Zur Verteilung und Ausscheidung i. v. applizierten Zinks bei unterschiedlich Zn-versorgten Ratten

Zbl. Vet. Med. A, 23, 836-848 (1976) @ 1976 Verlag Paul Parey, Berlin und Hamburg ISSN 0300-871 l/ASTM-Coden: ZVRAAX

Aus dern Institut f i i v Tievevnuhrung der Technischen Univevsitat Miinchen in Fveising- Weihenstepharl

Zur Verteilung und Ausscheidung i. v. applizierten Zinks bei unterschiedlich Zn-versorgten Ratten

Von

F. J. SCHWARZ und M. KIRCHGESSNER

Mit einer Abbildung und 5 Tabellen

(Eingegangen am 27. Januar 1976)

Durch die Zn-Gehalte in der Diat wird langfristig der Zn-Versorgungs- status beeinflufit. Dabei verandert sich mit der Zn-Versorgung vor allem die intestinale Zn-Absorption (SCHWARZ u. KIRCHGESSNER, 1974). Der Zn-Gehalt verschiedener Organe und Gewebe kann aber auch uber eine parenterale Zn- Zufuhr erhoht werden. Um Zusammenhange zur Regulation der Absorption aufzuzeigen, wurde in einer ersten Arbeit die Verteilung einer hohen Dosis i. v.-applizierten Zinks und deren endogenen Ausscheidung in einem Abstand von drei bis 20 Stunden zum Zeitpunkt der Injektion untersucht. Als Ver- suchstiere dienten sowohl nutritiv mangelhaft wie ausreichend mit Zn-versorgte Ratten. In einer weiteren Arbeit (SCHWARZ u. KIRCHGESSNER, 1976) wurde mit den gleichen Versuchstieren und unter denselben Versuchsbedin- gungen die intestinale Absorption gemessen.

Methodik Vevsuchstieve

Insgesamt 90 entwohnte mannliche SPF-Sprague-Dawley-Ratten wurden ab leinem mittleren Gewicht von 35 g gruppenweise zu je funf Ratten in Kunststoff kafigen aus Makralon gehalten. Uber einen Zeitraum von 21 Tagen wurde eine halbsynthetische Caseindiat (KIRCHGESSNER u. PALLAUF, 1973) mit unterschiedlichen Zn-Gehalten gefuttert. Das Futter fur jeweils 30 Ratten ent- hielt 4,4; 8,9 oder 124 mg Zink pro kg Diat-Trockensubstanz (TS). Die Tiere mit der geringsten Zn-Versorgung wurden ad libitum gefuttert. Entsprechend dieser Futteraufnahme wurde den Ratten mit der hoheren Zn-Versorgung die Caseindiat zugeteilt. Alle Tiere bekamen destilliertes Wasser, das mit 0,02 O/o

NaCl angereichert war, zur freien Aufnahme. Am Ende der Vorbehandlung hatten die Ratten, die 4,4 mg Zn/kg Diat-TS erhielten, ein mittleres Lebend- gewicht von 69 g (Tab. 1) . Im Vergleich dazu lag das mittlere Gewih t bei

Zur Verteilung und Ausscheidung i. v. applizierten Zinks 837

Zn-Gehalt der Diat (mg Zn I kg Diat - TSI

Lebendgewicht der Ratten l g )

Zn-Gehalt der Leber pg Zn I Gesamtleber pg Z n l g 15

Zn-Gehalt des Femur

yg Zn / 100 rng TS yg Zn I Gesarntknochen

einer Zn-Versorgung von 8,9 pprn Zink in der Diat mit 78,6 g deutlich hoher (P < 0,Ol). Die Ratten mit 124 ppm Diat-Zink waren nochmals um durch- schnittlich 9 g schwerer (P < 0,OI). Zur Charakterisierung des Zn-Versor- gungszustandes wurde von jeweils sechs Tieren jeder Versorgungsstufe der Gesamt-Zn-Gehalt in der Leber und ifi Femur nach der Trockenveraschung mit der Atomaren Absorptions-Spektrophotometrie (AAS) gemessen. Die mittleren Mei3werte sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Die It -Angaben geben in dieser wie in allen folgenden Tabellen die Standardabweichung der Einzel- werte an. Mit zunehmender Zn-Versorgung nimmt der Zn-Gehalt in der Leber und im Knochen zu. Wahrend sich allerdings die MeGwerte bei 4,4 und 8,9 ppm Diat-Zink nur gering unterscheiden, sind der Gesamt-Zn-Gehalt der Leber und des Knochens sowie auch die Mef3werte bezogen auf Gewichtseinheit Trockensubstanz bei 124 ppm Futter-Zink deutlich hoher (P < 0,Ol).

4 4 889 724 69,O t 6,5 78,6 t 9,4 87,l * 6,5

64,O t 4,lS 873 t 17,5 105 f 11,6 855 *_ 11,6 ioa t 27,~ 1 7 4 t11,5

15,6 2 5,18 19,s 2 .l0,5 34,O 2 5,02 16,L 2 1 4 5 21,2 t 148 35,O t 4 3 4

Versuchsdurch fiihrung Vor Versuchsbeginn wurden 12 Ratten jeder Zn-Versorgungsstufe gleich-

maf3ig nach ihrem Lebendgewicht in drei Gruppen zu je vier Tieren aufgeteilt. Die restlichen Ratten wurden zur Absorptionsmessung (SCHWARZ u. KIRCH- GESSNER, 1976) herangezogen. Die Versuchstiere erhielten 0,15 ml einer ZnC1,- Losung mit insgesamt 310 p g Zink (pH-Wert 4,8) in die Schwanzvene injiziert. Die Losung war mit 1,5 pCi Zn-65-ZnC1, radioaktiv markiert. Anschlie- i3end wurden die Ratten einzeln in Stoffwechselkafigen aus Makralon gehalten. Kot und Harn wurden dabei getrennt aufgefangen.

