zum einfluß von chrom als spurenelement auf die hormonelle glucose-regulation bei der ratte : 2....

Aus dem Institut fiir Tierernahrung der Justus-Liebig-Universitat GieJen Direktor: Prof . D r . H . Brune

Zum Einflui3 von Chrom als Spurenelement auf die hormonelle Glucose-Regulation bei der Ratte

2. Mitteilung

Physiologische Funktion von Chrom im Kohlenhydratstoffwechsel

Von H. DJAHANSCHIRI und H. BRUNE

Eingang des M s . 3 . 10. 1974

I. Einleitung und Fragestellung

Die Moglichkeiten der Mitbeteiligung oder der Essentialitat von C r konnten durch Messung der am Kohlenhydratstoffwechsel beteiligten Hormone oder am Speiche- rungseff ekt fur Kohlenhydrate (Glykogen) erkannt werden.

Die bisher zu dieser Frage vorliegende Literatur hat den Nachweis einer Funktions- beteiligung von C r am Kohlenhydratstoffwechsel indirekt erbracht.

So wurde von SCHWARZ und MERTZ (1) iiber Starungen des Glucosestoffwechsels berichtet und spater von MERTZ u. a. (2), MERTZ und SCHWARZ (3), MERTZ und RO- GINSKI (4) ein Glucosetoleranzfaktor (GTF) postuliert, der C r (111) enthalten sollte. D u r h Cr-Zufuhr konnte nach MERTZ, ROGINSKI und SCHROEDER (5) Hyperglykamie behoben werden. Erwachsene Ratten (456 bis 752 Tage alt) reagierten durch Glucose- belastung bei erhohter oraler und intravenoser Cr-Zufuhr mit einer erhohten Glucose- Umsatzrate gegenuber Cr-arm gehaltenen Ratten. FARKAS und SHERMAN (6) trugen ebenso zur Cr-Bedeutung im Kohlenhydratstoffwechsel bei. Die Untersuchungen von SCHROEDER (7), (8) zeigten bei Cr-Mangelsituation Hyperglykamie und Glucoserie (Diabetes ahnlich).

Deutlichere Ergebnisse fur den Zusammenhang zwischen Cr- und Kohlenhydrat- stoffwechsel brachten erst die Versuche von ROGINSKI und MERTZ (9), die no& von der Hypothese ausgehen, daR C r (111) ein Co-Faktor fur Insulin sei. In dieser entschei- denden Arbeit, die erst nach Durchfuhrung vorliegender Experimente zur Verfugung stand, wird bei Ratten indirekt eine Relation zwischen Cr-Versorgung und exogener Insulineinwirkung nachgewiesen.

I n den eigenen Untersuchungen sol1 nun die eigentliche Rolle des Chromes beim Kohlenhydratstoffwechsel (Glucose) naher gepriifi werden.

Z. Tierphysiol., Tierernahrg. u. Furrermittelkde. 35 (1975), 201-213 0 1975 Verlag Paul Parey, Hamburg und Berlin ISSN 0044-3565 I ASTM-Coden: ZTTFAA

202 H . Djahanschiri und H . Brune

11. Methodik zur Versuchsdurchfiihrung

In der ersten Mitteilung wurde iiber die Methodik zur Versuchsdurchfiihrung berichtet (1. Mitt.). Weitere Methoden sind kurz erwahnt.

Blutzuckerbestirnmung

Zur Erfassung des Blutzuckers stehen einige Arten von Bestimmungsmethoden zur Verfiigung. Die enzymatische Bestimmung der Blut-Glucose erfal3t ausschliefllich die Glucose und ist daher fur exakte Bestimniungen allen iibrigen Verfahren zur ,,Blut- zuckerbestimmung" vorzuziehen (GOD-Methode Biochemica-Test-Combination).

Glykogenbestimrnung

Zur Glykogenbestimmung dienten frische, unmittelbar aus dem Tierkorper entfernte Lebern.

In ein Zentrifugenglas mit Glasstopfen wurden 2 ml K O H (30°/oig) und eine ab- gewogene Menge (ca. 1 g) Leber eingefiillt. Das Gewebe loste sich in 10 bis 20 Minuten im siedenden Wasserbad vollstandig. Hierauf wurden 1,1 bis 1,2 Volumina abs. Alko- hol hinzugegeben und kurz aufgekocht. Nach dem Abkiihlen und Zentrifugieren wurde der Niederschlag mit Alkohol gewaschen und restlicher Alkohol durch Erhitzen vertrieben.

Das Glykogen wurde nun mit 2 ml n-Schwefelsaure 150 Minuten im Wasserbad verschlossen erhitzt. Alsdann wurde die Losung mit verdiinnter Natronlauge neutrali- siert, in einem 50-cm:J-MeI3kolben iiberspult, aufgefiillt und ein aliquoter Teil, der sich nach der vermuteten Glykogenmenge richtete, zur Zuckerbestimmung nach der G O D - Methode entnommen. Der als Glucose gefundene und berechnete Wert ergab, rnit 0,925 multipliziert, die entsprechende Menge Glykogen. Fur die statistische Sicherung wurde die Methode nach FISCHER, der t-Test, verwendet.

