Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Untersuchungen zur praecaecalen Verdaulichkeit von Stärke und Fett unterschiedlicher Herkunft bei pankreasgangligierten, ileocaecal fistulierten Miniaturschweinen

Kramer, Nils

Besides the substitution of enzymes (amylase, protease, lipase) dietary concepts are of great interest regarding the therapy of exocrine pancreas insufficiency (EPI). In cases of EPI, starches and fats are required that are – despite a reduced enzyme activity – highly digestible in the small intestine. Aim of this study was to investigate the precaecal digestibility (high digestibility: EPI diets; low digestibility: efficiency test of amylase respectively prebiotic potential) of different starches (starch trials, ST) in pancreatic duct ligated minipigs (PL-animal, model for EPI) without any enzyme supplementation. The fat trials (FT) were conducted to investigate the precaecal digestibility of fat and fatty acids of different origin and for testing their capability for dietetic purposes in EPI patients. The basis for the FT was the screening test established by ZANTZ (2006; one diet supplemented with different fats). In this study 12 female ileocaecally fistulated Göttinger minipigs (line Ellegaard) with (PL-animals; n = 9) or without (K-animals; n = 3) a ligation of the pancreatic duct were used. The base diet (M57) for the starch trials was enriched with different starches or components rich in starch (each 75 g per diet), namely starch from potatoes, corn, peas, wheat and rice. For the fat trials a nutritional supplement for humans (Calshake®= Cal) was taken as the baseexperimental diet. Different fats/oils were added to it, namely coconut oil, cocoa butter, shea butter, sunflower oil, safflower oil, linseed oil and a mixture of free fatty acids. All the diets were analysed by the screening test. The collection of chyme was carried out individually over 8 hours from the moment of appearance of the green chyme (including the marker) in the fistula. The disappearance rates (DR) of the nutrients and fatty acids in the experimental diets were calculated from the concentration of the marker in the chyme. Both diets with the highest (wheatstarch) and lowest (ricestarch) starch-DR respectively were also used in a classic digestibility trial (collection of chyme over 3 days after adaptation). In the context of the fat trials, methodical pre-test conducted to investigate an adequate method. For the analysis of crude fat in feed and chyme the ANKOM® method was used after the acid hydrolysis, for analysing the fatty acids an acid hydrolysis was resigned (to enable the detection of long chain unsaturated fatty acids). According to the results of preliminary tests, it can be recorded that an acid hydrolysis leads to a massive reduction in the detection of long-chain unsaturated fatty acids. Results: The K-animals showed high precaecal starch digestibilities in all the diets of the starch trials (89.3 – 94.3 %) with the exeption of feeding raw potato starch that caused lower values (75.4 %). The precaecal digestibility of starch of the PL-animals was significantly lower (33.4 – 61.2 %). The diet containing wheat starch lead to the highest starch DR, while rice starch caused the lowest starch DR. The testing of these two starches with the "classical method" showed significantly different starch concentrations in the chyme at the end of the ileum (wheat starch 442 g / kg DM; rice starch 528 g / kg DM). The marker-calculated starch-VQ differed according to the diet, but only slightly (60 to 64%; rice/wheat starch). In the fat trials the K-animals showed in general high precaecal disappearance rates of crude fat (CF-DR 80.7 – 96.3 %). Feeding the hard fats (shea and cocoa butter) lead to lower values. The PL-animals generally showed lower CF-DR, but it was still quite high after feeding Cal + LO (linseed oil) and Cal + FFA (free fatty acids; 42.5 or 51.9° %). To sum up the starch trials, it can be said that raw rice starch is adequate to test the efficiency of substituted amylase, because it is digested highly by K-animals in contrast to PL-animals. Wheat starch should be supplemented to a diet in the context of EPI therapy, because of its high precaecal DR. Raw potato starch can be used as a prebiotic due to its shift in the caecum (substrate for micro organisms), if a post ileal fermentation and formation of volatile fatty acids is intended. The fat trials show that all the fats used in this study have a high precaecal digestibility if the pancreatic function is intact. Fats that are hard at room temperature, are less digestible than oils are. In the PL-animals especially linseed oil was highly digestible. Free fatty acids showed a significantly higher digestibility than triglycerides, supposedly because the splitting off of single fatty acids from glycerine was the limiting factor in PL-animals. Coconut oil is an adequate source for middle chain triglycerides for PL-animals and has a digestibility comparable to oils. Feeding linseed oil and free fatty acids is recommendable for EPI-dietetics, due to its high digestibility and the content of essential fatty acids, although its low palatability in some animals should be pointed out. Altogether linseed oil is an advisable fat source for EPI patients.

