Der Einfluss von resistenter Stärke auf die Fettsäureoxidation bei

Der Einfluss von resistenter Stärke auf die Fettsäureoxidation bei
Aus der Universitätskinder- und Jugendklinik Rostock
Direktorin (k): Frau Prof. Dr. med. M. Wigger
Der Einfluss von resistenter Stärke auf die
Fettsäureoxidation bei gesunden Erwachsenen
Inauguraldissertation
zur
Erlangung des akademischen Grades
Doktor der Medizin
der Medizinischen Fakultät
der Universität Rostock
Rostock, August 2011
Vorgelegt von:
Katharina Unger, geb. Roost
aus Schwerin
geboren am 26.08.1984 in Schwerin
urn:nbn:de:gbv:28-diss2012-0057-4
Gutachter:
1. Gutachter: Prof. Dr. rer. nat. habil. K. D. Wutzke,
Leiter des Forschungslabors der Gastroenterologie
Universitätskinder- und Jugendklinik, Universität Rostock
2. Gutachter: Prof. K. Jonderko, MD, PhD
Full Professor of Medicine
Dept. of Basic Biomedical Science
School of Pharmacy
Medical University of Silesia
3. Gutachter: Prof. Dr. med. R. Jaster
Universitätsmedizin Rostock
Zentrum für Innere Medizin, Klinik II
Abteilung für Gastroenterologie
Experimentelle Pankreatologie
Datum der Einreichung: 25.08.2011
Datum der Verteidigung: 22.05.2012
Inhaltsverzeichnis
1
Einleitung............................................................................................................ 6
1.1 Stärke............................................................................................................... 6
1.1.1 Biochemie der Stärke .............................................................................. 6
1.1.2 Bedeutung von Stärke im Stoffwechsel .................................................. 8
1.1.3 Resistente Stärke als Ballaststoff............................................................ 9
1.1.4 Bedeutung von resistenter Stärke im Stoffwechsel ............................... 10
1.2 Stabile Isotope ............................................................................................... 13
1.2.1 Definition und Charakteristik ................................................................. 13
1.2.2 Stabile Isotope in der Ernährungsforschung ......................................... 15
1.2.3
13
CO2-Atemteste mit stabilen Isotopen ................................................. 16
1.3 Zielstellung ..................................................................................................... 17
2
Material und Methoden .................................................................................... 18
2.1 Probanden ..................................................................................................... 18
2.2 Kartoffelfaserstärke und Markerbsenstärke ................................................... 20
2.2.1 Zusammensetzung ............................................................................... 20
2.3 Methodik ........................................................................................................ 21
2.3.1
13
CO2-Atemgastest ............................................................................... 21
2.3.1.1 Prinzip ..................................................................................... 21
2.3.1.2 Probenanalyse ........................................................................ 22
2.3.1.3 Berechnungen ......................................................................... 23
2.3.2 Bioelektrische Impedanzanalyse ........................................................... 25
2.3.2.1 Prinzip ..................................................................................... 25
2.3.2.2 Berechnungen ......................................................................... 25
2.3.3 Indirekte Kalorimetrie ............................................................................ 27
2.3.3.1 Prinzip ..................................................................................... 27
2.3.3.2 Berechnungen ......................................................................... 27
2.4 Ernährung ...................................................................................................... 28
2.5 Studiendesign und Versuchsdurchführung .................................................... 30
2.6 Statistische Auswertung ................................................................................. 32
2.7 Ethikvotum ..................................................................................................... 32
3
Ergebnisse ........................................................................................................ 33
3.1
13
CO2-Atemgastest......................................................................................... 33
3.1.1 Darstellung der Ergebnisse aller Probanden......................................... 33
3/92
3.1.1.1
13
CO2-Häufigkeit aller Probanden ........................................... 33
3.1.1.2 Prozentuale 13CO2-Exhalation aller Probanden....................... 34
3.1.2 Darstellung der Ergebnisse getrennt nach Geschlechtern .................... 35
3.1.2.1
13
CO2-Häufigkeit der weiblichen Probanden ........................... 35
3.1.2.2 Prozentuale 13CO2-Exhalation der weiblichen Probanden ...... 36
3.1.2.3
13
CO2-Häufigkeit der männlichen Probanden .......................... 37
3.1.2.4 Prozentuale 13CO2-Exhalation der männlichen Probanden ..... 38
3.1.3 Darstellung der Ergebnisse getrennt nach BMI ..................................... 39
3.1.3.1
13
CO2-Häufigkeit der Probanden mit BMI kleiner als 25 kg/m2 39
3.1.3.2 Prozentuale 13CO2-Exhalation der Probanden mit BMI kleiner
als 25 kg/m2 ......................................................................................... 40
3.1.3.3
13
CO2-Häufigkeit der Probanden mit BMI größer als 25 kg/m2 41
3.1.3.4 Prozentuale 13CO2-Exhalation der Probanden mit BMI größer
als 25 kg/m2 ......................................................................................... 42
3.1.4 Gesamtdarstellung der Ergebnisse des 13CO2-Atemgastestes ............. 42
3.2 Bioelektrische Impedanzanalyse und Body-Mass-Index ................................ 44
3.2.1 Body-Mass-Index aller Probanden ........................................................ 44
3.2.2 Bioelektrische Impedanzanalyse aller Probanden ................................ 45
3.2.2.1 Körpergewicht ......................................................................... 45
3.2.2.2 Körperfettmasse ...................................................................... 46
3.2.2.3 Körperwasser .......................................................................... 46
3.2.2.4 Körpermagermasse ................................................................. 47
3.2.3 Bioelektrische Impedanzanalyse getrennt nach Geschlecht ................. 48
3.2.3.1 Körpergewicht ......................................................................... 48
3.2.3.2 Körperfett ................................................................................ 49
3.2.3.3 Körperwasser .......................................................................... 50
3.2.3.4 Körpermagermasse ................................................................. 50
3.2.4 Bioelektrische Impedanzanalyse getrennt nach Body-Mass-Index ....... 52
3.2.4.1 Körpergewicht ......................................................................... 52
3.2.4.2 Körperfett ................................................................................ 53
3.2.4.3 Körperwasser .......................................................................... 54
3.2.4.4 Körpermagermasse ................................................................. 55
3.2.5 Bioelektrische Impedanzanalyse- Zusatzmessung ............................... 56
3.3 Respiratorischer Quotient .............................................................................. 57
3.3.1 Respiratorischer Quotient aller Probanden ........................................... 57
4/92
3.3.2 Respiratorischer Quotient aller Probanden- getrennt nach Geschlecht 59
3.3.2.1 Respiratorischer Quotient der weiblichen Probanden ............. 59
3.3.2.2 Respiratorischer Quotient der männlichen Probanden ............ 60
3.3.3 Respiratorischer Quotient aller Probanden- getrennt nach Body-MassIndex 61
3.3.3.1 Respiratorischer Quotient der Probanden mit Body-Mass-Index
kleiner als 25 kg/m2 ............................................................................. 62
3.3.3.2 Respiratorischer Quotient der Probanden mit BMI größer
25 kg/m2 .............................................................................................. 63
4
Diskussion ........................................................................................................ 65
4.1
13
CO2-Atemgastest......................................................................................... 65
4.1.1
13
CO2-Häufigkeit ................................................................................... 65
4.1.2 Prozentuale 13CO2-Exhalation............................................................... 66
4.2 Bioelektrische Impedanzanalyse und Body-Mass-Index ................................ 70
4.3 Respiratorischer Quotient .............................................................................. 71
4.4 Schlussfolgerungen........................................................................................ 73
5
Zusammenfassung .......................................................................................... 75
6
Literaturverzeichnis ......................................................................................... 77
7
Thesen .............................................................................................................. 85
8
Abbildungsverzeichnis .................................................................................... 88
9
Tabellenverzeichnis ......................................................................................... 89
10 Selbstständigkeitserklärung ........................................................................... 90
11 Lebenslauf ........................................................................................................ 91
12 Danksagung ..................................................................................................... 92
5/92
1 Einleitung
1.1 Stärke
1.1.1 Biochemie der Stärke
Stärke gehört in die Gruppe der Kohlenhydrate und ist biochemisch gesehen ein
Polysaccharid, das aus α-glykosidisch verknüpften Glukosemonomeren besteht.
Kommen nur 1,4-glykosidische Bindungen vor, ergibt sich als Struktur Amylose. Als
Amylopektin bezeichnet man das zusätzliche Vorkommen von 1,6-glykosidischen
Bindungen.
Auf
diese
Weise
entstehen
stark
verzweigte
baumähnliche
Makromoleküle. Der Vorteil der Glukosespeicherung in dieser Form ist, dass sie
keinen
osmotischen
Effekt
besitzt.
Stärke
ist
daher
das
wichtigste
Reservekohlenhydrat der Pflanzen (1). Das Verhältnis von Amylose und Amylopektin
ist je nach Lebensmittel verschieden.
Stärke ist jedoch nicht gleich Stärke. Bezüglich der Verdaubarkeit gibt es
verschiedene Arten. Resistente Stärke (RS) zum Beispiel ist deswegen „resistent“,
weil sie im Dünndarm nicht abgebaut und resorbiert wird. Sie gelangt somit ins
Kolon, wo ein teilweiser Abbau durch mikrobielle Prozesse erfolgt (2). Von
retrograder oder retrogradierter Stärke spricht man, wenn es nach dem Erwärmen
und anschließender Abkühlung zur Rekristallisation der Stärke gekommen ist. Auf
diesem Weg wandelt sich verdaubare Stärke in RS um (3). Sie kann in die Gruppe
der Ballaststoffe eingeordnet werden (4). RS sind in den 80er Jahren entdeckt
worden.
Seitdem
befassen
sich
sowohl
Lebensmittelhersteller
als
auch
Ernährungswissenschaftler mit deren Anwendungsmöglichkeiten in Lebensmitteln
(5).
RS kommt in einigen Lebensmitteln vor, zum Beispiel in Hülsenfrüchten, rohen
Kartoffeln oder Erbsen. Die aufgenommene Menge ist allgemein gering. In Europa
und Australien beträgt die durchschnittliche Aufnahme 4 g/Tag (6, 7). Die
nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über die verschiedenen Nahrungsmittel
und ihren Gehalt an entsprechender Stärke. Bei den Versuchsdurchführungen zu
dieser Arbeit wurde Kartoffelfaser- und Markerbsenstärke verabreicht. Die Werte für
Kartoffeln und Erbsen sind daher farblich hervorgehoben. Der Gehalt an RS ist bei
rohen Kartoffeln am größten und folglich der Anteil an schnell verdaubarer Glukose
6/92
am niedrigsten. Im Gegensatz dazu besitzt Weißmehl nur einen geringen Anteil an
RS. Anhand der Tabelle lässt sich nachvollziehen, dass der Gehalt an RS in einem
Lebensmittel je nach Zubereitungsgrad variiert. Vergleicht man rohe, gekochte/heiße
sowie gekochte/erkaltete Kartoffeln miteinander, ist der Gehalt an RS bei rohen
Kartoffeln am größten. Werden sie gekocht, sinkt der Wert, wobei er im erkalteten
Zustand wieder ansteigt.
Nahrungsmittel
Weißmehl
Weißbrot
Vollkornbrot
Spaghetti (frisch
gekocht, heiß)
Spaghetti (abgekühlt)
Cornflakes
Weizenschrot
Hafer-Porridge
Kartoffeln (roh)
Kartoffeln
(gekocht, heiß)
Kartoffeln
(gekocht, erkaltet)
Erbsen
(gekocht, heiß)
Linsen
(20 min gekocht,
erkaltet)
Weiße Bohnen
(40 min gekocht)
RDS
SDS
RS
TS
SDRI
RAG1
40
69
55
41
39
7
4
33
2
1
1
5
81
77
60
79
49
90
92
52
45
42
32
13
34,7
95,8
90,7
81,8
22,8
33
73
66
57
6
64
41
2
4
6
19
5
4
3
2
74
5
78
78
70
65
99
74
42
94
93
88
6
87
81
68
58
<1
21
23,8
54
11
10
75
71
17
18,3
13
2
5
20
60
5
28,3
23
22
9
54
44
8
41,4
8
19
18
45
18
4
Trockenanteil [%]
89,7
54,5
52
28,3
RDS (rapidly digestive starch) = schnell verdaubare Stärke
SDS (slowly digestive starch) = langsam verdaubare Stärke
RS (resistant starch) = resistente Stärke
TS (total starch) = Gesamtstärke
SDRI (Starch digestion rate index) = Stärkeverdauungsindex (RDS ausgedrückt
als % des Gesamtstärkegehaltes)
RAG (rapidly available glucose) = schnell verfügbare Glukose (Summe aus freier
Glukose, Saccharose-Glukose, Glukose aus RDS)
1: Prozentualer Anteil des Gewichts
Tabelle 1: In-vitro-Verdaubarkeit von Stärke in ausgewählten Lebensmitteln [g/100
Trockenmasse] nach Cummings, Englyst (nach (3))
7/92
1.1.2 Bedeutung von Stärke im Stoffwechsel
Stärke dient in erster Linie als Energiequelle, indem sie zu Glukose abgebaut wird.
Die
empfehlenswerte
Zufuhr
von
Kohlenhydraten
beträgt
55-60%
der
Gesamtenergiezufuhr, gefolgt von Fetten mit 25-30% und Eiweißen mit 15%.
Kohlenhydrate stellen somit zusammen mit den Fetten den Hauptenergieträger dar.
Der Kohlenhydratbedarf sollte in erster Linie aus komplexen Kohlenhydraten, wie
Stärke, gedeckt werden. Dazu zählen Polysaccharide aus Getreide, Gemüse,
Kartoffeln und Hülsenfrüchten. Weitere Vorteile von Lebensmitteln mit einem großen
Anteil an komplexen Kohlenhydraten liegen zusammenfassend in ihrem höheren
Gehalt an Vitaminen, Mengenelementen, Spurenelementen und Ballaststoffen sowie
in ihrem höheren Sättigungswert (3, 4).
Stärke wird im Duodenum durch Glykosidasen zu Monosacchariden gespalten und
resorbiert. Über die Pfortader gelangen sie zur Leber, wo durch Carrier-vermittelte
erleichterte Diffusion die Aufnahme in die Hepatozyten erfolgt. Die Leber ist das
zentrale Organ des Kohlenhydratstoffwechsels. Hier erfolgen der Ab- und Umbau
von Kohlenhydraten und die Speicherung von Glukose als Glykogen. Die Leber
erhält über die Abgabe von Glukose die physiologische Glukosekonzentration
aufrecht. Glukose spielt auch eine wichtige Rolle für extrahepatische Gewebe.
Erythrozyten, Nierenmark und das Zentralnervensystem sind auf dieses Substrat zur
Deckung
ihres
Energiebedarfs
angewiesen.
Andere
Gewebe
können
als
Energiequelle auch Fettsäuren oder Aminosäuren verwenden (1).
8/92
1.1.3 Resistente Stärke als Ballaststoff
Die wichtigsten Ballaststoffe sind Zellulose, Hemizellulose, Pektin und Lignin. Sie
wirken präventiv gegen gastrointestinale Erkrankungen (Obstipation, Divertikulose,
Kolonpolypen,
Kolonkarzinome,
Hämorrhoiden,
Cholesteringallensteine)
und
Stoffwechselerkrankungen (Adipositas, Hyperlipoproteinämie, Hypertonie, Diabetes
mellitus). Ballaststoffe verkürzen die Darmpassagezeit, senken den Druck im Kolon
und führen zu einer Zunahme der Bakterienmasse im Kolon mit vermehrter
Stickstoffausscheidung. Weiterhin senken sie den Cholesterinspiegel durch eine
Erhöhung der Gallensäureausscheidung im Stuhl (4).
RS wird in drei Unterarten gegliedert: RS1, RS2 und RS3. RS1 ist Stärke, die in
intakten Zellverbänden eingeschlossen ist. Sie kann physikalisch oder chemisch
aufgeschlossen und durch Verdauungssäfte in normaler Weise bearbeitet werden.
RS1 kommt in ganzen Getreidekörnern, teilweise gemahlenen Getreidesorten und in
Samen vor. RS2 ist aufgrund ihrer Struktur für Verdauungsenzyme unzugänglich.
Wird sie erhitzt, faltet sich ihre Struktur auf und kann verdaut werden. RS2 ist
üblicherweise in Bananen und rohen Kartoffeln enthalten. Retrogradierte Stärke
entspricht RS3. Durch Erhitzen und anschließendes Abkühlen von Stärke bildet sich
eine komplexe Kristallstruktur, die für Verdauungsenzyme unzugänglich ist. RS3 ist
in gekochten, abgekühlten Kartoffeln, in Brotkrusten und in Cornflakes enthalten (8).
In der Literatur findet man auch RS4. Dabei handelt es sich nicht um RS im
eigentlichen Sinne, sondern um chemisch modifizierte oder repolymerisierte Stärke.
