Aus dem Rega-Institute for Medical Research in Leuven (Belgien).

Die Membranverdauung der Starke. 3. Mitt. Der EinfluS von alimentaren Komponenten des Chymus

auf die Membranverdauung der Starkel

P. DE LAEY

DK 612.396.111:612.332 St&ke, Darmverdauung EinfluD von Nahrungsbestandteilen

Es wurde der EinfluD von Zucker, Fettsauren und Proteinen auf die Intensitat der Verdauung von Starke bei weif3en Ratten bestimmt. Bei Gegenwart von Glucose einer Konzentration von 5 % (g/v) wird die Verdauung ,,in vivo" teilweise gehemmt. Die Aktivitat der Amylase der Darmflache indert sich nicht. Maltose von 10% hemmt in gleicher Ar t die ,,in vitro"- und ,,in vivo"-Verdauung, wiihrend die Gegenwart von Lactose und Saccharose (10%) die Verdauung der Starke ,,in vivo" signifikant ernied- rigt. Die pathologischen Fragen dieser Befunde werden diskutiert. Olein- und Stearin- saure in Konzentrationen von 5 % vergroDern die ,,in vitro"-Verdauung; hierbei nicht auf die Membranverdauung einwirkend. Bei Gluten (es ist ein Unterschied von 0 , 1 5 O / O

zwischen Weizenmehl und glutenfrei gewaschenern Weizenmehl) beobachtet man eine signifikante Hemmung der ,,in vivo"- und ,,in vitro"-Starkeverdauung. Casein und Milch vermindern nur die Membranverdauung. Auf Grund der gewonnenen Resultate hangt die Starkeverdauung zum Zustand der Darmflache, so vom Vorliegen von alimen- taren Stoffen im Darmchymus ab.

DaB alimentare Komponenten einander bei der Resorption beeinflussen, ist verschiedentlich und wiederholt beschrieben worden. Das kompetitive Ver- halten der Zucker (FISCHER [I], CRANE [z], JORGENSEN [3,4]) sowie von Amino- sauren bei ihrer Resorption (WISEMAN [5 ] , NATHANS u. a. [6] , HAGIHIRA u. a. [7], FINCH u. a. [8], OXENDER [9], CHRISTENSEN [IO]). ist eindeutig bewiesen.

Der EinfluW von Cholsaure (PARKINSON [II]) bzw. von Elektrolyten (CRANE [IZ -141 )auf die Zucker-Resorption ist ebenfalls sichergestellt. Schwankungen in der Lipase-Aktivitat werden nicht allein nach der Adaptation der enzyma- tischen Aktivitat des Pankreassaftes an die Nahrung beobachtet (REROUD u. a. [IS]), sondern sie entstehen auch durch eine veranderte enzymatische Kinetik infolge Variationen der Adsorptions-Eigenschaften des heterogenen Systems

Es ist zu erwarten, dal3 der Verdauungsmechanismus der Amylase ebenfalls eine Funktion der Beschaffenheit des Chymus ist ; denn die Gegenwart der ali- mentaren Stoffe im Lumen durfte auf die Reaktionskinetik der Amylase Ein- flu0 nehmen. So konnte durch die Zweigestaltigkeit der Membranverdauung -

(BENZONAN.4 U . a. [16]).

* L. Mitt. Nahrung TO, 649 (1966).

656 DE LAEY

-

Perf usions- zeit

infolge der Besetzung der aktiven Adsorptionsorte auf der Membran durch ali- mentare Produkte - diese Art der Verdauung herabgesetzt sein.

Anhand vorliegender Versuche haben wir die intestinale Starkeverdauung bei Ratten in Gegenwart verschiedener Nahrungskomponenten bestimmt, nam- lich von Glucose, Disacchariden, Fettsauren und Proteinen.

