J. Anim. Physiol. a. Anim. Nutr. 71 (1994), 39-47 0 1994 Verlag Paul Parey, Hamburg und Berlin

Eingang des Ms. 13. 9. 1993

ISSN 0931-2439

Aus dem Institut f i r Ernahrungsphysiologie der Technischen Universitat Munchen in Freising- Weihenstephan

Zinkdepletion und die Lipidzusammensetzung der Erythrozytenmembran bei zwangsernahrten Ratten mit Leinol als

Diatfett

Von K. EDER und M. IRCHGESSNER

Einleitung

Verschiedene Untersuchungen in jungster Zeit haben gezeigt, daR Zinkmangel sowohl bei ad-libitum Futterung (JOHANNING und O’DELL 1989; DRISCOLL und BETTGER 1991; BEHRENS und PALLAUF 1992) als auch bei Zwangsernahrung (EDER und KIRCHGESSNER 1993,1994) zu Veranderungen der Lipidzusammensetzung der Erythrozytenmembran bei der Ratte fuhrt. Bei Versuchen mit zwangsernahrten Ratten zeigte sich dariiberhinaus, dai3 die Anderungen der Fettsaurezusammensetzung der Phospholipide in der Erythrozytenmembran von der Art des Diatfettes abhangig sind. Wahrend bei einem Diatfett, das groRteils aus Kokosfett bestand, im Zinkmangel eine Zunahme langkettiger (n-3) Fettsauren, insbesondere der Docosahexaensaure (22 : 6 n-3) zu beobachten war, waren die Anteile dieser Fettsauren bei Fischol als Diatfett im Zinkmangel weitgehend unverandert (EDER und IRCHGESSNER 1994). In einern weiteren Versuch sollte nun der EinfluR von Zinkmangel auf die Zusam- mensetzung der Lipide in der Erythrozytenmembran mit Leinol als Diatfett untersucht werden. Leinol war als Diatfett insofern von Interesse, als es einen sehr hohen Anteil an a- Linolensaure enthalt, der Vorstufe der im Fischol enthaltenen langkettigen (n-3) Fettsau- ren.

Neben einer veranderten Lipidzusammensetzung wurde im Zinkmangel auch wieder- holt eine verminderte Hamolyseresistenz der Erythrozytenmembran bei der Ratte beschrieben (PATERSON und BETTGER 1985, O’DELL et al. 1987, JOHANNING und O D E L L 1989; ROTH und KIRCHGESSNER 1991, 1994). In diesen Versuchen wurden als Diatfette hauptsachlich pflanzliche Ole mit einem hohem Gehalt an Linolsaure (JOHANNING und O’DELL 1989; ROTH und KIRCHGESSNER 1991, 1994) eingesetzt. In einem friiheren Versuch mit zwangsernahrten Ratten fuhrte Zinkmangel bei Verfiitterung von Diaten, deren Diat- fett grogteils aus Kokosfett oder aus Fischol bestand, zu ahnlich starker Verminderung der Harnolyseresistenz ( EDER und IRCHGESSNER 1994). In der vorliegenden Arbeit sollte untersucht werden, o b die im Leinol enthaltenen Fettsauren die im Zinkmangel auftre- tende Verminderung der Hamolyseresistanz beheben konnen.

Wie in den vorherigen Versuchen sollte wiederum die Methode der Zwangsernahrung angewendet werden, um die Nachteile herkommlicher Zinkmangelversuche zu vermeiden, insbesondere die durch Zinkmangel induzierte verminderte Futteraufnahme.

Material und Methodik

Als Versuchstiere dienten 27 mannliche SPF Sprague-Dawley-Ratten mit einer mittleren Lebendmasse von 123 k 6 g. 12 Tiere davon dienten als Kontrollgruppe, deren Diat einen

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40 K . Eder und M. Kirchgejner

Zinkgehalt von 25 mg/kg enthielt. Die Depletionsgruppe, deren Diat 0,8 mg ZinWkg ent- hielt, bestand wegen des grofleren Risikos von Ausfillen wahrend des Versuchs aus I5 Tieren. Alle Tiere wurden wahrend der gesamten Versuchsperiode mit Hilfe der von SCHULEIN et al. (1992) im Detail beschriebenen Schlundsondentechnik zwangsernahrt. Die halbsynthetische Versuchsdiat auf Caseinbasis hatte folgende Zusamrnensetzung (in g/kg): Casein 200, Maisstarke 328, Saccharose 300, Leinol80, Cellulose 30, Vitaminmischung 20, Mineralstoffmischung 40, DL-Methionin 2. Weitere Einzelheiten zur Diat wurden bereits in einer friiheren Arbeit beschrieben (EDER und KIRCHGESSNER 1993). Die Diat hatte fol- gende Fettsaurezusammensetzung (in g/100 g Fettsauren): Palmitinsaure (16 : 0) 5,3, Stea- rinsaure (18 :0) 3,7, olsaure (18: l) 19,7, Linolsaure (18 :2) 14,5, a-Linolensaure 56,8; wei- tere Fettsauren kamen nur in Spuren (< 0,1) vor.

