die δ¹³C-Werte am Ende der Fastenphase um etwa 0,6‰unterhalb des hier angenommenen Endniveaus. Der zu niedrigeδ¹³C-Wert kann bei FS-01 auch hier durch die verkürzte Fastenphase erklärt werden. So hatte der δ¹³C-Wert bei FS-01 zu wenig Zeit, um das neue Niveau nach der Ernährungsumstellung vollständig zu erreichen. Auch bei FS-06 könnte die Umstellung auf das neue Isotopen-niveau noch nicht vollständig abgeschlossen sein, denn laut McCullagh et al. (2005)

11 FASTENSTUDIE AN ADIPÖSEN PATIENTEN 11.2 Auswertung kann das Erreichen des neuen Niveaus für den δ¹³C-Wert 2,3 bis 4 Monate in Anspruch nehmen. Der Proband FS-02 weicht von diesen Erkenntnissen ab. Bei FS-02 kommt es zu einem ungewöhnlich hohen Endwert in der zehnten Fastenwoche, obwohl der δ¹³C-Wert zu Beginn nur etwa 0,3‰ vom hier postulierten neuen Niveau entfernt war. Einerseits kann spekuliert werden, ob es sich hierbei um eine (sehr hohe) Schwankung handelt und ob der δ¹³C-Wert in den letzten beiden Wochen wieder in den Bereich zwischen -20,4‰ und -20,2‰ abgefallen wäre. Zudem könnte es sich hier um einen nicht identifizierbaren Messfehler handeln. Andererseits wurde in der Arbeit von Huelsemann et al. (2009) festgestellt, dass es trotz ähnlicher Ernährung und gleichen Versuchsbedingungen immer wieder zu individuellen Abweichungen beim Fraktionierungsfaktor kommen kann. Wie bereits oben berechnet, wären mit einem Fraktionierungsfaktor von 4,3‰ δ¹³C-Werte im Keratin der Probanden bis zu -18,8‰ möglich. Da der hohe δ¹³C-Wert für FS-02 in der zehnten Woche trotzdem unterhalb dieser Obergrenze liegt, kann dieser hohe Wert auf jeden Fall mit einem individuell hohen Fraktionierungsfaktor (3,7 bis 3,9‰) erklärt werden.

Um das Verhältnis zwischen den Veränderungen der Körperzusammensetzung und dem Verlauf der Isotopendaten genauer auswerten zu können, wurden die Abbildungen 11.13 und 11.14 aus Diagrammen aller Probanden erstellt. Alle Werte (BIA-Parameter, δ-Werte) wurden in Bezug zu ihrem jeweiligen Ausgangswert gesetzt und in Prozent (%) dargestellt. So können die Veränderungen, welche zwischen den einzelnen BIA- und Isoto-penmessungen aufgetreten sind, direkt miteinander verglichen werden. Die sechs Grafiken in der Abbildung 11.13 belegen, dass kein direkter Zusammenhang zwischen der Ab-baurate der Magermasse und dem Verlauf des δ¹⁵N-Wertes besteht. Vor allem die drei Probanden FS-01, FS-03 und FS-06 zeigen dies sehr deutlich:

• Bei FS-01 kommt es zwischen der fünften und der zehnten Fastenwoche zu einem Abbau der Magermasse, im gleichen Zeitraum steigt derδ¹⁵N-Wert an. Im Gegensatz dazu erhöht sich die Magermasse zwischen der zehnten und der 12. Fastenwoche wieder, gleichzeitig steigt ebenfalls der δ¹⁵N-Wert weiter an.

• Bei Proband FS-03 fällt die Magermasse zwischen der zehnten und der 12. Fasten-woche, der δ¹⁵N-Wert dagegen sinkt ebenfalls ab.

• Bis zur fünften Fastenwoche sinkt bei FS-06 die Magermasse ab, der Verlauf des δ¹⁵N-Wertes zeigt jedoch in diesen fünf Wochen keinerlei Veränderung.

11.2 Auswertung 11 FASTENSTUDIE AN ADIPÖSEN PATIENTEN

Abbildung 11.13: Veränderungen der Magermasse und des δ¹⁵N-Wertes der Isotopengrup-pe (in %)

Beim Vergleich der δ¹³C-Werte mit den Abbauraten des körpereigenen Fettgewebes zeigt sich ein ähnliches Bild (Abbildung 11.14). Auch hier gibt es keine Korrelation zwischen der Höhe des Körperfettverlustes und dem Verlauf des δ¹³C-Wertes. Dies kann ebenfalls anhand der Probanden FS-01, FS-04 und FS-06 näher erläutert werden.

• Das Diagramm für FS-01 zeigt für beide Zeitabschnitte nahezu identische Verläufe für den δ¹³C-Wert und die Körperfettmasse. Die übrigen Diagramme zeichnen aber ein gegenteiliges Bild. Zwischen den einzelnen Messpunkten kommt es zu deutlichen Abweichungen im Verlauf des δ¹³C-Wertes und im Abbau des Körperfetts. Starke Differenzen zwischen den einzelnen Zeiträumen zeigt vor allem das Diagramm für Proband FS-06.