_____- - -

in vivo-Aktivitat in mg in vitro-Aktivitat in mg hydrolysierte Starke/ml/min hydrolysierte St&rke/ml/min

+ 5%ige 1 Kontroll- Glucose tiere Glucose tiere

+ 5%ige I Kontroll-

Methoden und Ergebnisse

in vivo-Aktivitat in mg Perf usions- hydrolysierte Starke/ml/min

I p zeit + 10% Kontroll- I Maltose 1 tiere . .__-

Die Perfusionstechnik und die Bestimmung der luminalen und der totalen Starkeverdauung entsprechen den Angaben der I. Mitt2.

in vitro-Aktivitat in nig hydrolysierte Starke/ml/min

+ 10% I Kontroll- Maltose tiere

I . Der EinfluP von Zuckern. auf die Starkeverdauung

Glucose. Die gleichzeitige Perfusion einer opgy0igen Starkelosung in Ringer- Puffer in Gegenwart von Glucose verschiedener Konzentrationen erfolgte bei 20 mannlichen Ratten (Wistarzucht) im Gewicht von IOO bis 150 g. Losungen mit 0,15, 0,5 und 1% Glucose lassen einen Einflul3 auf die ,,in vivo"- und ,,in vitro'l-Verdauung der Starke nicht erkennen.

Gleichzeitige Perfusionen mit 5yoiger Glucoselosung und der 0~5y~igenStarke- losung erniedrigen die ,,in vivo"-Starkeverdauung, wohingegen die in vitro- Amylase-Aktivitiit nicht abgeschwacht ist (Tab. I).

Tabel le 2

EinfluD der Maltose auf die Starkeverdauung; Losungen von 10% Maltose und 0,15% Stlrke; Perfusion im proximalen Dunndarm von Wistarratten.

I. X t t . Nahrung 10 (1966).

Membranverdauung der Starke 111. 657

in vivo-Aktivitat in rng

Lactose tiere l p + 10% Kontroll- Pcrfusions- hydrolysierte Starke/ml/rnin

zeit

in vitro-Aktivitat in mg hydrolysierte Starkc/rnl/rnin

+ 10% 1 Kontroll- Lactosc , tiere

2 min ! 1.07 0.1

0.5 10 min 0,22

Bei diesen Versuchen sind die Gehalte an freigesetzter Glucose und Galaktose in der Perfusatfliissigkeit bestimmt worden. Die Glucosebestimmung erfolgt rnit Glucoseoxydase (Boehringer), die der Galaktose mit Galaktoseoxydase (Wortington). Der Lactoserest des Perfusats wird aus der Differenz des Glucose- gehaltes des Perfusats vor und nach Inkubation (15 min bei 37 "C) mit Laktase (I mg/ml)3 nach der Methode von DAHLQVIST [17] ermittelt. Abb. I zeigt den Gehalt an Lactose, Glucose und Galaktose im Perfusat als Funktion der Per- fusionsdauer. In den ersten 2 min werden 60% der Lactose resorbiert ; der Glucose- und Galaktosegehalt des Perfusats steigt nur um einen Betrag an, der 5% des anfanglichen Lactosegehalts ausmacht.

.\bb. I. Der Lactose-, Glucosc- und Galaktose-Gehalt im Per- fusat vahrend einer Diinndarrnperfusion mit Io%iger Lactose

und o,rg:/,iger Starke-Losung in Ringer-Puffer. Obere weiDe Flache: Lactoserest;

gestrichelte Flache : Glucose- und Galaktoserest im Perfusat; untere weille FUche: Glucose- und Galaktoseabsorption 0 2 4 6 8 1 0

&&sianszeit fmmj Laktase von Koninklijke Gist- en Spiritusfabriek, N. V. Delft, Holland.

44 Die Nahrung, Heft 8

658 DE LAEY

Saccharose. Die Untersuchungen mit Saccharose in 100/0 Losungen liefern nach Tab. 4 analoge, aber noch deutlichere Resultate als die mit Lactose, d. h. es manifestiert sich ein gesicherter Nachweis der ,,in vitro"-Hemmung, ohne daB die ,,in vitro"-Aktivitat verandert wird.

Tabel le 4 EinfluD der Saccharose auf die Starke-Verdauiing;

Losungen yon ro:& Saccharose und 0.15% Starke; Perfusion im proximalen Diinndnrm von Wistarratten.