Versuchsiibersicht : Es wurden 5 Versuchsserien (IV bis VIII) durchgefiihrt. Ober- sicht 1 gibt einen Uberblick iiber die Versuchsanlage und Untersuchungen in den Versuchsabschnitten.

Versuchsergebnisse

Im folgenden wird das zur Diskussion wesentliche Zahlenmaterial aus den Versuchs- serien wiedergegeben.

Die zusammenfassende Auswertung wird in Abschnitt 111: Diskussion, vorge- nommen.

Versuch IV

Im Versuch IV wurden Grundlagen fur die Hypothese, Chrom als Co-Faktor des Glucosestoffwechsels, erarbeitet. Das Kriterium Blutzuckerspiegel wurde nach 10tagi- ger Versuchsdauer mit und ohne Fasten bei einer Dosierung von 10 ppm C r ( a h Chromacetat) in Trankwasser geprufi.

Chrom als Spurenelement auf die hormonelle Glucose-Regulation bei der Ratte 203

c2 mit C r und nach 24 Stunden . Fasten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37,5 66,s 29,3

Ubersicht 1 ' )

I Ver-

Tage vy:ch Tierrahl Kontrolle (K) + zugeretzte ppm Medium iiEr;

IV 10 a. ohne Cr, ohne Fasten Trankwasser 10 50 20 b. C r (111) K + 10 nach 24 Std. Fasten Trankwasser 10

20 c. Wiederholung Trankwasser 10

V 20 a. ohne Cr+24 Std. Fasten und nach Adre- Trankwasser 10

20 b. C r (111) - 100 ppm + 24 Stunden Fasten Trankwasser 10

VI 20 a. C r (111) K S 1 0 Trankwasser 10

20 b. Wiederholung von a . Trankwasser 10

40 nalinbelastung

und nach Adrenalinbelastung

40 24 Stunden Fasten und 3 Stunden nach Adrenalinbelastung

VII 20 a. C r (111) K + 1 0 40 20 b. C r (111) KS 10

Trankwasser 10 Trankwasser 28

VIII 10 a. ohne C r nach 28 Stunden Fasten Trankwasser 10 10 b. ohne Cr n a h 24 Stunden Fasten und Trankwasser 10

20 c. C r (111) K t 10 nach 24 Stunden Fasten Trankwasser 10 40 1 Stunde nach Glucosebelastung

und 4 Stunden nach Glucose- und Sulfo- nyl-Harnstoff belastung

' Versuch V, VI und VIII Gewichtskontrolle, Futterverwertung und Blurzudrerbestimmung. Versuch VII Gewichtskontrolle, Futterverwertung und Glykogenbestimmung.

In der Kontrolle a zeigte der Blutzuckerspiegel in mg pro 100 ml Blut einen normal hohen Wert von 92,6 s k 1,205. Wie zu erwarten, erwies die Versuchsgruppe bl nach 24stundigen Fasten eine Hypoglykamie (48,6 s & 0,80) auf, die bei den mit Chrom

Tabelle I Versucfi IV, Blutzuckermessungen nach lOtagiger Versuchsperiode

Versuchrvariation Anfan s- 1 g e w i J t I Zunahmc

a ohne Cr und nach Fasten . . 38,3 71,s 33,6

b, ohne Cr und nach 24 Stunden Fasten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37,5 66,5 29,5

c, mit Cr und nach 24 Stunden Fasten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37,s 66,6 29, l

b, ohne C r und nach 24 Stunden Fasten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37,5 66,2 28,7

Futterver- 1 mg Zudrerl wertung 1 100 rnl Blut

2,28 92,6

2,52 48,60 sf 0,80

2,51 51,20 sk 1.25

2,56 48,80 sk 0,76

2,50 51,60 sf 1,51

204 H . Djahanschiri wnd H . Brwne

versorgten Tieren (Versuchsgruppe c1) ein geringeres (51,2 s f 1,25) Ausmai? aufwies, jedoch gegen b, statistisch mit P = 0,01 zu sichern war (s.Tab. 10). Der absolut gering erscheinende Unterschied im Blutzuckerspiegel zwischen den ohne und mit Chrom behandelten Ratten konnte durch den Wiederholungsversuch (bz-, cz-Gruppe), der vollig unabhangig vom vorhergehenden Versuch durchgefuhrt wurde, gesichert werden. Die Vorbehandlung mit Chrom milderte demnach nach 24stundigem Fasten den hypoglykamischen Status der Ratten.

Versuch V

Das folgende Experiment diente dam, herauszufinden, wieviel Adrenalin notig ist, um den durch Fasten erniedrigten Blutzuckerspiegel (ca. 54 mg/100 ml Blut) auf einen Normalstand von ca. 92 mg/100 ml Blut zu bringen.