In einem Abstand von drei, acht oder 20 Stunden nach dem Zeitpunkt der i. v.-Dosis wurde jeweils eine Versuchsgruppe jeder Versorgungsstufe dekapi- tiert. Um identische Versuchsbedingungen zu der weiteren Untersuchung der intestinalen Zn-Absorption in situ (SCHWARZ u. KIRCHGESSNER, 1976) zu er- halten, wurde zwei Stunden vor dem Dekapitieren jeder Ratte 2,6 p g Zink in die abgebundene Dunndarmschlinge verabreicht. Zur Messung der Verteilung des i. v. applizierten Zinks wurde das Blut in Zentrifugengefaflen aufgefangen, die 20 111 einer 2 O/oigen Heparinlosung enthielten. Anschliegend wurden Leber, Nieren, Dunndarm und Dickdarm herausprapariert. Der Dunndarm wurde in vier gleichlange Darmabschnitte von etwa 20 cm unterteilt. Jeder Darmabschnitt wurde rnit 5 ml lo-* M EDTA-Losung gewaschen.

Die Radioaktivitat von 0,2 ml Blut, 0,2 ml Plasma, der Gesamtleber, beider Nieren, der einzelnen Dunndarmabschnitte und ihrer Waschlosungen, des Dickdarms, getrennt nach Caecum und Colon, sowie des Kots wurde in einem Gammaspektrometer (Tracer Lab, Gamma Guard 150) gemessen. Die Zn-65-Aktivitat des Restkorpers einschliei3lich des Restblutes in den Zentri- fugengefafien und des H a r m wurde ebenfalls in einem Gammaspektrometer

838 S C H W A R Z und KIRCHCESSNER

Stunden nach der Zn - Injektion I . v.

BLut 3 [pg Z n / m l ) 8

20

3 Plasma 8 [pg Z n / m l )

20

3 Leber [pg Zn /Gesamtleber) 8

20

Nieren 3 lpg Zn I Gesamtnierenl 8

20

Femur 3 lpg Zn / Femurknochen) 8

20

Restkorper 3 (pg Zn / Rattel 8

20

(BF-Handmefiplatz) bestimmt. Fur alle Radioaktivitatsmessungen wurden Standards mit probenaquivalenten Volumina und der gleichen Aktivitat entsprechend der verabreichten Dosis mitgefuhrt. Die Impulsraten wurden jeweils um den Nulleff ekt korrigiert. Anhand der bekannten spezifischen Aktivitat der i. v.-Dosis konnte fur die jeweiligen Versuchsgruppen die Verteilung und Ausscheidung der i. v.-Zn-Dosis berechnet werden.

Versuchsergebnisse Zn-Verteilung

Die Zn-Verteilung einer einmaligen Zn-Dosis von 310 p g Zink im Rat- tenkorper bei unterschiedlicher Zn-Versorgung der Versuchstiere mit 4,4; 8,9 oder 124 ppm Diat-Zink und in verschiedenen Zeitabstanden ist in Tabelle 2 dargestellt. Die Mefiwerte wurden dabei zweifaktoriell nach der Hohe der Zn-Versorgung und den Zeitabstanden zur Zn-Injektion ausgewertet.

Zn - Versorgung Img Zn / kg Diat -1s) 4 4 49 1 2 1

4,05 *- 0,KO 593 f 0,74 1,79 f 429 1,19 f 0,21 0,8l f 416 466 2 0,OL 1,lO 2 424 0,74 2 420 452 f 0,06

475 t 422 O,L2 ? 0,lO 435 2 0,05 0,58 f 0,14 0,33 f 413 4 2 2 t 0,05

4,53 t 463 3 3 f 490 2,oo t 0,LO

15,4 f 1,8 15,s f 1,2 20,L * 2,8 22,3 ? 1,3 2L,1 f $5 246 t 1,l 19,3 t 2.1 18,s f 3,O 16,s *- 2,l

5,K t 0,s 5,4 f 0,5 7,6 f 0,7 , 5,7 f 0,2 5,6 f 0,4 7,O t 0,7

L,6 f 0,l 4,6 t 0,3 46 t 0,4

3 3 t 0,3 3,s t 0,L 3,O f. 0,5 4,l f 0,6 3,7 t 0,3 $1 t 0,3 &,I t 0,4 3,7 2 0,7 3,2 2 0,2