~ in vivo-Aktivitat in ing hydrolysierte Starke/ml/min

I p + 10% Kontroll- , Saccharose tiere

3.09 I

zeit

zmin I 0,78 5 niin 0,42 I roniin , 0 ,33

I in vitro-Aktivitat in mg

hydrolysierte Starke/ml/min + 10% 1 Kontroll- '

Saccharose tiere

1,II 1.4

0, j

Bei diesen Versuchen wird ferner die Glucose im Perfusat mit Glucoseoxydase bestimmt. Die Saccharose wird aus der Differenz der Glucosekonzentrationen vor und nach Hydrolyse eines ml Perfusat in I n-Salzsaure (15 min bei IOO "C) gefunden. Abb. 2 stellt die Saccharoseverdauung als Funktion der Zeit dar. Die Hydrolyse dieses Zuckers verlauft nicht so schnell wie die der Lactose: nur 50% der Saccharose verschwinden wahrend 6 min. Die Glucose-Resorption, die in der ersten Minute bis zu 47% der Saccharose ausmacht, vermindert sich nach 10 min der Perfusion bis auf 29%, vermutlich als Folge eineI Saturation m Resorptionsmechanismus der Epithelzelle.

2. Der EinfluP tion Fettsauren u n d Cholesterin auf die Starkeverdauung

Perfusionen mit o,15%iger Starkelosung erfolgen in Gegenwart o,50/biger Losungen an Fettsaure (4 Katten; 80 g schwer). Die geringe Loslichkeit der Fettsauren in Wasser zwingt dazu, dieselben zu dispergieren. Perfusion mit Olsaure (o,5%ige Losung) hat keinen EinfluD auf die ,,in vivo"-Aktivitat , er- hoht jedoch nach Abb. 3 die ,,in vitro"-Aktivitat signifikarit (P (0,001). \Viih- rend der ersten 5 min wird eine erhebliche Abschuppung des Intestinalepithels beobachtet. Die alkalische Phosphatase-Aktivitat des Perfusats stellt sich auf

Abb. 2 . Die Saccharose-Verdauung wahrend einer Diinn- darmperfusion rnit ro%iger Saccharose und 0,15 %igcr

Starke-Liisung in Ringer-Puffer. Obere weil3e Flache: Saccharoserest :

gestrichelte Flache : Glucose- und Fructoserest im Perfusat; untcre weiBe Flache : Glucose- und Fructoscabsorption

Mcmbranverdauung der Starke 111. 659

Xbb. 3. Der BinfluG von 0,5?,biger Fettsaurelosung auf die ,,in vivo"- und ,,in vitro"-Verdauung der Starke nach einer

Perfusion des Rattendfinndarms vonz min Dauer. Weil3e Saule : ,,in vivo"-Verdauung; gestrichelte Saule:

,,in vitro"-Verdauung. I = Kontrolltiere; perfundiert rnit o,rg%iger Stiirkelosung

11 = 0,15:~ige Starke; Perfusion in Gegenwart von 0,5O/oiger

111 = 0,15~&e Starke; Perfusion in Gegenwart von o,gS,iger

im Ringer-Puffer;

&auredispersion;

S tcarinsaurcdispersion.

jo bis 84 King-Armstrong-Einheiten/min (Kontrolltiere 0,4 bis 2 King-Arm- strong Einheiten/min). Analoge Beobachtungen wie bei &same werden in Gegenwart von Stearinsaure (o,~g%ige Losung) festgestellt.

Eine IyGige Losung von Cholesterin hat keinen EinfluB auf die ,,in vivo"- und die ,$in vitro"-Verdauung der Starke.

3. Der Einflup von Aminosauren und von Proteinen azcf die Starkeverdauung

Das Aminosauregemisch Nesmida (NestlC, Schweiz) hat keinen EinfluB auf die Starkeverdauung, wenn es in Losungen bis zu 3,3% eingesetzt wird.

I und 55,ige Losungen von Caseinhydrolysat, zusainmen mit o,xg%iger Starkelosung perfundiert, hemmen die ,,in vivo"-Aktivitat bei jiingeren Ratten (Korpergewicht 40 g) ; die ,,in vitro"-Aktivitat aber bleibt unverandert (Abb. 4). Gluten. Perfusion mit 0,15y0 Weizenmehl (Triticum aesticum) und rnit von Gluten frei gewaschenem Weizenmehl erfolgt mit 8 jungeren Katten (45 g schwer) ; die Ergebnisse sind in Tab. 5 zusammengestellt.

Eine signifikante Hemmung der Amylase-Aktivitat ,,in vivo" und ,,in vitro" wird in Gegenwart von Gluten festgestellt.