11 FASTENSTUDIE AN ADIPÖSEN PATIENTEN 11.2 Auswertung

• Vergleicht man die Probanden 01 und 04, so lässt sich feststellen, dass bei FS-04 zwischen der sechsten und der neunten Fastenwoche ein ähnlich hoher Verlust an Körperfett (≈4 %) wie bei FS-01 in beiden Zeiträumen vorliegt. Bei FS-04 führt dies aber nicht zu einem Anstieg, sondern zu einem ebenso hohen Absinken (≈0,3 %).

Abbildung 11.14: Veränderungen des Körperfettgewebes und des δ¹³C-Wertes der Isoto-pengruppe (in %)

Aufgrund dieser Daten kann abschließend konstatiert werden, dass der Anstieg des δ¹⁵N-Wertes im Haarkeratin von fünf der sechs Probanden nicht auf den Abbau der Ma-germasse zurückzuführen ist. Vielmehr handelt es sich hierbei um einen Trophiestufen-effekt infolge der Ernährungsumstellung auf die Formuladiät. Die Isotopenfraktionierung bewirkt eine Erhöhung des δ¹⁵N-Wertes im Haarkeratin der Probanden von 3,9 bis 4,9‰

11.2 Auswertung 11 FASTENSTUDIE AN ADIPÖSEN PATIENTEN über demδ¹⁵N-Wert der Formuladiät. Unter Umständen ist für diesen sehr hohen Fraktio-nierungsfaktor der hohe Proteinanteil in der Formuladiät mit verantwortlich. Der Anstieg des δ¹⁵N-Wertes während des Untersuchungszeitraumes kann demnach durch die konstan-te Aufnahme einer sehr prokonstan-teinreichen Diät erklärt werden.

Ebenso kann ein Einfluss des abgebauten Fettgewebes auf den δ¹³C-Wert im neusyn-thetisierten Keratin nicht nachgewiesen werden. Bei diesem Probandenkollektiv kann da-von ausgegangen werden, dass leichte Kohlenstoffe (¹²C) aus dem abgebauten Fettgewebe nicht oder nur in geringem Ausmaß als Bausteine für neues Körpergewebe Verwendung finden. Der Bedarf an Kohlenstoff wird über das reichlich vorhandene Protein aus der Formuladiät gedeckt und so werden die Triglyceride aus dem Körperfett eher als Ener-gieversorgung (β-Oxidation) im Organismus des jeweiligen Probanden eingesetzt. Aus diesem Grund konnte die zu Beginn aufgestellte Hypothese anhand dieser Fastenstudie nicht überprüft werden.

Abbildung 11.15: Vergleich des Harnsäurespiegels im Serum (in mg/dl) mit den BIA-Daten und dem δ¹⁵N-Wert

12 FAZIT

Teil IV

Diskussion

Im folgenden Kapitel wird im Besonderen auf die Nachteile und die Probleme der Isotopen-analyse an Haaren zur Rekonstruktion des Ernährungszustandes eingegangen. Gleichzeitig sollen aber auch die Vorteile, die Verbesserungsmöglichkeiten und einige weiterführende Forschungsansätze aufgezeigt werden.

12 Fazit

12.1 Allgemeines Fazit

Eine der größten Schwierigkeiten bei der Auswertung der Ergebnisse stellt die individuell stark schwankende Wachstumsgeschwindigkeit der Haare dar (siehe Tabelle 4.3 auf Sei-te 65). Hinzu kommt, dass keine genauen LiSei-teraturangaben über die Wachstumsgeschwin-digkeit bei einem mangelhaften Ernährungszustand vorhanden sind. Zwar legen die spär-lichen Hinweise in der Literatur (siehe Abschnitt 4.3.3 auf Seite 70) eine Verringerung der Wachstumsgeschwindigkeit nahe, jedoch wurden bisher keine metrischen Untersuchungen zur Klärung dieses Sachverhaltes durchgeführt. Diese Variabilität erschwert es, die ein-zelnen Isotopendaten definierten Wachstumszeiträumen zuzuordnen. Damit ist zwar eine chronologische Interpretation der Veränderungen der Isotopendaten möglich, eine streng gegliederte Auswertung nach Wochen oder Monaten kann hiermit aber nicht geleistet werden. Vor allem die Untersuchungen an den AN-Patienten stellt diese Problematik klar heraus. Hier scheinen die Isotopenmesswerte zeitlich nicht exakt zu den wöchentlich doku-mentierten BMI-Werten zu passen (siehe Kapitel 8.1 auf Seite 97). Die Probanden AN-02 und AN-03 zeigen, dass eine Entzerrung (Kalibrierung) der BMI-Werte um drei bis acht Abschnitte nötig sein kann, um die BMI-Werte und die Isotopendaten chronologisch in Einklang zu bringen. Aufgrund dieser Kalibrierung ergeben sich folgende Wachstums-geschwindigkeiten: Das Haar bei AN-02 wächst 1,9 mm pro Woche, das Wachstum bei AN-03 liegt zwischen 1,6 mm (Therapiebeginn bei Abschnitt 24) und 2,0 mm pro Woche (Therapiebeginn bei Abschnitt 19). Somit liegt die Wachstumsgeschwindigkeit deutlich unterhalb der bisher angenommenen 2,5 mm pro Woche. Diese Werte befinden sich sogar unterhalb (bzw. knapp an der Untergrenze) der vom BKA angegebenen möglichen Varia-tionsbreite für das Haarwachstum (0,8 bis 1,5 cm pro Monat, mündliche Mitteilung durch Schneiders & Holdermann, 2012). Ob aber dieses geringe Haarwachstum durch den mangelhaften Ernährungszustand hervorgerufen wird, kann hier nicht zweifelsfrei geklärt werden. Aber auch der Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Messreihe bei einigen Rechtsmedizinfällen könnte auf diesen Sachverhalt zurückzuführen sein. Sollte es

