Zbl. Vet. Med. A, 26,493-496 (1979) @ 1979 Verlag Paul Parey, Berlin und Hamburg ISSN 0300-871 l/ASTM-Coden: 2 V R A . U

Kurze Mitteilwngen / Short Communications

Institut fiir Ernahrungsphysiologie der Technischen Universitat Munchen in Freising- Weihenstephan

Kupfer-, Zink-, Eisen- wnd Manganltonzentrationen im Serum, in Knochen und der Leber nach Kupferdepletion

Von

F. J. SCHWARZ und M. KIRCHGESSNER

Mit einer Tabelle

(Eingegangen am 2. Murz 1979)

Aufgrund von Interaktionen zwischen einzelnen Spurenelementen kann die mangelhafte oder excessive Zufuhr eines Elementes auch Veranderungen im Stoff wechsel weiterer Spurenelemente hervorrufen. Diese Zusammenhange sind sowohl fur eine optimale Versorgung mit der Nahrung als auch fur die Diagnose von Spurenelement-Erkrankungen von Bedeutung. In der vorliegen- den Arbeit werden dazu Auswirkungen einer unzureichenden Cu-Zufuhr auf die Speicherung von Kupfer, Zink, Eisen und Mangan untersucht.

Material und Methoden Als Versuchstiere dienten insgesamt 28 entwiihnte Sprague-Dawley-Ratten mit einein

mittleren Anfangsgewiht von 34 g. Zur Cu-Depletion erhielt die Hal f te der Tiere eine halb- synthetishe Caseindiat (PALLAUF u. KIRCHGESSNER, 1972) mit einem Cu-Gehalt von 0,24 //g/g Diat-Trockensubstanz (TS) a d libitum zugeteilt, wihrcnd weitere 14 Tiere ein entsprechendes Kontrollfuttcr mit 7,7 ! l g Kupfer/g T S bekanien. Beide Mischungen hattcn einen adequaten Spurenelement-Gehalc mit jeweils 30,O ! l g Zink, 60,5 ! i g Eisen und 70,2 / t g Mangan/g TS. Entionisiertes Wasser, das mit 0,02 O/o N a C l angereiher t war, konnten die Ratten frei aufnehmcn. Nach einer Bchandlung von 61 Tagcn lag das mittlere Endgewicht der Cu-Mangeltiere bei 302 k 13,O g und dcr Kontrollratten bci 300 k 12,7 g. Entsprechtnd unterschieden s i h auch die Frisch- und Trockenniasse der Leber und des Femurs zwischcn beiden Gruppen n i h t . Zur Bestimmung der Spurenelementgehalte Kupfer, Zink, Eisen und Mangan wurden die Leber und der Feniur bci 480 'C im Muffelofcn verascht, niit 6 N HCI aufgenommen und die Losung filtriert. Alle vier Elenientc wurden in den salzsauren Liisungen (0,6 N HCI) mit der Atomaren Absorptionsspektrophotometric (AAS) bestimmt. Die Gehalte an Kupfer, Zink und Eisen im Serum wurden direkt nach einer Verdunnung mit destilliertem Wasser im Verhfltnis 1 : 5 mit der AAS analysiert.

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Tabelle 1 Kupfer, Zink, Eisen und Mangan in Serum, Leber und Femur nach einer Cu-Depletion

&Pfer Serum (pg / ml) Leber ( p g / g TS) Femur ( p g / g TS)

Zink Serum ( p g l m l ) Leber ( p g l g 1s) Femur I p g / g 1.5)

- Eisen Serum ( p g l m l ) Leber (pg1g TS) Femur ( p g / g 1s)

Man= Leber ( p g / g TS) Femur ( p g / g TS)

_.