Diese modifizierte Stärke darf nicht mit RS verwechselt werden (5).
9/92
1.1.4 Bedeutung von resistenter Stärke im Stoffwechsel
Ein weiterer Aspekt ist die Betrachtung von RS als Ballaststoff. Dadurch, dass RS im
Gastrointestinaltrakt nicht verwertet wird, kann sie in die Gruppe der Ballaststoffe
eingeordnet werden (2). Jenkins et al. setzten sich mit diesem Thema auseinander.
Bisher konnte demnach nur gezeigt werden, dass RS die Fäkalmasse, den Anteil von
Butyrat im Verhältnis zu anderen kurzkettigen Fettsäuren erhöht und die
Gallensäureausscheidung steigert. Weiterhin gehört sie zu den Nahrungsmitteln mit
einem niedrigen Glykämischen Index (Glyx) und könnte somit das Risiko chronischer
Leiden reduzieren (9). Der Glyx dient als Messgröße und ist definiert als relativer
Blutzuckeranstieg in Prozent, bezogen auf die Aufnahme der gleichen Menge
Kohlenhydrate in Form von Glukose. Kohlenhydrathaltige Lebensmittel, die einen
schnellen bzw. hohen Blutzuckeranstieg auslösen, haben folglich einen hohen GlyxWert. Der Glyx alleine ist wenig praxisgerecht, da er die Blutzuckerreaktion auf die
Zufuhr von 100 g Kohlenhydraten, die über ein bestimmtes Lebensmittel zugeführt
werden, und nicht die Reaktion auf 100 g Lebensmittel beschreibt. Der Glyx von
gekochten Karotten ist 70, jedoch sind sie sehr kohlenhydratarm. Baguettebrot hat
ebenfalls einen Glyx von 70, liefert jedoch mehr Kohlenhydrate. Der Glyx-Wert
alleine
scheint
somit
nicht
aussagekräftig
genug.
Die
Glykämische
Last
berücksichtigt zum jeweiligen Glyx-Wert auch den Kohlenhydratgehalt der einzelnen
Lebensmittel. Es existieren einige Diäten, wie zum Beispiel die Montignac-Methode
oder Glyx-Diät, die darauf beruhen (10).
In der Literatur finden sich Tabellen, die bestimmten Lebensmitteln ihren
Glykämischen Index und ihre Glykämische Last zuordnen (11, 12). Studien konnten
zeigen, dass eine hohe Glykämische Last mit einem erhöhten Risiko an Typ-2Diabetes, kardiovaskulären Erkrankungen und verschiedenen Krebserkrankungen
assoziiert ist (11). Nagle et al. untersuchten den Zusammenhang zwischen
Glykämischem Index, Glykämischer Last, Kohlenhydrataufnahme und dem OvarialKarzinom-Risiko. Sie fanden heraus, dass eine hohe Glykämische Last mit einem
erhöhten Risiko an Ovarial-Karzinom zu erkranken einhergehen könnte (13). Eine
weitere Studie entdeckte, dass schnell absorbierte Kohlenhydrate mit dem
postmenopausalem Brustkrebsrisiko bei übergewichtigen Frauen assoziiert sind.
Weiterhin beschrieben sie, dass die Kohlenhydrataufnahme im Zusammenhang mit
10/92
dem Östrogen-negativen-Brustkrebs stehen könnte (14). RS und ihr niedriger
Glykämischer Index könnten sich somit protektiv auf Krebserkrankungen auswirken.
In einer weiteren Studie an Nagetieren fand man heraus, dass RS die Hormone
Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) und das Peptid YY (PYY) erhöht. Beides sind
sogenannte Anti-Übergewicht/Diabetes-Hormone, die nach dem Essen vom Darm
freigesetzt werden und ein Sättigungsgefühl vermitteln (15). In der Studie von BleCastillo et al. konsumierten übergewichtige Typ-2 Diabetiker Bananenstärke bzw.
Sojabohnenmilch. Sie zeigten, dass die Personen unter Bananenstärke mehr an
Körpergewicht abnahmen als die Kontrollgruppe (16).
Berücksichtigt man diese Studienergebnisse, so kann RS über den hormonellen Weg
ein Sättigungsgefühl und über eine gesteigerte Fettsäureoxidation eine Reduktion
der Körperfettmasse bewirken. Dabei scheint jedoch die Art an RS und die
Konzentration eine wesentliche Rolle zu spielen.
Interessant ist nun die Frage, welche Bedeutung RS im Stoffwechsel besitzt, da sie
nicht im Dünndarm sondern durch mikrobielle Prozesse im Kolon abgebaut wird (2).
Verschiedene Studien beschreiben bereits den Einfluss von RS auf den
postprandialen Glukose- und/oder Insulinspiegel. Es ist bestätigt, dass die Zufuhr von
RS
die
postprandiale
Glukose-
und
Insulinkonzentration
erniedrigt.
Viele
Untersuchungen zeigen diese Reduktion nach RS-Gabe im Vergleich zu verdaubarer
Stärke (17-22). Dem gegenüber stehen Studienergebnisse, die keine Veränderung
zeigen (23-27). Nach dem Essen ist die Glukosekonzentration unter anderem von
dem Fettgehalt der Nahrung abhängig. Einige Studien basieren auf keinen und
andere auf einen variablen Anteil von Fett, sodass es schwierig ist, sie zu
vergleichen bzw. eine fundierte Aussage über den Einfluss von RS auf die
postprandiale Glukosekonzentration zu treffen (17-19). Die Quelle an RS, die
verwendet wird, ist ein weiterer wichtiger Punkt, der beachtet werden muss. Wie in
Tabelle 1 dargestellt, enthalten Lebensmittel einen unterschiedlichen Anteil an RS.
Dadurch könnten sich die verschiedenen Wirkungen auf den postprandialen
Glukose- und Insulinspiegel erklären lassen.
Seit der Entdeckung von RS in den 80-er Jahren wird untersucht, welche
gesundheitlichen Auswirkungen sie haben. In der Vergangenheit gab es viele
11/92
Studien, die sich mit dem Einfluss von RS auf die postprandialen Metaboliten- und
Hormonkonzentrationen beschäftigt haben. Die Ergebnisse
hierzu variieren.
Dennoch wird als bestätigt angesehen, dass die Zufuhr von RS die postprandiale
Glukose- und Insulinkonzentration erniedrigt.
Einige tierexperimentelle Studien haben sich bereits mit dem Einfluss von RS auf den
Fettstoffwechsel beschäftigt. In der Literatur ist jedoch wenig über die Beziehung
zwischen RS und dem menschlichen Fettstoffwechsel bekannt. Higgins et al.
konnten 2004 zeigen, dass der Konsum eines bestimmten Gehalts an RS die
Fettsäureoxidation steigert (27).
In
Anlehnung
an
diese
Studie
und
basierend
auf
den
biochemischen
Wechselwirkungen, wonach die bakterielle Verstoffwechselung von RS zu einem
Anstieg von kurzkettigen Fettsäuren, damit zu einer Hemmung der Glykolyse,
nachfolgend zu einem Mangel an Acetyl-CoA und schlussendlich zu einer
kompensatorischen
Steigerung
der
Fettoxidation
führt,
leiteten
wir
unsere
Hauptarbeitshypothese ab, nach der die Gabe von RS1 und/oder RS2 bei gesunden
Erwachsenen zu einer Erhöhung der Fettverbrennung bzw. zu einem entsprechend
erniedrigten Respiratorischen Quotienten (RQ) führen könnte.
12/92
1.2 Stabile Isotope
1.2.1 Definition und Charakteristik
Der Begriff Isotop setzt sich aus den beiden griechischen Wörtern „isos“ für „gleich“
und „topos“ für „Platz“ zusammen und wurde von dem englischen Wissenschaftler
Frederick Soddy (1877-1965) geprägt. Es handelt sich dabei um alle zu einem
Element gehörenden Atome (Nuklide) mit gleicher Protonen- bzw. Ordnungszahl
aber verschiedener Neutronenzahl. Sie besitzen daher denselben Platz im
Periodensystem der Elemente (28).
Nur wenige Elemente, wie zum Beispiel Fluor, Natrium oder Phosphor sind
„Reinelemente“. Sie bestehen demnach aus einem einzigen stabilen Nuklid. Die
meisten Elemente sind Gemische aus zwei oder mehr stabilen Isotopen in sehr
verschiedenen
relativen
natürlichen
Häufigkeiten.
Isotope
eines
Elements
unterscheiden sich untereinander durch die Anzahl ihrer Neutronen. Dies hat einen
Unterschied in der Atommasse, im Kernvolumen, der Kernsymmetrie und dem
Kernmagnetismus zur Folge. Daraus resultieren Unterschiede von physikalischen
und chemischen Eigenschaften der Atome selbst. Dazu gehören Isotopeneffekte in
Absorptions-
und
Emissionsspektren
sowie
in
der
Stabilität
intra-
und
intermolekularer Bindungen. Isotopeneffekte sind die Grundlage für die künstliche
Anreicherung stabiler Isotope und für deren Nachweis- und Bestimmungsmethoden
(29).
Grundsätzlich werden radioaktive und stabile Isotope unterschieden. Ein großer
Vorteil stabiler Isotope liegt in der Anwendung als Tracer ohne Strahlenbelastung für
die Umwelt (28, 30, 31).
Die folgende Tabelle gibt eine Auswahl stabiler Isotope und deren Vorkommen in der
Natur, im menschlichen Organismus und in der täglichen Nahrung.
13/92
Vorkommen
2
12
13
15
Natur [%]
0,015
98,9
1,108
0,366
Menschlicher Organismus [g/kg]
0,015
176
1,98
1,11
100 g Protein
0,001
50
0,554
0,066
100 g Fett
0,002
76
0,842
-
100 g Kohlenhydrate
0,001
40
0,44
-
100 g Wasser
0,002
-
-
-
H
C
C
N
Tägliche Nahrung [g]
Tabelle 2: Auswahl stabiler Isotope und deren Vorkommen in der Natur, im
menschlichen Organismus und in der täglichen Nahrung (32)
14/92
1.2.2 Stabile Isotope in der Ernährungsforschung
Bereits in den frühen 30er Jahren haben Schoenheimer und Rittenberg stabile
Isotope
in
der
Stoffwechselforschung
angewendet.
Sie
untersuchten
Fettstoffwechsel von Mäusen mit Deuterium und verwendeten erstmals
den
15
N-Glyzin,
um den Proteinturnover zu messen. In den darauffolgenden Jahren erfolgte der
vermehrte Einsatz radioaktiver Isotope infolge der zunehmenden Verfügbarkeit von
Radioisotopen und von Flüssigkeitsszintillationszählern, welche die Analytik erheblich
vereinfachten. Heute verwendet man zunehmend stabile Isotope (29). Bezüglich der
Nutzung stabiler Isotope in der Gastroenterologie führten Schoeller und Klein weitere
Grundlagenforschungen durch (33, 34). Neben der Anwendung von
13
C-markiertem
Kohlenstoff, wie er in dieser Studie verwendet wurde, gibt es zahlreiche weitere
stabile Isotope in der medizinischen Forschung und Diagnostik. Die nachfolgende
Tabelle gibt einen Überblick über ausgewählte Elemente und ihre Anwendung.
Element
H
Isotope
Natürliches
Vorkommen [%]
1
2
C
12
13
N
14
15
Anwendung
99,985 Substrat-Turnover,
Gesamtkörperwasser,
0,015
Pharmakokinetik
98,89 Substrat-Turnover,
Absorption,
Oxidation,
1,11 Pharmakokinetik,
Enzymat. Spaltung
99,63 Aminosäuren- und
0,37 Protein-Turnover
Tabelle 3: Anwendung stabiler Isotope in der klinischen Forschung (29)
15/92
1.2.3
13
CO2-Atemteste mit stabilen Isotopen
In der klinischen Diagnostik existieren eine Reihe von
Verwendung
einer
geeigneten
Tracersubstanz
13
CO2-Atemtesten. Unter
können
verschiedene
Organfunktionen indirekt untersucht werden. Voraussetzung ist dabei, dass die
Freisetzung von CO2 den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt darstellt und den zu
untersuchenden Stoffwechselprozess reflektiert. Dies beinhaltet damit gleichzeitig
eine Fehlerquelle, da nicht alle Stoffwechselwege und Pools berücksichtigt werden
können. Angeborene Stoffwechselstörungen und die variable individuelle endogene
CO2-Produktion sind weitere Nachteile bei der Anwendung dieser Methoden (35). Ein
großer Vorteil liegt jedoch in der einfachen und nicht-invasiven Durchführung (36).
Bei
13
C-Triglyzerid-Atemtests wird ein mit einem stabilen, nichtstrahlenden
13
Kohlenstoffisotop
C- markiertes Triglyzerid appliziert und in den Stoffwechsel
eingeschleust. Als Endprodukt der oxidativen Fettverwertung wird
Kohlendioxid
der
Exspirationsluft
quantitativ
mit
einem
13
CO2 im
Isotopenverhältnis-
Massenspektrometer bestimmt (29). Ein anderes Verfahren, die nichtdispersive
infrarotspektrometrische Messung des
13
C-Gehaltes des Atemgases, stellt eine
Alternative dar. Sie zeichnet sich durch niedrigere Kosten und eine einfache
Durchführung aus (37).
Durch die Verwendung von stabilen Isotopen ist es möglich, differenzierte Aussagen
über verschiedene Stoffwechselprozesse zu machen. Der
einem universell
13
13
CO2-Atemgastest mit
13
C-markiertem ALG ( C-ALG) stellt dabei eine einfache und nicht
invasive massenspektrometrische Methode zur Bestimmung der Fettsäureoxidation
dar.
Zusammen
mit
der
Indirekten
Kalorimetrie
und
der
Bioelektrischen
Impedanzanalyse stellen sie geeignete Verfahren dar, um den Einfluss von RS auf
die Fettsäureoxidation bei gesunden Erwachsenen zu untersuchen.
16/92
1.3 Zielstellung
Ziel der vorliegenden Dissertation war die Untersuchung der metabolischen Wirkung
einer siebentägigen Supplementation von resistenter Stärke vom Typ RS1 und RS2
in Form von Kartoffelfaser- bzw. Markerbsenstärke auf die Körperzusammensetzung
in Form von Körperfettmasse, Körpermagermasse und Körperwasser. Des Weiteren
sollten der RQ und die Fettverbrennung anhand der Oxidation eines universell
markierten
stoffwechselrepräsentativen
normalgewichtigen
und
leicht
Algenlipidgemisches
übergewichtigen
gesunden
13
C-
(13C-ALG)
bei
Erwachsenen
in
Abhängigkeit von Geschlecht und Body-Mass-Index untersucht werden.
17/92
2 Material und Methoden
2.1 Probanden
An der vorliegenden Studie nahmen insgesamt 16 normal bis leicht übergewichtige
Probanden, jeweils 8 Frauen und 8 Männer, teil. Sie mussten bestimmte Kriterien
erfüllen. Voraussetzungen waren ein Alter zwischen 18 und 50 Jahren und ein BodyMass-Index (BMI) von 21-29 kg/m2.
Der BMI lässt sich aus dem Quotienten von Körpergewicht in kg und Körpergröße in
m2 bestimmen (38). Mithilfe des BMI ist eine Einteilung in verschiedene
Gewichtsklassifikationen möglich. Werte zwischen 18,5 und 24,9 kg/m2 sind definiert
als Normalgewicht, während ein BMI von 25,0-29,9 kg/m2 als übergewichtig
beziehungsweise als Präadipositas gilt (39). Am Anfang dieser Studie lag der BMI
durchschnittlich bei 24,59 kg/m2. Insgesamt waren 10 Personen normalgewichtig mit
einem mittleren BMI von 23,09 kg/m2. Mit einem Mittelwert von 27,10 kg/m2 hatten 6
Probanden Übergewicht.
Das Alter der Probanden variierte zwischen 21 und 30 Jahren mit 24 Jahren als
Mittelwert.
Anamnestisch wurden Stoffwechselkrankheiten, insbesondere die des Fett- und
Kohlenhydratstoffwechsels, ausgeschlossen. Weiterhin stand keiner der Probanden
unter einer medikamentösen Dauertherapie und alle waren körperlich aktiv. Eine
detaillierte Auflistung der Anfangsdaten ist den folgenden Tabellen zu entnehmen.