Neben der Substitution fehlender Enzyme (Amylasen, Proteasen, Lipasen) sind bei der Behandlung der exokrinen Pankreasinsuffizienz (EPI) ergänzend auch diätetische Konzepte von Interesse. Im Falle einer EPI wären solche Stärken und Fette besonders geeignet, die auch bei reduzierter Enzymaktivität noch gut im vorderen Verdauungstrakt absorbiert werden. Ziel dieser Arbeit war es, am pankreasgangligierten Miniaturschwein (PL-Tiere als Modell einer EPI) ohne Enzymergänzung in den „Stärkeversuchen“ (SV) verschiedene Stärken auf eine hohe prc. Verdaulichkeit (für den Einsatz in der Diätetik bei EPI-Patienten) sowie auf eine niedrige prc. Verdaulichkeit (Wirksamkeitsprüfungen für Amylasen bzw. „präbiotisches Potential“) zu testen. In den „Fettversuchen“ (FV) wurde die prc. Verdaulichkeit von Fett sowie diverser einzelner Fettsäuren nach Einsatz verschiedener Fettquellen bestimmt, um deren Eignung für diätetische Maßnahmen bei EPI-Patienten beurteilen zu können. Als Basis diente in den Fettversuchen das bereits von ZANTZ (2006) etablierte Screeningverfahren (einmalige Applikation der mit unterschiedlichen Fetten ergänzten Basisdiät). In den Versuchen kamen 12 weibliche ileocaecal fistulierte Göttinger Miniaturschweine der Linie Ellegaard® mit (PL-Tiere; n = 9) und ohne Pankreasgangligatur (K-Tiere; n = 3) zum Einsatz. Als Versuchsmahlzeiten kam während der „Stärkeversuche“ eine Basisdiät (M57) zum Einsatz, der verschiedene Stärken bzw. stärkereiche Komponenten (je 75 g pro Mahlzeit) zugesetzt wurden, und zwar Stärke aus Kartoffeln, Mais, Erbsen, Weizen und Reis. In den „Fettversuchen“ diente eine Ergänzungsnahrung aus dem Humanbereich als Versuchsfutter, der diverse Fette/Öle zugesetzt wurden, und zwar Kokosöl, Kakaobutter, Sheabutter, Sonnenblumenöl, Distelöl, Leinöl und ein Gemisch aus freien Fettsäuren. Sämtliche genannten stärke- bzw. fettreichen Mahlzeiten wurden im Screeningverfahren geprüft. Die Kollektion erfolgte dabei individuell ab dem Zeitpunkt der Anflutung des markerhaltigen grünen Chymus an der Fistel über die Dauer von 8 h. Die Verschwindensraten (VR) für die in den getesteten Versuchsmahlzeiten enthaltenen Rohnährstoffe und Fettsäuren ließen sich anhand der Markerkonzentration im Chymus kalkulieren. Die beiden Diäten, die im Screeningtest die höchste (M57WS) bzw. geringste (M57RS) Stärke-VR erreichten, wurden im klassischen Verdaulichkeitsversuch (Chymuskollektion über mindestens 3 Tage nach vorheriger Anfütterung) überprüft. Im Rahmen der „Fettversuche“ wurde in methodischen Vorarbeiten ein geeignetes Analyseverfahren ermittelt. Für die Analyse von Rohfettes in Futter und Chymus wurde das ANKOM®-Verfahren mit vorherigem Säureaufschluss verwendet, für die Analyse der Fettsäuren musste auf einen Säureaufschluss verzichtet werden, um auch die langkettigen ungesättigten Fettsäuren detektieren zu können. Als Ergebnis der Vorversuche kann festgehalten werden, dass die Hydrolyse zu einer reduzierten Detektion langkettiger ungesättigter Fettsäuren führt. Im Ergebnis zeigten die K-Tiere in den „Stärkeversuchen“ bei allen eingesetzten Diäten eine sehr