-

Cu- Depletion

0,lO 2 403 2,53 f 977 6,16 f 1,12

1,83 f 0,20 22,1 t 4.7

246,O 2 12,8

2,87 f 1,16 299,4 f 58,4 86,9 2 5,3

4,98 f 0,87 7.27 f 0,89

Kontrolle

1,03 2 0,08

7,51 f 1,36 9,00 f 1,55

1,70 f 420 39,2 t 40

236,O t 11,3

3,21 f 0,8& 1044 f 17,s 97,4 2 17,2

5,519 2 0,516 7,55 2 456

Ergebnisse und Diskussion In Tabelle 1 sind die mittleren Spurenelement-Konzentrationen pro ml

Serum bzw. pro g TS Leber oder Femur zusammengestellt. Die k -Werte geben die Standardabweichung der Einzelwerte an. Die experimentelle Cu-Mangel- versorgung aui3ert sich sehr deutlich in einem uberaus starken Abfall der Serum- und Leber-Cu-Gehalte auf etwa 10 bzw. 30 O / o gegenuber den Konzentratio- nen der ausreichend versorgten Kontrolltiere (P < 0,001). Beide Kriterien er- geben ebenso wie die Messun der Coeruloplasminaktivitat ausgezeichnete diagnostische Hilfsmittel zur bberprufung des nutritiven Cu-Versorgungs- status (GRASSMANN u. KIRCHGESSNER, 1973). Daneben verringert sich aber auch der Cu-Gehalt im Femur deutlich (P < 0,05).

Die Konzentration des Spurenelements Zink erhoht sich bei mangelnder Cu-Versorgung im Serum (P = O,l), in der Leber (P = 0,2) und im Femur (P < 0,05). Bei einer Cu-Versorgung von Ratten mit 2 ppm im Vergleich zu 1 8 ppm stieg der Knochen-Zn-Gehalt ebenfalls an (TSAI u. LEI, 1978). GIDP und Mitarbeiter (1973) fanden in der Leber von Schweinen mit 2 ppm Diat- kupfer einen mittleren Zn-Gehalt von 292 pprn in der TS im Vergleich zu 237 pprn in der TS bei 10 ppm Kupfer. Die Unterschiede zwischen den Grup- pen waren jedoch nicht signifikant. Nur geringfugig erhohte Zn-Gehalte in der Leber und im Knochen nach einer Cu-Depletion bei Ratten beobachteten auch ALFARO und HEATON (1973). Wenngleich diese Veranderungen in der Zn- Retention gegenuber den ausreichend Cu-versorgten Tieren insgesamt relativ gering sind, deuten sie doch auf ein inverses Verhalten der beiden Spurenele- mente Kupfer und Zink nach einer langfristigen Cu-Depletion. Khnlich konnte im entgegengesetzten Fall bei einem Zn-Mange1 eine sehr deutlich verstarkte Cu-Retention in der Leber und im Knochen bei gleichzeitig verringerten Zn- Gehalten beobachtet werden (ROTH u. KIRCHGESSNER, 1977). Im Zusammen- hang damit durfte auch die erhohte Cu-Absorption bei Zn-verarmten Ratten stehen (SCHWARZ u. KIRCHGESSNER, 1974). Bei kurzzeitigen Studien der Ab- sorption und Exkretion von Zink konnte jedoch aufgrund einer Cu-Mangel- futterung keine signifikante Anderung beobachtet werden (SCHWARZ u. KIRCH- GESSNER, 1979). Auswirkungen einer Cu-Depletion auf den Zn-Stoff wechsel sind somit insgesamt weniger ausgepragt.

Kupfer-, Zink-, Eisen- und Mangankonzentrationen 495

Zahlreiche Arbeiten bestatigen den deutlichen Einflufi einer unzureichen- den Cu-Versorgung auf die Retention von Eisen und die hamatologischen Parameter (GRASSMANN u. KIRCHGESSNER, 1973). Wie auch die Tabelle 1 zeigt, erhoht sich die Fe-Konzentration in der Leber der Cu-Mangelratten um nahe- zu das Dreifache (P < O , O O l ) , wahrend sich gleichzeitig der Fe-Gehalt des Serums und des Femurs ( P < 0,05) verringert. Da aufgrund der mangelnden Aktivitat des Cu-haltigen Enzyms Coeruloplasmin, das als Ferroxidase wirkt, die Fe-Mobilisierung aus der Leber eingeschrankt ist und somit eine Fe-Anrei- cherung erfolgt, miissen sich zwangslaufig der Fe-Gehalt im Serum und ihre Fe-Proteide erniedrigen (GRASSMANN u. KIRCHGESSNER, 1973).