251 f 13 239 2 11 219 t 2L 197 t 11 239 2 22 221 t 20

254 f 3 2 4 3 t 22 198 i: 5

In Blut und Plasma werden drei Stunden nach der i. v.-Dosis im Vergleich zu acht und 20 Stunden deutlich die hochsten Zn-Mefiwerte erreicht (P < 0,Ol). Nach acht Stunden fallt der Zn-Gehalt rasch ab, um dann zwischen acht und 20 Stunden nur noch gering abzunehmen. Allerdings verandern sich die Plasma- und Blut-Zn-Werte unterschiedlich schnell. Wahrend drei Stunden nach der Zn-Injektion im Plasma gegenuber dem Blut geringfugig hohere Zn- Gehalte erzielt werden, ubertrifft umgekehrt nach acht Stunden und noch starker nach 20 Stunden der Mefiwert des Blutes den des Plasmas um etwa das Doppelte. Ebenso ubt die Zn-Versorgung der Ratten einen deutlichen Einflufl auf die Zn-Aufnahme in Blut und Plasma aus. Insbesondere drei Stunden nach der i. v.-Zn-Applikation sind die Zn-Gehalte in Blut und Plasma bei der niedrigsten Zn-Versorgung von 4,4 ppm Diat-Zink deutlich hoher als bei 8,9 und 124 pprn Zink (P < 0,Ol). Auch bei einem Diat-Zn-Gehalt von


8,9 ppm ist die Zn-Aufnahme in Blut und Plasma noch signifikant groi3er als bei 124 ppm Zink (P < 0,Ol). Ahnliche relative Unterschiede in Abhangigkeit der Zn-Versorgung treten bei den bereits erniedrigten Zn-Gehalten acht und 20 Stunden nach der i. v.-Injektion auf.

Die Leber nimmt drei Stunden nach der i. v.-Dosis insgesamt eine relativ geringe Zn-Menge auf, die sich acht Stunden nach der Zn-Injektion aber deutlich erhoht hat (P < 0,001). Demgegeniiber verringert sich der Zn-Gehalt der Leber im Zeitabstand 20 Stunden nach der Zn-Applikation wiederum (P < 0,05). Allerdings ist in Abhangigkeit der Zn-Versorgung der Versuchs- tiere eine unterschiedliche Zn-Mobilitat zu beobachten. Bei der hochsten Zn- Versorgung von 124 ppm Zink in der Diat ist die Zn-Aufnahme der Leber nach drei und acht Stunden im Vergleich zu 4,4 und 8,9 ppm Futter-Zink am starksten (P < 0,05), urn nach 20 Stunden aber am deutlichsten abzufallen und damit den geringsten Zn-Gehalt in der Leber aufzuweisen. Ahnliche Unter- schiede deuten sich auch zwischen der mittleren Versorgungsstufe von 8,9 ppm Diat-Zink und der niedrigsten mit 4,4 ppm Zink an.

Die Zn-Aufnahme in die Nieren ist drei Stunden nach der Zn-Injektion im Vergleich zu acht und 20 Stunden bereits hoch. Der Zn-Gehalt der Nieren verringert sich im Zeitabstand von 20 Stunden nach der i. v.-Dosis sogar wiederum deutlich (P < 0,OI). Bei einer Zn-Versorgung von 124 ppm Zink ist in der Drei- und Acht-Stunden-Gruppe die Zn-Aufnahme gegenuber geringe- rer Zn-Versorgung am hochsten (P < O,OO1), wahrend 20 Stunden nach der i. v.-Dosis keine Unterschiede im Zn-Gehalt der Nieren zwischen den verschiedenen Versorgungsstufen auftreten.

Je geringer die Zn-Versorgung ist, um so hoher ist die Zn-Aufnahme des Femurs. Gleichzeitig verstarkt sich der Zn-Gehalt im Knochen mit groi3erem Zeitabstand zur i. v.-Injektion. Die Unterschiede zwischen den Versuchsgrup- pen siiid aber insgesamt gering.

Die Rattenrestkorper zeigen insbesondere bei einer Zn-Versorgung von 4,4 oder 8,9 pprn Diat-Zink einen der Zn-Aufnahme in die wichtigsten Organe wie Leber, Nieren und Dunndarmwand entgegengesetzten Verlauf. So nimmt der Zn-Gehalt des Restkorpers von drei auf acht Stunden nach der i. v.-Dosis geringfugig ab, um sich dann bei 20 Stunden wieder zu erhohen. Der Anstieg unterbleibt bei den Ratten mit der hochsten Zn-Versorgung. Insgesamt verringert sich auch mit zunehmender Zn-Versorgung der Zn-Gehalt des Rest- korpers. Je nach Versorgungszustand und Zeitabstand enthalt der Restkorper aber noch 64 bis 82 O/o der insgesamt injizierten Zn-Menge.

Zn- Ausscheidung Fur die endogene Zn-Ausscheidung diirfte vor allem die Hohe der Auf-

nahme an i. v. appliziertem Zink in Diinn- und Dickdarm von Bedeutung sein. Tabelle 3 enthalt die mittleren Mei3werte fur die Zn-Gehalte der Dunndarm- wand und des gesamten Dickdarms. Der Zn-Gehalt der Darmwand des Intesti- nums tenue betragt bei den Versorgungsstufen 4,4 und 8,9 ppm Diat-Zink, drei Stunden nach der Injektion etwa 10 O/o der i. v.-Zn-Dosis, erhoht sich acht Stunden nach der Applikation noch geringfugig und nimmt 20 Stunden nach der Zn-Injektion deutlich auf 7-8 O/o der i. v.-Zn-Dosis ab (P < 0,Ol). Bei einer Zn-Versorgung von 124 ppm Zink ist die Zn-Aufnahme der Diinndarm- wand mit etwa 40 ! ig drei Stunden nach Zn-Applikation gegenuber einer ge- ringeren Zn-Versorgung deutlich hoher (P < 0,001). Allerdings verringert sich in dieser Versorgungsstufe der Zn-Gehalt mit zunehmendem Abstand zur Zn-Injektion fortlaufend am starksten (P < 0,Ol).

