Bioavailability of flavonoids after intraduodenal administration and their effects on the carbohydrate metabolism of dairy cows, exemplified by quercetin and its glucorhamnoside rutin

Flavonoide sind sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe, deren vielfältige gesundheitsfördernde Eigenschaften in verschiedenen Studien gezeigt wurden. Aus diesem Grund finden sie bereits in Zusatzfuttermitteln für Rinder Anwendung, obwohl wissenschaftliche Belege für ihre Wirkung in vivo beim Rind weitestgehend fehlen. In in vitro und in vivo Experimenten wurde gezeigt, dass Quercetin antioxidativ und leberschützend wirkt und den Glucose- und Fettstoffwechsel in Monogastriern beeinflusst. Wenn dies auch bei Wiederkäuern der Fall ist, könnte sich Quercetin günstig auf peripartale Hochleistungskühe auswirken, in dem es möglicherweise negative Effekte der freien Radikalbildung und die Häufigkeit der Leberlipidose und Ketose reduziert. Vor kurzem wurde gezeigt, dass die Bioverfügbarkeit von Quercetin nach ruminaler Gabe sehr niedrig ist, da es von den Mikroorganismen im Pansen abgebaut wird. Die Grundvorraussetzung für jeglichen positiven Effekt ist die Absorption von Quercetin. Es war aber nicht bekannt, ob bei postruminaler Applikation Quercetin bei Rindern aus dem Dünndarm resorbiert wird. Ziel der Studie war es deshalb, zunächst die Bioverfügbarkeit von Quercetin nach intraduodenaler Verabreichung in Milchkühen zu untersuchen und darauf anhand der gewonnenen Daten die Effekte einer 4-wöchigen Quercetinsupplementierung bei der Milchkuh zu bestimmen. Um die Bioverfügbarkeit von Quercetin zu untersuchen, wurden sechs Deutsch-Holstein Kühen Duodenalfisteln implantiert. Nach der Genesung erhielt jede Kuh  in einem Cross-over Design drei äquivalente Quercetinmengen (9, 18, 27 mg Quercetin Äquivalente (QE)/kg KGW) entweder als Aglycon (QA) oder als sein Glucorhamnosid Rutin (RU). Desweiteren wurden zwei Kontrollstudien, in denen Kochsalzlösung intraduodenal verabreicht wurde, pro Kuh durchgeführt, um die Konzentration von Flavonoiden im Plasma während der normalen Fütterung zu erheben. Vor und nach der Gabe der Testsubstanzen wurden in definierten Zeitintervallen für die nächsten 24 Stunden Blutproben gewonnen. Zwischen den einzelnen Durchgängen wurde eine Frist von mindestens 2 Tagen eingehalten, um mögliche Carryover-Effekte zu verhindern. Die Konzentrationen von Quercetin Aglycon und seinen Metaboliten Isorhamnetin, Tamarixetin und Kaempferol im Plasma wurden nach Behandlung des Plasmas mit Glucuronidase/Sulfatase mittels HPLC mit Fluoreszenzdetektion gemessen. Nach der intraduodenalen Verabreichung von QA stiegen die Konzentrationen von QA und seiner Metabolite im Plasma (maximal gemessener Gesamtflavonolgehalt 406,9 – 635,8 nmol/L) deutlich über die gemessenen Basiswerte (Gesamtflavonolgehalt 3,9 nmol/L). Die maximale Plasmakonzentration der gesamten Flavonole erhöhte sich dosisabhängig, allerdings mit erheblichen interindividuellen Schwankungen. Die Zeit des Auftretens der maximalen Konzentration nach Bolusapplikation unterschied sich nicht statistisch gesichert  zwischen den einzelnen Kühen (ungefähr nach 2 h). Die vor der Gabe gemessenen Basiswerte wurden 3 bis 4 Stunden nach der Verabreichung wieder erreicht. Im Gegensatz dazu stiegen die Quercetinplasmawerte nach Rutingabe, unabhängig von der Dosis, nicht an. Die Bioverfügbarkeit, gemessen anhand der Fläche unter der Kurve (area under the curve, AUC), war abhängig von der Quercetinquelle, wobei Quercetin aus Rutin nicht verfügbar war. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass bei Kühen nach intraduodenaler Verabreichung die Bioverfügbarkeit von Quercetin etwa der bei  Schweinen nach oraler Gabe entspricht. Während Quercetin aus Rutin bei Monogastriern und Kühen nach oraler Verabreichung bioverfügbar ist, scheint dies bei Kühen nach intraduodenaler Verabreichung nicht der Fall zu sein. Zur Untersuchung der Langzeiteffekte einer Quercetinsupplementierung wurde 5 Kühen in der Spätlaktation (im Durchschnitt 215 Tage in Milch) 28 Tage lang zweimal täglich 18 mg Quercetin/kg KGW intraduodenal verabreicht. Vor und während der Supplementierung wurden in regelmäßigen Abständen Blutproben gewonnen, um die Konzentrationen an Flavonolen und deren Metaboliten im Plasma zu bestimmen. Leberbiopsien wurden vor Beginn, nach einer Woche und am letzten Tag der Quercetin-Supplementierung gewonnen, um darin in den Glykogen- und Fettgehalt sowie die mRNA-Expression ausgewählter Gene zu bestimmen. Desweiteren wurden euglykämische, hyperinsulinämische und hyperglykämische Clampstudien vor und nach 2 Wochen andauernder Quercetingabe durchgeführt. Die Trockenmasse-Aufnahme und die meisten anderen zootechnischen Daten wiesen keine statistisch gesicherten Veränderungen während der Langzeitapplikation auf. Der Proteingehalt der Milch war in Woche 2 und 4 der Quercetingabe um ca. 5% erhöht, während die Gehalte an Fett und Laktose in der Milch weitgehend unverändert blieben. Die Plasmawerte an NEFAs, GGT, Cholesterol, GLDH, Triglyzeriden, Albumin, sowie die Fett- und Glykogenkonzentration im Lebergewebe wurden durch die Quercetinsupplementierung nicht statistisch absicherbar beeinflusst. Der Glukosegehalt im Plasma sank, während die BHBA Konzentration im Plasma unter Quercetineinfluss stieg. Nach 2 Wochen der Quercetinverabreichung war während der hyperglykämischen Clampstudien der relative Anstieg des Plasmainsulins höher als vor der Gabe und rQUICKI war tendenziell erhöht. Die mRNA Expressionslevel der ausgesuchten Gene bezüglich des Glukose- und des Fettstoffwechsel sowie des antioxidativen Status waren weder eine noch vier Wochen nach Supplemetationsbeginn statistisch absicherbar verändert. Abschliessend lässt sich festhalten, dass die beobachteten Effekte von Quercetin auf die Insulinfreisetzung und –sensitivität die Annahme unterstützen, dass Quercetin positive Effekte auf die Anpassung des Stoffwechsels von Hochleistungskühen an die Frühlaktation haben kann.