Das Spurenelement Mangan zeigt in der Leber eine deutliche (P < 0,05) und im Femur eine geringfiigige Konzentrationsabnahme aufgrund der lang- fristigen Cu-Unterversorgung. Ein synergistisches Verhalten zwischen diesen beiden Elementen wurde auch nach einer Mn-Depletion von Ratten beobachtet (KIRCHGESSNER u. HEISEKE, 1977). Neben dem Mangan verringerte sich nam- lich auch das Kupfer in Leber, Niere, Milz und Pankreas deutlich. Dabei konnte der Zusammenhang zwischen Mangan und Kupfer als primare Inter- aktion gedeutot werden. Die gleichzeitigen Veranderungen der Fe-Parameter im starken Mn-Mangel, die sich durch eine erhohte Fe-Speicherung in der Leber, verringerte Fe-Gehalte im Femur und erniedrigte Hamoglobingehalte aufiern (HEISEKE u. KIRCHGESSNER, 1978), werden im nutritiven Cu-Mange1 ebenso beobachtet und konnten somit auch durch die Mn-Cu-Interaktion aus- gelost worden sein.

Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit wurden die Auswirkungen einer mangelnden

Cu-Versorgung auf die Retention von Kupfer, Zink, Eisen und Mangan unter- sucht. D a m wurden 14 Ratten iiber 61 Tage hinweg mit einer halbsynthe- tischen Caseindiat, deren Cu-Gehalt 0,24 / i g /g Diat-Trockensubstanz (TS) be- trug, an Kupfer depletiert. 14 Kontrolltiere erhielten 7,7 p g Cu/g Diat-TS. Alle Ratten wurden nutritiv ausreichend an Zink (30 pg /g Diat-TS), Eisen (60,5 pg /g Diat-TS) und Mangan (70,2 pg /g Diat-TS) versorgt. Nach der Depletionsphase verringerte sich der Cu-Gehalt im Serum, in der Leber und im Knochen sehr deutlich, wahrend gleichzeitig die Zn-Konzentration gering- fiigig um 4-7 O/o gegeniiber den Cu-versorgten Ratten anstieg. Damit deutet sich ein inverses Verhalten dieser beiden Spurenelemente auch im Cu-Mange1 an. Die Leber der Cu-Depletionstiere retenierte nahezu die dreifache Fe-Menge gegeniiber den ausreichend versorgten Ratten, gleichzeitig ist aber die Fe-Kon- zentration im Serum und im Femur erniedrigt. Die Mn-Gehalte der Leber und im Knochen lassen im Cu-Mangel eine leichte Abnahme um 3-11 O / o

erkennen.

Summary Copper, zinc, iron and manganese levels in serum, bone and liver

after copper depletion The effect of a reduced supply of Cu was studied on the retention of Cu,

Zn, Fe and Mn in rats. Fourteen rats were kept for more than 61 days on a semi-synthetic diet with a Cu content of 0.24 p g . / g . of dietary dry matter (DM) to produce Cu depletion. Fourteen control rats received 7.7 /fg. Cu/g. dietary DM. All the rats received sufficient Zn (30 ,ugG./g diet DM), Fe (60.5 pg . /g . diet DM), and Mn (70.2 ,ug./g. diet DM). After the depletion phase the Cu level in serum, liver and bone fell very markedly, while a t the

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same time the Zn level rose somewhat (4-7 O/n) above that in the rats given adequate Cu. These findings show that an inverse relationship of these two trace elements occurs also in Cu deficiency. The liver of the Cu-depleted rats retained almost 3 times as much Fe as the adequately fed rats, whereas a t the same time the Fe level in serum and femur fell. The Mn content of the liver and bone showed a slight fall of around 3-1 1 o/o in Cu deficiency.

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TSAI, C. Y., and K. Y. LEI, 1978: Dietary fiber, zinc and copper effects of tissue mineral level in rats. Fed. Proc. 37, 542.

Adresse der Autoren: Dr. F. SCHWARZ, Prof. Dr. M. KIRCHGESSNER, Technische Univer- sitat Munchen, Institut fur Ernahrungsphysiologie, D-8050 Freising Weihcnstephan.