Eine Prainkubation mit Iyoiger Gliadinlosung (5 und I j min) (Calbiochem) im isolierten Dunndarm ergibt keinen EinfluB aut die sich anschlieaende ,,in

580[-:;;-- - 'C -3

& 3 60 8 h

Abb. 4. Der EinfluB von I bzw. 5%iger Caseinlosung auf die ,,in vivo"- und die ,,in vitro"-Verdauung der Starke

im Rattendtinndarm. $20 p., t %.-in v;ho

.--.---. = 5%ige; 0-0-0 = r%ige Caseinlosung;

o--o--o = g%ige; 0- -0- -0 = x%ige Caseinlhung;

44'

s ,,in vivo"-Hemmung

,,in vitro"-Hemmung 0 4 8 1 2 Perfiusionszeit fminJ

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I'erfusionszcit

mg hydrolysierte Starke/rnl/min

Weizenmehl Glutenfreies Weizenmehl

I min 3 min 5 min

10 min

1 ,,in viva" I ,,in vitro"

vitro"-Starkeverdauung im gleichen Diinndarm-Segment ; es wird aber eine 4o%ige Hemmung der ,,in vivo"-Verdauung nach dieser Gliadinvorbehandlung feststellbar. Milch. Perfusion einer o,~g%igen Starkelosung in Kuhmilch induziert eine totale Hemmung der ,,in vivo"-Verdauung der Starke bei jungen und alten Ratten ; die ,,in vitro"-Aktivitat ist nicht verandert (Abb. 5).

Abb. 5. Der EinfluB von Kuhmilch auf die ,,in vivo"- und die ,,in vitro"-Verdauung der Starke

(0,15%ig; z Ratten). Hemrnung: 0-0-0 = Korpergewicht 150 g; Hemmung: 0- -0- -0 = Korpergewicht 40 g Perftsionsze/f LmhJ

in ,,viva“ I ,,in vitro"

Diskussion

I. Eilzflup von Zuckern

Die Membranverdauung der Starke wird nur durch eine groBere Menge an Glucose signifikant gehemmt, ein EinfluB auf die amylolytische Aktivitat des Pankreassaftes zeigt sich dabei nicht.

In Gegenwart von 10% Maltose werden die ,,in vivo"- und die ,,in vitro"- Verdauung gleichzeitig und auf gleiche Werte erniedrigt.

Die ,,in vitro"-Verdauung der Starke diirfte eigentlich nicht gehemmt wer- den durch die aus Maltose infolge Hydrolyse entstandene Glucose ; DAHLQVIST [IS] zeigte, daB 50% des im Intestinallumen bestimmten Zuckers nach Maltose- zufuhr freie Glucose darstellt. I n unseren Versuchen mit Maltose konnen wir ein Maximum von 5% Glucose erwarten, die in dieser Konzentration einen Ein- fluB auf die ,,in vitro"-Amylase-Aktivitat (Tab. I) nicht hat. Die signifikante Hemmung der Amylase, nur durch Maltose allein verursacht, suggeriert die Moglichkeit einer Regulation der enzymatischen Aktivitat durch die Anwesen-

Membranverdauung der Starke 111. 66 1

heit erhohter Konzentrationen von Hydrolyseprodukten. Da Maltose im selben Grad die ,,in vivo"- und die ,,in vitro"-Aktivitat hemmt, wird die Membran- verdauung nicht erniedrigt. Demgegenuber wird in Gegenwart von Lactose und Saccharose eine signifikante Erniedrigung der Membran-Digestion der Starke festgestellt.

Die Lactose- und Saccharoseverdauung ist in Gegenwart der Starke nicht gehemmt. Unsere Ergebnisse stimmen mit denen von DAHLQVIST [Iy, ~ g j iiberein und zeigen,"daB die Verdauung der Lactose schneller ist als die der Saccharose und daB die Hydrolyseprodukte der Lactose besser resorbiert wer- den als die der Saccharose.

Zufolge der Interferenz vonseiten der Glucose und der Disaccharide auf dir Nembranverdauung der Starke diirfen wir vermuten, dal3 die Membranver- dauung der Starke, die Hydrolyse von Disacchariden und die Glucoseresorption am gleichen Ort im Dunndarm stattfinden. Der Durchgang von Glucose durch die Lipidschichten des Epithels konnte auf das Verdauungssystem limitierend wirken.