840 SCHWARZ und KIRCHGESSNER

1 Stunden nach der Zn-Versorgung (rng Z n / kg Diat - T S ) Zn - Injektion i. v. 4 49 124

Darrnwand des 3 345 i 2,5 30,L t 2,7 L0,5 i 1,3 Dunndarrns 8 35,3 t 2.4 32,6 t 4,L 36,5 t 2.5

20 25,5 t l,L 23,l f3 ,6 22,l f 6.3

Dic kdar rn 3 5,80 f 0,6 535 f 0,5 8'60 f 1,l ICaecum t Colon) 8 7,m f 1,2 6,88 t 0,4 19,19 * 4,s

Darrnlumen des 3 O,L5 f 421 0,772 t 432 1,89 1 0,SO

20 O,L9 f 416 0,65 f 0,30 424 * 1,80

20 6'76 t 0,6 8,16 t 0,4 28,89 f 9,6

Dunndarrns 8 0,58 * 410 O,L9 f 0,ll L,O8 t 2,L7

Darrnwand des Dunndarrns Abschnitt 1 Abschnitt 2 Abschnitt 3 Abschnitt L

Die Meflwerte des Dickdarms geben die Zn-Gehalte der Darmwand ein- schliei3lich des Darminhalts an. In den Versorgungsstufen 4,4 und 8,9 ppm Diat-Zink verandern sich die Zn-Werte bei den verschiedenen Zeitabstanden nur geringfugig. Sie liegen bei nur 20 bis 30 O/o der entsprechenden Zn-Gehalte der Dunndarmwand. Bei 124 ppm Zink ini Futter liegt der Zn-Gehalt drei Stunden nach der i. v.-Dosis bereits am hochsten im Vergleich zu den geringe- ren Zn-Versorgungswerten und steigt acht bzw. 20 Stunden nach der Zn- Injektion um ein Mehrfaches an (P < 0,001). Diese Erhohung durfte allein auf einen verstarkten Zn-Gehalt des Darminhalts und damit auf eine hohe endogene Zn-Ausscheidung zuruckzufuhren sein.

Ahnliche Unterschiede ergeben sich auch fur das endogcn ausgeschiedene Zink im Darmlumen des Dunndarms (Tab. 3). Wahrend bei einer geringen Zn-Versorgung der Versuchstiere von 4,4 oder 8,9 ppm die ausgeschiedene Zn-Menge unbeeinfluflt vom Zeitpunkt der i. v.-Dosis weit unter 1 ,irg bleibt, liegt bei der sehr reichlichen Zn-Versorgung von 124 ppm Zink im Futter die endogene Zn-Ausscheidung mit 1,5 und etwa 4 pg Zink signifikant hoher (P < 0,001). In dieser Versorgungsstufe verstarkt sich die Zn-Ausscheidung im Abstand von drei auf acht Stunden nach der i. v.-Dosis besonders deutlich (P < O,OI), um sich dann nicht mehr zu verandern.

Stunden 3

9,L * 49 8,8 c 1,2

11,2 $ 4 9 11,l f 1,2

Tabelle 4 Aufnahrne und Ausscheidung einer Zn-Dosis i. v. in verschiedene Darmabschnitte von Ratten

mit einer Zn-Versorgung von 124 nig Zn/kg Diat ( j i g Zink gesamt)

Darrnlurnen des Dunndarrns Abschnitt 1 Abschnitt 2 Abschnitt 3 Abschnitt L

Dickdarrn Caecum Colon

432 f 0,07 934 4 0,lO 455 .? 0,ZL 0,69 f 4 2 3

3 3 f 0,l L,9 f 1.1

ch der Z n - lnj 8

8,5 f 0,9

8,8 f 1,2 7,5 f 0,5

11,7 2 1,L

433 t 0,09 433 f. 407 464 t O,l8 578 f 2,57

11,8 i 0,9 7,4 t L,l

tion i. v. 20

5,L f 1,7

5,L t 1,L 4,9 f 1,6

6,s f 1,7

420 t q07 0,ll 2 406 0,33 f O,l8 3,SO f 1,66

21,3 t5 , l 7.6 f 4,8

Stunden nach der Zn - lnjektion i. v.

20 Harn 8

20

Kot 8

Die Zn-Ausscheidung des Warns ist im Vergleich zur Ausscheidung uber den Kot acht Stunden nach der Zn-Applikation bereits relativ hoch, andert sich aber im weiteren Zeitverlauf nicht mehr. Die Ratten mit der niedrigsten Zn-Versorgung geben dabei die geringste Zn-Menge ab. Insgesamt ist jedoch kein deutlicher EinfluB der Zn-Versorgung auf die Zn-Exkretion mit dem Harn festzustellen.

In Abbildung 1 ist die gesamte Zn-Ausscheidung uber den Intestinaltrakt in O/o der i. v.-Injektion nochmals zusammenfassend dargestellt. Dazu wurden die MeBwerte des Dunndarm-Lumens, des Dickdarms und des Kotes aufsum- miert. Drei Stunden nach der Zn-Injektion wird mit 2-3 O / o der Zn-Dosis i. v. noch relativ wenig Zink uber den Intestinaltrakt ausgeschieden. Bei einer man- gelhaften nutritiven Zn-Versorgung von 4,4 oder 8,9 pprn Diat-Zink erhoht sich dieser Prozentanteil acht oder 20 Stunden nach der Zn-Applikation nur auf etwa 5-7 O/o. Demgegenuber steigt bei der Versuchsgruppe mit der hochsten Zn-Versorgung die Zn-Ausscheidung im Zeitabstand von acht Stunden bereits auf 10 */o und nach 20 Stunden sogar auf etwa 20 O/o der Zn-Injektion.

