Einfluss einer kohlenhydratarmen Fütterung auf den Stickstoff-Stoffwechsel und die Kalziumverfügbarkeit bei Ratten

Kohlenhydratarme Diäten werden in der Humanmedizin zur Gewichtsreduktion bei Adipositas eingesetzt. Als ketogene Diät (KD) wird eine kohlenhydratarme Diät mit hohem Fettgehalt (low-carbohydrate, high-fat; LCHF-Diät) bei verschiedenen Erkrankungen, wie der Epilepsie bei Kindern oder einem Pyruvatdehydrogenase-Mangel, eingesetzt. LCHF-Diäten, die sicher eine Ketose erzeugen, haben zusätzlich zum hohen Fettgehalt und geringen Kohlenhydratgehalt einen sehr niedrigen Proteingehalt. Als eine der Nebenwirkungen dieser ketogenen LCHF-Diäten wurde ein negativer Einfluss auf den Knochenstoffwechsel und eine Wachstumsverzögerung bei Kindern mit Epilepsie und bei Ratten beschrieben. Ziel dieser Arbeit war es, die bei Ratten durch LCHF-Diäten auftretenden Effekte des niedrigen Kohlenhydratgehalts, der Ketose, des niedrigen Proteingehalts und des hohen Fettgehalts auf den Energie- und Stickstoff-Stoffwechsel und die Körperzusammensetzung sowie einige Blutwerte zu differenzieren. Zusätzlich wurden Unterschiede in der Verdaulichkeit und Bilanz der Nährstoffe, Mineralstoffe und Spurenelemente bei LCHF-Diäten im Vergleich zu einer Chow-Diät und einer Standard-Diät mit hohem Fettgehalt (HFD, hoher Gehalt an Fett und Kohlenhydraten) untersucht. Im ersten Versuch (Publikation 1) wurden 3 LC-Diäten mit unterschiedlich hohem Proteingehalt verwendet, wobei das Fett/Protein-Verhältnis der LC-Diäten (in % der TS) 75/10, 65/20 und 55/30 betrug (Diäten LC75/10, LC65/20, LC55/30). Für das Futter, die Fäzes, den Urin und die Körper und Lebern der Ratten wurden der Brennwert, der Stickstoff-Gehalt (Kjeldahl-Methode) und das Rohfett ermittelt. In den Blutproben wurde der Plasmaprotein-, Albumin- und Triglyzerid-Spiegel untersucht. Im zweiten Versuch (Publikation 2) wurden 6 verschiedene LCHF-Diäten und eine HFD verwendet, wobei das Fett/Protein-Verhältnis der LCHF-Diäten 75/10, 70/15, 65/20, 60/25, 55/30 und 50/35 betrug (Diäten LCHF 75/10 – LCHF 50/35). Die Parathormon-Bestimmung (PTH) im Serum erfolgte mittels Immunoassay. Für beide Versuche wurden bei allen LCHF-Diäten und der HFD die Gehalte an Mineralstoffen, Spurenelementen und Vitaminen in ein vergleichbares Verhältnis zur Energie gesetzt wie bei der Chow-Diät. Die Versuchsdiäten wurden isoenergetisch (mithilfe der umsetzbaren Energie, ME) zur Chow-Diät gefüttert (pairfeeding). Alle LCHF-Diäten und die HFD enthielten als einzige Fettquelle Rindertalg und alle Versuchsdiäten enthielten als einzige Proteinquelle Natriumcasein. Die männlichen Wistar-Ratten waren zu Beginn des Versuchs 12 Wochen alt. Nach einer Adaption der Ratten an die zugeteilte Versuchsdiät wurde über mindestens 5 aufeinanderfolgende Tage die Futteraufnahme bestimmt und während dieser Zeit täglich Kot und Urin der Tiere gesammelt. Der erste Versuch (Publikation 1) dieser Arbeit zeigte, dass die Gewichtszunahme der Ratten geringer war, je höher der Fettgehalt und