18/92
Probandin
1
2
3
4
5
6
7
8
Mittelwert
(MW) 1 bis 8
Standardabweichung
(SD) 1 bis 8
Alter
Größe Gewicht
[Jahre] [m]
[kg]
24
1,63
67,8
23
1,65
60,6
21
1,71
70,5
23
1,67
79,6
22
1,73
62,5
23
1,57
60,5
22
1,68
81,9
23
1,68
65,9
22,63
1,67
68,66
0,92
0,10
BMI [kg/m2];
normal/übergewichtig
25,5; übergewichtig
22,3; normal
24,1; normal
28,5; übergewichtig
20,9; normal
24,5; normal
29,0; übergewichtig
23,3; normal
24,76; normal
8,25 2,83
Tabelle 4: Darstellung der Anfangsdaten der weiblichen Probanden
Proband
9
10
11
12
13
14
15
16
MW (9 bis 16)
SD (9 bis 16)
Alter
Größe Gewicht BMI [kg/m2];
[Jahre] [m]
[kg]
normal/übergewichtig
25
1,92
80,9 21,9; normal
27
1,79
72,9 22,8; normal
24
1,93
97,7 26,2; übergewichtig
26
1,75
86,2 28,1; übergewichtig
30
1,82
79,9 24,1; normal
24
1,87
81,6 23,3; normal
26
1,77
74,3 23,7; normal
25
1,75
77,4 25,3; übergewichtig
25,88
1,83
81,36 24,43; normal
1,96
0,07
7,84 2,01
Tabelle 5: Darstellung der Anfangsdaten der männlichen Probanden
MW alle
(Proband 1 bis 16)
SD Proband 1 bis 16
MW
aller Normalgewichtigen
(BMI< 25)
SD
aller Normalgewichtigen
(BMI< 25)
MW
aller Übergewichtigen
(BMI> 25,0)
SD aller Übergewichtigen
(BMI> 25,0)
Alter
Größe Gewicht BMI [kg/m2];
[Jahre] [m]
[kg]
normal/übergewichtig
24,25
1,75
75,01 24,59; normal
2,24
24,40
0,10
1,75
2,68
0,11
24,00
1,74
1,41
0,11
9,85 2,30
70,96 23,09; normal
8,31 1,13
81,77 27,10; übergewichtig
9,92 1,62
Tabelle 6: Gesamtdarstellung der Anfangsdaten aller Probanden
19/92
2.2 Kartoffelfaserstärke und Markerbsenstärke
2.2.1 Zusammensetzung
In dieser Studie wurde mit zwei verschiedenen Arten von Stärke und ihrem
unterschiedlichen Gehalt an RS gearbeitet. Von der Firma Emsland Group GmbH in
Emlichheim wurden zum einem Kartoffelfaserstärke (KF200) und zum anderen
Markerbsenstärke
(ME)
verwendet.
Die
nachfolgende
Tabelle
listet
die
entsprechende Stärke und ihren spezifischen Gehalt an RS und anderen
Bestandteilen auf. Beide Arten von Stärke unterscheiden sich dabei nicht nur in
ihrem Gehalt an RS. KF200 besteht zu 12% aus RS1, während ME zu 70% aus RS2
besteht. Beide Stärken sind kommerziell verfügbar und werden unter anderem in der
Backindustrie und in Fleischwaren verwendet (40).
Kartoffelfaserstärke
28a
12b
60b
7a
88
0,5a
10a
Markerbsenstärke
98a
70b
>1
0,5a
98
0,5a
14a
Gesamtstärke
RS1
RS2 (Amylose)
Nahrungsfasern (Cellulose)
Protein
Kohlenhydrate
Fett
Feuchtigkeit
a
Maximal
b
Minimal
c
Kleine Anteile an Hemicellulose, Xylose, Arabinose, Pektin und Lignin
Tabelle 7: Prozentuale Zusammensetzung von Kartoffelfaser- und Markerbsenstärke
20/92
2.3 Methodik
2.3.1
13
CO2-Atemgastest
2.3.1.1 Prinzip
13
CO2-Atemgasteste sind geeignet, um verschiedene Stoffwechselprozesse im
menschlichen Körper zu erfassen und zu beschreiben. Dabei werden
13
C-markierte
Substrate verwendet, die Veränderungen im Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel
repräsentieren bzw. erkennen lassen. Anwendungsgebiete sind dabei unter anderem
die nichtinvasive Bestimmung der Magenentleerungszeit, die Diagnostik von
Leberfunktionsstörungen und der Nachweis einer Infektion mit Helicobacter pylori
(41). Im Rahmen dieser Studie diente ein
13
CO2-Atemgastest mit einem universell
13
C-ALG zur Bestimmung der Fettsäureoxidation.
Am jeweiligen Untersuchungstag wurde den Probanden ein
13
C-ALG (Cambridge
Isotope Laboratories, Andover, MA USA) in einer Dosierung von 0,668 mg pro
Kilogramm
Körpergewicht,
entsprechend
0,5 mg
13
C
pro
Kilogramm,
als
Einmalpulsmarkierung verabreicht. Die Zusammensetzung des Lipidgemisches ist in
der folgenden Abbildung dargestellt. Es besteht aus einer gesättigten und drei
ungesättigten Fettsäuren (Abbildung 1). Damit beinhaltet es die vier am häufigsten im
menschlichen Körper vorkommenden Fettsäuren und ist folglich als repräsentativ für
den Gesamtfettstoffwechsel anzusehen (42-44).
Abbildung 1: Zusammensetzung des universell 13C-markierten Algenlipidgemisches
21/92
Ein weiterer Vorteil ist die Markierung jedes einzelnen Kohlenstoffatoms, so dass nur
eine geringe Menge der markierten Substanz appliziert werden muss und der Effekt
des Tracers selbst praktisch keine Rolle spielt.
Die Probanden nahmen das
13
C-ALG in der Mitte des standardisierten Frühstücks zu
sich. Genauso wie die im Frühstück enthaltenen Nahrungsfette wurde der Tracer
resorbiert und über die ß-Oxidation in den Zitratzyklus eingeschleust. Dabei wird er
unter anderem zu 13CO2 abgebaut und über die Lunge abgeatmet.
Durch die Messung der 13CO2-Häufigkeit in der Atemluft ist es möglich, Rückschlüsse
auf die Fettsäureoxidation im menschlichen Körper zu ziehen. Von den Probanden
wurden dazu über einen Zeitraum von 14 Stunden Atemproben gesammelt. Zunächst
erfolgte dies halbstündlich und in den letzten zwei Stunden stündlich (45-48).
2.3.1.2 Probenanalyse
Die Auswertung der Atemgasproben erfolgte mit dem Atemtest-Analysator FANci2.
Der FANci2 (Fischer Analysen Instrumente GmbH, Leipzig) funktioniert mit einem
NDIR-Betriebsphotometer ohne dispersive Elemente. „NDIRS“ steht dabei für NichtDispersive
Infrarot-Spektroskopie.
Resonanzabsorption
Das
gasspezifischer
Messprinzip
beruht
auf
der
Schwingungsrotationsbanden
verschiedenatomiger Gasmoleküle im Spektralbereich des mittleren Infrarot zwischen
2,5 und 8 µm Wellenlänge. Die Zuordnung der jeweils einzeln zu messenden Gase
erfolgt über die eigenen Absorptionsbanden, da jedes verschiedenatomige Gas ein
spezifisches Absorptionsspektrum, ähnlich einem menschlichen Fingerabdruck,
besitzt.
Über einen Strahler wird eine breitbandige IR-Strahlung als Strahlenbündel
wechselweise durch eine Mess- und Vergleichskammer gesendet. Die beiden daraus
modulierten Strahlenbündel treten in die Infrarotdetektoren ein. Die Infrarotdetektoren
für
13
CO2 und
12
CO2 sind sogenannte Zweischicht-Durchstrahldetektoren mit einer
vorderen und einer hinteren Kammer. Durch die Messkomponente wird die IRStrahlung in der Messkammer abgeschwächt und tritt in die vordere Kammer des
Empfängers ein. Dadurch kommt es zur Störung des Strahlungsgleichgewichtes
zwischen Mess- und Vergleichsstrahl. Diese Energiedifferenz (Temperaturänderung)
22/92
wird
als
Druckschwankung
in
der
vorderen
Kammer
über
einen
Membrankondensator in eine Kapazitätsänderung umgeformt.
Die Infrarot-Absorptionsbanden von
12
CO2-Filter
vor
dem
13
CO2 und
13
CO2-Detekor
12
CO2 überlappen sich teilweise. Ein
und
eine
interne
elektrische
Querempfindlichkeitskorrektur kompensieren dieses Phänomen.
Externe Einflüsse, wie Umgebungsluft und Temperatur, werden durch den Einbau
des Moduls in ein luftdichtes Gehäuse und einer geregelten Beheizung auf 50°C
unterdrückt (49, 50).
Die Änderung des
13
CO2/12CO2-Verhältnisses ermöglicht eine Aussage über den zu
untersuchenden Stoffwechselprozess. Für dieses Verhältnis wurde ein Basiswert
festgelegt, der PDB-Standard. Die Abkürzung „PDB“ steht dabei für Pee Dee
Belemnite Limestone, ein Kalziumkarbonat des Fossils Belemnitella der Pee-DeeKreideformation in South Carolina, USA. Der PDB-Standard entspricht einem
13
CO2/12CO2-Isotopenverhältnis von 0,01123686 mit einer Anreicherung von
1,1112328 Atom% 13C (51).
Mithilfe des
13
CO2/12CO2-Verhältnis der Probe und des PDB-Standards lässt sich der
Delta-Wert (∆) δ13C der Ausatemluft bestimmen. Er errechnet sich aus der
13
CO2/12CO2-Verhältnissen der Probe und des
angegebenen Differenz zwischen den
PDB-Standards, bezogen auf das
13
CO2/12CO2-Verhältnis des PDB-Standards in
Promille (51).
2.3.1.3 Berechnungen
Mithilfe der von Brösicke und Radke et. al. beschriebenen Formeln wurden aus den
durch das
13
CO2-Atemgastestgerät FANci2 ermittelten Werten der kumulative
Delta-Wert (∆δ
13
Ccum) und die prozentuale
13
13
C-
13
CO2-Exhalation ( CO2Ex) wie folgt
berechnet (52, 53):
23/92
o Berechnung des DOB-Wertes (Delta Over Baseline, DOB[‰], ∆δ13Cti)
Der DOB-Wert ergibt sich aus der Differenz von dem aktuellen Wert ti und
dem Leerwert t0
o Berechnung von ∆ delta kumulativ (∆δ13Ccum)
o Berechnung der 13CO2-Exhalation (13CO2Ex)
Die
13
CO2-Exhalation entspricht dem
ursprünglich zugeführten
13
C-Anteil in Prozent, der von der
13
C-Menge in der Atemluft wiedergefunden wird.
Sie errechnet sich aus dem Produkt der CO2-Produktionsrate (CO2PR),
dem ∆δ13Ccum, dem
13
CO2/12CO2-Verhältnis des PDB-Standards und der
Körperoberfläche des Probanden, dividiert durch die
13
C-Dosis (D) des
applizierten Tracers in mmol multipliziert mit zehn (54). Das
13
CO2/12CO2-
Verhältnis des PDB-Standards beträgt dabei 0,0112372 und die CO2Produktionsrate
entspricht
einer
angenommenen
endogenen
Produktionsrate von 300 mmol/m2/h (55, 56). Die Körperoberfläche (KO)
des Probanden in Quadratmeter wird geschätzt nach der Näherungsformel
von Dubois (42).
24/92
2.3.2 Bioelektrische Impedanzanalyse
2.3.2.1 Prinzip
Die Bioelektrische Impedanzanalyse ist eine Methode zur Untersuchung der
Körperzusammensetzung. Im Rahmen dieser Studie wurde das Gerät BIA 2000-M
der Firma Data Input GmbH, Frankfurt am Main, verwendet. Die Bioelektrische
Impedanzanalyse ist ein einfaches und nicht invasives Verfahren zur Bestimmung
von Körperwasser, Körpermagermasse und Körperfett (57).
Bei diesem Verfahren wird ein elektrischer Strom über vier Hautklebeelektroden,
jeweils zwei Elektroden an Hand und Fuß, in den Körper geleitet und der Widerstand
(die
Impedanz
(Z))
gemessen.
Die
Impedanz
ist
dabei
definiert
als
Gesamtwiderstand eines biologischen Leiters gegen Wechselstrom. Sie setzt sich
aus den zwei Anteilen, Resistance und Reactance zusammen. Die ResistanceKomponente ist umgekehrt proportional zum Gesamtkörperwassergehalt. Die
Reactance-Komponente hingegen ist abhängig von den Kondensatoreigenschaften
der Zellmembranen und ist somit ein Maß zur Bestimmung der Körperzellmasse. Es
lassen sich daraus zusätzliche Parameter, wie die Körpermagermasse, das
Körperfett oder das extrazelluläre Volumen bestimmen (58-60).
Gegenüber anderen Standardverfahren, wie der Densitometrie, Isotopendilution oder
Kaliumzählung, weist die Bioelektrische Impedanzanalyse eine hohe Reliabilität und
Validität auf (58, 61-63).
2.3.2.2 Berechnungen
Für die Berechnungen nutzt die Impedanzanalyse den Vergleich des menschlichen
Körpers mit Zylindern. Messtechnisch gesehen besteht der Mensch aus fünf
Zylindern: zwei Armen, zwei Beinen und einem Torso.
Der elektrische Widerstand (Z) eines Zylinders ist abhängig von seiner Länge (L) und
seinem Querschnitt (A). Sein Volumen (V) berechnet sich aus der Länge (L) und dem
Querschnitt (A).
25/92
Der Inhalt eines Zylinders lässt sich durch Umstellen der oben genannten Formeln
berechnen aus der Kenntnis von Zylinderlänge und elektrischem Widerstand.
Auf den Menschen übertragen ergibt sich der Wassergehalt (englisch Total Body
Water (TBW)) aus den Parametern Körperlänge (englisch Height (Ht)) und Impedanz
(englisch Impedance) wie folgt:
Diese Formel dient als Berechnungsgrundlage der Impedanzanalyse (60).
26/92
2.3.3 Indirekte Kalorimetrie
2.3.3.1 Prinzip
Für die Messung des Respiratorischen Quotienten wurde das Gerät Oxycon Alpha,
E. Jaeger, Würzburg, (Ergo-Spirometry, D3OXYCON.DLL, 1006) verwendet.
Die Kalorimetrie ist eine Möglichkeit zur Messung des Energieverbrauches. Man
unterscheidet dabei zwischen direkter und indirekter Kalorimetrie. Bei der direkten
Kalorimetrie wird die Wärmeabgabe erfasst. Die indirekte Kalorimetrie hingegen nutzt
den Effekt, dass bei dem Abbau von Nährstoffen Sauerstoff aufgenommen und
Kohlendioxid abgegeben wird. Über diese beiden Parameter kann dann auch die
Wärmeproduktion berechnet werden. Anhand des Respiratorischen-Quotient-Wertes
(RQ-Wert) kann der Substratstoffwechsel des Körpers charakterisiert werden (64).
Mithilfe des Gerätes ist es möglich, über einen bestimmten Zeitraum die
aufgenommene Menge Sauerstoff und das abgeatmete Kohlenstoffdioxid zu
bestimmen. Die Messung erfolgt am entspannt sitzenden Probanden. Über eine der
Gesichtsgröße entsprechende Atemmaske, die mit einem Sensor versehen ist,
erfolgt die Messung. Um Störfaktoren zu minimieren, findet nach einer Kontroll- und
Ruhephase die achtminütige Testphase statt. Die erfassten Daten werden über die
entsprechende Zeit gemittelt und mithilfe des Programmes ausgewertet.
2.3.3.2 Berechnungen
Der RQ ergibt sich aus dem Verhältnis von Kohlendioxidproduktion und
Sauerstoffverbrauch (64).
27/92
2.4 Ernährung
Ein spezieller Kostplan wurde für die Probanden nicht entworfen. In der ersten
Woche erhielten sie einen Essensplan, in dem sie jeweils morgens, mittags und
abends eintragen sollten, was sie zu sich genommen hatten. Die Probanden wurden
dann angehalten, sich in den nächsten Wochen genauso wie in der ersten Woche
nach Empfehlungen der Deutschen Gesellschaft für Ernährung mit einem
Kohlenhydratgehalt von 55%, Proteinen von 15% und einem Fettgehalt von 30%
möglichst identisch zu ernähren. Der Essensplan diente dabei als Unterstützung. Auf
den Konsum von Mais oder auch Maisprodukten als C4-Pflanzen mit erhöhter
natürlicher
13
C-Anreicherung wurde verzichtet. An dem Tag, an dem der
13
CO2-
Atemgastest durchgeführt wurde, waren das Frühstück und das Mittagessen
standardisiert bzw. identisch. Um ein identisches Mittagessen zu gewährleisten,
wurde
ein
Mikrowellengericht
von
Erasco®
(Schweinegeschnetzeltes
in
Waldpilzsauce mit Apfelrotkohl und Spätzle) verwendet. In der Tabelle 8 sind die
entsprechenden Nahrungsmittel mit ihrem Fett- und Kohlenhydratgehalt für das
standardisierte Frühstück und Mittagessen aufgelistet. Für das Frühstück ergeben
sich ein Gesamtfettgehalt von 14,1 g und ein Gesamtkohlenhydratgehalt von 52,0 g.