Es wurden unterschiedliche Mengen Suprarenin (1 : 1000) subkutan verabreicht. Wie im Versuch IV erhielten die Tiere nach Beendigung der lotagigen Versuchsperiode 24 Stunden kein Futter und kein Trankwasser. Durch Prufung des Blutzuckerspiegels

bei unterschiedlicher Tabelle 2 Adrenalingabe bis zur

maximalen Anhebung unter A~~~~~~~~ an die erforderliche Reaktions- zeit fur den Blutzucker- spiegelabfall wurde herausgefunden, dai? 3 g Su- prarenin ( l : looo) subkutan eine Stunde post ; wunschten Eff ekt erzielten (Tab. 2). Die somit bewuflt fixierten applikationem Versuchsbedingungen den ge-

wurden auf ihre Reproduzierbarkeit hinsichtlich des Versuchsergebnisses, Ruckfuhrung des Blutzuckerspiegels d u r h Adrenalin, mit je 20 Versuchstieren geprufi. Es ergaben sich dabei die in Tabelle 2 angefuhrten Werte der Reproduzierbarkeit. Die zur Nor- malisierung des Blutzuckers erforderliche Adrenalinmenge war fur die Versuchsgrup- pen mit und ohne Chrom die gleiche.

Versuch VI

Auf Grund der in den Versuchen IV und V ermittelten Basiswerte wurde im Ver- such VI im Vergleich mit Kontrollen und chromvorbehandelten Tieren (10 ppm Cr uber das Trankwasser) die Tendenz des Blutzuckerspiegels nach Adrenalinbelastung bis zu 3 Stunden nach der Applikation gepriifl. Die Prufung erfolgte zunachst in 15- minutigem Abstand.

Nachdem bei einer Anzahl von Tieren der Gang der Veranderung des Blutzucker- spiegels sicher erkannt worden war, wurde bei 40 Ratten 3 Stunden post injektionem gemessen. Die Tabellen 2 und 3 enthalten die fur die Versuchsaussage wichtigen Zeit- abschnitte 1 Stunde bzw. 3 Stunden nach der Adrenalin-Applikation.

Der Blutzuckerspiegel kann bei fastenden Tieren nur entsprechend den Glykogen- reserven und der Wirkungsdauer von Adrenalin vorubergehend auf das Normal- niveau angehoben werden, das unter diesen Versuchsbedingungen mit dem I-Stunden- Wert erreicht wird.

mg @ l o Blutzucker nach 24 Stunden Fasten 1 Stunde nach der Injektion von Adrenalin

ohne Adrenalin mit Adrenalin

ohne Cr . . . . . . . mit Cr . . . . . . . .

% 48,65 s ? 0,80 % 51,40 s k 1,93

2 93,44 s f 1,59 j7 93,38 s f 1,16


Tabelle 3

Versuch VI, Blutzuckerrnessungen nach 1Otigiger Versuchsperiode und 24 Stunden Fasten

1 Anfan r 1 End- Futterver- mg Zudrerl 1 g e w r J t 1 g e w i h t I ~ u n a h m c 1 wertung I100rnl Blut Verruchsvariation -~ ~~ _________

ohne Cr und 3 Stunden nach Adrenalin-Injektion 38,O 71,3 33,4 2,36 82,82

mit Cr und 3 Stunden nach Adrenalin-Injektion 37,9 70,9 32,9 2,39 75,56

ohne Cr und 3 Stunden nach Adrenalin-Injektion 37,9 71,9 33,9 2,34 82,25

mit Cr und 3 Stunden nach Adrenalin-Injektion 37,9 71,O 33, l 2,39 75,31

a

_ _ _ _ _ _ ~ _ _ -___

b

Der Abfall des Blutzuckerspiegels 3 Stunden nach der Adrenalingabe ist bei Cr- Applikationen erheblich starker als bei den Kontrollen und ist mit P = 0,001 zu sichern.

Versuch VII

Die Veranderung des Glykogengehaltes der Leber unter den gewahlten Versuchs- bedingungen ist in Tabelle 4 festgehalten. Die mit Chrom versorgten Ratten wiesen sowoh1 nach 10 als auch nach 28 Versuchstagen einen hoheren Glykogengehalt in der Frischleber auf. Die Frischlebergewichte waren bei den mit C r behandelten Tieren geringfugig hoher.