92 g der trockenen Diatkomponenten wurden unmittelbar vor der Fiitterung mit 8 g Leinol und 60 rnl Reinstwasser (mit oder ohne zugesetztem Zinksulfat) versetzt, wenige Minuten lang bei 5OoC im Wasserbad erwarmt und anschlieflend den Tieren iiber eine Magenschlundsonde verabreicht. Die Tiere wurden vierrnal taglich (8.00, 13.00, 18.00, 23.00 Uhr) gefuttert und erhielten taglich 11,6 g Futtertrockenmasse.

Die Tiere wurden in einem vollklimatisiertern Raum bei einer Temperatur von 23OC und 60% relativer Luftfeuchte einzeln in Makrolonkafigen gehalten, deren Boden mit Plexi- glaslaufrosten ausgestattet waren. Trinkwasser (Reinstwasser, rnit 0,0140/0 NaCl, suprapur) in Nibbelflaschen stand zur freien Aufnahme zur Verfugung.

Nachdem am 9. und 10. Versuchstag bereits 2 Tiere der Depletionsgruppe ausfielen, wurden alle Tiere zu Beginn des 11. Versuchstages im AnschluB an eine Ethernarkose deka- pitiert. Das Blut wurde in heparinisierten Rohrchen aufgefangen. Die Bestimmung der Gehalte einzelner Phospholipide und deren Fettsaurezusammensetzung erfolgte wie bei EDER et al. (1992) beschrieben. Dazu wurde das Vollblut zentrifugiert, die Erythrozyten mehrfach rnit physiologischer Kochsalzlosung gewaschen und hamolysiert. Die Erythrozy- tenrnembranen wurden mit Tris-Puffer gewaschen und anschlieflend deren Lipide mit Iso- propanol extrahiert (zur Extraktion siehe EDER et al. 1993). Die Phospholipide des Extrak- tes wurden rnit Hilfe der High Performance Liquid-Chromatography (HPLC, Fa. Merck- Hitachi) getrennt, mit einem Fraktionensammler gesarnrnelt und anschliegend mit Bortri- fluorid-Methanol-Reagens methyliert (MORRISON and SMITH 1964). Die Fettsauremethyl- ester (FAMEs) wurden gaschromatographisch rnit Heptadecansauremethylester als inter- nem Standard bestirnt. Dazu wurde ein Gaschromatograph der Fa. Siemens (Model1 Sich- rornat 2-8, Karlsruhe) rnit temperaturprograrnrnierbarern Verdarnpfer (PTV) und Flammen- ionisationsdetektor (FID) verwendet. Die Trennung der FAMEs erfolgte auf einer 50 m langen CP-Sil 88 Trennsaule der Fa. Chrompadc (Middleburg, Niederlande). Die Aufbrin- gung dcr Probe erfolgte iiber Split-Injektion, Split-Verhaltnis 1 : 2. Naheres zur Fettsaure- analytik ist bei EDER et al. (1991) beschrieben. Die Mengen der einzelnen Phospholipide in den Erythrozytenmembranen wurden aus der Sumrne der Fettsauren und den mittleren Molekularmassen errechnet. Zur Bestimmung der Fettsaurezusammensetzung der Diat wurde 5 g fertiger Futterbrei mit 100 ml Chloroform/Methanol-Gernisch (2 : 1, v/v) ver- setzt. Ein Aliquot der organischen Phase wurde entnommen, die Lipide ebenfalls methy- liert und die FAMEs wiederum gaschromatographisch bestimmt.

Die Gehalte an Cholesterin in den Erythrozytenmembranen wurden mit Hilfe einer Modifikation der Methode von DE HOFF eta]. (1978) bestimmt. Dabei wurde ein Aliquot des Lipidextraktes (mit 25 bis 50 pg Cholesterin) in ein 1,5 ml Eppendorf-Reaktionsgefafl pipettiert und das Losungsmittel unter Vakuum abgedampft. Die Lipide wurden dann in 20 pl eines Tri- ton X-lOO/Chloroform-Gemisches (1 : 1, V/V) suspendiert und das Losungsrnittel erneut abge- dampfi. Dann wurde 1 ml eines kauflichen Cholesterin-Test-Reagens (Boehringer, Mannheim) zugegeben und die Konzentration an Cholesterin kolorimetrisch bestimmt.

Die Bestimmung der in vitro-Harnolyseresistenz erfolgte in Anlehnung an die Methode von ODELL et al. (1987). Dazu wurden Aliquote des Vollblutes in unterschiedlich konzen-

Zinkdepletion und Lipidzusammenselzung bei Ratten 41

trierten Kochsalzlosungen inkubiert. Nach der Inkubation wurden diese Ansatze zentrifu- giert und die Absorption der Uberstande zur Ermittlung der Hamoglobinfreisetzung wah- rend der Inkubation bei 540 nm gemessen.