12.1 Allgemeines Fazit 12 FAZIT aber möglich sein, die Wachstumsgeschwindigkeit der Haare bei Unterernährung zu be-stimmen, wäre zumindest eine grobe zeitliche Einteilung möglich.

Ein weiteres Problem bei einer chronologisch möglichst präzisen Auswertung ist das veränderte Anagen-Telogen-Verhältnis der Kopfhaare bei einer vorliegenden Unterernäh-rung. Bradfield (1972) konnte dabei eine Erhöhung des Telogenanteils auf über 45%

feststellen (siehe Abschnitt 4.3.3 auf Seite 70). Da Telogenhaare bis zu drei Monate im Haarfollikel verbleiben können, ohne abgestoßen zu werden, sind die Isotopenverhältnisse in den jüngsten telogenen Haarabschnitten ebenfalls bis zu drei Monate alt. Ursprüng-lich wurde davon ausgegangen, dass bei einem Anagen-Telogen-Verhältnis von 8:1 die gemessenen Isotopendaten der Anagenhaare die Messwerte der Telogenhaare überdecken.

Bei einem Verhältnis von nahezu 1:1 im Falle einer Unterernährung kommt es zu einer starken Vermischung der anagenenδ-Werte mit den alten telogenen δ-Werten. Durch die-se Mischisotopie wird eine exakte Beurteilung des Ernährungszutandes für die einzelnen Haarabschnitte erheblich erschwert. Das Gleiche gilt analog für die Analyse von Scham-haaren (siehe dazu Abschnitt 9.3.2 auf Seite 144).

Eine Lösung für diese Problematik sollte möglich sein, wenn ausschließlich Anagenhaa-re analysiert werden. Die Abschnitte der AnagenhaaAnagenhaa-re zeigen die zum jeweiligen Bildungs-zeitpunkt aktuell archivierten Isotopenverhältnisse und die Eliminierung der Katagen- und Telogenhaare unterbindet das Auftreten von Mischisotopien. Deshalb empfiehlt es sich für zukünftige Analysen, nur Anagenhaare zu verwenden. Diese Hypothese muss natürlich in der Praxis noch bestätigt werden.

Hierbei tritt aber die nächste Problemstellung zutage. Eine Differenzierung der gesam-melten Haare nach Anagen-, Katagen- und Telogenhaaren ist nur anhand der Wurzelmor-phologie möglich. Details dazu werden im Artikel von Williams et al. (2011) erläutert.

Um die Wurzel für diese Beurteilung zu erhalten, müssen die Haare aber bei der Proben-entnahme ausgerissen werden. Dies ist sicherlich bei den meisten verstorben Probanden, wie bei den Rechtsmedizinfällen, ohne Weiteres möglich. Bei lebenden Patienten und Pro-banden ist diese Art der Probennahme nur schwer umzusetzen, da das Ausreißen eines Haarbündels, welches zudem genügend Anagenhaare enthalten muss, sehr schmerzhaft ist.

Ein Sammeln der kompletten Haare zusammen mit der Wurzel bietet aber noch einen weiteren Vorteil. Wenn die komplette Haarlänge mit der Wurzel analysiert werden kann, können auch die jüngsten Haarabschnitte beurteilt werden. Gerade diese Abschnitte kön-nen wichtige Informatiokön-nen über den aktuellen Verlauf der Unterernährung liefern. Dabei sind sogar Aussagen über die letzten ein bis zwei Wochen vor der Probennahme oder vor dem Tod des Patienten möglich. Diese Informationen gehen beim Abschneiden der Haare verloren, da die entsprechenden Haarbereiche nicht mit abgeschnitten werden und zudem der subkutane Haarabschnitt immer in der Kopfhaut verbleibt. Gerade bei Kleinkindern kann dies große Auswirkungen auf die Qualität der Ergebnisse und deren Interpretation haben. Da Kinder wesentlich geringere Körperreserven als Erwachsene besitzen, kann eine

12 FAZIT 12.2 Fazit aus den einzelnen Probandenkollektiven