Wie schon im Versuch 111 nachgewiesen, variieren nach Versuchsablauf Frisch- und Trockensubstanzgewicht der Leber nicht statistisch abgrenzbar (wenn auch das durch- schnittliche Gewicht der Leber bei den mit Chrom versorgten Tieren geringfugig hoher war). Geringe Blutruckstande in der Leber, die unvermeidbar sind, haben kaum Ein-

Tabelle 4

Versuch VII, Leberglykogen nach 10 und 28 Versuchstagen

nach 10 Tagen -

a1 X 0 37,6 69,7 32,l 2,34 3,61 37,80 1,170

b, X 10 37,6 70,7 33,l 2,35 3,81 50,45 1,330 S f 0,281

S f 0,096

-

nach 28 Tagen - a2 X 0 38,3 131,3 93, l 3,02 5,72 102,51 1,793

S + 0,118 b* X 10 38,3 131,8 93,6 3,02 5,87 145,42 2,480

S* 0,106


flui3 auf das Ergebnis. Der Glykogengehalt der mit Chrom behandelten Tiere ist in der Leber signifikant hoher als bei den Kontrollen (s. Tab. 4).

Versuch V I I I

Um grogere Unterschiede zwischen den Cr-versorgten und Cr-nichtversorgten Ratten zu erreichen, diente der Versuch VIII. Zuerst muate herausgefunden werden, welche Menge der angewandten Sulfonyl-Harnstoffverbindung N-(4-Methyl-benzolsulfonyl-)N-n-butylharnstoff notwendig ist, um bei den Ratten .cine Wnderung des Blut- zuckerspiegels in physiologisch vertretbaren Grenzen zu erreichen. Ein guter Mei3- bereich fur die Fragestellung ergab sich mit folgender Methode: 24 Stunden Fasten, Sulfonylharnstoff (3/1000 Insulineinheiten) mit 0,l g Glucose oral, gunstige Mei3zeit 4 Stunden post applikationem.

Tabelle S

Blutzuckerwerte narh 1OtHgiger Versuchsperiode

Gruppe z

D E F G H

Gruppe D Gruppe E Gruppe F Gruppe G

Gruppe H

~ Anfangs- gewicht

~ -~

38,l 38,2 38,l 38,l 38,l

End- gewicht

~~ .

67,6 66,9 67,3 67,2 67,2

I Zunahme 1 i n g ~ ~~

29,5 29,6 29,l 29,l 29,2

Futterverwer- rung in g

2,45 2,41 2,43 2,42 2,43

Blutzudter mg/%

43,80 124,81 109,86

82,04 65.24

nach 28 Stunden Fasten nach 24 Stunden Fasten und 1 Stunde nach der Glucoseaufnahme nach 24 Stunden Fasten und 4 Stunden nach der Glucoseaufnahme nach 24 Stunden Fasten und 4 Stunden nach der Glucose- und Sulfonylharn- stoffaufnahme (ohne Cr) nach 24 Stunden Fasten und 4 Stunden nach der Glucose- und Sulfonylharn- stoffaufnahme (mit Cr)

I

111. Diskussion

Zur Aufklarung der physiologischen Funktion des Chromes bei der Glucoseregula- tion wurden in dieser Arbeit experimentelle Untersuchungen an wachsenden Ratten durchgefuhrt. Als sicher ist aus den Untersuchungen (siehe Einleitung) abzuleiten, dai3 Chrom die Assimilation von Blutzucker unterstutzt; jedoch ist die Hypothese, C r als Co-Faktor zur Aktivierung von Insulin nach wie vor offen. Ebenso ware theoretisch denkbar, dai3 Cr die Mobilitatsrate von Glykogen hemmt oder als Antagonist von Glucagon bzw. Adrenalin wirksam ist. Auch diese These wurde den obengenannten Versuchsergebnissen entsprechen, auch existieren viele Theorien uber die Wirksamkeit von Insulin, auf die hier nicht naher eingegangen wird (OPITZ, SCHMID [lo]).

Zur Einfuhrung in die eigene Arbeitshypothese seien in folgend,er Obersicht die wichtigsten hormonellen Steuerungsmoglichkeiten der Blutzuckerregulation angefuhrt : Dabei wird die tertiare Steuerung des Blutzuckerspiegels, Hypophyse-Nebennieren- rinde, Schilddruse, nicht mit einbezogen, da dazu zunachst keine Befunde erhoben wurden. Wir durfen auch annehmen, dai3 bei kurzfristigen Wnderungen des Blut-

Cbrom als Spurenelement auf die hormonelle Glucose-Regulation bei der Ratte

Vbersicbt 2

Status des Blutzuckerspiegels, physiologisch

207

I Gleichgewicht Hypergl ykamie Hypoglykamie

normal erhoht erniedrigt Alimentare - Nach Glucose Fastenhunger Ursache Absorption

Primare Insulin + Insulin + Glucagon Regulation Glucagon Glykogenbildung in Glykogenolyse aus

der Leber, sekundar der Leber, sekundar in der Muskulatur u. aus der Muskulatur

u. a. Organen a. Organen

vorubergehend ~ - ~~ ~

~~ ~~ -~ -.