Zinkkonzentrationen des Plasmas wurden flammenphotometrisch mit einem Atom- Absorptions-Spektrometer (Model 303, Perkin-Elmer, Uberlingen) gemessen und die Akti- vitat der alkalischen Phosphatase im Plasma an einem Autoanalyser (Hitachi, Modell 704) mit Hilfe eines kauflichen Testreagens (Boehringer, Mannheim).

Die statistische Auswertung der Daten erfolgte mit Hilfe der einfachen Varianzanalyse. Die Ergebnisse sind als Mittelwerte und Standardabweichungen der Einzelwerte darge- stellt. Statistisch signifikante unterschiedliche Mittelwerte sind durch unterschiedliche Hochbuchstaben gekennzeichnet.

Ergebnisse

Die Gewichtsentwicklung der Ratten sowie Zinkkonzentration und Aktivitat der alkali- schen Phosphatase im Plasma sind in Tabelle 1 zusammengefagt. Innerhalb der ersten 8 Versuchstage war die Gewichtsentwicklung zwischen Kontroll- und Depletionstieren identisch. Ab dem 8. Versuchstag verlangsamte sich die Gewichtsentwicklung bei den Depletionstieren und ab dem 9. Versuchstag trat ein Gewichtsstillstand bei den Deple- tionstieren auf, wahrend die Kontrolltiere kontinuierlich an Gewicht zunahmen. Der Zink- gehalt im Plasma war bei den Depletionstieren urn 71% und die Aktivitat der alkalischen Phosphatase um 59% erniedrigt.

Tabelk I . Gewichtsentwicklung sowie Zinkgehalt und Aktivitat der alkalischen Phosphatase im Plasma von Kontroll- und Depletionstieren am 11. Tag

(Table 1. Weight gain, zinc concentrations and activity of alkaline phosphatase in plasma of control and depletion animals of day 11)

Parameter Zinkversorgung

Gewicht (9) Tag 1 Tag 5 Tag 6 Tag 7 Tag 8 Tag 9 Tag 10 Tag 1 1

Zinkgehalt (pg/ml) Alkalische Phosphatase (U/I)

122,5 f 6,7 140,9 * 6,7 144,7 f 7.1 148,3 f 7,2 154,4 f 7,2 159,6 f 6 ,P 164,3 f 6,3a 169,5 f 6,6'

123,2 * 5,6 140,6 f 4 , l 143.9 f 4,O 147,3 f 4.3 152,l f 4,7 154,4 f 4,3b 153,O f 5,6b 152,O f 6,6b

1,OO * 0,13' 0,29 f 0,04b 397 f 7 1 1 163 + 4 8 b

I

Die Konzentrationen von Phospholipiden und Cholesterin in der Erythrozytenmem- bran sind in Tabelle 2 dargestellt. Kontrolltiere und Depletionstiere hatten gleiche Kon- zentrationen an Gesamtphospholipiden, einzelnen Phospholipidklassen und Cholesterin in der Erythrozytenmembran. Ebenso unterschieden sich die prozentualen Anteile der einzelnen Phospholipide und die fur Membranfluiditat bedeutsamen Verhaltnisse aus Phospholipiden und Cholesterin sowie aus Phosphatidylcholin (PC) und Sphingomyelin (SM) der Depletionstiere nicht signifikant von denen der Kontrolltiere.

42 K . Eder und M . KirchgeJner

TubrZZe 2. Phospholipid- und Cholesterinkonzentrationen der Erythrozytenmembranen von

Kontroll- und Deplctionstieren (in pg/g gepackte Erythrozyten) (Tublc 2. Concentrations of phospholipids and cholesterol in erythrocyte membranes of control and

depletion animals (in pg/g packed erythrocytes)

Parameter Zinkversorgung

Kontrolle Depletion (25 mg/kg) ( 0 3 mg/kg)

Gesamtphospholipide 2284 f 178 2212 f 2 8 8

Davon PC 1133 f 115 (49,5%) 1095 f 161 (49,4%) PE (Diacyl) 353 f 38 (15,4%) 341 f 48 (15,4%) PE (Plasmalogen) 346 f 27 (15,2%) 336 k 47(15,2%) PS 202 f 40 (8,9%) 174 f 45 (7.9%) SM 251 f 46 (11,0%) 267 f 36 (12,2010)

Cholesterin 1116 f 108 1041 f 144

Phospholipide/Cholesterin 2,05 f 0,12 2,14 f 0,20 P U S M 4,61 f 0.78 4,13 k 0,59