je niedriger der Proteingehalt der LC-Diäten war. Der Grad der Reduktion war abhängig von der Höhe der Aufnahme an verdaulichem Rohprotein (die tägliche Gewichtszunahme war im Vergleich zur Chow-Diät bei Ratten der Gruppe LC75/10 um 50% und bei Ratten der Gruppe LC55/30 um 20% reduziert). Die renale Exkretion von Stickstoff war abhängig von der Aufnahme an verdaulichem Protein (in g/Ratte/d: Chow: 0,23; LC75/10: 0,05; LC65/20: 0,14). Auch die renale Exkretion von Energie war abhängig von der Aufnahme an verdaulichem Protein und war zusätzlich abhängig von der renalen Stickstoff-Ausscheidung (in kJ/Ratte/d: Chow: 4,17; LC75/10: 1,39; LC65/20: 2,36). Im Urin war das Verhältnis von Energie zu Stickstoff bei der Gruppe LC75/10 fast doppelt so hoch wie bei allen anderen Gruppen (in kJ/g Stickstoff: LC75/10: 30,10; alle anderen Diäten: 13,72-17,75). Der Proteingehalt des Körpers war bei Ratten der Chow-Gruppe am höchsten und signifikant am niedrigsten bei Ratten der Gruppe LC75/10 (in g/Ratte: Chow: 94; 75/10: 79). Die Ratten der Gruppe LC75/10 entwickelten Zeichen einer Proteinmangelernährung, wie ein reduziertes Wachstum, eine geringere Stickstoff-Bilanz, einen geringeren Proteingehalt des Körpers, einen erhöhten Fettgehalt des Körpers und der Leber und eine Hypoproteinämie. Diese Effekte wurden bei den Gruppen der nicht-ketogenen Diäten LC65/20 und LC55/30 nicht in diesem Maße beobachtet. Durch die dargestellten Ergebnisse wurde die Hypothese entwickelt, dass eine ketogene LC-Diät für wachsende Ratten eine Proteinmangel-Diät ist, auch wenn Casein als sehr hochwertige Proteinquelle verwendet wird. Eine Erhöhung des Proteingehalts einer KD kann negative LC-Effekte, z.B. auf das Wachstum der Ratten zwar verbessern, allerdings kann so auch die Entstehung der Ketose bei den Ratten verhindert werden. Im zweiten Versuch dieser Arbeit (Publikation 2) war die scheinbare Verdaulichkeit (sV) von Kalzium für alle Diäten mit hohem Fettgehalt (LCHF-Diäten und HFD) signifikant, um mindestens 30% im Vergleich zur Chow-Diät reduziert. Die fäkale Exkretion von Kalzium korrelierte positiv mit der fäkalen Ausscheidung von Fett (r2 = 0,68; p < 0,001). Dieser Effekt basierte vermutlich auf der Bildung von Kalziumseifen. Die sV von Phosphor war bei allen Diäten mit hohem Fettgehalt erhöht (Chow: 42,1%; Diäten mit hohem Fettgehalt: 58,7-79,5%). Es ergab sich für alle Diäten mit hohem Fettgehalt ein geringeres Verhältnis von scheinbar verdautem Kalzium zu scheinbar verdautem Phosphor (Chow-Diät: 1,5; HFD: 0,7; LCHF-Diäten: 0,1-0,4). Die Höhe des PTH-Spiegels im Serum der Ratten war nicht von der Art der Diät abhängig. Aufgrund der Ergebnisse konnte resümiert werden: Bei Diäten für Ratten mit hohem Fettgehalt muss bei der Verwendung von gesättigten, langkettigen Fettsäuren mit der Möglichkeit der Bildung von unlöslichen Kalziumseifen (wie bei Rindertalg) mit negativen Auswirkungen auf die Kalziumbilanz und das Verhältnis von scheinbar verdautem Kalzium zu scheinbar verdautem Phosphor gerechnet werden