Zbl. Vet. Med., Reihe A, Bd. 23, Heft 10 57

Zn-Versorgung Img Zn I kg Diat - 1s)

7,2 * 2,3 1,s * 0,s 6,6 * 1,7 4 L 6 9 126

8,6 * 3,6 12,s * 5,6 241 * 1,2

L,L * 3 3 7,l * 4 5 1,2 t 3,2 46 * 1,6 9,6 * 2,2 7,s * 47

842

-A

SCHWARZ und KIRCHGESSNER

20

15

s C

01

3 U

.-

.- g lo ffl ffl 2

I C N

a

5

L

4 , 4 pprn 8,9 ppm 124 ppm D ia t -Zn Diat -Zn D i o t - Z n - - -

1 h 8 h

nach dc lnjekt io

I - !O h 3 h

!n - nach der Z n - noc . v. lnjekt ion i . v . Injc

O h der Zn- ion i. v .

Abb. 1 . Zn-Ausscheidung einer Zn-Dosis i. v. iiber den Intestinaltrakt in verschiedenen Zeit- abstanden bei unterschiedlicher Zn-Versorgung der Rat ten (Angaben in O / o der Zn-Dosis i. v.)

Diskussion 1. Dynamik i. v. applizierten Zinks bei unterschiedlicher Zn-Versorgung Die Applikation von radioaktiv markiertem Zink ermoglicht, die Zn-

Verteilung und ihre Dynamik im Organismus zu untersuchen. D a m wird eine geringe Zn-Dosis mit einer hohen spezifischen Aktivitat parenteral verabreicht, urn eine moglichst schnelle, gleichmaflige Markierung des Korperzinks zu er- zielen. Bindungsform und Art der Applikation konnen weiterhin von grofle- rem Einflufl sein (KMENT et al., 1970). Demgegenuber wurde in der vorliegenden Arbeit eine hohe Zn-Dosis mit 211-65 markiert und die Verteilung dieser Dosis im Zeitabstand von drei, acht und 20 Stunden nach der i. v.-Applikation bei unterschiedlich mit Zn-versorgten Ratten untersucht.

Die Zn-Austauschrate des Blutes mit anderen Geweben ist sehr hoch. Untersuchungen am Menschen (FELDSTEIN et al., 1961; GRAIG u. SIEGEL, 1960), verschiedenen landwirtschaftlichen Nutztieren (FEASTER et a]., 1954; PEKAS,


1966; LEIBETSEDER et al., 1972 a) und Labortieren (STAND et al., 1962; METHFESSEL u. SPENCER, 1973) zeigen einen schnellen Zn-65-Aktivitatsabfall im Blut innerhalb eines Zeitraumes von einer bis etwa vier Stunden nach der Zn-65-Injektion. Auch nach den vorliegenden Ergebnissen befinden sich bereits drei Stunden nach der Zn-Injektion von 310 pg Zink nur noch 2-4 p g pro ml Blut; dies entspricht bezogen auf das Gesamtblut etwa 3-6 O / o der i. v.-Dosis. Dieser Zn-Gehalt verringert sich nach weiteren funf Stunden nochmals sehr stark, um sich im folgenden Zeitabstand bis 20 Stunden kaum mehr zu verandern. Allerdings weist der Zn-Gehalt des Plasmas gegeniiber dem des Blutes eine deutlich hohere Dynamili auf. Damit wird auch der Zn-Abfall im Blut weitgehend durch den Plasma-Zn-Gehalt bestimmt, wahrend die zellularen Blutbestandteile mit langerem Zeitabstand zur Injektion eher mehr Zink aufnehmen. Ahnliche Unterschiede zwischen Plasma und Blut wurden auch in den Arbeiten von PEKAS (1966), LEIBETSEDER et al. (1972 a) sowie METH- FESSEL und SPENCER (1973) dargestellt. Relative Unterschiede in der Zn-Aus- tauschrate bei Zn-Mangel- und Pair-fed-Tieren nach drei, acht oder 20 Stun- den lassen sich nicht erkennen. Die Zn-Aufnahme in Blut und Plasma ist jedoch bei niedriger Zn-Versorgung deutlich hoher als bei ausreichend mit Zink gefiitterten Ratten. Damit wird zumindest in der Anfangsphase bis drei Stunden von Ratten mit hoherer Zn-Versorgung das Blut- bzw. Plasmazink schneller abgegeben.

Neben dem Blut bzw. Plasma zahlen aber auch die Weichgewebe wie Leber, Niere oder Diinndarm zu den schnell austauschenden Zn-Komparte- menten (LEIBETSEDER et al., 1971). Der zeitliche Verlauf der Zn-Aufnahme in die Leber und die Zn-Abgabe nach einer parenteralen Applikation diirfte vor allem dosisabhangig sein. Geringe Zn-Mengen erreichen sofort nach der Injek- tion die hochste Aufnahmerate, anschliegend verringert sich der Zn-Gehalt wieder (METHFESSEL u. SPENCER, 1973). Mit steigenden Zn-Mengen vergroi3ert sich der zeitliche Abstand zwischen Injektion und dem Maximum der Zn-Auf- nahme (STAND et al., 1962; RICHARDS u. COUSINS, 1975 a). Nach den vorliegenden Ergebnissen wird im Zeitabstand von acht Stunden deutlich mehr i. v. appliziertes Zink von der Leber reteniert als nach drei Stunden. Dabei lassen sich aber auch Interaktionen zum Zn-Versorgungsstatus erkennen. Zn- versorgte Ratten nehmen zunachst signifikant mehr Zink auf, geben aber wiederum das Zink am schnellsten ab.