Die Anteile der gesattigten Fettsauren und der Monoenfettsauren an den gesamten Fett- sauren der Phospholipide der Erythrozytenmembran sind in Tabelle 3 zusammengestellt. Insgesamt hatte Zinkdepletion nur einen geringen EinfluB auf die Anteile dieser Fettsau- ren. Beim PC waren bei Zinkdepletion die Anteile von Palmitin- (16 : 0) und Stearinsaure (18 : 0) sowie die Summe der gesattigten Fettsauren erhoht, wahrend bei den einfach unge- sattigten Fettsauren keine Unterschiede auftraten. Beim Diacyl-Phosphatidylethanolamin (PE) waren bei Zinkdepletion lediglich die Anteile der Olsaure (18 : l), der Eicosamonoen- saure (20 : 1) sowie der gesamten Monoenfettsauren erhoht, beim Plasmalogen-PE war der Anteil der Palmitinsaure (16 :0) vermindert. Beim Phosphatidylserin (PS) trat als einzige Anderung bei Zinkdepletion eine Erhohung der Eicosamonoensaure (20 : 1) auf, beim SM war der Anteil der Arachidinsaure (20 : 0) erhoht und der Eicosamonoensaure (20 : 1) ver- mindert.

Die Anteile der mehrfach ungesattigten Fettsauren an den gesamten Fettsauren der Phospholipide der Erythrozytenmembran sind in Tabelle 4 dargestellt. Beim PC waren bei Zinkdepletion die Anteile von Linolsaure (18 :2) sowie der gesamten (n-6) Fettsauren vermindert, wahrend die Anteile der Eicosapentaensaure (20: 5) und der gesamten (n-3) Fettsauren erhoht waren. Diacyl PE von Depletionstieren hatte hohere Anteile an Eicosa- diensaure (20 : 2) und Docosatetraensaure (22 : 4), aber niedrigere Anteile der a-Linolsaure (18 : 3 n-3). Beim Plasmalogen PE waren bei Zinkdepletion die Anteile der Arachidonsaure (20: 4) und der gesamten (n-6) Fettsauren erhoht, wahrend der Anteil der Eicosatriensaure (20: 3 n-3) vermindert war. PS der Zinkmangeltiere hatte erhohte Anteile an Docosate- traensaure (22 : 4), aber verminderte Anteile der (n-3) Fettsauren a-Linolensaure (18 : 3 n-3) und Docosapentaensaure (22 : 5 n-3) sowie der gesamten (n-3) Fettsauren. Beim SM waren bei Zinkdepletion die Anteile an Linolsaure (18 :2), a-Linolensaure (18 : 3 n-3) sowie der gesamten (n-3) Fettsauren vermindert.

Die Ergebnisse der in-vifro Hamolyseresistenz der Erythrozyten sind in Tabelle 5 darge- stellt. Erythrozyten von Depletionsratten zeigten bei Inkubation in hypoosmolaren Koch- salzlosungen eine erhohte Hamolyse. Dies war statistisch bei Kochsalzkonzentrationen von 0,30 bis 0,360/0 abzusichern.

Zinkdepletion und Lipidzusammensetzung bei Rarten 43

Tabelle 3. Anteil der gesattigten Fettsauren und der Monoenfettsauren an den Fettsauren der Phospholipide der Erythrozytenmembran (in mol%) bei Kontrolltieren (K) und

Depletionstieren (D) (Eble 3. Proportions of saturated and monounsaturated fatty acids on total fatty acids of individual

phospholipids in erythrocyte membranes (mol 010) of control (K) and depletion (D) animals)