Das Mikrowellengericht von Erasco® mit einem Gewicht von 460 g pro Packung
liefert insgesamt 17,0 g Fett und einen Kohlenhydratgehalt von 48,8 g. An den
Testtagen ohne und mit RS-Supplementation war somit die Kohlenhydrat- und
Fettzufuhr zum Frühstück und Mittagessen identisch.
28/92
Frühstück
Brötchen
1Stück, ca. 50 g
Halbfettmagarine
ca. 10 g
Nuss-Nougat-Creme
ca. 15 g
Käse (Maasdamer)
1/2 Scheibe, ca. 15 g
Kaffee mit Milch
200 ml
Orangensaft (100%)
200 ml
Insgesamt
Fett
[g]
0,70
4,00
4,65
Mittagessen
Kohlenhydrate
Fett
Kohlenhydrate
[g]
[g]
[g]
25,50 Mikrowellengericht von Erasco®
460 g
0,04
17,00
48,80
4,16
8,10 Wasser
200 ml
0,00
0,20
0,80
0,40
17,60
14,11
52,04
0,00
0,00
17,00
48,80
Tabelle 8: Kohlenhydrat- und Fettgehalt des standardisierten Frühstücks und
Mittagessens (65, 66)
29/92
2.5 Studiendesign und Versuchsdurchführung
Die Studie wurde als Doppelblindstudie an 16 gesunden Erwachsenen durchgeführt.
Der Untersuchungszeitraum umfasste insgesamt 4 Wochen.
Die Probanden wurden in einem Aufklärungsgespräch ausführlich über den
Versuchsablauf und die Thematik der Studie informiert. Es erfolgte dann eine
zufällige Zuordnung der Probanden zur Gruppe A bzw. Gruppe B mittels Würfeln. Bei
einer ungeraden Zahl wurde der Proband der Gruppe A und bei einer geraden Zahl
der Gruppe B zugeteilt. Beide Gruppen unterschieden sich durch die Stärke, mit der
sie beginnen sollten. Gruppe A begann mit der KF200, während Gruppe B mit der
ME startete. Über einen Zeitraum von 7 Tagen wurden zum Frühstück, Mittag und
Abendessen je 10 g Stärke in Form von KF200 bzw. 10 g Stärke als ME der Firma
Emsland Group Emlichheim verabreicht. In der Abbildung 2 ist der Studienablauf
schematisch dargestellt.
1. Phase [Tag] 2. Phase [Tag] 3. Phase [Tag] 4. Phase [Tag]
1.-7
8. 9. 10.-14. 15. 16. 17.-21. 22. 23. 24.-28 29. 30.
Ernährung
nach Kostplan
Stärkegabe
Bioelektrische
Impedanzanalyse
13
CO2Atemgastest
Bestimmung
des RQ
Stärke
Stärke
Abbildung 2: Schematische Darstellung des Studienablaufes
Der Studienablauf gliederte sich in insgesamt 4 Wochen. In der 1. Woche erfolgte
noch keine Stärkegabe. Die Probanden erhielten hier die Aufgabe, sich nach ihrem
Kostplan zu ernähren und diesen über die gesamte Studiendauer beizubehalten.
Über einen Zeitraum von 7 Tagen wurde in der 2. Woche KF200 oder ME
konsumiert. Nach einer sich anschließenden einwöchigen Wash-out-Phase erhielten
die Probanden im Cross-over-Verfahren über weitere 7 Tage die jeweils andere
Stärke verabreicht.
Am 8. Untersuchungstag wurde morgens die Körperzusammensetzung mittels
Bioelektrischer Impedanzanalyse bestimmt. Am 9. Untersuchungstag fand der 13CO230/92
Atemgastest zur Bestimmung der Fettsäureoxidation statt. Von den Probanden
wurden dazu zu festgelegten Zeitpunkten luftdichte Beutel mit Atemgas gefüllt. Die
Atemgasbeutel wurden später im Labor analysiert.
Der Ablauf am 9. Tag sah wie folgt aus. Noch vor dem Frühstück beatmeten die
Probanden den Leerwert. Um 8:00 Uhr erfolgte die Einnahme des
13
C-ALG in einer
dem Körpergewicht entsprechenden Dosierung in der Mitte des Frühstücks. Danach
wurden bis 20:00 Uhr halbstündlich und dann stündlich bis 22:00 Uhr Atemproben
gewonnen. Weiterhin erfolgte an diesem Tag 2 Stunden postprandial (morgens,
mittags, abends) die Messung des RQ. In den Wochen 2 und 4, wo jeweils Stärke
konsumiert wurde, erfolgte am 6. Tag die Bestimmung der Körperzusammensetzung.
Am 7. Tag schlossen sich die Messung des RQ und der
13
CO2-Atemgastest zur
Ermittlung der Fettsäureoxidation an. In der Mitte befand sich die Wash-out-Phase.
Für die Hälfte der Probanden erfolgte nach Beendigung dieser Woche die erneute
Bestimmung von Körpergewicht, Körpermagermasse und Körperfett. Diese Werte
dienten als Ausgangspunkt für die letzte Woche, während bei den anderen
Probanden die Endwerte der 1. Woche verwendet wurden. Anamnestisch wurden
Stoffwechselerkrankungen,
Fettstoffwechsels
insbesondere
ausgeschlossen.
Um
die
die
des
Kohlenhydrat-
Nichtinvasivität
der
und
Studie
zu
gewährleisten, wurden keine Blutproben zur Bestimmung von Blutfettwerten
entnommen. Ein kleiner Teil der weiblichen Probanden stand während der gesamten
Studie unter dem Einfluss einer hormonellen Kontrazeption.
31/92
2.6 Statistische Auswertung
Bei der statistischen Auswertung der Ergebnisse wurden Mittelwerte und
Standardabweichungen angegeben. Um auch kleinere Abweichungen darzustellen,
sind
beide
Größen
einheitlich
mit
zwei
Dezimalstellen
angeführt.
Zur
Signifikanzbestimmung kam der Kruskal-Wallis-Test für mehrere unabhängige
Stichproben als Vortest zur Anwendung und bei einem Signifikanzniveau p<0,05 der
Mann-Whitney U-Test für unabhängige Stichproben. Als Vortest für mehrere
abhängige Stichproben wurde der Friedman-Test verwendet und bei einem
Signifikanzniveau von p<0,05 der Wilcoxon-Test. Sowohl der Mann-Whitney U-Test
als auch der Wilcoxon-Test besitzen ein Signifikanzniveau von 5% (p<0,05).
2.7 Ethikvotum
Das positive Votum zur Durchführung dieser Studie wurde unter der RegisterNummer: HV-1-2007 von der Ethikkommission an der Medizinischen- Fakultät der
Universität Rostock erteilt.
32/92
3 Ergebnisse
3.1
Der
13
CO2-Atemgastest
13
CO2-Atemgastest aller teilnehmenden Probanden konnte ausgewertet werden.
An der Messung mit KF200 nahmen nur 15, davon 8 Frauen und 7 Männer, der
insgesamt 16 Probanden teil.
3.1.1 Darstellung der Ergebnisse aller Probanden
Die nachfolgenden Abbildungen stellen die Ergebnisse des
13
CO2-Atemgastestes
aller Probanden dar.
3.1.1.1 13CO2-Häufigkeit aller Probanden
Abbildung 3: 13CO2-Häufigkeits-Zeit-Kurve aller Probanden
Die gemessene
13
CO2-Häufigkeit der exhalierten Atemluft in den Versuchen ohne
Stärkeverabreichung sowie mit Gabe von KF200 bzw. ME wurde in Abbildung 3 über
einen Zeitraum von 14 Stunden aufgetragen. Bei allen drei Graphen ist kurz nach der
Applikation des
13
C-ALG ein Anstieg der
13
CO2-Häufigkeit zu verzeichnen. Nach 5,5
Stunden erreichen sie alle ihren Maximalwert. Das Maximum in den Versuchen mit
KF200 erreicht mit 10,94 DOB (SD 2,89) einen etwas höheren Wert als die Messung
in den Versuchen ohne Stärkeverabreichung mit 10,83 DOB (SD 4,28). Im Vergleich
dazu liegt das Maximum in der Studie mit ME mit 8,67 DOB (SD 3,53) unter den
33/92
beiden anderen. In der Folgezeit fällt die
13
CO2-Häufigkeit aller drei Graphen wieder
ab, wobei keiner der Graphen den Ausgangswert wieder erreicht. Vergleicht man
abschließend den Anstieg und Abfall der drei Messungen so wird deutlich, dass sie
anfangs fast parallel ansteigen. Nach Erreichen des Maximalwertes sinkt die
13
CO2-
Häufigkeit in den Versuchen mit KF200 steiler ab, während die Graphen in den
Versuchen ohne Stärkeverabreichung und mit Gabe von ME flacher verlaufen.
Für die hier dargestellten Veränderungen ergibt sich im Kruskal-Wallis-Test als
Vortest ein p>0,05, sodass hier keine weitere Testung auf Signifikanz erfolgt.
3.1.1.2 Prozentuale 13CO2-Exhalation aller Probanden
Abbildung 4: Prozentuale 13CO2-Exhalation aller Probanden
In Abbildung 4 ist die prozentuale
13
CO2-Exhalation (13CO2Ex) aller Probanden der
Studien ohne Stärkeverabreichung, mit Gabe von KF200 bzw. ME in Abhängigkeit
von der Zeit aufgetragen. In den ersten 4 Stunden verlaufen die drei Kurven fast
identisch. Nach dieser Zeit zeigen die Kurven für die Werte der Studien ohne
Stärkeverabreichung und mit Gabe von KF200 weiterhin einen ähnlichen Verlauf. Die
Kurve für die Werte der Studie mit ME hingegen verläuft flacher und erreicht am
Ende des Atemgastestes im Mittel 14,39% (SD 3,89). Nach 14 Stunden liegen die
Messwerte in der Studie ohne Gabe von Stärke mit einem Mittelwert von 17,39% (SD
3,60) und mit Verabreichung von KF200 mit einem Mittelwert von 16,66% (SD 2,38)
dicht beieinander.
Für die beobachtbaren Differenzen ergeben sich keine statistischen Signifikanzen.
34/92
3.1.2 Darstellung der Ergebnisse getrennt nach Geschlechtern
13
Die Ergebnisse des
CO2-Atemgastestes werden in den nächsten Abbildungen
getrennt nach weiblichen und männlichen Probanden wiedergegeben.
3.1.2.1
13
CO2-Häufigkeit der weiblichen Probanden
Abbildung 5: 13CO2-Häufigkeits-Zeit-Kurve der weiblichen Probanden
Die gemessene
13
CO2-Häufigkeit der exhalierten Atemluft der weiblichen Probanden
in den Studien ohne Stärkeverabreichung, mit Gabe von KF200 bzw. ME wurde in
Abbildung 5 über einen Zeitraum von 14 Stunden aufgetragen. Nach der Applikation
des
13
C-ALG zeigt sich ein Anstieg aller drei Graphen. Die
13
CO2-Häufigkeit der
exhalierten Atemluft weist bei 5,5 Stunden für zwei der Messungen einen
Maximalwert auf. Das Maximum im Versuch ohne Stärke erreicht mit 12,15 DOB (SD
5,41) einen etwas höheren Wert als der nach Gabe von KF200 mit 10,78 DOB (SD
3,46). Der Maximalwert im Versuch mit ME liegt nach 4,5 Stunden mit 7,31 DOB (SD
2,36) deutlich unter den beiden anderen Kurven. Daraus resultiert eine Differenz
zwischen den Werten im Versuch ohne Stärkeverabreichung und nach Gabe von ME
von 4,84 DOB. Die
13
CO2-Häufigkeit fällt bei allen drei Graphen nach Erreichen des
Maximalwertes ab, wobei keiner den Ausgangswert erreicht.
Bei der statistischen Auswertung der DOB-Werte der weiblichen Probanden ergibt
sich im Vortest eine Irrtumswahrscheinlichkeit p<0,05 für die Zeiten 6 Stunden
(p=0,017) und 6,5 Stunden (p=0,038). Anschließend wurde der Mann-Whitney UTest durchgeführt. Vergleicht man die DOB-Werte von der Versuchsdurchführung mit
35/92
KF200 und mit ME miteinander, so sind nach 6 Stunden mit p=0,001 und nach 6,5
Stunden mit p=0,021 die Differenzen statistisch signifikant.
3.1.2.2 Prozentuale 13CO2-Exhalation der weiblichen Probanden
Abbildung 6: Prozentuale 13CO2-Exhalation der weiblichen Probanden
Die Abbildung 6 stellt die Ergebnisse der insgesamt 8 Frauen dar. Im Vergleich zur
Kurve aller Probanden zeigt sich, dass sich die Kurven früher trennen. Nach 3
Stunden
steigen
die
Kurven
in
den
Versuchen
mit
KF200
und
ohne
Stärkeverabreichung stärker an als im Versuch mit ME. Am Versuchsende liegen die
Werte der Durchführung ohne Stärkeverabreichung mit 18,89% (SD 3,87) und unter
Gabe von KF200 von 17,44% (SD 2,30) wieder dicht beieinander sowie auch über
den Endwerten aller Probanden. Am Ende des Atemgastestes liegt die
13
CO2-Ex bei
Verabreichung von ME mit 13,70% (SD 4,28) knapp unter dem Wert aller Probanden.
Bei der
13
CO2-Ex der weiblichen Probanden ergibt sich nach Testung auf Signifikanz
für den Vergleich der Versuche ohne Stärke und mit ME für die Zeit nach 11 Stunden
mit p=0,028 eine statistische Signifikanz. Vergleicht man die anderen Zeiten und
Versuchsdurchführungen miteinander, so ergibt sich p>0,05.
36/92
3.1.2.3 13CO2-Häufigkeit der männlichen Probanden
Abbildung 7: 13CO2-Häufigkeits-Zeit-Kurve der männlichen Probanden
In Abbildung 7 ist die
13
CO2-Häufigkeit der männlichen Probanden in Abhängigkeit
von der Zeit aufgetragen. Vergleicht man den Kurvenverlauf hier mit dem von allen
Probanden, so fällt auf, dass alle drei Kurven fast parallel verlaufen. Die
13
CO2-
Häufigkeit im Versuch ohne Stärke erreicht nach 6 Stunden ihren Maximalwert mit
9,71 DOB (SD 3,14). Die Messungen der Versuche mit ME zeigen bereits nach 5,5
Stunden mit 10,24 DOB (SD 3,69) und mit KF200 von 11,13 DOB (SD 2,33) ihren
höchsten Wert. Im weiteren Verlauf zeigt sich ebenfalls ein Abfall aller drei Graphen.
Die hier dargestellten Veränderungen sind nicht statistisch signifikant.
37/92
3.1.2.4 Prozentuale 13CO2-Exhalation der männlichen Probanden
Abbildung 8: Prozentuale 13CO2-Exhalation der männlichen Probanden
Die
13
CO2-Ex aller männlichen Probanden ist in der Abbildung 8 dargestellt. Die drei
Kurven zeigen einen nahezu parallelen Verlauf bis auf einen Maximalwert am Ende
des Atemgastestes. Die
13
CO2-Ex im Versuch ohne Stärke mit 15,90% (SD 2,76)
liegt nur knapp über dem Wert der Versuche mit KF200 mit 15,88% (SD 2,36) und
der mit ME mit 15,07% (SD 3,60).
Diese geringen Veränderungen sind nicht statistisch signifikant. Bereits im KruskalWallis-Test ergibt sich ein p>0,05, sodass hier keine weitere Testung auf Signifikanz
erfolgt.
38/92
3.1.3 Darstellung der Ergebnisse getrennt nach BMI
Die nachfolgenden Diagramme geben einen Überblick der Ergebnisse des
13
CO2-
Atemgastestes getrennt nach normal- und übergewichtigen Probanden.
3.1.3.1 13CO2-Häufigkeit der Probanden mit BMI kleiner als 25 kg/m2
Abbildung 9:
13
CO2-Häufigkeits-Zeit-Kurve der Probanden mit einem BMI kleiner als
25 kg/m2
Die Abbildung 9 zeigt die Ergebnisse von insgesamt 10 Probanden mit einem BMI
kleiner als 25 kg/m2. Die
13
CO2-Häufigkeits-Zeit-Kurve ist vergleichbar mit dem
Verlauf der Graphen bei allen Probanden. Nach 5,5 Stunden werden die
Maximalwerte erreicht. Das Maximum der Versuche mit KF200 liegt mit 11,58 DOB
(SD 3,17) knapp über der Messung der Versuche ohne Stärkeverabreichung mit
10,96 DOB (SD 2,81). Die
13
CO2-Häufigkeit der Studie mit ME ist mit einem
Höchstwert von 8,67 DOB (SD 3,48) wieder am niedrigsten. Alle drei Graphen zeigen
nach Erreichen eines Maximalwertes einen Abfall, wobei sie nicht den Ausgangswert
erreichen.