Sekundare + Adrenalin Regulation Glykogenolyse Er folg : hypoglykamisch mit hyperglykamisch

nachfolgender hypo- glykarnischer Phase

~ ~ ~ ~~

Erwartete Anderungen des Blutzuckerspiegels bei zusatzlicher Applikation von + Insulin hypoglykamische Reaktion + Adrenalin hyperglykamische Reaktion + Sulfonylharnstoff hypoglykamische Reaktion

zuckerspiegels der Status der Cr-Versorgung hier keinen groi3eren Einflui3 zeigt, da ROGINSKI und MERTZ (9) bereits zwischen Cr-Mangelgruppen und Cr-versorgten Gruppen keine Diff erenzen im Grad der Hypoglykamie nach gleich langen Fasten- zeiten beobachteten, was auch in den eigenen Experimenten gefunden wurde.

Die vorliegenden Experimente N r . IV, V und VI stutzen sich auf folgende Ober- legungen:

Die Anwendung exogener Insulingaben ist zur Fragestellung, C r als Faktor des Kohlenhydratstoffwechsels, nicht ausreichend, da die Inaktivierung von Insulin, der enzymatische Abbau, eine langere Reaktionszeit erfordert, so da8 Langzeitwirkungen zu verfolgen sind, die die vorhandenen Glykogenreserven uber die Mobilisierung mit ins Spiel bringen.

In der T a t fanden ROGINSKI und MERTZ (9) bei Cr-arm ernahrten Ratten gerin- gere Glykogenkonzentrationen im Gewebe als bei Cr-versorgten Tieren. Auch war die Inkorporationsrate von 1-~4C-Glucose in das Glykogen bei ,Cr-Mangel" etwa ver- doppelt, was in etwa mit dem Ausma8 der Glykogenkonzentrationen korrespondiert. Handelt es sich hier um einen Mengeneffekt oder um die Aktivierung von Insulin durch C r ? Im Experiment Nr . VII wurde die Glykogendeponie bei Ratten gemessen (s. Tabelle 4 u. Abb. 1). Die tagliche Cr-Aufnahme der Cr-versorgten Ratten betrug ca. 0,9 mg Cr, die der Kontrollen < 1 mcg Cr.

In der Ta t fordert C r die Anlage von Glykogendepots in der Leber. Insulin besitzt noch den Nachteil, dai3 selbst in hochgereinigten Praparaten Gluca-

gonreste verbleiben. Man mui3 sich auch die Frage vorlegen, ob diese Glucagonreste durch C r inaktiviert werden.

Weiter ware zu uberlegen, ob durch exogene Zufuhr von zusatzlichen hypoglykamischen Dosen Insulin nicht eine Glykogenumverteilung stattfindet. Hypoglykamische

208 H . Djabanscbiri und H . Brune

2

erhohter Adrenalinausschiittung fiihren. Diese wiirde nach den bekannten Versuchen von CORI

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a. Adrenalin-Versuche

Zur Vorbereitung der Versuche wurde der Blutzuckerstatus (Versuch IV) von Ratten mit 1 0 p p m Cr-Zufuhr im Trankwasser und ohne C r gepriift. Zwischen den Kon- trollen und Cr-versorgten Tieren besteht nach 24stiindigem Fasten ein unterschiedlicher Hypoglykamiegrad, der auch in Wiederholung zu sichern ist. Der zwischen den Versuchsgruppen bestehende, zunachst als gering bezeichnete Hypoglykamiegrad konnte (Versuch V) durch eine experimentell ermittelte subkutane Menge von 3 ,ill Suprarenin (1 : 1000) unter gewahlten Versuchsbedingungen 1 Stunde post injectionem bei allen Versuchsgruppen auf den Normal-Blutzuckerwert zuriikgefiihrt werden. Offenbar verfugen alle Tiere iiber geniigende Glucosereserven (Glykogen) und sind hormone11 gleichsinnig in der Lage, den Adrenalinschub zu kompensieren. Ein unter- schiedliches differenzierbares Verhalten der Tiere verschiedenen Cr-Versorgungsgra- des, geniessen am Blutzuckerspiegel, bestand nicht. Die Ausgangslage des Blutzucker-


spiegels nach der Adrenalingabe mufl als physiologisch der Hohe nach bezeichnet werden.

Der durch Adrenalin erreichte normale Blutzuckerspiegel strebte nach weiteren 3 Fastenstunden (Abb. 2) wieder einem hypoglykamischen Zustand zu. Dabei ergaben sich bemerkenswerte Meflergebnisse:

8 0 , .

- narmolrr Wcrt -.- ---.

- noch 24 Std. Fostrn .... (ohnc Cr)

i ...:.---.-. I

I -.- ._. - narmolrr Wcrt -.-

- .. - noch 24 Std. Fostrn

... (ohnc Cr) -... .... .... "..