Phospholipid ~ ~

Fettsaure Behandlung PC PE (Diacyl) PE (Plasmalogcn) PS SM

Gesattigte Fettsauren

14:O K 0,45 f 0,13 0,46 f 0,11 D 0,43 f 0,09 0,49 f 0,18

16:O K 46,59 f 1,14b 17.28 f 1,25 D 47,62 f 1.23’ 16.74 f 1.23

18:O K 11,27 f 0,70b 9.06 f 0,88 D 12,45 f 0,69’ 8,74 f 0.75

20 :o K 0,08 f 0,02 0,12 f 0,03 D 0,06 f 0,02 0,12 f 0,03

22 :o K 0,lO f 0,OZ 0,20 f 0,05 D 0,09 f 0,Ol 0,20 f 0,03

24:O K 0,07 f 0,02 0.17 f 0,05 D 0,07 f 0,02 0.16 f 0.07

Summe K 58,57 f 1,05” 27,28 f 1.55 D 60,74 f l , lZb 26,45 f 1,80

Monoenfettsauren

16 : l K 1.02 f 0,22 1.01 f 0,14 D 1,08 f 0,23 1,05 f 0,20

1 8 : l K 11,72 f 0,98 19,66 f 1,06’ D 11,18 f 1,12 21,06 f l,OOb

20 : 1 K 0,14 f 0,03 0,24 f 0,04’ D 0,15 f 0,04 0,31 f 0,09b

2 2 : l K D

24 : 1 K 0,03 f 0,Ol - D 0,04 f 0,Ol -

Summe K 12,91 f 1,15 20,91 f 1,19a D 12,43 f 1,28 22,41 f 0,83b

- - - -

* Fettsaure nur in Spuren vorhanden

0,65 f 0,14 0,66 f 0,38 6,64 f 1,67b 5,33 f 0.67“ 2.90 f 0,85 2,44 f 0.66

* - -

0,15 f 0,04 0,24 f 0,17 0.20 f 0.08 0,28 f 0.15

10,54 f 2.32 8,96 f 1,70

0.52 f 0,18 0,58 f 0,23 3,39 f 0,58 3,lO f 0,37

- - - - - -

3,92 f 0,85 3,57 f 0,59

- -

6,93 f 2 , l l 6,62 f 1,90

24.79 t 1.34 25,62 f 0,77

0,37 f 0,12 0,41 f 0,15 0,49 f 0,12 0,50 f 0,15 0.47 f 0,11 0,41 f 0,15

32,57 f 2,67 33,15 f 2,12

0,46 f 0,16 0,56 f 0,12 7,51 f 1.42 8,Ol f 1,00 0,20 f 0,08‘ 0,36 f 0,16b

- - - -

8,17 f 1,55 9,02 f 1,15

1,62 f 0,90 1,34 f 0,48 9,91 f 3,13 9.96 f 3,71 4,16 f 1,59 5,OO f 1,77 0,69 f 0,16” 0,98 f 0,25b 7,71 f 0,68 8,11 f 0,92

33.61 f 5.21 32,90 f 5.35 57,69 f 2,67 58,28 f 2.65

0,76 f 0,23 0,66 f 0,22 4,20 f 2,12 4,06 f 2,59 0,77 f 0,35b 0,38 f 0,2P 0,42 f 0,22 0,44 f 0,05

19.98 f 2,53 20,16 f 2,50 26,13 f 2,42 25,71 f 2,17

Diskussion

Die vorliegende Arbeit verfolgte das Ziel, den EinfluB von Zinkdepletion auf die Lipid- zusammensetzung und die Hamolyseresistenz von Erythrozytenmembranen bei der Ratte mit Leinol als Diatfett zu untersuchen.

Zinkdepletion beeinflugte in der vorliegenden Arbeit die Konzentrationen der Phos- pholipide in der Erythrozytenmembran nicht. Diese Befunde stehen in Einklang mit den Ergebnissen der Untersuchungen Von JOHANNING und O D E L L (1989), DRISCOLL und BETT- G E R (1991) und BEHRENS und PALLAUF (1992), bei denen Ratten die Zinkmangeldiat ad-libi- tum verzehrten. Andererseits stehen die Befunde der vorliegenden Arbeit im Widerspruch zu denen friiherer Arbeiten, in denen Ratten eine Diat ebenfalls mit Hilfe der Zwangs- ernahrung verabreicht wurde (EDER und KIRCHGESSNER 1993, 1994). Dieser Unterschied zu den letztgenannten Arbeiten konnte durch das verwendete Diatfett erklart werden, das in den friiheren Arbeiten grogteils aus Kokosfett (EDER und KIRCHGESSNER 1993) bzw. aus Fischol bestand (EDER und KIRCHGESSNER 1994).

44 K. Eder und M. Kirchgejlner

Ebelle 4. Anteil der mehrfach ungesattigten Fettsauren an den Fettsauren der Phospholipidc der Erythrozytenmembran (in mol%) bei Kontrolltieren (K) und Depletionstieren (D)

(Table 4. Proportions o f polyunsaturated fatty acids on total fatty acids of individual phospholipids in erythrocyte membranes (mol O h ) of control (K) and depletion (D) animals)

Phospholipid

Fettsfure Behandlung PC PE (Diacyl) PE (Plasmalogen) PS SM

(n-6) 1 8 : 2

18:3

20:2

20 :3

20:4

22 :4

22 :5

24:2

Summe

(n-3) 18 :3

20 :3

2 0 : s

22 :5

22 :6

Summe

K D K D K D K D K D K D K D K D K D

K D K D K D K D K D K D

13,48 f 0,8Ib 11,17 f 1,19a 0,06 f 0,02 0,06 k 0,02 0,39 f 0,06 0,43 f 0,07 0 5 8 f 0,05 0,50 f 0,07 6,Ol f 0,48 5,99 f 0,78 0,lO f 0,02 0,13 f 0.07 0.09 f 0,02 0,lO f 0,04 -

- 20,71 t 0,93b 18,37 f 1,471

1,81 f 0,18 1,84 f 0,17 0.19 f 0,03 0.18 f 0,02 2,98 f 0,271 3,84 f 0,50b 1,13 f 0,16b 0,87 f O,lOa 1,69 f 0.21 1,71 k 0,20 7,81 f 0,30' 8,45 k 0,53b