Bei einem BMI kleiner als 25 kg/m2 ergibt sich im Kruskal-Wallis-Test für die Zeit
nach 7 Stunden ein p=0,033. Vergleicht man im anschließenden Mann-Whitney UTest die Versuchsdurchführungen ohne Stärke und mit KF200 miteinander, so sind
die Veränderungen für die Zeit nach 7 Stunden mit p=0,029 statistisch signifikant. Die
Versuche ohne Stärke und mit ME zeigen nach 7 Stunden mit p=0,035 ebenfalls
39/92
statistisch signifikante Differenzen. Der Vergleich der DOB-Werte der Studien mit
KF200 und mit ME lässt keine statistisch signifikanten Aussagen zu.
3.1.3.2 Prozentuale
13
CO2-Exhalation der Probanden mit BMI kleiner
als 25 kg/m2
Abbildung 10: Prozentuale
13
CO2-Exhalation der Probanden mit BMI kleiner als 25
kg/m2
Die
13
CO2-Ex der Probanden mit einem BMI kleiner als 25 kg/m2 ist in der Abbildung
10 dargestellt. Die drei Kurven zeigen auch hier bis zu einer Zeit von 5 Stunden
einen parallelen Anstieg. Am Ende des Atemgastestes liegt die Messung im Versuch
ohne Stärke mit 17,95% (SD 3,11) nur knapp über der im Versuch mit KF200 mit
16,94% (SD 2,73). Der Maximalwert der Studie mit ME liegt bei 14,61% (SD 3,79)
und ist somit auch hier der niedrigste von allen.
Vergleicht man abschließend die
13
CO2-Ex der Probanden in den einzelnen
Versuchsabschnitten, so ergeben sich keine statistisch signifikanten Aussagen.
40/92
3.1.3.3 13CO2-Häufigkeit der Probanden mit BMI größer als 25 kg/m2
Abbildung 11:
13
CO2-Häufigkeits-Zeit-Kurve der Probanden mit BMI größer als
25 kg/m2
Die Abbildung 11 zeigt die Ergebnisse von insgesamt 6 Probanden mit einem BMI
größer als 25 kg/m2. Der Kurvenverlauf ähnelt dem aller Probanden. Nach einem
Anstieg aller Graphen zeigt sich nach einer Zeit von ebenfalls 5,5 Stunden im
Versuch ohne Stärkegabe ein Maximum von 10,62 DOB (SD 6,38) und im Versuch
mit ME von 8,67 DOB (SD 3,94). Bei der Studie mit KF200 ist nach 6,5 Stunden mit
10,60 DOB (SD 1,78) ein Maximum zu verzeichnen.
Bei der Prüfung auf Signifikanz ergibt sich im Kruskal-Wallis-Test p>0,05, sodass
keine weitere Testung erfolgt. Die erhobenen Differenzen sind nicht statistisch
signifikant.
41/92
3.1.3.4 Prozentuale
13
CO2-Exhalation der Probanden mit BMI größer
als 25 kg/m2
Abbildung 12: Prozentuale 13CO2-Exhalation der Probanden mit BMI größer als
25 kg/m2
Die
13
CO2-Ex für die 6 Probanden mit einem BMI größer als 25 kg/m2 sind in der
Abbildung 12 zusammengefasst. Nach einem fast gleich verlaufenden Anstieg, zeigt
sich ein nahezu paralleler Verlauf der Kurven für den Versuch ohne Stärke und unter
Gabe von KF200. Am Ende der Messung liegt die
13
CO2-Ex im Versuch ohne
Stärkeverabreichung mit 16,46% (SD 4,44) über der im Versuch mit KF200 mit
16,14% (SD 1,72). Die
13
CO2-Ex der Studie mit ME liegt mit einem Wert von 14,01%
(SD 4,38) auch in dieser Gruppe am niedrigsten.
Die hier ermittelten Differenzen sind nicht statistisch signifikant.
3.1.4 Gesamtdarstellung der Ergebnisse des 13CO2-Atemgastestes
Die Tabellen 9-11 fassen die prozentuale
13
CO2-Endexhalation aller Probanden
zusammen. Bei Proband 3 konnte in dem Versuchsdurchgang mit KF200 keine
13
CO2-Endexhalation bestimmt werden. Proband 16 hat an der Durchführung mit
KF200 nicht teilgenommen.
42/92
Probandin
13
CO2-Endexhalation [%]
ohne Stärke
1
2
3
4
5
6
7
8
Mittelwert (1 bis 8)
SD (1 bis 8)
mit Kartoffelfaserstärke
13,50
23,30
20,06
25,30
16,59
18,20
16,20
17,94
18,89
3,87
mit Markerbsenstärke
16,40
18,20
18,58
15,88
18,40
13,74
20,87
17,44
2,30
8,20
19,30
17,76
17,10
15,75
11,80
9,18
10,51
13,70
4,28
Tabelle 9: 13CO2-Endexhalation der weiblichen Probanden
Proband
13
CO2-Endexhalation [%]
ohne Stärke
9
10
11
12
13
14
15
16
Mittelwert (9 bis 16)
SD (9 bis 16)
mit Kartoffelfaserstärke
17,98
21,40
13,77
14,83
12,57
14,90
16,60
15,13
15,90
2,76
mit Markerbsenstärke
16,90
18,73
16,20
15,80
13,90
11,82
17,80
15,88
2,36
14,90
13,90
17,24
18,35
7,32
18,30
16,60
13,98
15,07
3,60
Tabelle 10: 13CO2-Endexhalation der männlichen Probanden
13
CO2-Endexhalation [%]
ohne Stärke
Mittelwert alle
(Proband 1 bis 16)
SD Proband 1 bis 16
Mittelwert aller normal
gewichtigen (BMI<25)
SD aller normal
gewichtigen (BMI<25)
Mittelwert aller übergewichtigen (BMI≥25,
0)
SD aller übergewichtigen (BMI≥25,
0)
mit Kartoffelfaserstärke
mit Markerbsenstärke
17,39
16,66
14,39
3,60
17,95
2,38
16,94
3,89
14,61
3,11
2,73
3,79
16,46
16,14
14,01
4,44
1,72
4,38
Tabelle 11: Gesamtdarstellung der Ergebnisse des Atemgastestes
43/92
3.2 Bioelektrische Impedanzanalyse und Body-Mass-Index
Bei der Bioelektrischen Impedanzanalyse der Versuchsreihe mit ME konnten die
Daten aller 16 Probanden ausgewertet werden. An der Versuchsreihe mit KF200
nahmen nur 15 Probanden, davon 8 Frauen und 7 Männer, teil. Hier konnten alle
Daten ausgewertet werden.
3.2.1 Body-Mass-Index aller Probanden
Abbildung 13: Body-Mass-Index aller Probanden
In der Abbildung 13 sind die Mittelwerte des BMI aller Probanden jeweils am Anfang
und am Ende der Versuche mit KF200 und mit ME dargestellt. Bei beiden Versuchen
erkennt man eine diskrete Abnahme des BMI.
Bei der Durchführung mit KF200 nimmt der Wert von 24,53 kg/m2 (SD 2,51) auf
24,47 kg/m2 (SD 2,60) ab. Unter der ME sinkt der BMI ebenfalls ab auf 24,48 kg/m2
(SD 2,50) von 24,56 kg/m2 (SD 2,45).
Diese sehr geringen Veränderungen sind nicht statistisch signifikant.
44/92
3.2.2 Bioelektrische Impedanzanalyse aller Probanden
Mithilfe
der
Bioelektrischen
Impedanzanalyse
konnten
Veränderungen
des
Körpergewichtes, des Körperfettes, des Körperwassers und der Körpermagermasse
gemessen werden. Die nachfolgenden Diagramme stellen die Ergebnisse aller
Probanden
im
Vergleich
vom
Anfang
zum
Ende
der
entsprechenden
Versuchsdurchführungen graphisch dar.
3.2.2.1 Körpergewicht
Abbildung 14: Mittleres Körpergewicht aller Probanden
Vergleicht man das Körpergewicht zu Beginn der Studie mit KF200 (74,81 kg; SD
10,83) bzw. mit ME (74,91 kg; SD 10,48) mit dem Gewicht am Ende mit 74,64 kg (SD
11,24) bzw. 74,58 kg (SD 10,05), so lassen sich für die hier beobachteten
Differenzen keine statistischen Signifikanzen feststellen.
45/92
3.2.2.2 Körperfettmasse
Abbildung 15: Mittlere Körperfettmasse aller Probanden
Nach einem 7-tägigen Konsum von KF200 reduziert sich die Körperfettmasse von
18,86 kg (SD 6,03) auf 18,47 kg (SD 6,14). Diese Reduktion um 3,48% ist statistisch
signifikant mit p=0,035. Beim Versuch mit ME hingegen kommt es zu einer Zunahme
von 18,47 kg (SD 5,71) auf 18,83 kg (SD 5,87). Diese Differenz ist nicht statistisch
signifikant.
3.2.2.3 Körperwasser
Abbildung 16: Mittleres Körperwasser aller Probanden
46/92
Die hinsichtlich des Körperwassers ermittelten Werte am Anfang der Studie mit
KF200 mit 40,97 l (SD 8,36) und 41,13 l (SD 8,38) am Ende, zeigen im Vergleich
keine statistische Signifikanz. Das gleiche gilt auch für die Anfangs- (41,32 l; SD
7,90) und Endwerte (40,80 l; SD 8,02) bei dem Versuch mit ME.
3.2.2.4 Körpermagermasse
Abbildung 17: Mittlere Körpermagermasse aller Probanden
Bei der Auswertung der Ergebnisse der Körpermagermasse zeigt sich beim Versuch
mit KF200 ein Zuwachs von 55,95 kg (SD 11,43) auf 56,17 kg (SD 11,44) und beim
Versuch mit ME ein Abfall von 56,44 kg (SD 10,81) auf 55,75 kg (SD 10,95). Hier
konnten ebenso keine statistisch signifikanten Unterschiede gefunden werden.
47/92
3.2.3 Bioelektrische Impedanzanalyse getrennt nach Geschlecht
Die
folgenden
Abbildungen
zeigen
die
Ergebnisse
der
Bioelektrischen
Impedanzanalyse getrennt nach weiblichen und männlichen Probanden.
3.2.3.1 Körpergewicht
Abbildung 18: Mittleres Körpergewicht getrennt nach Geschlecht
In
der
oberen
Abbildung
sind
die
Veränderungen
der
Mittelwerte
des
Körpergewichtes der Versuchsdurchführungen mit KF200 und mit ME für die
männlichen und weiblichen Probanden dargestellt. Bei den Männern zeigt sich bei
den Tests eine Abnahme des Gewichtes. Unter KF200 nimmt das Körpergewicht von
82,23 kg (SD 8,23) auf 82,19 kg ab (SD 8,73). Unter ME ergibt sich eine Differenz
von 0,51 kg.
Bei den weiblichen Probanden ergeben sich ähnliche Tendenzen. Hier sind auch
Gewichtsabnahmen in beiden Versuchsdurchführungen zu erkennen.
Die hier ermittelten Differenzen sind nicht statistisch signifikant.
48/92
3.2.3.2 Körperfett
Abbildung 19: Mittleres Körperfett getrennt nach Geschlecht
Die Mittelwerte des Körperfettes der weiblichen und männlichen Probanden sind in
der Abbildung 19 dargestellt. Bei der Studie mit KF200 ist sowohl für die männlichen
Probanden mit 0,31 kg als auch für die weiblichen Probanden mit 0,45 kg eine
Abnahme des mittleren Körperfettes zu verzeichnen. Diese Veränderung ist nur bei
den Frauen mit p=0,034 statistisch signifikant.
Die Versuche mit ME zeigen für beide Gruppen eine Zunahme. Für die weiblichen
Probanden ist der Zuwachs von 20,96 kg (SD 7,03) auf 21,63 kg (SD 6,85) mit
p=0,035 statistisch signifikant.
49/92
3.2.3.3 Körperwasser
Abbildung 20: Mittleres Körperwasser getrennt nach Geschlecht
In der oberen Abbildung sind die Veränderungen der Mittelwerte des Körperwassers
bei den Versuchsdurchführungen mit KF200 und mit ME dargestellt. Unter dem
Konsum von KF200 zeigt sich bei beiden Gruppen eine Zunahme des
Körperwassers. Bei der ME hingegen nimmt das Körperwasser ab. Die Prüfung auf
Signifikanz ergibt p>0,05.
3.2.3.4 Körpermagermasse
Abbildung 21: Mittlere Körpermagermasse getrennt nach Geschlecht
Bei der Auswertung der Ergebnisse der Körpermagermasse zeigt sich bei den
männlichen und weiblichen Probanden beim Versuch mit KF200 ein geringer
50/92
Zuwachs. Die Körpermagermasse steigt bei den Männern von 66,30 kg (SD 7,48) auf
66,57 kg (SD 7,44) und bei den Frauen von 46,90 kg (SD 3,55) auf 47,06 kg (SD
3,37). Die Ergebnisse unter der Gabe von ME zeigen einen geringen Verlust an
Körpermagermasse.
Hier konnten keine statistisch signifikanten Unterschiede gefunden werden.
51/92
3.2.4 Bioelektrische Impedanzanalyse getrennt nach Body-MassIndex
Die
folgenden
Abbildungen
stellen
die
Ergebnisse
der
Bioelektrischen
2
Impedanzanalyse getrennt nach einem BMI kleiner als 25 kg/m und einem BMI
größer als 25 kg/m2 dar.
3.2.4.1 Körpergewicht
Abbildung 22: Mittleres Körpergewicht getrennt nach Body-Mass-Index
Die Abbildung 22 vergleicht das Körpergewicht zu Beginn der Studie mit KF200 und
mit ME mit dem Gewicht am Studienende. Weiterhin ist eine Aufteilung in normalund übergewichtige Probanden erkennbar. Bei einem BMI unter 25 kg/m2 nimmt das
Körpergewicht von 70,91 kg (SD 8,93) geringfügig ab auf 70,51 kg (SD 9,07),
während es bei den übergewichtigen Probanden steigt. Der Versuch mit ME
hingegen zeigt für beide Gruppen eine Abnahme. Für die hier beobachteten
Differenzen lassen sich keine statistischen Signifikanzen feststellen.
52/92
3.2.4.2 Körperfett
Abbildung 23: Mittleres Körperfett getrennt nach Body-Mass-Index
Das mittlere Körpergewicht der normal- und übergewichtigen Probanden wird in
dieser Abbildung veranschaulicht. Nach dem Konsum von KF200 zeigt sich bei
beiden Gruppen eine Reduktion des Körperfettes. Die Abnahme um 0,49 kg bei den
normalgewichtigen
Probanden
ist
mit
p=0,014
statistisch
signifikant.
Die
übergewichtigen Teilnehmer zeigen ebenfalls eine Abnahme des Körperfettes, die
jedoch nicht signifikant ist. Nach dem Konsum von ME zeigt sich bei den Probanden
mit einem BMI< 25 kg/m2 von 15,74 kg (SD 2,67) eine Zunahme auf 16,55 kg (SD
3,20). Bei einem BMI≥ 25 kg/m2 hingegen eine Abnahme. Beide Veränderungen sind
nicht statistisch signifikant.
53/92
3.2.4.3 Körperwasser
Abbildung 24: Mittleres Körperwasser getrennt nach Body-Mass-Index
Vergleicht man die Veränderungen des mittleren Körperwassers getrennt nach BMI
mit den Werten für alle Probanden, so erkennt man die gleiche Tendenz.
Unabhängig vom BMI zeigt sich nach der Gabe von KF200 eine leichte Zunahme des
Körperwassers, während nach der Gabe von ME eine geringe Abnahme zu erkennen
ist. Die Werte zeigen im Vergleich keine statistische Signifikanz.
54/92
3.2.4.4 Körpermagermasse
Abbildung 25: Mittlere Körpermagermasse getrennt nach Body-Mass-Index
Abschließend geht es um die Betrachtung der Körpermagermasse. Für beide
Gruppen
zeigt
sich
nach
der
Gabe
von
KF200
eine
Zunahme
der
Körpermagermasse. Bei der Versuchsdurchführung mit ME nehmen die mittleren
Werte für beide ab. Die Differenzen sind sehr gering und zeigen folglich auch keine
statistische Signifikanz.
55/92
3.2.5 Bioelektrische Impedanzanalyse- Zusatzmessung
Bei der Hälfte der Probanden wurde nach dem Ende der Wash-out-Phase die
Körperzusammensetzung neu bestimmt und als Anfangswert für den nächsten
Versuch gewertet. Bei den anderen Teilnehmern wurden die Endwerte der letzten
Messreihe verwendet. Die nachfolgende Darstellung gibt einen Überblick der
Veränderungen und entsprechende p-Werte. Diese Differenzen sind bei einem
Signifikanzniveau von p<0,05 nicht statistisch signifikant.