Eiiie parenterale Zn-Applikation stimuliert die Neusynthese eines Zn- bindenden Proteins in der Leber und damit wird die Zn-Aufnahme deutlich erhoht (CHEN et al., 1974; BREMNER u. DAVIES, 1975; RICHARDS u. COUSINS, 1975 6; WINGE et al., 1975). Nach diesen Untersuchungen handelt es sich dabei urn Metallothionein. Es wird sowohl bei Zn-Mangelratten als auch bei normal versorgten Tieren gebildet (BREMNER u. DAVIES, 1975). Zn-Thionein iibernimmt somit die Funktion eines Zn-Speicherproteins, aus dem das Zink aber wiederum sehr schnell mobilisiert werden kann. BREMNER und DAVIES (1975) vermuten, dail dieses Zink auch intermediar gut verfiigbar ist.

Gegeniiber der Leber weist das i. v. applizierte Zink der Diinndarmwand und der Nieren insbesondere bei ausreichend mit Zn-gefiitterten Ratten eine hohere Dynamik auf. Obwohl auch in den Mucosazellen Metallothionein als Zn-bindendes Protein festgestellt wurde (EVANS et al., 1970; RICHARDS u. COUSINS, 1975 a; b), liegen doch insgesamt nur wenige Untersuchungen iiber die chemische Bindungsform des Zinks in diesen Organen vor. Nieren und Diinndarm konnen als Speicher- und Exkretionsorgane gleichermailen ange- sehen werden. Ihre iiberwiegende Funktion ist vor allem abhangig von der Zn-Versorgung des Organismus. Die Zn-Aufnahme in diese Organe ist bereits

57"


drei Stunden nach der i. v.-Injektion hoch. Die Dunndarmwand enthalt zu diesem Zeitpunkt etwa die doppelte Zn-Menge als die Leber. Bei mangelhaft mit Zink versorgten Ratten erhoht sich zwar nach weiteren funf Stunden der Zn-Gehalt der Nieren und des Dunndarms noch geringfugig, anschliefiend verringert er sich aber sehr deutlich um 2O-3Oo/o. Da sich analog zu diesem Abfall der Zn-Gehalt im Restkorper wieder erhoht, ist anzunehmen, dafi das Zink der Darmwand und der Nieren zumindest zum Teil dafur mobilisiert wurde. Damit durften diese Organe bei geringer Zn-Versorgung primar eine Speicherfunktion ubernehmen.

Bei ausreichend Zn-versorgten Ratten verringert sich der Zn-Gehalt der Dunndarmwand und der Nieren ab einem Zeitabstand von drei Stunden nach der Zn-Injektion laufend. Wahrend auch der Zn-Gehalt des Restkorpers ab- nimmt, steigt gleichzeitig die endogene Zn-Ausscheidung uberaus stark an. Hier durfte fur die Niere und vor allem fur den Dunndarm die Exkretions- funktion im Vordergrund stehen.

Khnlich den vorliegenden Ergebnissen fanden STAND et al. (1962) sowie METHFESSEL und SPENCER (1973) in einem Zeitabstand von vier bzw. drei Stunden nach einer Zn-65-Injektion i. v. die hochste Zn-65-Aufnahme des Dunndarms. Anschliefiend nahm der Zn-Gehalt stetig ab. Allerdings erreichen Zn-Mangeltiere das Maximum der Zn-Aufnahme im Dunndarm, wie auch bei den anderen Geweben, jeweils mit einem Zeitverzug gegenuber den normal- versorgten Tieren. MILLER et al. (1966, 1967) bestatigen ebenfalls diese Beob- achtung. Retentionsstudien mit Zn-depletierten Ratten zeigen somit eine wesentlich langsamere Zn-Turnover-Rate als solche mit Zn-versorgten Tieren (HETH et a]., 1966).

Nach Untersuchungen von COTZIAS und PAPAVASILION (1 964) beeinflufit die Art der Zn-Applikation die Verteilung des Zinks im Organismus. Deninach erhoht intraperitoneal gegenuber oral verabreichtem Zink den Zn-Gehalt des Restkorpers uberaus stark und verringert gleichzeitig die Zn-Aufnahme des Gastro-Intestinaltraktes. Auch nach den vorliegenden Ergebnissen weisen insbesondere die Restkorper von Zn-Mangelratten mit etwa 80 "/o der i. v.-Dosis gegenuber den untersuchten Weichgeweben einen sehr hohen Zn-Gehalt auf. Bei den ausreichend an Zn-versorgten Tieren verringert sich dieser Wert auf etwa 65-70°/o. Angaben iiber die Zn-Aufnahme in den extra- oder intra- zellularen Raum konnen jedoch nicht gemacht werden. Haut, Haare, Knochen und Skelettmuskulatur werden allerdings zu den nicht oder langsam austauschenden Zn-Kompartementen gezahlt (LEIBETSEDER et al., 1971, 1972 b).