8,56 f 0,72 8,29 f 0.78

i - -

0,70 f 0,09' 0,83 f 0,13b 0,65 f 0,07 0,69 f 0,09

25.43 zk 1,04 25,78 f 1,07

0,84 f 0,1la 1,03 f 0,14b 0,46 f 0,lO 0,48 f 0,08

- -

36,64 f 1,OO 37,lO f 1.37

2,96 f 0,34b 2,39 f 0,2S

- -

3,85 f 0,58 3 5 5 f 0,25 4,11 f 0,27 3,95 f 0,41 4,24 f 0,34 4,16 f 0,21

15,16 f 0,78' 14.04 f 0,70b

1,45 f 0.08 1,42 f 0,17

- -

0,20 f 0,04 0,30 f 0,15 0,24 f 0,03 0,30 f 0,09

41,Ol f 1,64" 42,68 k 1,66b

5,47 f 0,62 5,94 f 0,54 1,52 f 0,09" 1,66 f O,llb

- -

49,89 f 1,34' 52,29 f 1,63b

3,86 f 0,57 4.08 f 0,76

- -

0,31 k 0,09 0,37 f 0,14 0,54 f 0,09 0,62 f 0,lO

3 9 3 7 f 3.19 38.70 f 2,31

0.67 k 0,2la 0,84 f 0,17b 1,15 f 0,17 1,12 f 0,21

- -

46,lO f 3,02 45,61 f 2,60

0,50 f 0,22 0,44 f 0,12 0.50 f 0,23b 0,28 f 0.25' 5.30 + 0,88 5,44 f 0,52

19,57 f 0,98 19,20 f 1,83 9,78 f 0,90 9,72 f 0,99

35,65 f 1.76 35,09 f 1.92

0,76 f 0,37b 0,44 f 0,15' 0,30 f 0,lO 0,42 f 0.22 3.22 f 0,85 3,OO f 0,32 2,83 f 0,30b 2,57 f 0,30a 5,58 f 0,64 5,37 f 0,33

13,16 f l,lOb 12,21 f 0.57"

0.77 f O,lBb 0,38 f 0,271

- - - - - -

3,91 f 0,74 3,74 f 0,62 -

- - -

10,41 f 1,39 10,58 f 0,81 15,09 f 1,08 15,41 f 0,86

0,51 f 0,26b 0,22 f 0,09" -

- - -

0 , 5 8 f 0,33 0,38 f 0,12 -

- 1,09 * 0,5Sb 0,61 f 0.17

* Fettsaure nur in Spuren vorhanden

Analog zu friiheren Arbeiten (JOHANNING und O'DELL 1989, DRISCOLL und BETTGER 1991, BEHRENS und PALLAUF 1992, EDER und KIRCHGESSNER 1993) war die Konzentration an Cho- lesterin und das Verhaltnis zwischen Phospholipiden und Cholesterin in der Erythrozy- tenmernbran unverandert. Das Verhaltnis zwischen PC und SM war ebenfalls nicht stati- stisch signifikant verandert, aber wie in friiheren Arbeiten rnit Zwangsernahrung (EDER und KIRCHGESSNER 1993, 1994) oder ad-libitum Fiitterung (DRISCOLL und BETTGER 1991) bei den Zinkmangeltieren nominal etwas vermindert. Trotzdern diirfte sich aus den Konzentrationen an Phospholipiden, der prozentualen Verteilung der Phospholipide und der Konzentration von Cholesterin keine veranderte Membranfluiditat irn Zink- mange1 ableiten lassen. Derngegeniiber konnten JAY et al. (1987) rnit Hilfe der ESR- Spektroskopie irn Zinkmangel eine erhohte Fluiditat der Erythrozytenrnembran bei der Ratte rnessen.

Zinkdepletion und Lipidzurammenretzung bei Ratten 45

Tabrile 5. In-vitroHamolyse der Erythrozyten yon Kontroll- und Dcpletionstieren bei Inkubation in

unterschicdlich konzentrierten Kochsalzlosungen

(Table 5. In vitro hemolysis of erythrocytes of control and depletion animals a t incubation in

sodium chloride solutions with different concentrations)

Hamolysierte Erythrozyten (010)

0,28 9 0 f 13 1 0 0 k 16 0,30 81 k 13’ 95 + 1tIb 0,32 65 k 12’ 79 * 13b 0,34 51 f 20” 72 k 19b 0,36 32 f 18“ 53 f 27b 0,38 21 k 19 31 + 2 3

Die Fettsaurezusarnrnensetzung der Phospholipide in der Erythrozytenmern- bran war unabhangig von der Zinkversor- gung als Folge der Verfiitterung der leinol- haltigen Diat durch erhohte Anteile der (n-3) Fettsauren gekennzeichnet. Die An- teile der (n-3) Fettsauren in den Phospholi- piden der Erythrozytenmembran waren zwei- bis dreirnal so hoch wie bei Verfutte- rung einer Diat mit geringem Anteil an (n-3) Fettsauren (vgl. EDER und KIRCHGESS- NER 1993). Daruberhinaus waren die An- teile der (n-6) Fettsauren vermindert. Die Verschiebung zwischen (n-3) und (n-6) Fett- sauren bei Verfiitterung (n-3) haltiger Ole in der Erythrozytenmembran und anderen Geweben ist Folge einer Kompetition zwi- schen (n-6) und (n-3) Fettsauren beim Ein- bau in Lipide (POPP-SNIJDERS et al. 1984, 1986; CARTWRIGHT et al. 1985; GIBSON et al. 1992). Lediglich im Sphingomyelin fand

keine Anreicherung von (n-3) Fettsauren statt. Dieser Befund steht irn Einklang mit ande- ren Arbeiten, die zeigten, da13 die Fettsaurezusammensetzung von Sphingomyelin nicht nennenswert durch das Diatfett beeinflugt wird (POPP-SNIJDERS et al. 1984, EDER und KIRCHGESSNER 1994).