Proband
1
2
3
4
6
9
10
12
14
Signifikanz
Gewicht
Ende
Gewicht
Neu
[kg]
[kg]
67,0
67,2
58,7
59,0
81,3
79,9
72,4
72,2
85,9
86,1
82,3
82,0
80,2
79,5
74,3
74,8
82,2
82,8
p= 0,905
Körperfett
Ende
[kg]
Körperfett
Neu
[kg]
Körpermagermasse
Ende
[kg]
Körpermagermasse
Neu
[kg]
Körperwasser
Ende
[l]
Körperwasser
Neu
[l]
20,1
18,7
17,9
16,0
17,3
18,4
32,8
13,1
30,8
p=0,214
20,4
17,7
15,5
16,9
15,3
17,6
33,0
13,5
30,1
46,9
40,0
63,4
56,4
68,6
63,9
47,4
61,2
51,4
p=0,192
46,8
41,3
64,4
55,3
70,8
64,4
46,5
61,3
52,7
34,3
29,3
46,4
41,3
50,2
46,7
34,7
44,8
37,7
p=0,161
34,3
30,2
47,1
40,5
51,8
47,2
34,1
44,9
38,6
Tabelle 12: Bioelektrische Impedanzanalyse- Zusatzmessung
56/92
3.3 Respiratorischer Quotient
Bei der Messung des RQ konnten alle Daten ausgewertet werden.
3.3.1 Respiratorischer Quotient aller Probanden
Abbildung 26: Mittelwerte des Respiratorischen Quotienten aller Probanden
In der Abbildung 26 sind die Mittelwerte des RQ morgens, mittags und abends aller
Probanden für die Versuche ohne Stärke, mit KF200 und mit ME angegeben. Man
erkennt einen Anstieg von 0,85 (SD 0,04) bei den Versuchen ohne Stärke, über 0,87
(SD 0,06) mit KF200 und auf 0,90 (SD 0,04) mit ME. Die Differenz zwischen den
Studien ohne Stärke und mit ME ist mit p=0,007 statistisch signifikant. Mit 0,03 ist
auch die Veränderung zwischen der Gabe von KF200 und ME mit p=0,041 statistisch
signifikant.
57/92
Abbildung
27:
Respiratorischer
Quotient
aller
Probanden
der
drei
Versuchsdurchführungen
In der Abbildung 27 sind die Mittelwerte des RQ aller Probanden am Morgen, Mittag
und Abend dargestellt.
In der ersten Übersicht ist der Verlauf bei den Versuchen ohne Stärke zu sehen. Man
erkennt eine Zunahme vom Morgen mit 0,82 (SD 0,05) über 0,84 (SD 0,08) am
Mittag auf 0,89 (SD 0,04) am Abend. Die Differenz des Mittag- und Abendwertes ist
statistisch mit p=0,026 signifikant, ebenso wie der Unterschied zwischen dem Abendund Morgenwert mit p=0,002.
In der zweiten Darstellung ist der Tagesverlauf für die Versuchsdurchführung mit
KF200 zu erkennen. Die Mittelwerte des RQ am Morgen und Mittag sind mit 0,86 (SD
0,05 bzw. SD 0,07) fast identisch. Auch der Abendwert zeigt eine Zunahme. Die hier
erhobenen Differenzen sind nicht statistisch signifikant.
Die Messergebnisse des RQ des Versuches mit ME sind in der dritten Darstellung zu
finden. Der Morgenwert liegt mit 0,89 (SD 0,07) im Vergleich zu den anderen beiden
Werten am höchsten. Auch hier kommt es am Abend zu einem Anstieg auf 0,91 (SD
0,06). Der Unterschied zwischen dem Mittag- und dem Abendwert ist statistisch
signifikant mit p=0,038.
Anschließend geht es um die Betrachtungen der Mittelwerte am Morgen in den drei
verschiedenen Versuchsdurchführungen. Der Versuch ohne Stärke zeigt mit 0,82
58/92
(SD 0,05) den kleinsten Wert im Vergleich zu den Versuchen mit KF200 mit 0,86 (SD
0,05) und mit ME mit 0,89 (SD 0,07). Die Differenz von 0,06 ohne Gabe von Stärke
und nach Gabe von ME ist mit p=0,003 signifikant. Die Mittelwerte am Mittag zeigen
im Verlauf auch einen Anstieg. Die Differenz von 0,84 ohne Gabe von Stärke auf
0,88 nach Gabe von ME ist mit p=0,007 statistisch signifikant. Für die anderen
Betrachtungen ergibt sich keine Signifikanz.
3.3.2 Respiratorischer Quotient aller Probanden- getrennt nach
Geschlecht
Bei den nachfolgenden Betrachtungen geht es um die Veränderungen des RQ
getrennt nach weiblichen und männlichen Probanden. Analog zu den Ergebnissen
aller Probanden werden die drei verschiedenen Versuchsdurchführungen ohne
Stärke, mit KF200 und mit ME am Morgen, Mittag und Abend betrachtet.
3.3.2.1 Respiratorischer Quotient der weiblichen Probanden
Die folgende Abbildung gibt die Mittelwerte des RQ der Versuchsdurchführungen
ohne Stärke, mit KF200 und mit ME für die weiblichen Probanden wieder.
Abbildung 28: Respiratorischer Quotient der weibichen Probanden
Die ersten drei Säulen beinhalten die Mittelwerte am Morgen, Mittag und Abend für
die Versuche ohne Stärke. Der Morgen- und Mittagswert ist mit 0,83 (SD 0,04 bzw.
59/92
0,06) fast identisch. Auch statistisch ist diese Differenz nicht signifikant. Dagegen ist
die Differenz zwischen dem Morgen- und Abendwert mit RQ=0,90 (SD 0,06) und mit
p=0,018 statistisch signifikant.
Die Ergebnisse der Versuchsdurchführung mit KF200 sind in der zweiten Abbildung
zu finden. Die Mittelwerte für die Morgen- und Mittagwerte zeigen mit 0,84 (SD 0,04
bzw. 0,05) keinen statistischen Unterschied. Abends zeigt der RQ seinen höchsten
Wert mit 0,86 (SD 0,06). Hier ergeben sich keine statistischen Signifikanzen.
Abschließend sind die Messwerte für die Versuche mit ME zusammengefasst. Hier
zeigt sich ein Anstieg des RQ vom Morgen-Wert mit 0,88 (SD 0,04) auf 0,89 (SD
0,05) am Mittag und 0,95 (SD 0,06) am Abend. Die Differenzen zwischen Mittag- und
Abendwert sowie Abend- und Morgenwert sind statistisch mit p=0,017 und p=0,034
signifikant.
Anschließend werden die einzelnen Zeitwerte im Vergleich zu den anderen
Versuchsdurchführungen betrachtet. Bei den weiblichen Probanden zeigt sich nur
der Unterschied zwischen dem Abendwert von 0,86 für die Versuche mit KF200 und
von 0,95 für die Versuche mit ME mit einem p=0,015 als statistisch signifikant.
3.3.2.2 Respiratorischer Quotient der männlichen Probanden
Abbildung 29: Respiratorischer Quotient der männlichen Probanden
60/92
Die drei Diagramme stellen die Messergebnisse der männlichen Probanden dar. Es
findet sich ebenfalls eine Zuordnung nach den drei Versuchsdurchführungen. Im
ersten Diagramm ist ein Anstieg des RQ von 0,82 (SD 0,07) am Morgen auf 0,85 (SD
0,09) am Mittag bis 0,89 (SD 0,02) am Abend zu verzeichnen.
Bei den Versuchen mit KF200 unterscheiden sich die Werte nur geringfügig. Das
Gleiche gilt auch für die Versuche mit ME.
Um eine Aussage über die Signifikanz bei dem Vergleich der Werte am Morgen,
Mittag und Abend zu treffen, wurde der Friedman-Test als Vortest verwendet. Für die
männlichen Probanden ergibt sich p>0,05.
Für die hier gemessenen Differenzen existiert somit keine statistische Signifikanz.
Vergleicht
man
nun
die
einzelnen
Zeitwerte
in
den
verschiedenen
Versuchsdurchführungen miteinander, so lassen sich keine statistisch signifikanten
Aussagen treffen.
3.3.3 Respiratorischer Quotient aller Probanden- getrennt nach
Body-Mass-Index
Die
nachfolgenden
Abbildungen
stellen
die
Ergebnisse
der
normal-
und
übergewichtigen Probanden graphisch dar. Die drei Tageszeitwerte sind den
Versuchsdurchführungen ohne Stärke, mit KF200 und mit ME zugeordnet.
61/92
3.3.3.1 Respiratorischer Quotient der Probanden mit Body-MassIndex kleiner als 25 kg/m2
Abbildung 30: Respiratorischer Quotient der Probanden mit BMI kleiner als
25 kg/m2
Die Abbildung 30 gibt die Messergebnisse der Probanden mit einem BMI kleiner als
25 kg/m2 wieder. Bei dem Versuch ohne Stärke zeigt sich eine Zunahme der Werte
von 0,84 (SD 0,06) am Morgen und 0,84 (SD 0,06) am Mittag auf 0,88 (SD 0,05) am
Abend. Die Differenz von 0,04 ist statistisch nicht signifikant.
Bei der Gabe von KF200 ist auch ein Anstieg des RQ zu verzeichnen. Mit 0,90 (SD
0,07) ist der Abendwert am höchsten, gefolgt von 0,86 (SD 0,07) am Mittag und 0,85
(SD 0,05) am Morgen. Im Vergleich ergibt sich keine statistische Signifikanz für diese
Werte.
Abschließend
sind
die
Ergebnisse
der
Versuchsdurchführung
mit
ME
zusammengefasst. Der Mittelwert für den Morgenwert liegt mit 0,90 (SD 0,08) höher
als der für den Mittagwert mit 0,89 (SD 0,05). Mit 0,92 (SD 0,06) ist der Mittelwert für
den Abendwert im Vergleich zu den anderen beiden Werten am größten. Die
Veränderungen sind jedoch nicht statistisch relevant.
Im Folgenden soll es um den Vergleich der Versuche ohne Stärke, mit KF200 und
mit ME gehen. Bereits im Kruskal-Wallis-Test ergibt sich für die Probanden mit einem
62/92
BMI kleiner als 25 kg/m2 ein p>0,05, so dass hier keine weitere Testung auf
Signifikanz erfolgt.
3.3.3.2 Respiratorischer Quotient der Probanden mit BMI größer
25 kg/m2
Abbildung 31: Respiratorischer Quotient der Probanden mit BMI größer als
25 kg/m2
Die Mittelwerte für die Probanden mit einem BMI größer als 25 kg/m2 sind in
Abbildung 31 dargestellt. Betrachtet man zunächst die Ergebnisse der Versuche
ohne Stärke, so ist ein Anstieg der Werte von 0,80 (SD 0,04) am Morgen über 0,84
(SD 0,09) am Mittag auf 0,91 (SD 0,03) am Abend zu verzeichnen. Mit p=0,018 ist
die Differenz zwischen dem Morgen- und Abendwert mit 0,11 statistisch signifikant.
Die mittleren drei Säulen zeigen die Mittelwerte für den Versuch mit KF200.
Entgegen den bisherigen Anstiegen vom Morgen bis zum Abend, ist hier ein
kontinuierlicher Abfall zu verzeichnen. Bei den Differenzen ergeben sich keine
statistischen Signifikanzen.
Abschließend ist in dieser Abbildung das Ergebnis der Versuche mit ME dargestellt.
Der RQ steigt von 0,87 (SD 0,04) am Mittag auf 0,91 (SD 0,06) am Abend mit
p=0,043 an. Dieser Anstieg um 0,04 ist statistisch signifikant.
63/92
Vergleicht man die Mittelwerte am Morgen für die Versuche ohne Stärke, mit KF200
und mit ME, so ergibt sich mit p=0,03 ein signifikanter Unterschied. Bei den
Versuchen ohne Stärke ergibt sich ein Wert von 0,80 und mit KF200 ein Wert von
0,86. Die Differenz von 0,07 für die Durchführung ohne Gabe von Stärke und mit
Gabe von ME ist statistisch signifikant (p=0,014). Für den Vergleich der Mittagwerte
ergeben sich keine relevanten Signifikanzen. Bei dem Mittelwert am Abend ist bei der
Studie ohne Stärke mit 0,91 gegenüber 0,82 für die Studie mit KF200 ein
Unterschied von 0,09 zu verzeichnen. Diese Differenz ist mit p=0,005 statistisch
signifikant. Ebenso verhält es sich mit den Abendwerten der Versuche mit KF200 und
ME mit p=0,017.
64/92
4 Diskussion
Ziel dieser Studie war es, den Einfluss von RS auf die Fettsäureoxidation bei normalbis leicht übergewichtigen Erwachsenen zu untersuchen. Insgesamt nahmen dazu
16 Probanden, jeweils 8 Frauen und 8 Männer, teil. Über einen Zeitraum von 7
Tagen
wurde
zusätzlich
zu
den
Mahlzeiten
Kartoffelfaserstärke
bzw.
Markerbsenstärke in einer Dosierung von 10 g verabreicht. Nach einer einwöchigen
Wash-out-Phase begann die Versuchsdurchführung mit der jeweils anderen Stärke.
Um Aussagen über die Fettsäureoxidation treffen zu können, wurden neben dem
13
CO2-Atemgastest
die
Bioelektrische
Impedanzanalyse
für
die
Körperzusammensetzung und Messungen des RQ durchgeführt.
4.1
Der
13
CO2-Atemgastest
13
CO2-Atemgastest mit einer fettstoffwechselrepräsentativen Tracersubstanz ist
eine gute Methode, um Aussagen über die Fettverbrennung im menschlichen Körper
zu gewinnen. Unter Verwendung geeigneter Tracer kam er bereits bei verschiedenen
Studien zur Anwendung (43-45, 54, 67-70). Als Tracer wurde in dieser Studie ein
universell
13
C-markiertes ALG verwendet. Dies bietet zwei Vorteile. Zum einen
repräsentiert es durch seine Zusammensetzung den menschlichen Fettstoffwechsel
besser als [1-13C]-Palmitinsäure, eine einfach
13
C-markierte Fettsäure, wie sie von
Müller et al. verwendet wurde. Zum anderen ist durch seine universelle Markierung
der C-Atome im Gegensatz zu Müller et al. (67) nur eine relativ kleine Menge je
Kilogramm Körpergewicht des Probanden erforderlich. Higgins et al. verwendeten für
ihre Untersuchungen einen 14C-markierten Tracer.
13
4.1.1
Die
CO2-Häufigkeit
13
CO2-Häufigkeits-Zeit-Kurven sind im Kurvenverlauf mit denen anderer Studien,
in denen mit der gleichen Methode und identischen oder unterschiedlichen
Tracersubstanzen gearbeitet wurde, vergleichbar (44, 45, 54, 67, 68).
Die
13
CO2-Häufigkeit in der Atemluft steigt in allen drei Versuchsdurchführungen
nach Tracerapplikation bis zu einem Maximalwert an. Alle drei Kurvenverläufe
erreichen fast zum gleichen Zeitpunkt dieses Maximum und nähern sich in der
Folgezeit wieder der Baseline an.
65/92
4.1.2 Prozentuale 13CO2-Exhalation
Die prozentuale
13
CO2-Endexhalation aller Probanden ohne Stärke lag im Mittel bei
17,39%. Bei den Männern betrug sie 15,90% und bei den Frauen 18,89%. Getrennt
nach dem BMI zeigte sich bei den normalgewichtigen Probanden eine prozentuale
13
CO2-Endexhalation von 17,95% und bei den übergewichtigen Personen ein Wert
von 16,46%. Diese ermittelten Werte liegen etwas höher als in vergleichbaren
Studien. Griesheim fand ebenfalls bei leicht übergewichtigen Senioren eine
vergleichbare Endexhalation von 16,8% und Lorenz eine
13
CO2-Endexhalation von
15,8% bei leicht übergewichtigen jungen Erwachsenen. Wutzke et al. ermittelten bei
einer Untersuchung mit Hay’scher Trennkost eine
CO2-Endexhalation von 15,4%.
13
In diesen Studien wurde ein
Verwendung einer einzelnen
13
C-ALG verwendet. Müller et al. ermittelte unter
13
C-markierten Fettsäure eine
13
CO2-Endexhalation von
nur 5,1% (43, 33, 54, 67, 68). Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über die
bisher bekannten Ergebnisse der Fettsäureoxidation mit
13
CO2-Atemgastesten. Es ist
ersichtlich, dass die in dieser Studie ermittelten Werte mit denen anderer Arbeiten
vergleichbar sind.
