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Transepithelialer Transport und Metabolismus kurzkettiger Fettsäuren im Dickdarm von Schweinen

Hermes, Roland


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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Veterinär-Physiologie
Fachgebiet: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 26.04.2000
Erstellungsjahr: 2000
Publikationsdatum: 08.06.2000
Kurzfassung auf Deutsch: In der vorliegenden Untersuchung wurden in vitro die Aufnahmen und die Abgaben sowie die Gewebeakkumulationen von SCFA im porcinen Dickdarm unter
verschiedenen Inkubationsbedingungen bestimmt und deren Metabolisierung errechnet. Dazu wurden die SCFA-Konzentration (80 / 40 mmol·1-1 ), die
Richtung des SCFA-Gradienten (mukosal-serosal / serosal-mukosal) sowie der pH-Wert der mukosalen Pufferlösung (7,4; 6,4; 5,4) variiert.
Die Studien wurden an isolierten Epithelien des proximalen Colons wachsender Schweine (20-30 kg Lebendgewicht) mittels der modifizierten
Ussing-Kammer-Technik durchgeführt; während ein elektrischer Gradient ausgeschlossen war, lag in Abweichung von der klassischen Methode ein
SCFA-Gradient vor. Grundsätzlich schloß sich einer einstündigen Äquilibrierung des Systems eine einstündige Meßphase an.
Am Ende jeder Fluxperiode wurden die SCFA-Konzentrationen in den mukosalen Lösungen direkt und in den serosalen Lösungen nach einer
Aufkonzentrierung gaschromatographisch bestimmt.


Folgende Ergebnisse lassen sich zusammenfassen :


· Die Aufnahmeraten betrugen in mukosal-serosaler Gradientenrichtung je nach Inkubationsansatz zwischen 12 und 19 [mikro]mol· cm-2· h-1 und liegen damit in
der Größenordnung der in der Literatur gemachten Angaben.


· Bei einer Ausgangskonzentration von 80 mmol·1-1 SCFA wurden ca. 50 % der mukosal aufgenommenen SCFA serosal wieder abgegeben. Bei geringer
Gewebeakkumulation wurde etwa die Hälfte der mukosal aufgenommenen SCFA metabolisiert. Gleichzeitig stieg in der serosalen Lösung der molare Anteil an
Acetat im Vergleich zur Ausgangsverteilung, während der Butyratanteil zurückging.


· Eine Reduzierung der SCFA-Konzentration auf 40 mmol·1-1 hatte nur einen geringen Einfluß auf die mukosale Aufnahme, die serosale Abgabe und die
Metabolisierung. Die Gewebeakkumulation von Acetat und Butyrat sank jedoch um mehr als 50 %.


· Eine Umkehrung der Gradientenrichtung (serosal-mukosal) erbrachte im Vergleich zur physiologischen Gradientenrichtung keine Unterschiede in Aufnahme
und Abgabe von SCFA. Die Gewebeakkumulation reduzierte sich jedoch um ca. 60 %, die Menge an metabolisiertem Acetat war bei dieser
Gradientenrichtung um ca. 40 % erhöht.


· Eine Absenkung des mukosalen pH-Werts von 7,4 auf 5,4 hatte für Propionat und Butyrat einen Rückgang der Metabolisierungsrate und damit eine leicht
erhöhte serosale Abgabe zur Folge.


Aus den vorliegenden Untersuchungsbefunden ergeben sich keine Hinweise, daß Änderungen der SCFA-Konzentration oder des pH-Wertes im mukosalen
Kompartiment einen nennenswerten Einfluß auf Transport und Metabolisierung der SCFA im porcinen Dickdarmepithel haben. Die stark unterschiedliche
Gewebeakkumulation bei der Änderung der Gradientenrichtung läßt dagegen vermuten, daß Unterschiede im SCFA-Transport durch die apikale und die
basale Membran bestehen. Im Rahmen der vorliegenden Untersuchung konnte jedoch nicht geklärt werden, ob dies auf unterschiedlichen
Transportmechanismen oder nur auf unterschiedlichen Transportkapazitäten der beiden Membranen beruht.
Kurzfassung auf Englisch: The aim of this study was the in vitro examination of the effects of SCFA concentration, direction of the SCFA gradient (mucosal-to-serosal /
serosal-to-mucosal) and the luminal pH on transport and metabolism of SCFA in porcine hindgut. Mucosal uptake, serosal release, and tissue accumulation
were measured using modified Ussing-type experiments in the absence of an electrical gradient, but in presence of a SCFA gradient. Metabolization rates were
subsequently calculated from balance data. Incubation buffers contained 80 or 40 mmol·1-1 SCFA, and the pH of the mucosal buffer solution ranged from 7.4
to 5.4.

Isolated colonic epithelia were derived from growing pigs with an live weight of 20 to 30 kg. Each experiment lasted for 2 hours; the first of which was allowed
for equilibration. At the end of each 1 hour flux period samples were taken from the mucosal and serosal solutions for GC analysis of SCFA concentrations.


The following results were obtained :


· In mucosal-to-serosal experimental setups, mucosal SCFA uptake rates ranged from 12 to 19 [micro]mol· cm-2· h-1, which is in agreement with data from the
literature.


· In the presence of 80 mmol·1-1 SCFA in the mucosal buffer solution, serosal release accounted for less than 50 % of the mucosal uptake. Tissue
accumulation was only marginal (5 - 15 %), and, therefore metabolization by the epithelial tissue accounted for approximately half of the mucosal uptake.
Changes in the molar proportions of single SCFA in the final serosal solutions were due to an increase of the acetate proportion at the expense of butyrate.


· Lowering the mucosal SCFA concentration to 40 mmol·1-1 had only little effect on the mucosal uptake, serosal release, and epithelial metabolism. However,
tissue accumulation of acetate and butyrate was reduced by 50 %.


· Reversion of the SCFA gradient from mucosal-to-serosal to serosal-to-mucosal revealed no effect on SCFA uptake and release. However, tissue
accumulation was reduced to 40 %. Metabolization of acetate was increased by 40 %.


· Lowering the mucosal pH from 7.4 to 5.4 resulted in a decreased metabolism of propionate and butyrate and therefore an increase of serosal release.


These present results from in vitro studies do not provide evidence for a substantial effect of SCFA concentration or luminal pH on transport and metabolism of
SCFA in porcine colonic epithelia.

However, the reduction in tissue accumulation caused by reversion of the SCFA gradient indicates differences in SCFA transport patterns through apical and
basal epithelial membranes. Possible differences in mechanisms of membrane transport or transport capacity could not further be elucidated within this study.