Es konnte die Frage gestellt werden, ob der Abfall der ,,in vivo"-Verdauung im Verlauf der Perfusion sich wie eine Desorption der adsorbierten Amylase vom Dunndarmepithel auswirkt (s. hierzu UGOLEV [20], JESUITOVA u. a. [21]) oder ob dieser Abfall durch die Saturation des Glucoseresorptionsmechanismus des Diinndarmepithels und durch die Gegenwart einer sich dadurch entwickeln- den extrazeilularen Akkumulation von nicht-gespaltenen Disacchariden ver- ursacht werden konnte.

Die pathologische Folgerung der Ergebnisse uber den EinfluB von Lactose auf die Starkeverdauung konnte die Vermutung aufkommen lassen, dal3 im Falle einer Lactose-Intoleranz, was rnit einer fermentativen Diarrhoea einher- geht, eine Malabsorption der Starke zustande kommt. I n der Kinderklinik der Universitat Gent (Dir. Prof. C. HOOFT) haben wir einen Fall von Lactose- Intoleranz rnit fermentativer Diarrhoea beobachtet. Das Madchen hatte eine Starke-Malabsorption, obgleich eine normale Amylase-Aktivitat im Duodenal- saft und eine normale Maltase-Aktivitat bei der Biopsie des Dunndarmepithels festgestellt worden ist.

Im Falle von Saccharose-Intoleranz sind die pathologischen Folgerungen nur schwierig abzuschatzen. Nach der Literatur haben wir his heute keine Er- fahrung uber eine isolierte Saccharose-Intoleranz ; die meisten der Falle rnit Invertase-Insuffizienz zeigen Maltose-Intoleranz.

2 Einflzcp von Fettsawen

Fettsauren aktisieren die luminale Verdauung der Starke und haben keinen EinfluD auf die ,,in viva"-Verdauung. LaDt man eine solche Flussigkeit durch den Dunndarm stromen, so ist eine signifikante Abschuppung des Darmepithels zu beobachten. Durch ihren apolaren Charakter konnten die Fettsauren co- micellare Assoziationen rnit den Fettschichten der Membran bilden und durch ihre hohe Stromungsgeschwindigkeit diese letzteren abschilfern. Dadurch wird

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die Membranverdauung vermindert ; sie wird aber durch die erhohte kavitale Verdauung ausgeglichen. Diese Ergebnisse miil3ten durch Perfusionen mit Triglyceriden und Cholesterin-Cholsaure-Micellen kontrolliert werden.

3. Einflup von Eiweipen

Wir haben eine signifikante Hemmung der Starkeverdauung durch Gluten festgestellt, die wir aber nicht begriinden konnen. Die totale Hemmung der Membranverdauung der Starke durch Casein und Milch konnte vermutlich durch Amylase-Adsorption vonseiten der Proteine erklart werden ; auf diese \Veise wiirde die ,,in vivo"-Verdauung verscliwinden.

S u m m a r y

P. DE LAEY: Membrane digestion of starch. Par t 3. The influence of food substances of the chyme on the membrane digestion

The influence of sugars, fatty acids and proteins was estimated on the efficiency of starch digestion in the gut of white rats.

r . Suguvs. I n the presence of glucose a t a concentration of 57" (w/v) the "in vivo" digestion (see par t 1) was partially inhibited. The amylase content of the luminal cavity was not altered. Maltose, at a concentration of 107; (w/v) inhibited both the "in vivo" and "in vitro" digestion t o the sanie extend, whereas in the presence of lactose and sucrose ( x o x , w/v) the "in vivo" digestion of starch was significantly lowered. The pathological implications of these findings are discussed.

2. Fatty acids. Oleic and stearic acid both at 0.55; concentration seemed to increase the in vitro digestion without any influence on the membrane digestion.

3 . Proteirzs. I n the presence of gluten (difference of 0.15% total wheat meal and gluten free washed wheat meal) a significant inhibition of both "in vivo" and "in vitro" starch digestion was observed. Caseine and milk diminish only the efficiency of the membrane digestion.

According t o these results, the digestion efficiency of starch depends upon luminal conditions such,as the presence of food substances in the intestinal chyme.

Menibranverdauung der Starke 111. 663

I. i t e r a t u r

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Eingegangen 8. 6. 1966.