...., *...

i I I - - -nach24Std Fasten I

(mil Cr l .. - . - . noch Adrenalin

(ohnc CrJ

..... ... ... noch Adrcnolin - - - - - - - - -

..-..- ..-..-.._.._.._.._ . .d j ' - - - - -

(mit C r )

1 Stunden 1 2

Abb. 2. Verhalten von Blutzudcer na& Injektion von Adrenalin (3 p1/100 g Korpergewicht)

1. die Abklingkurve des Blutzuckerspiegels erreichte 4 Stunden post injectionem nicht den hypoglykamischen Tiefstwert der Ausgangslage bzw. der weiter fastenden Kontrollen. Nach dieser Zeitdauer ist mit einem unmittelbaren Adrenalineinflufl nicht mehr zu rechnen, da das Hormon sehr schnell abgebaut wird,

2. der Unterschied der Abklingkurven des Blutzuckerspiegels zwischen Cr-arm und Cr-versorgten Ratten ist signifikant (Abb. 2). Dabei ist bei den mit Cr-versorgten Ratten ein schnelleres Absinken des Blutzuckerspiegels als bei den Kontrollen zu verzeichnen.

Der kurzfristige Adrenalineinflufl diirfte hauptsachli& die Leberglykogenspeicher zur Normalisierung des Blutzuckerspiegels beansprucht haben und durch C r induzierte, potentiell starkere Gegenregulation im weiteren Zeitablauf zu diesen Versuchsergeb- nissen gefiihrt haben.

Diese durch Cr induzierte Gegenregulation kann eine Insulinwirkung sein. Dabei konnte es sich um eine durch C r erhohte Bildungsrate von Insulin im Pankreas han- deln. Dieses ist jedoch wegen der Kurzzeitwirkung von Adrenalin als auslosendes Moment weniger wahrscheinlich.

Eine hohere endogene Insulinpotenz bei Cr-versorgten Ratten ware wahrschein- licher. Eine durch C r gehemmte Glukagonaktivitat ist nicht auszuschlieflen.

b. Versuche mit Sulfonylharnstoff

Unterstellt man eine durch C r potenzierte Insulinaktivitat, so kann diese nur endogen nachgewiesen werden.


Gruppe mir Cr Fartcnzeit in 1 Zudcergabe 1 Srunden , in R

Insulin liegt in der Blutbahn in Form von gebundenem und freiem Insulin vor. Fur die akute Glucoseregulation spielt das freie Insulin die primare Rolle, das gebundene steht als Reserve bereit. Das gebundene Insulin laRt sich durch Sulfonyl-Harnstoff- verbindungen enthemmen.

I m Versuch V I I I wurden Versuchsbedingungen entwickelt, die mit Hilfe von N-(4-Methyl-benzolsulfonyl-)N-n-butylharnstoff die gebundene Insulinaktivitat zu messen erlaubte. Eine orale Gabe von 3/1000 Insulineinheiten des Sulfonyl-Harn- stoffpraparates zusammen mit 0,l g Glucose nach 24stundigem Fasten fiihrte 4 Stun- den spater zu folgenden Blutzuckerstatus (s. Tab. 6 ) .

Sulfonyl- harnstoff zeit in Srunden mgI100 ml Blur

Weitere Fasten- I Blutzudcer in

Tabelle 6

Blutzudrerstatus nach lOtHgiger Versuchsdauer und anschlieiJendem 24- bis 2Sstiindigen Fasten

- A rf: B - 24 C + 24 D - 24 E - 24 F - 24

24 G - H + 24

- 92,6 - 48,6 - 51,2

4 44,O 1 125,O 4 109,9 4 82,O 4 65,O

Blutzucker mg '/.

100

+Glucose

+Glucose und Sul fonylharnsto If

mil Cr + Glucose + Sulfonylharnstoff

Kontrollcn (ohne Fastcn)

mit Cr nach Fastcn

ohnc Cr nach Fasten

Abb. 3. Blutzudtersta- cus nach lOtagiger Ver- suchsdauer und an- sdJiel3endem 24- bis 28- Stun den

26 27 28 stiindigen Fasten 24 25

Das starkere Absinken des Blutzuckerspiegels bei den Cr-versorgten Ratten im Vergleich mit den Kontrollen nach Sulfonylharnstoff beweist, dal3 durch Cr erhohte Mengen an gebundenem Insulin im Kreislauf gehalten werden. Sulfonylharnstoff hat die gebundenen Insulinmengen gehemmt.

Chrom als Spurenelement auf die hormonelle Glucose-Regdation bei der Ratte 21 1

Dieses Ergebnis zeigt eindeutig, daB die mit Cr-versorgten Ratten uber eine hohere Insulinpotenz verfiigen, die kurzfristig mobilisierbar sein mufi. An eine Aktivierung des Pankreas zur erhohten Insulinproduktion ist aus Griinden der kurzfristigen Reak- tionslage im genannten Experiment weniger zu denken, sie ist jedoch fur den Insulin- status der Cr-versorgten Tiere notwendig.