Endogcne Zn-Ausscheidung i. v. applizierten Zinks bei unterschiedlicher Zn-Versorgung

Der Organismus scheidet Zink vorwiegend uber den Dunndarm aus (RUBINI et al., 1961; LEIBETSEDER et al., 1972 b; METHFESSEL u. SPENCER, 1973; LANTZSCH u. MENKE, 1974). Bereits zehn Minuten nach einer Zn-65- Injektion i. v. konnten 6 O / o der verabreichten Dosis im Intestinum tenue gemessen werden (METHFESSEL u. SPENCER, 1973). Dieser schnelle Anstieg der Zn-Aufnahme in den Diinndarm nach einer intravenosen Applikation konnte auch in der vorliegenden Arbeit bei allen Versuchsgruppen bestatigt werden. Fur die nachfolgende Zn-Sekretion in das Darmlumen bestehen allerdings sehr deutliche Wechselwirkungen zur Zn-Versorgung der Tiere. Ausreichend mit Zink versorgte Ratten sezernieren im Vergleich zu mangelhaft mit Zink ge- futterten Ratten bereits drei Stunden nach einer i. v.-Zn-Dosis etwa die drei- fache Zn-Menge sowie im Zeitabstand von acht und 20 Stunden nahezu die achtfache Menge in das Lumen des Dunndarms. Entsprechend erhoht sich an-


schlieflend der endogene Zn-Anteil im Dickdarm und im Kot bei den Zn-versorgten Ratten um ein Mehrfaches gegeniiber den Depletionstieren. Auch MILLER et al. (1966) konnten experimentell nachweisen, dai3 sich die Zn-Exkre- tion der Zn-Versorgung anpaat und im Zn-Mange1 deutlich weniger Zink iiber den Kot ausgeschieden wird.

Auf Grund der geringfiigig hoheren Zn-Aufnahme in die distalen Ab- schnitte des Diinndarms und der starkeren Zn-Sekretion in das Darmlumen diirfte das distale Jejunum und das Ileum fur die Zn-Sekretion von groflerer Bedeutung sein als die proximalen Abschnitte. METHFESSEL und SPENCER (1 973) berichten allerdings von einer weitgehend gleichmafligen Zn-Ausschei- dung innerhalb der verschiedenen Abschnitte des Diinndarms. Demgegeniiber ergab sich bei Milchkiihen anhand des Verhaltnisses von Zink-65 und einer nicht absorbierbaren Markiersubstanz (Cer-144) die hochste endogene Zn- Ausscheidung im Duodenum und proximalen Jejunum (MILLER u. CRAGLE, 1965).

Die Sekretion von Zink mit dem Harn ist sehr niedrig (MILLER et al., 1966; LANTZSCH u. MENKE, 1974). Dabei wird die Ausscheidung von der nutritiven Zn-Versorgung nur geringfiigig beeinfluat. Kalber sezernierten sogar im Zn-Mange1 eine pathologisch hohe Zn-Menge iiber die Nieren (MILLER et al., 1966).

Zusammenfassung An Ratten mit unterschiedlicher nutritiver Zn-Versorgung (4,4; 8,9 oder

124 mg Zink pro kg Diat-Trockensubstanz) wurden 310 pg Zink als ZnC1, in die Schwanzvene injiziert. Die Zn-Losung war mit Zn-65-ZnC1, markiert. Im Zeitabstand von 3, 8 und 20 Stunden nach der Applikation wurde bei diesen Ratten die Zn-65-Verteilung im Organismus und die endogene Zn-65-Aus- scheidung gemessen. Die nutritive Versorgung und der Zeitabstand beeinflussen sehr deutlich die Retention und Dynamik des injizierten Zinks im Blut, in den Weichgeweben und im Restkorper. Insbesondere ist ein starker Anstieg der Zn-Aufnahme der Leber nach acht oder 20 Stunden zu beobachten, was auf die Neusynthese von Metallothionein zuriickzufiihren sein diirfte. Der Diinndarm enthalt bereits nach drei Stunden eine sehr hohe Zn-Menge, die bei den mangelhaft an Zn-versorgten Ratten primar wieder in den Organismus geschleust wird. Blut, Plasma und Weichgewebe der mangelhaft Zn-versorgten Ratten lassen aber insgesamt eine deutlich langsamere Turnover-Rate des applizierten Zinks erkennen.

Drei Stunden nach der Zn-Injektion wird mit 2-3 O/o der Zn-Dosis i. v. yon allen Ratten noch relativ wenig Zink iiber den Intestinaltrakt ausgeschieden. Demgegeniiber steigt bei den nutritiv ausreichend Zn-versorgten Ratten die Zn-Ausscheidung im Zeitabstand von acht Stunden bereits auf 10 O / o und nach 20 Stunden sehr deutlich auf 20 O/o der i. v. applizierten Zn-Menge an. Mangelhaft Zn-versorgte Ratten scheiden dagegen nur sehr wenig Zink (5 bis 70/0 der Zn-Dosis) endogen aus. Die Zn-Exkretion mi.; dem Harn ist unab- hangiger vom nutritiven Zn-Versorgungsstatus.