hohe prc. Stärke-VR (89,3 bis 94,3 %), lediglich die rohe Kartoffelstärke führte zu geringeren Werten (75,4 %). Die prc. Stärke-VR der PL-Tiere war deutlich geringer (33,4 bis 61,2 %). Die Diät mit Weizenstärke hatte hier die höchste Stärke-VR, die Diät mit Reisstärke die geringste prc. Stärke-VR zur Folge. Die Überprüfung dieser beiden Stärken im „klassischen Verfahren“ ergab am Ende des Ileums signifikant unterschiedliche Stärke-Konzentrationen im Chymus (Weizenstärke 442 g/kg TS; Reisstärke 528 g/kg TS). Die markerberechnete Stärke-VQ differierte nach Einsatz beider Diäten aber nur wenig (60 zu 64 %). In den „Fettversuchen“ hatten die K-Tiere allesamt eine sehr hohe prc. Rfe-VR (80,7 bis 96,3 %), wobei die härteren Fette (Shea-, Kakaobutter) zu niedrigeren Werten führten. Bei den PL-Tieren war die prc. Rfe-VR grundsätzlich wesentlich geringer, war hier aber bei Verwendung der Diäten mit Leinöl bzw. mit freien Fettsäuren noch relativ günstig (42,5 bzw. 51,9 %). Für die „Stärkeversuche“ kann schlussfolgernd gesagt werden, dass sich für die Überprüfung der Wirksamkeit substituierter Amylasen rohe Reisstärke besonders eignen dürfte, da diese von den PL-Tieren besonders schlecht, von K-Tieren hingegen besonders gut verdaut wurde. Weizenstärke kann bei PL-Tieren aufgrund der hohen prc. Verschwindensrate als Diätetikum im Rahmen der EPI-Behandlung eingesetzt werden. Bei Verwendung roher Kartoffelstärke flutete bei den K-Tieren ein hoher Anteil von Stärke am terminalen Ileum an, daher wäre diese Stärke vielleicht als „Präbiotikum“ (als Substrat für Mikroorganismen im Dickdarm) von Interesse, wenn eine intensivere postileale Fermentation mit der Bildung von flüchtigen Fettsäuren angestrebt wird. Aus den „Fettversuchen“ ist eindeutig abzuleiten, dass bei intakter Pankreasfunktion alle in dieser Studie eingesetzten Fette und Öle eine hohe prc. Verdaulichkeit haben. Bei Raumtemperatur feste Fette sind dabei weniger verdaulich als Öle. Bei den PL-Tieren zeigte sich Leinöl als relativ hoch verdaulich. Freie Fettsäuren erwiesen sich im Vergleich zu den Triglyceriden als deutlich höher verdaulich, so dass vermutlich die Abspaltung der einzelnen Fettsäuren vom Glycerin die Fettverdaulichkeit der PL-Tiere limitierte. Kokosöl/-fett stellt bei PL-Tieren eine geeignete Quelle für mittelkettige Triglyceride dar, und zwar mit einer den Ölen vergleichbaren Fettverdaulichkeit. Der Einsatz von Leinöl und freien Fettsäuren in der EPI-Diätetik ist aufgrund der relativ günstigen Verdaulichkeit und des Gehaltes an essentiellen Fettsäuren zu empfehlen, auch wenn nicht verschwiegen werden sollte, dass die freien Fettsäuren bei einigen Tieren zu Akzeptanzproblemen führten. Insgesamt stellt aber das Leinöl eine für EPI-Patienten empfehlenswerte Fettquelle dar.

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Kramer, Nils: Untersuchungen zur praecaecalen Verdaulichkeit von Stärke und Fett unterschiedlicher Herkunft bei pankreasgangligierten, ileocaecal fistulierten Miniaturschweinen. Hannover 2010. Tierärztliche Hochschule.

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