Tabelle 13: Darstellung der prozentualen
13
CO2-Endexhalation verschiedener
Studien (43, 44, 54, 67, 68)
Über welchen Mechanismus RS Einfluss auf den menschlichen Fettstoffwechsel
nehmen könnte, ist in Abbildung 32 veranschaulicht dargestellt. Aus Glukose entsteht
in
der
Glykolyse
über
mehrere
Abbauprodukte
Pyruvat.
Je
nach
66/92
Stoffwechselsituation wird Pyruvat unter anaeroben Bedingungen weiter zu Laktat
oder im aeroben Zustand zu Acetyl-CoA umgewandelt. Acetyl-CoA besitzt eine
zentrale
Stellung
als
Sammelbecken
des
Kohlenhydrat-,
Fett-
und
Aminosäureabbaus. Es dient als Ausgangspunkt für die Ketonkörpersynthese, die
Fettsäure- oder Steroidsynthese und den Zitratzyklus. Der Zitratzyklus steht durch
seine
Umwandlung
von
Acetyl-CoA
in
2
CO2
im
Zentrum
des
Intermediärstoffwechsels. Die dabei freiwerdende Energie wird in Form von
NADH+H+ und FADH2 fixiert und in der Atmungskette zur ATP-Synthese verwendet
(71).
Abbildung 32: Stoffwechsel von Stärke und möglicher Einfluss von resistenter
Stärke
Es konnte bereits gezeigt werden, dass die Gabe von RS zu einem Anstieg der
kurzkettigen Fettsäuren Acetat, Propionat und vor allem Butyrat im Vergleich zu
Nicht-Kohlenhydraten führt (72-74). Bereits nach einer dreitägigen Supplementation
von RS nahm die Konzentration von kurzkettigen Fettsäuren zu. Das Verhältnis
Acetat:Butyrat:Propionat von 12:3:3 veränderte sich dabei zugunsten von Acetat und
Butyrat zu 21:6:4 (75). Die Rolle dieser kurzkettigen Fettsäuren auf den
Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel wurde bereits an tierischen Geweben untersucht
67/92
(76-79). Dabei konnte an isolierten Leberzellen von Schafen und Ratten gezeigt
werden, dass Acetat und Butyrat die Glykogenolyse und Glykolyse reduzieren (8082). Berücksichtigt man diese Studienergebnisse so ist es möglich, dass durch den
verminderten Kohlenhydratabbau weniger Acetyl-CoA frei wird und folglich die
Fettsäureoxidation zum Erhalt von Acetyl-CoA gesteigert wird (83). Auf längere Zeit
betrachtet,
könnte
so
durch
eine
Abnahme
der
Körperfettmasse
die
Körperzusammensetzung geändert werden.
Einige Studien haben sich näher mit der Beziehung zwischen RS und chronischen
Darmerkrankungen beschäftigt. Ausgehend von der Hypothese, dass Butyrat effizient
für den Heilungseffekt von Darmentzündungen ist (84), konnten Moreau et al. bei
Ratten zeigen, dass RS hier eine entscheidende Rolle spielt. Die Butyrataufnahme
unter RS war im Vergleich zu Tieren, die eine andere Diät erhielten, höher (85, 86).
Über die Beziehungen zwischen RS und den Fettstoffwechsel gibt es bisher nur
wenige Studien. Behall et al. fanden heraus, dass eine fünfwöchige Gabe von RS
neben
der
Plasmainsulinkonzentration
auch
die
Cholesterol-
und
Triglyzeridkonzentrationen im Vergleich zu verdaubarer Stärke senkt (87, 88). Einige
Untersuchungen an Ratten zeigten, dass die chronische Fütterung mit RS die
Adipozytenzellgröße verkleinert (89, 90). Weiterhin waren die Expression der
Fettsäuresynthase sowie die Fettsynthese im weißen Fettgewebe bei den Ratten
geringer, wenn sie mit RS anstatt mit verdaubarer Stärke gefüttert wurden (91, 92).
Berücksichtigt man diese Ergebnisse hat die Gabe von RS offensichtlich einen
Einfluss auf die Aktivität von Schlüsselenzymen des Fettstoffwechsels und auf die
Adipozytenmorphologie. Dabei scheint auch die Art an RS eine Rolle zu spielen.
Mäuse, die mit RS4 gefüttert worden, zeigten im Vergleich zu Tieren, die RS2
erhielten eine Reduktion im Körpergewicht und eine Abnahme des viszeralen Fettes
durch
eine
gesteigerte
hepatische
Fettsäureoxidation
und
reduzierte
Inkretinsekretion (93). Weitere Studien sind notwendig um zu klären, ob sich diese
Erkenntnisse auch auf den menschlichen Stoffwechsel übertragen lassen.
Unsere Arbeit unterscheidet sich von der Studie von Higgins et al. in drei
wesentlichen Punkten: dem verwendeten Tracer für den Atemgastest, den Zeitraum
der Gabe von RS und der Art der RS die wendet wurde. Higgins et al. verwendeten
als Tracer [1-14C]-Triolein, einen radioaktiv markierten Tracer mit nur einem
14
C-
68/92
markiertem C-Atom in dieser einen Fettsäure (27). Demgegenüber enthält das
13
C-
ALG die vier am häufigsten im menschlichen Körper vorkommenden Fettsäuren und
ist folglich als repräsentativ für den Gesamtstoffwechsel anzusehen (42-44).
Außerdem verwendeten Higgins et al. RS in Form von „high-amlylose maize starch“
oder RS2. In der vorliegenden Studie wurde mit KF200 und seinem RS1-Gehalt von
12% und ME mit einem RS2-Gehalt von 70% gearbeitet. Eine detaillierte Auflistung
der Inhaltsstoffe, ist der Tabelle 7 zu entnehmen. Higgins et al. verwendeten einen
RS-Gehalt von 0%, 2,7%, 5,4% und 10,7% von der Gesamtkohlenhydratzufuhr. Sie
erhielten bei 12 Probanden eine gesteigerte Fettoxidation nach einem Frühstück mit
5,4% RS. Die Fettverbrennung war um 23% größer als mit einer Mahlzeit mit 0% RS
(p=0,0062). Bei einem Gehalt von 2,7% oder 10,7% an RS, konnten sie keine
Steigerung der Fettsäureoxidation mehr nachweisen (27). Higgins et al. vermuten,
dass bei höheren RS-Dosen die Stärke nicht vollständig fermentiert und fäkal
ausgeschieden wird, was einen Energieverlust zur Folge hat. Des Weiteren kommt
es zu einer vermehrten fäkalen Fettausscheidung, sodass weniger Nahrungsfett
verbrannt wird. Unsere vergleichsweise hohe RS2-Dosierung spielt vermutlich eine
mitentscheidende Rolle, da ein Teil möglichweise unfermentiert als Ballaststoff fäkal
ausgeschieden wird. Folglich ist die Menge an gebildeten kurzkettigen Fettsäuren
geringer. Basierend auf dem Phänomen, dass die bakterielle Verstoffwechselung von
RS zu einem Anstieg von kurzkettigen Fettsäuren, damit zu einer Hemmung der
Glykolyse und nachfolgend zu einem Mangel an Acetyl-CoA und schließlich zu einer
kompensatorischen
Steigerung
der
Fettoxidation
führt,
konnte
unsere
Hauptarbeitshypothese, nach der die Gabe von RS1 und/oder RS2 über einen
Zeitraum von 7 Tagen zu einer Erhöhung der Fettverbrennung führen könnte, nicht
bestätigt werden. Dieses Ergebnis lässt vermuten, dass die Dosierung einen
entscheidenden Einfluss haben könnte und wäre möglicherweise ein Grund, warum
in dieser Arbeit mit KF200 und ME keine Steigerung der Fettsäureoxidation
nachgewiesen werden konnte. Weiterhin erfolgte bei Higgins et al. nur die einmalige
Gabe von RS. In dieser Studie wurde über einen Zeitraum von 7 Tagen jeweils
morgens, mittags und abends 10 g KF200 bzw. ME verabreicht um einen Steadystate zu erreichen. Die durchschnittliche Kohlenhydratzufuhr unserer individuell
standardisierten Ernährung betrug ca. 50 g pro Mahlzeit (Tabelle 8). Die applizierte
Menge von 10 g KF200 pro Mahlzeit entsprach, bei einem RS1-Gehalt von 12%
(Tabelle 7), 1,2 g bzw. 2,1% der Gesamtkohlenhydratzufuhr und lag damit in der
69/92
gleichen Größenordnung wie die von Higgins et al. verwendete Dosierungen
zwischen 2,7 und 5,4%, bei der eine erhöhte Fettoxidation gefunden werden konnte.
Die von uns verabreichte Menge von 10 g ME pro Mahlzeit entsprach, bei einem
RS2-Gehalt von 70%, 7 g bzw. 11,7% der Kohlenhydratzufuhr und war geringfügig
höher als die von Higgins et al. verwendeten RS2-Dosis von 10,7%.
Zur besseren Vergleichbarkeit mit unserer Veröffentlichung und den Publikationen
anderer Arbeitsgruppen zur Ammoniak entgiftungsfördernden Wirkung von RS
erschien es uns sinnvoll, die in den Vorgängerstudien verabreichte Dosis von je 10 g
KF200 bzw. ME pro Mahlzeit beizubehalten zumal wir andere RS verwendeten als
Higgins et al (40, 27).
Higgins et al. konnten weiterhin keine Veränderungen im Glukose-, Insulin-,
Triglyzeridspiegel oder der Konzentration von freien Fettsäuren im Blut in
Abhängigkeit von RS nachweisen. Wir verzichteten daher auf die Durchführung
dieser invasiven Blutuntersuchungen.
4.2 Bioelektrische Impedanzanalyse und Body-Mass-Index
Die Bioelektrische Impedanzanalyse stellt eine Methode mit hoher Genauigkeit zur
Untersuchung der Körperzusammensetzung dar. Sie ist ein einfaches und nicht
invasives Verfahren zur Bestimmung von Körperwasser, Körpermagermasse und
Körperfett (58, 59).
Nach
einem
7-tägigen
Konsum
von
KF200
reduziert
sich
die
mittlere
Körperfettmasse aller Probanden von 18,86 kg auf 18,47 kg. Diese Reduktion um
fast 3,5% ist mit p=0,035 statistisch signifikant. Bei den weiblichen Probanden lässt
sich ebenfalls mit p=0,034 und bei den normalgewichtigen Probanden mit p=0,014
eine Abnahme der Körperfettmasse registrieren.
Unter ME konnte bei den weiblichen Probanden eine Zunahme der Körperfettmasse
beobachtet werden (p=0,035).
Die hier ermittelten Differenzen bezüglich Körpergewicht, Körpermagermasse und
Körperwasser sind nicht statistisch signifikant und liegen somit im physiologischen
Schwankungsbereich.
70/92
Higgins et al. entnahmen in ihrer Studie Fettbiopsien nach 24 Stunden, um eine
Aussage über den Fettspeicher treffen zu können. Unabhängig vom Gehalt an
resistenter Stärke, konnte keine statistisch signifikante Veränderung gefunden
werden. Der
14
C-Einbau in gluteales Fettgewebe war bei 5,4% RS zwar niedriger,
aber nicht signifikant.
4.3 Respiratorischer Quotient
Die Messung des RQ erfolgte mithilfe der indirekten Kalorimetrie über die Parameter
Sauerstoffaufnahme und Kohlendioxidabgabe. Im RQ drückt sich das Verhältnis der
oxidierten Makronährstoffe aus. Bei einem Wert von 0,71 wird ausschließlich Fett
oxidiert, während bei einem RQ von 1,0 zu 100% Kohlenhydrate verbrannt werden
(64).
In dieser Arbeit wurde der RQ am Morgen, Mittag und Abend jeweils 2 Stunden
postprandial gemessen. Die Morgenwerte mit 0,82, Mittagwerte mit 0,84 und
Abendwerte mit 0,89 sind vergleichbar mit den Daten anderer Arbeiten. Wutzke et al.
ermittelten bei ihrer Studie unter der Hay’schen Trennkost als Ausgangswerte am
Morgen 0,87, am Mittag 0,88 und am Abend 0,88 (43).
In der Tabelle 8 ist für das standardisierte Frühstück und Mittagessen der
Kohlenhydrat- und Fettgehalt aufgelistet. Dieser unterscheidet sich nur geringfügig.
Dadurch lässt sich erklären, dass bei der Durchführung ohne Stärke keine
signifikanten Veränderungen bei den Betrachtungen des RQ für morgens und
mittags auftreten.
Ein Vergleich der Mittelwerte aller Probanden zeigt mit p=0,007 einen statistisch
signifikanten Anstieg des RQ von 0,85 für die Versuche ohne Stärke auf 0,90 bei
Gabe von ME. Die Veränderung zwischen den Versuchen mit KF200 und mit ME ist
ebenfalls statistisch signifikant (p=0,041).
Eine Reduktion des RQ als Ausdruck einer gesteigerten Fettverbrennung unter Gabe
von RS konnte nicht bestätigt werden. Darüber hinaus kam es unter ME zu einem
Anstieg, was für eine vermehrte Kohlenhydratverbrennung spricht.
In der Literatur existieren Studien, die eine gesteigerte Fettverbrennung nachweisen
konnten. Higgins et al. registrierten über eine Zeit von 6 Stunden nach dem Essen
71/92
die Veränderungen des RQ. Zwei Stunden postprandial erhielten sie mit p<0,05 eine
Reduktion bei einem Gehalt von 5,4% RS im Vergleich zu 0%. Für eine andere
Menge an RS stieg der RQ-Wert wieder an. Das Probandenessen hatte dabei einen
Kohlenhydratgehalt von 92,9 g und einen Fettgehalt von 16,9 g (27). In unserer
Studie enthielten das Frühstück mit 14,1 g und das Mittagessen mit 17,0 g einen
ähnlichen Fettgehalt. Der Gehalt an Kohlenhydraten mit 52,0 g morgens und 48,8 g
mittags war jedoch geringer.
Eine weitere Studie konnte ebenfalls über die Messung der Indirekten Kalorimetrie
bei 15 gesunden normalgewichtigen Männern eine Reduktion nachweisen. Fünf
Stunden postprandial erhielten Tagliabue et al. im Vergleich zwischen 0% RS und
54% RS2 (rohe Kartoffelstärke) eine gesteigerte Fettverbrennung (94).
72/92
4.4 Schlussfolgerungen
Für die Fettsäureoxidation bei gesunden Erwachsenen unter Gabe von RS konnte
durch die ermittelten Ergebnisse weder für die Gabe von Kartoffel- noch von
Markerbsenstärke ein statistisch signifikanter Anstieg gezeigt werden. Die Werte der
Versuchsdurchführung mit KF200 und ohne Gabe von Stärke liegen für alle
betrachteten Gruppen (getrennt nach Geschlecht und BMI) dicht beieinander. Die
Versuchsdurchführung mit ME hingegen zeigt dazu im Vergleich immer geringere
Werte. Für bestimmte Zeitpunkte sind die Differenzen zwischen den Versuchen ohne
Stärke und mit ME signifikant mit p<0,05. Die
13
CO2-Endexhalation der drei
Versuchsdurchführungen zeigt jedoch keine statistisch signifikanten Unterschiede.
Eine mögliche Erklärung dafür, dass in der vorliegenden Studie weder die Gabe von
RS1 noch von RS2 bei gesunden Erwachsenen nicht zu einer Steigerung der
Fettsäureoxidation im
13
CO2-Atemgastest führt, könnte in der Dosierung und/ oder
der Art der gewählten resistenten Stärke liegen. Eventuell ist auch eine längere Gabe
notwendig.
Dennoch
konnte
ein
statistisch
signifikanter
Einfluss
von
RS
auf
die
Körperzusammensetzung beobachtet werden. Unter der Gabe von KF200 reduzierte
sich die Körperfettmasse bei allen Probanden. Dieser Trend setzte sich bei den
weiblichen und bei den normalgewichtigen Probanden fort. Nach Gabe von ME
zeigte sich bei den Frauen allerdings eine Zunahme der Körperfettmasse. Bezüglich
des Körpergewichtes, der Körpermagermasse und des Körperwassers konnten keine
statistisch signifikanten Unterschiede registriert werden.
Die in der vorliegenden Studie ermittelten Ergebnisse für den RQ zeigen für die
Versuche ohne Stärke und mit KF200 ähnliche Werte. Unter Gabe von ME kam es
zu einer signifikanten Zunahme verglichen mit den Versuchen ohne Stärke. Bei der
Betrachtung des RQ zu den verschiedenen Tageszeiten sieht man eine Zunahme
vom Morgen über Mittag bis zum Abend. Dieser Trend setzt sich auch unter Gabe
von RS fort.