Summary Partition and endogenous secretion of Zn given i. v.

in rats with varying Zn intake In rats with varying dietary Zn intake (4.4, 8.9 or 124 mg. Zn per kg.

dietary dry matter) 310 pg. Zn as ZnCL, was injected into the tail vein. The Zn solution was labelled with Zn-65-ZnC1,. At intervals of 3, 8 and 20 hours

846 SCHWARZ und KIRCHCESSNER

after the injection the 211-65 distribution was measured and also endogenous 31-65 excretion. The nutritive Zn supply and the time interval influenced very clearly the retention and dynamics of the injected Zn in blood, soft tissues and the rest of the body. Especially was there a marked rise in Zn riptake in the liver after 8 or 20 hours, which could be attributed to new synthesis of metallothionein. The small intestine contained a very large amount of Zn even after 3 hours, which was primarily available again for the host in the Zn-deficient rats. Plasma and soft tissues of deficient rats showed however a markedly reduced turnover-rate of the Zn administered.

Three hours after Zn injection only about 2-3 O / o of the Zn injected i. v. in all rats had been excreted into the intestine. In contrast, rats on adequate Zn diets showed Zn excretion after 8 hours of 10 O / o and after 20 hours 20 O/o of the Zn given i. v. Deficient rats, in contrast, excreted very little Zn (5-7 O/o of the dose) endogenously. Zn excretion in the urine is independent of the nutritive status of Zn.

Resume Repartition et secretion endoghe du zinc applique par voie veineuse

chez des rats differemment approvisionnes en Zn On a injectk 310 p g de zinc sous forme de ZnC1, dans la veine de la queue

chez des rats recevant un approvisionnement nutritif diffkrent en Zn (4,4, 8,9 ou 124 mg Zinc/kg de substance skche d’aliment). La solution de Zn f u t marquke par Zn-65-ZnC1,. On a mesurk la rkpartition de Zn-65 dans l’organisme et la skcrktion endogkne de 211-65 3,s et 20 heures aprks l’application. L’approvisionnement nutritif et le laps de temps influenckrent nettement la rktention et la dynamique du zinc injectk dans le sang, les tissus mous et le reste du corps. Une augmentation plus forte de Zn dans le foie fut observke aprks 8 et 20 heures, ce qui est Q rapporter Q une synthkse nouvelle de metallo- thionkine. L’intestin grele contenait aprks 3 heures une trks forte quantitk de Zn qui s’est rkparti A nouveau primairement dans l’organisme chez des rats carencks en Zn. Le sang, la plasma et les tissus mous des rats carencks en Zn montrkrent cependant dans l’ensemble un taux de ccturnover, du zinc appli- quk nettement plus lent.

Relativement peu de zinc fut skcrktk par le tractus intestinal de la part de tous les rats 3 heures aprks l’injection de Zn avec une dose de 2-3 O / o de Zn i/v. Par contre, la secrktion du Zn monta Q 10 O/o 3 heures aprks et 20 O/o 20 heures aprks l’application i/v chez les rats recevant assez de Zn nutritif. Les rats carencks ne skcrktkrent par contre que trks peu de zinc (5-7 O / o de la dose de Zn) par voie endogkne. L’excrktion de zinc avec l’urine fut indkpen- dante du statut d’approvisionnement nutritif en zinc.

Resumen Sobre la distribucidn y excreci6n end6gena de Zn aplicado por via iv. en

ratas con abastecimiento diverso de Zn Se inyectaron 310 p g de cinc como C1,Zn en la vena caudal de ratas con

abastecimiento nutritivo diferente de Zn (4,4; 8,9 o 124 mg por kg de subs- tancia seca de dieta). La soluci6n de Zn se hallaba marcada con Zn-65-C12Zn. En intervalos de 3, 8 y 20 horas tras la aplicacibn, se midi6 en estas ratas !A distribuci6n de Zn-65 en el organism0 y la excreci6n end6gena de 211-65. El abastecimiento nutritivo y el interval0 influyen con claridad suma sobre la retenci6n y dinamica del cinc inyectado en la sangre, en 10s tejidos blandos


y en el organismo restante. Se aprecia sobre todo un aumento marcado en la asimilacibn de Zn por el higado tras 8 u 20 horas, lo cual se deberia atribuir a la neosintesis de metalotioneina. El intestino delgado contiene, tras solo 3 horas, una cantidad extraordinaria de Zn, la cual es trasegada de nuevo, de forma primaria, a1 organismo en las ratas con abastecimiento insuficiente de Zn. Pero se puede reconocer en conjunto en sangre, plasma y tejidos blandos de las ratas abastecidas de manera insuficiente una cuota de renovacibn bastante m6s lenta del cinc aplicado.

Tres horas despuks de la inyecci6n de Zn aun se elimina con un 2-3 o/o de la dosis iv. de Zn por todas las ratas relativamente poco cinc a travks del tract0 intestinal. Frente a esto, ya aumenta en las ratas sumistradas con cantidades nutritivas suficientes de Zn la excreci6n de Zn en un interval0 de 8 horas a un 10 O/o y tras 20 horas con toda claridad a 20 O / o de la cantidad de Zn aplicada por via iv. Sin embargo, las ratas provistas de Zn en deficiencia eliminan muy poco Zn end6geno (5-7O/o de la dosis de Zn). La excreci6n urinaria de Zn es independiente del estado de abastecimiento nutritivo de Zn.

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Adresse der Autoren: Dr. F. J. SCHWARZ, Prof. Dr. M. KIRCHGESSNER, Technische

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Universitat Miinchen, Tnstitut fur Tierernahrung, 8050 Freising-Weihenstephan.

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Zur Verteilung und Ausscheidung i. v. applizierten Zinks bei unterschiedlich Zn-versorgten Ratten