Mehr mobilisierbare Insulinaktivitat bedeutet fur kurzfristige alimentare oder experimentelle Hyperglykamie eine hohere Glucosetoleranz im Sinne des postulierten Glucosetoleranzfaktors (GTF) nach SCHWARZ, MERTZ (l), das die Haltung nicht akti- ver, gebundener Insulinaktivitat ermoglicht. Es ist an eine Art Depotinsulinbildung zu denken, aus der im Bedarfsfalle Insulin leicht mobilisierbar sein mug. An eine Akti- vierung des durch Sulfonylharnstoff freigesetzten Insulins durch im Plasma vorhandenen Chromes ware auch zu denken.

Das Chrom (111) braucht im Sinne der hier angefuhrten experimentellen Ergeb- nisse nicht an das Proteohormon Insulin gebunden sein. C r kann vielmehr als Co-Fak- tor zum Insulin humoral bereitstehen. Die Frage Co-Faktor oder ,,Depotinsulin" als Cr-Wirkung kann noch nicht entschieden werden.

Die erhohte Glykogenhaltung in der Leber Cr-versorgter Ratten konnte sowohl aus einer akuten Cr-Reaktion eines humoralen Co-Faktors zu Insulin als auch aus dem Vorhandensein von ,,Cr-Depotinsulin" erklart werden, um in verstarktem MaBe ali- mentar angeflutete Glucose festzulegen.

Es mufi in diesem Zusammenhang nochmals auf den Adrenalinbelastungsversuch (Versuch V) verwiesen werden. Die gleiche Adrenalindosis mobilisierte aus einem hyperglykamischen Zustand kurzfristig unterschiedliche Glucosemengen aus Glykogen. Der Hyperglykamiegrad der Cr-versorgten Ratten war in diesem Versuch statistisch signifikant niedriger als der der Kontrollen. Der durch Adrenalin erreichte Blutzucker- spiegel jedoch bei beiden Versuchsgruppen 1 Stunde post injectionem gleich (Abb. 2).

Ware das akute Insulinaquivalent zu Adrenalin in dieser Zeit gleich gewesen, so ware der Blutzuckerspiegel um den gleichen Betrag durch Adrenalin angehoben war- den, also different zwischen den Versuchsgruppen gewesen. D a dieses nicht der Fall war, konnte freie Insulinaktivitat im hyperglykamischen Anfangszustand bei den Cr-versorgten Ratten geringer gewesen sein.

Die Abklingkurve der Cr-versorgten Tiere fallt jedoch im Versuchsverlauf starker ab, was durch eine nachtragliche langere Zeit beanspruchende verstarkte Freisetzung von gebundenem Insulin zu erklaren ist.

O b es dazu einer zusatzlichen Insulinaktivierung durch humorales Cr bedarf? Die diskutierten Hypothesen reichen noch nicht zur vollen Erklarung der Cr-

Wirksamkeit aus . Untersuchungen von SHERMAN und Mitarb. (12) beim Menschen zeigen, daB

C r (111) nicht antidiabetisch wirkt. Dieser Teilaspekt deutet in die Richtung, dai3 C r nicht als externer Co-Faktor zur Aktivierung restlicher Insulinaktivitaten des Diabe- tikers wirkt, soweit der Diabetes in diesen Experimenten auf relative Unterproduktion von Insulin zuriickgefuhrt werden kann.

Eine andere Erklarung der Cr-Wirksamkeit bei der Glucoseregulation ware durch einen Cr-EinfluB auf die Permeabilitat moglich, die das Verteilungsgleichgewicht von Glucose bzw. Glykogen beeinflufit.

Die Permeabilitatstheorie steht der Hormontheorie nicht entgegen, ist jedoch aus vorliegenden Experimenten nicht zu belegen, sondern nur zu vermuten. Sie wird insbesondere gestutzt durch die starke Glykogenhaltung mit Cr-versorgten Tieren.

212 H . Djabanscbiri und H . Brune

Zusammenfassung

Junge, wachsende Ratten (38 g) erhielten zu einer ausgeglichenen Grunddiat oral ZU-

satzliche Gaben von Cr-(111-lacetat. . , Cr-versorgte Ratten und Cr-arm ernahrte Ratten wiesen den gleichen Blutzucker- status, letztere aber ein signifikant geringeres Glykogendepot in der Leber auf. Nach Fasten war der Hypoglykamiegrad Cr-versorgter Tiere signifikant niedriger als der Cr-arm ernahrten Kontrollen. Gleiche Adrenalinbelastung hypoglykamischer Ratten fiihrte zum Blutzuckeranstieg auf das gleiche (physiologische) Niveau wie bei Cr-versorgten Ratten und Kon- trollen. Der Blutzuckerspiegel sank bei Cr-versorgten Ratten nach der Adrenalin- gabe signifikant starker a b als bei den Kontrollen. Nach oraler Glucosebelastung von durch Fasten hypoglykamisch gewordener Ratten bis zur leichten Hyperglykamie wirkt SulfonylharnstofT bei Cr-versorgten Ratten starker blutzuckersenkend als bei den Kontrollen.