Ein positiver Einfluss von KF200 auf die Fettverbrennung konnte nur indirekt durch
die Reduktion der Körperfettmasse gezeigt werden. ME hingegen scheint sich eher
nicht auf die Fettsäureoxidation auszuwirken, da es hier zu einer Zunahme kam. Es
73/92
sollten weiterhin intensive Bemühungen erfolgen, um den Einfluss von RS auf den
Fettstoffwechsel zu untersuchen. Inhalt dieser Studien sollte auch die Betrachtung
von unterschiedlichen BMI-Gruppen und Geschlechtern sein.
Zurzeit wird im Forschungslabor der Universitätskinder- und Jugendklinik der Einfluss
einer kombinierten Gabe von KF200 und ME in einer Dosierung von je 5 g über
einen längeren Zeitraum untersucht. Diese Arbeit betrachtet ergänzend auch den
Einfluss von Maisstärke auf die Fettverbrennung bei gesunden Erwachsenen.
Über welchen biochemischen Mechanismus RS auf die Fettsäureoxidation wirkt, ist
nach dem aktuellen Wissenstand noch nicht vollständig geklärt und macht weitere
Untersuchungen sinnvoll.
74/92
5 Zusammenfassung
Der metabolische Einfluss von RS auf den menschlichen Organismus gewinnt
zunehmend an Interesse. Viele Studien haben sich bereits mit dem Effekt von RS auf
den postprandialen Glukose- und Insulinspiegel beschäftigt. Tierexperimentelle
Arbeiten konnten einen Einblick über die Wirkung von RS auf den Fettstoffwechsel
vermitteln. Über ihren Einfluss auf die Fettverbrennung bei gesunden Erwachsenen
ist jedoch wenig bekannt. Ein möglicher Angriffspunkt ist in der Abbildung 32 bereits
dargestellt worden. Unter Supplementierung von RS wird über einen verminderten
Kohlenhydratabbau
weniger
Acetyl-CoA
frei,
was
durch
eine
gesteigerte
Fettsäureoxidation kompensiert wird.
In dieser Studie wurde die Auswirkung von RS auf die Fettverbrennung bei normalbis leicht übergewichtigen gesunden Probanden untersucht. Mithilfe eines universell
13
C-markierten ALG konnten Einblicke in Stoffwechselveränderungen während einer
Supplementation von KF200 und ME mit ihrem hohen Gehalt an RS1 bzw. RS2
resistenter Stärke gewonnen werden. Untersucht wurden der Einfluss auf die
Fettoxidation, den RQ und die Körperzusammensetzung mithilfe der Methoden der
13
CO2-Atemgasmessung, der Indirekten Kalorimetrie und der Bioelektrischen
Impedanzanalyse.
Sechzehn gesunde, normal bis leicht übergewichtige Erwachsene mit einem
mittleren BMI von 24,59 kg/m2 ernährten sich über einen Zeitraum von 30 Tagen
nach einem individuelle, den Richtlinien der Deutschen Gesellschaft für Ernährung
angelehnten,
Kostplan.
Versuchsdurchführung
Die
ohne
doppelblinde
Stärke.
Danach
Studie
begann
startete
die
mit
der
siebentägige
Supplementierung von RS in einer Dosierung von 10 g jeweils morgens, mittags und
abends zu den Mahlzeiten. Es wurde mit KF200 und ME und ihrem Gehalt an RS
gearbeitet.
Nach
einer
einwöchigen
Wash-out-Phase
schloss
sich
die
Versuchsdurchführung mit der jeweils anderen Stärke an.
Die KF200-Supplementation führte zu keinem statistisch signifikanten Anstieg der
prozentualen
13
CO2-Endexhalation (17,39% vs. 16,66%). Unter Gabe von ME zeigte
sich mit 14,39% sogar ein geringerer Wert, der jedoch statistisch nicht signifikant
war. Die Bioelektrische Impedanzanalyse ergab eine Reduktion der Körperfettmasse
unter Gabe von KF200 von 3,48% (p=0,035). Diese Abnahme setzte sich bei den
75/92
Frauen (p=0,034) und den normalgewichtigen Probanden (p=0,014) fort. Nach einer
siebentägigen Supplementierung von ME nahm die Körperfettmasse bei den Frauen
statistisch signifikant zu (p=0,035). Diese Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass
der Effekt von RS auf die Fettverbrennung sowohl vom Geschlecht als auch vom
Ernährungszustand abhängt. Die Messung des RQ ergab eine Zunahme der Mittag(p=0,007), Morgen- (p=0,003) und Abendwerte (p=0,07) unter Gabe von ME im
Vergleich zum Versuch ohne Stärkeverabreichung. Die geringen Differenzen
zwischen dem Versuch ohne Stärkegabe und mit Gabe von KF200 sind für alle
Probanden nicht statistisch signifikant. Nach Aufteilung in die entsprechenden
Gruppen ergeben sich für bestimmte Zeiten Signifikanzen, jedoch nicht durchgängig.
Anhand dieser Studie kann geschlussfolgert werden, dass sich zwei Arten von RS,
KF200 und ME, unterschiedlich auf die Fettverbrennung auswirken. Unter Gabe von
KF200 reduzierte sich die Körperfettmasse. Nach einer siebentägigen Gabe von ME
hingegen nahm die Körperfettmasse zu. Weiterhin zeigte sich dieser hemmende
Einfluss auf die Fettverbrennung in der Zunahme des RQ. Im Atemgastest konnten
für bestimmte Zeiten statistisch signifikant niedrigere Werte registriert werden.
In der Literatur ist eine Steigerung der Fettverbrennung unter Gabe von RS bei
gesunden Probanden beschrieben worden (27). Dabei konnte gezeigt werden, dass
diese
Zunahme
von
der
zugeführten
Menge
abhängig
zu
sein
scheint.
Tierexperimentell konnte nachgewiesen werden, dass RS Schlüsselenzyme des
Fettsäurestoffwechsels beeinflusst. Dabei scheinen die unterschiedlichen RS-Arten
verschiedene Wirkungen zu besitzen.
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7 Thesen
1.
Resistente Stärke passiert unverdaut den Dünndarm und wird im Dickdarm von
Bakterien fermentiert. Das dabei entstehende Butyrat hemmt die Glykolyse und
Glukoneogenese bzw. die postprandiale Insulinämie sowie die Glykämie.
2.
Unter Supplementierung von resistenter Stärke wird durch den verminderten
Kohlenhydratabbau weniger Acetyl-CoA frei, was durch eine gesteigerte
Fettsäureoxidation kompensiert wird.
3.
Die Supplementierung von Kartoffelfaserstärke bzw. Markerbsenstärke kann bei
gesunden
Erwachsenen
eine
Steigerung
der
Fettsäureoxidation
und
nachfolgend eine veränderte Körperzusammensetzung bewirken.
4.
Mithilfe des
13
CO2-Atemgastestes unter Verwendung von geeigneten, stabil
isotop-markierten Tracersubstanzen kann man differenzierte Aussagen über
den Einfluss von resistenter Stärke auf die Fettsäureoxidation treffen.
5.
Das
universell
13
C-markierte
Algenlipidgemisch
stellt,
durch
die
dem
menschlichen Fettgewebe ähnliche Zusammensetzung, für die Ermittlung der
Fettoxidation einen geeigneten Tracer dar.
6.
Die Bioelektrische Impedanzanalyse ist geeignet, um Veränderungen der
Körperzusammensetzung durch resistente Stärke zu registrieren.
7.
Mithilfe des Respiratorischen Quotienten lassen sich Aussagen über den
Energieverbauch treffen.
8.
In dieser Studie konnte kein statistisch signifikanter Anstieg der
13
CO2-
Endexhalation unter Gabe von resistenter Stärke nachgewiesen werden.
85/92
9.
Unter Gabe von Kartoffelfaserstärke zeigte sich bei einigen Probandengruppen
eine signifikante Reduktion der Körperfettmasse, während es unter der
Markerbsen-Supplementierung bei den weiblichen Probanden zu einer
Zunahme der Körperfettmasse kam.
10. Basierend auf dem Phänomen, dass die bakterielle Verstoffwechselung von
resistenter Stärke zu einem Anstieg von kurzkettigen Fettsäuren, damit zu einer
Hemmung der Glykolyse, nachfolgend zu einem Mangel an Acetyl-CoA und
schlussendlich zur einer kompensatorischen Steigerung der Fettoxidation führt,
konnte unsere Hauptarbeitshypothese, nach der die Gabe von RS1 und/oder
RS2 über einen Zeitraum von 7 Tagen bei gesunden Erwachsenen zu einer
Erhöhung der Fettverbrennung bzw. zu einem entsprechend erniedrigten
Respiratorischen Quotienten führen könnte, nicht bestätigt werden.
11. Das gegenüber der Higgins-Studie mit [1-14C]Triolein als Tracer und einer
Einmalgabe von RS2 unserer Meinung nach verbesserte Studiendesign, mit
einem fettstoffwechselrepräsentativen
13
C-ALG als Tracersubstanz bzw. einer
7-tägigen Verabreichung von RS1 und RS2 in einer Dosis von 2,1 bzw. 11,7%
der Gesamtkohlenhydratzufuhr, führte zu keiner signifikanten Steigerung der
Fettverbrennung obwohl KF200 die Körperfettmasse signifikant reduzierte.
12. Vermutlich spielt dabei die Dosis eine mitentscheidende Rolle, da bei unserer
vergleichsweise
hohen
RS2-Dosierung
ein
Teil
der
Markerbsenstärke
möglicherweise unfermentiert als Ballaststoff fäkal ausgeschieden wird und so
geringere Mengen an kurzkettigen Fettsäuren gebildet werden.
13. Ferner vermuten wir, dass bei der von uns verwendete KF200 aus Kartoffeln
mit ihrem 60%-igen Cellulose-Gehalt, im Gegensatz zu der von Higgins et al.
verwendete Amylose-Maisstärke, geringere Mengen bzw. andere Proportionen
an Propionat und Butyrat bakteriologisch gebildet werden, sodass, trotz des 7tägigen Steady-states, eine Dosiserhöhung auf etwa das doppelte künftig
sinnvoll wäre.
86/92
14. Um die möglichen Vorteile von Amylose-Maisstärke auf die Fettoxidation zu
untersuchen, haben wir im Forschungslabor der UKJ eine Nachfolgestudie mit
einer RS2 aus Mais aufgelegt.
15. Die vorliegende Studie zum Einfluss von resistenter Stärke auf die
Fettverbrennung beim Menschen, untersucht durch die Kombination von
Indirekter Kalorimetrie, Bioelektrischer Impedanzanalyse und einem
Atemgastest mit einem universell
13
CO2-
13
C-markierten Algenlipidgemisch, stellt in der
internationalen Literatur ein Novum dar.
87/92
8 Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Zusammensetzung des universell 13C-markierten Algenlipidgemisches
................................................................................................................................. 21
Abbildung 2: Schematische Darstellung des Studienablaufes .................................. 30
Abbildung 3: 13CO2-Häufigkeits-Zeit-Kurve aller Probanden..................................... 33
Abbildung 4: Prozentuale 13CO2-Exhalation aller Probanden ................................... 34
Abbildung 5: 13CO2-Häufigkeits-Zeit-Kurve der weiblichen Probanden .................... 35
Abbildung 6: Prozentuale 13CO2-Exhalation der weiblichen Probanden ................... 36
Abbildung 7: 13CO2-Häufigkeits-Zeit-Kurve der männlichen Probanden ................... 37
Abbildung 8: Prozentuale 13CO2-Exhalation der männlichen Probanden ................. 38
Abbildung 9: 13CO2-Häufigkeits-Zeit-Kurve der Probanden mit einem BMI kleiner als
25 kg/m2 ................................................................................................................... 39
Abbildung 10: Prozentuale 13CO2-Exhalation der Probanden mit BMI kleiner als 25
kg/m2 ........................................................................................................................ 40
Abbildung 11: 13CO2-Häufigkeits-Zeit-Kurve der Probanden mit BMI größer als
25 kg/m2 ................................................................................................................... 41
Abbildung 12: Prozentuale 13CO2-Exhalation der Probanden mit BMI größer als ..... 42
Abbildung 13: Body-Mass-Index aller Probanden..................................................... 44
Abbildung 14: Mittleres Körpergewicht aller Probanden ........................................... 45
Abbildung 15: Mittlere Körperfettmasse aller Probanden.......................................... 46
Abbildung 16: Mittleres Körperwasser aller Probanden ............................................ 46
Abbildung 17: Mittlere Körpermagermasse aller Probanden .................................... 47
Abbildung 18: Mittleres Körpergewicht getrennt nach Geschlecht ............................ 48
Abbildung 19: Mittleres Körperfett getrennt nach Geschlecht ................................... 49
Abbildung 20: Mittleres Körperwasser getrennt nach Geschlecht ............................ 50
Abbildung 21: Mittlere Körpermagermasse getrennt nach Geschlecht ..................... 50
Abbildung 22: Mittleres Körpergewicht getrennt nach Body-Mass-Index .................. 52
Abbildung 23: Mittleres Körperfett getrennt nach Body-Mass-Index ......................... 53
Abbildung 24: Mittleres Körperwasser getrennt nach Body-Mass-Index .................. 54
Abbildung 25: Mittlere Körpermagermasse getrennt nach Body-Mass-Index ........... 55
Abbildung 26: Mittelwerte des Respiratorischen Quotienten aller Probanden .......... 57
Abbildung 27: Respiratorischer Quotient aller Probanden der drei
Versuchsdurchführungen.......................................................................................... 58
Abbildung 28: Respiratorischer Quotient der weiblichen Probanden ........................ 59
Abbildung 29: Respiratorischer Quotient der männlichen Probanden ...................... 60
Abbildung 30: Respiratorischer Quotient der Probanden mit BMI kleiner als 25 kg/m2
................................................................................................................................. 62
Abbildung 31: Respiratorischer Quotient der Probanden mit BMI größer als 25 kg/m2
................................................................................................................................. 63
Abbildung 32: Stoffwechsel von Stärke und möglicher Einfluss von resistenter Stärke
................................................................................................................................. 67
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9 Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: In-vitro-Verdaubarkeit von Stärke in ausgewählten Lebensmitteln [g/100
Trockenmasse] nach Cummings, Englyst (nach (3)) .................................................. 7
Tabelle 2: Auswahl stabiler Isotope und deren Vorkommen in der Natur, im
menschlichen Organismus und in der täglichen Nahrung (32) ................................. 14
Tabelle 3: Anwendung stabiler Isotope in der klinischen Forschung (29) ................. 15
Tabelle 4: Darstellung der Anfangsdaten der weiblichen Probanden ....................... 19
Tabelle 5: Darstellung der Anfangsdaten der männlichen Probanden ...................... 19
Tabelle 6: Gesamtdarstellung der Anfangsdaten aller Probanden ........................... 19
Tabelle 7: Prozentuale Zusammensetzung von Kartoffelfaser- und Markerbsenstärke
................................................................................................................................. 20
Tabelle 8: Kohlenhydrat- und Fettgehalt des standardisierten Frühstücks und
Mittagessens (65, 66) ............................................................................................... 29
Tabelle 9: 13CO2-Endexhalation der weiblichen Probanden ..................................... 43
Tabelle 10: 13CO2-Endexhalation der männlichen Probanden .................................. 43
Tabelle 11: Gesamtdarstellung der Ergebnisse des Atemgastestes ........................ 43
Tabelle 12: Bioelektrische Impedanzanalyse- Zusatzmessung ................................ 56
Tabelle 13: Darstellung der prozentualen 13CO2-Endexhalation verschiedener
Studien (43, 44, 54, 67, 68) ...................................................................................... 66
89/92
10 Selbstständigkeitserklärung
Hiermit erkläre ich, dass ich die vorliegende Dissertation selbstständig, ohne fremde
Hilfe verfasst und andere als die von mir angegebenen Quellen und Hilfsmittel nicht
verwendet habe. Die den benutzen Werken wörtlich oder inhaltlich entnommenen
Stellen habe ich als solche kenntlich gemacht.
Schwerin, den 25.08.2011
90/92
11 Lebenslauf
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12 Danksagung
Zuerst möchte ich Herrn Professor Dr. rer. nat. habil. K. D. Wutzke, Leiter des
Forschungslabors der Universitätskinder- und Jugendklinik, für die Überlassung des
Themas und die jederzeit gewährte Beratung sowie Unterstützung während der
Anfertigung dieser Arbeit sehr herzlich danken
Mein weiterer Dank gilt Frau Schläfke für ihre Hilfe und Geduld bei der Auswertung
der Atemgasproben.
Besonders möchte ich mich an dieser Stelle bei meinen Kommilitonen bedanken, die
durch ihren Einsatz und ihre Motivation als Probanden diese Studie überhaupt
ermöglicht haben.
Mein persönlicher Dank gilt meiner Familie, besonders meiner Schwester und
meinem Verlobten. Ich möchte mich für ihre Geduld, ihr Verständnis und ihre
Unterstützung während des gesamten Studiums und bei der Anfertigung dieser
Arbeit bedanken.
92/92
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