Analog zu friiheren Arbeiten (JOHANNING und O’DELL 1989, DRISCOLL und BETTER 1991, BEHRENS und PALLAUF 1992, EDER und KIRCHGESSNER 1993, 1994) fiihrte auch in dieser Untersuchung Zinkmangel zu Veranderungen der Fettsaurezusamrnensetzung der einzel- nen Erythrozytenmembranphospholipide. Wie in den friiheren Untersuchungen, in denen Zinkmangelratten zwangsernahrt wurden (EDER und IRCHGESSNER 1993, 1994), fanden sich die starksten Veranderungen im PC. Dabei waren im PC, wie in den Untersu- chungen von EDER und KIRCHGESSNER (1993, 1994), die Anteile der gesattigten Fettsauren, insbesondere der Stearinsaure (18 : 0) und der langkettigen (n-3) Fettsauren erhoht, wah- rend der Anteil der Linolsaure sowie der gesarnten (n-6) Fettsauren vermindert waren. Diese Anderungen scheinen somit unabhangig von der Art des Diatfettes fur Zinkmangel bei der Ratte charakteristisch zu sein.

Demgegeniiber entsprachen die Anderungen der Fettsaurezusarnrnensetzung der wei- teren Phospholipide weniger stark denen, die bei Verwendung anderer Diatfett beobachtet wurden. Bei diesen Phospholipiden diirften die Effekte der Zinkdepletion deshalb von der Art des Diatfettes abhangen. Beispielsweise waren bei Kokosfett als Diatfett die Anteile der gesamten (n-3) Fettsauren im PS sowie im Diacyl und Plasmalogen PE erhoht (EDER und KIRCHGESSNER 1993), wahrend die Anteile der (n-3) Fettsauren bei Einsatz von Fischol (EDER und KIRCHGESSNER 1994) oder Leinol in diesen Phospholipiden entweder tendenzi- ell oder sogar statistisch signifikant verrnindert waren.

Der EinfluR von Zinkdepletion auf die Anteile der (n-3) Fettsauren war fur die einzel- nen Phospholipide uneinheitlich. Aus diesen Befunden kann somit nicht auf einen kon- kreten Zusarnrnenhang zwischen Zinkdepletion und Inkorporierung von (n-3) Fettsauren in die Phospholipide der Erythrozytenmernbran geschlossen werden. Analog war auch in der friiheren Untersuchung rnit Fischol als Diatfett (EDER und KIRCHCESSNER 1994) der Effekt von Zinkmangel auf die Anteile der (n-3) Fettsauren in den einzelnen Phospholipi- den unterschiedlich. Im Gegensatz dazu scheint Zinkdepletion bei einer Diat, die arm an (n-3) Fettsauren ist, zu einer Anreicherung von (n-3) Fettsauren in allen Phospholipiden

46 K. Eder und M. KircbgeJner

mit Ausnahme des SM in der Erythrozytenmernbran zu fuhren UOHANNING und O'DELL 1989, DRISCOLL und BETTCER 1991, BEHRENS und PALLAUF 1992, EDER und KIRCHGESSNER 1993, 1994).

Die vorliegende Untersuchung zeigte dariiberhinaus, dai3 Zinkdepletion auch bei Lein- 61 als Diatfett bei der Ratte zu einer verminderten in-vitro Hamolyseresistenz der Erythro- zyten bei Inkubation in hypoosmolaren Kochsalzlosungen fiihrt. Die gemessenen Hamo- lysewerte bei Inkubation der Erythrozyten in einer 0,36%igen Kochsalzlosung entspra- chen dabei etwa den Werten, die bereits bei zwangsernahrten Zinkdepletionsratten gemes- sen wurden, denen Kokosfett, Fischol (EDER und KIRCHGESSNER 1994) oder Sonnenblu- menol (ROTH und IRCHGESSNER 1994) als Diatfett verabreicht wurde. Aus diesen Befun- den kann geschlossen werden, daB die bei Zinkdepletion verminderte Hamolyseresistenz weder durch einen hohen Anteil an gesattigten Fettsauren in der Diat, noch durch einen hohen Anteil an (n-3) oder (n-6) Fettsauren verbessert werden kann. ROTH und KIRCHGESS- NER (1 992) zeigten, daB verschiedene ungesattigte Fettsauren die im Linolsaurernangel ver- minderte Hamolyseresistenz bei der Ratte beheben konnen. Die im Zinkmangel vermin- derte Hamolyseresistenz ist somit im Gegensatz d a m unabhangig von der Art des Diatfet- tes.

Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit wurde der EinfluB von Zinkdepletion auf die Lipidzusammenset- zung der Erythrozytenmembran und die in-vitro Hamolyseresistenz der Erythrozyten bei zwangsernahrten Ratten mit Leinol als Diatfett untersucht. Mannliche Sprague-Dawley Ratten erhielten eine halbsynthetische Diat mit 25 mg Zn/kg bzw. 0,8 mg Zn/kg. Innerhalb von 10 Tagen wurde ein starker Zinkrnangel erzeugt, der sich in einer urn 71% verminderten Kon- zentration von Zink und einer urn 5 9 % verminderten Aktivitat der alkalischen Phosphatase im Plasma augerte. Zinkdepletion mit Leino1 als Diatfett fuhrte zu keiner Anderung der Konzentra- tionen der Phospholipide und des Cholesterins in der Erythrozytenmembran. Im Gegensatz dazu traten bei Zinkdepletion verschiedene Anderungen der Fettsaurezusammensetzung der Phospholipide in der Erythrozytenmembran auf, die fur die einzelnen Phospholipide unter- schiedlich ausgepragt waren. Die starksten Anderungen der Fettsaurezusammensetzung traten beim Phosphatidylcholin auf, wobei im Zinkmangel die Anteile der Palmitinsaure (16:0), der Stearinsaure (18 :0) und der Eicosapentaensaure (20 :5) erhoht waren und die Anteile der Linol- saure (18 : 2) und der Docosapentaensaure (22 : 5 n-3) vermindert waren. Die Summenanteile der n-3 Fettsauren waren bei Zinkdepletion beim Phosphatidylcholin erhoht, beim Plasmalogen- Phosphatidylethanolamin unverandert und beim Diacyl-Phosphatidylethanolamin, beim Phos- phatidylserin und beim Sphingomyelin vermindert. Zinkdepletion fuhrte auch zu einer vermin- derten in-vitro Hamolyseresistenz der Erythrozyten bei Inkubation in hypoosmolaren Kochsalz- losungen. Die Arbeit zeigt in Verbindung mit fruheren Arbeiten, daB beim Phosphatidylcholin unabhangig von der Art des Diatfettes charakteristische Veranderungen der Fettsaurezusammen- setzung auftreten, wahrend die Anderungen der Fettsaurezusammensetzung der anderen Phos- pholipidklassen von der Art des Diatfettes abhangig sind. Die Arbeit deutet aui3erdem in Ver- bindung mit friiheren Arbeiten darauf hin, daB die im Zinkmangel verminderte Hamolyseresi- stenz der Erythrozyten unabhangig von der Art des Diatfettes ist.

Summary Zinc depletion and the lipid composition of the erythrocyte membrane of rats force-fed a diet

containing linseed oil The present study investigated the effect of zinc depletion on lipid composition of the erythro- cyte membrane and on in-vitro fragility of erythrocytes in rats force-fed a diet containing linseed oil. Male Sprague-Dawley rats were force-fed a semisynthetic diet containing either 25 mg Zn/kg or 0.8 mg Zn/kg. Within 10 days, a severe zinc deficiency was induced which has been proved by lowered plasma zinc concentration (by 71 010) and lowered activity of alkaline phosphatase in plasma (by 59%). Zinc depletion in rats fed linseed oil diet did not change concentrations of phospholipids and cholesterol in the erythrocyte membrane. In contrast, zinc depletion caused changes of the fatty acid composition of erythrocyte membrane phospholipids which were dif-

Zinkdeplelion und Lipidzurammenretzung bei Ratten 47

ferent for the individual phospholipd classes. Most pronounced changes were observed in phosphatidylcholine. In phosphatidylcholine, zinc depletion caused elevated percentages o f palmitic acid (16 : 0), stearic acid (18 : 0) and eicosapentaenoic acid (20 : 5) but lowered percentages o f linoleic acid (18 : 2) and docosapentaenoic acid (22 : 5 n-3). Total percenta- ges o f n-3 fatty acids were elevated in phosphatidylcholine o f zinc depleted rats, unchan- ged in plasmalogen phosphatidylethanolamine, and lowered i n diacyl phosphatidyletha- nolamine, phosphatidylserine and sphingomyelin. Zinc depletion also elevated in-vitro fra- gility of erythrocytes incubated with hypoosmotic sodium chloride solutions. The present study in connection with former studies shows that zinc depletion causes characteristic changes of phosphatidylcholine fatty acid composition whereas changes of fatty acid composition of other phospholipd classes are depending on the dietary fat. The present study in connection with for- mer studies also indicates that the increased fragility of erythrocytes in zinc depleted rats is inde- pendent of the dietary fat.

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Anscbrtft der Autoren: K. EDER, M. KIRCHGESSNER, Institut fur Ernahrungsphysiologie der TU Miinchen, D-85350 Freising-Weihenstephan, Bundesrepublik Deutsch- land

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