In den Versuchen wird der Beweis erbracht, daB Cr-Versorgung bei Ratten zu einer hoheren gebundenen Insulinmenge im Blut fiihrt. Das Insulindepot ist leicht mobilisierbar.

Die Mitwirkung von C r als Insulinaktivator ist nicht auszuschlieBen. Wahrschein- licher sind jedoch andere Wirkungsmechanismen von C r evtl. im Bereich der Permeabi- litatsbeeinflussung, die auch die hohere Glykogenhaltung Cr-versorgter Tiere erklaren.

Summary

Influence of chromium as trace element on the normal glucose regulation in the rat. 2. Physiological function of chromium in carbohydrate metabolism

Young growing rats were fed additional doses of Cr-111-acetate to a balanced basic diet. The investigations of Cr metabolism indicated: 1. Rats supplied with sufficient C r as well as those on Cr-poor diet showed the same

level of blood glucose. With the Cr-poor group however a significantly smaller glycogen depot in the liver was obtained.

2. After a starving period the hypoglycaemic status of Cr-supplied rats was significantly lower than that of the Cr-depleted controls.

3. Adequate charge of adrenalin to hypoglycaemic rats showed a rise of blood glucose to the same physiological level with both Cr-supplied groups and control groups. Adding adrenalin the level of blood glucose of Cr-supplied rats decreased significantly higher than that of the controls.

4. With rats, being made hypoglycaemic by a starving period and than fed higher doses of glucose up to a slight hyperglycaemia, supplementation of sulfonylurea deccreased the level of blood glucose more with the Cr-supplied groups than with the control groups.

The experiments proved that adequate feeding of C r to rats led to a higher level of bound insulin in the blood. The depot of insulin is easier mobilizable. I t may be assumed that C r acts as a insulin activator. However it seems more likely to consider other effects of C r probably as activator to the permeability of cell membranes which as well may explain the higher glycogen depot of C r supplied animals.

Qualitat und Quantitat v o n Futterkomponenten auf Verdauungsaktivitat 21 3

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AnschriP der Autoren: Institut fur Tierernahrung, 63 Giegen, Landgraf-Philipp-Platz 4-6

Aus der Fachrichtung Versuchstierkunde und Versuchstierkrankheiten der Freien Universitat Berlin

Geschaf2sf6hrender Direktor: Prof. D r . M . Merkenschlager

Einflui3 der Qualitat und Quantitat von Futterkomponenten auf Verdauungsaktivitat, auf verdauliche Energie des Futters

und eine N-bedarfsdeckende Futteraufnahme bei adulten Ratten

Von H. H. HILLER

Eingang des Ms. 2 3 . 11. 1974

Neben anderen Umweltfaktoren wirken unterschiedliche Nahrstoffzufuhren mit dem Futter in unterschiedlicher Weise auf das Machstum und die Entwidclung sowie auf Organfunktionen der Versuchstiere ein. So beeinflufit beispielsweise der Proteingehalt im Futter den Chymotrypsingehalt im Pankreas, die Pankreasproteinase und -amylase wird vom Starke-Protein-Verhaltnis im Futter mitbeeinflugt (SNOOK 1968). Das Fett- Cholesterin-Verhaltnis im Futter wirkt auf Blutcholesterinwerte und auf Phosphor- lipid- und Cholesteringehalt der Leber (CHIRIKIEN 1968). Diese ernahrungsbedingten, nicht den pathologischen Bereich erreichenden Streuungen biologischer Mei3werte sind wichtig zu erkennen und daruber hinaus durch Standardisierung der Versuchstier- ernahrung so gering und so gleich wie moglich zu halten. Die Wirkung variierter Komponentenqualitat und -quantitat in den Futtermischungen auf die Streuung biologischer Parameter wie Verdauungsaktivitat ist gegenuber anderen einfldnehmenden Faktoren abzugrenzen. Fur die Gestaltung von Futtermischungen, insbesondere bei Austausch von Komponenten, ist es notwendig, die Qualitat der Komponenten zu kennen. Der Anteil essentieller Inhaltsstoffe, wie Aminosauren, Fettsauren, Vitamine, Mineralien und Spurenelemente mui3 bedarfsgerecht der zu erwartenden Futterver- zehrsmenge entsprechen. In gleichem Maf3 mui3 einer auf den Bedarf abgestimmten Versorgung an verdaulicher bzw. umsetzbarer Energie Rechnung getragen werden. Neben anderen Faktoren wird die Menge des Futterverzehrs von seinem Gehalt an verdaulicher bzw. umsetzbarer Energie mitbestimmt (LE MAGNEN 1967; LESHNER et al.

2 . Tierphysiol., Tierernahrg. u. Futrermirrelkde. 35 (1975). 213-224 0 1975 Verlag Paul Parcy, Hamburg und Ber l in ISSN 0044-3565 / ASTM-Coden: ZTTFAA

zum einfluß von chrom als spurenelement auf die hormonelle glucose-regulation bei der ratte : 2....

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