"Nutritional Programming" des Energie- und Makronährstoff-Stoffwechsels durch hohe und niedrige maternale Proteinzufuhr beim Schwein
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurde geprüft, ob eine inadäquate Nahrungsproteinzufuhr bei Jungsauen während der Trächtigkeit den Energie- und Nährstoffmetabolismus der Nachkommen (1., 28., 80. und 188. Lebenstag, LT) permanent verändert. Darüber hinaus wurde mittels metaboler Parameter von Sauen und Föten die maternal-fötale Interaktion am 64. und 94. Trächtigkeitstag (TT) charakterisiert. Das gewählte Ernährungsregime umfasste drei isoenergetische Diäten, die sich in ihrem Protein:Kohlenhydrat-Verhältnis unterschieden (Low Protein 1:10.4 (LP; 6.5%=50% der Empfehlung); Adequate Protein 1:5 (AP; normgerecht); High Protein 1:1.3 (HP; 30%=250% der Empfehlung). Während die trächtigen HP-Sauen magerer waren und eine nur 8% geringere Körpergewichtszunahme (109. TT) aufwiesen, zeigten die LP-Sauen eine massive Reduktion der Körpergewichtsentwicklung (-38%) bei größerer, relativer Verfettung. Das Geburtsgewicht der Nachkommen war sowohl in der LP- als auch in der HP-Gruppe um 15% vermindert. Föten der HP-Sauen wiesen bereits am 94. TT eine geringere Körpermasse gegenüber der AP-Gruppe auf. Dies ging einher mit Veränderungen des maternalen Glucose-, Lipid- und Aminosäure-Stoffwechsels und einer veränderten Kolostrumzusammensetzung. Es konnten Diäteffekte für Plasmakonzentrationen von LDL- Cholesterol, HDL-Cholesterol, % HDL-Cholesterol, Harnstoff, IGF-1 und Gluc agon nachgewiesen werden. Ein intravenöser Glucosetoleranztest im 3. Trimester ergab Hinweise auf eine in der Reihenfolge AP > HP > LP zunehmende Insulinsensitivität. Metabole 24h- Plasmaprofile ergaben bei den HP- und LP-Sauen geringere Glucose-Konzentrationen im Vergleich zu AP und bei LP-Sauen niedrigere Triglycerid-, aber höhere Cholesterinspiegel als in AP bzw. HP. Die NEFA-Konzentration war in HP-Sauen 30% höher als in AP und LP. Bei den Plasma-Aminosäuren ergaben sich im Vergleich zur Kontrollgruppe in den HP-Sauen höhere Konzentrationen an Ile, Lys und Val, während in der LP-Gruppe Ile, Leu, Phe, Trp und Val geringer konzentriert waren. Deutliche Differenzen zeigten sich in der placentären Extraktion und Abgabe von Aminosäuren in HP- und LP-Sauen wobei sich die Muster zwischen 64. und 94. TT unterschieden. Der placentäre Aminosäurestoffwechel vermochte die imbalanten Aminosäureprofile im Sauenplasma im Fötenplasma weitgehend auszugleichen. In HP- als auch LP-Föten war die Extraktion von Lys am 94. TT geringer als in AP-Föten. Geringere Laktat- und Fructosekonzentrationen im Nabelschnurblut in der LP- und HP-Gruppe weisen auf eine eingeschränkte Glucoseverwertung hin. Ursachen für die intrauterine Wachstumsretardierung in der LP- sowie in der HP-Gruppe sind deshalb in einer nicht-bedarfsgerechten Verfügbarkeit einzelner essentiellen Aminosäuren sowie in einer eingeschränkten Glucoseversorgung oder -verwertung zu sehen. Die Nachkommen wurden nach der Geburt von normgerecht ernährten Ammensauen bis zum 28. LT aufgezogen. Die Saugferkel zeigten keine unterschiedliche Wärmeproduktion, jedoch war in HP-Ferkeln die fraktionelle Gluconeogeneserate tendenziell verringert. Nach dem Absetzen unterschieden sind Futteraufnahme, Wachstum als auch N-Bilanz und Wärmeproduktion nicht zwischen den Nachkommengruppen. Bei Absetzern und Läufern traten diätbedingte Unterschiede punktuell bei Insulin, Glykogen- und Glucosekonzentration auf, ohne Hinweise auf unterschiedliche Insulinsensitivität. Das Leberproteom-Profil von Neugeborenen war diätabhängig ausgeprägt und zeigte Unterschiede z.B. in mit dem Kohlenhydratstoffwechsel, der oxidativen Stressantwort oder der Chaperone-Aktivität assoziierten Prozessen. In der Tendenz war der Harnstoff-Umsatz am 76. LT bei den Nachkommen der HP- geringer als bei denen der LP-Sauen. Dies könnte darauf hindeuten, dass die HP-Nachkommen einen geringeren Proteinabbau aufwiesen, was sich positiv auf den Muskelansatz auswirken könnte. Fazit: Effekte auf den Stoffwechsel der Nachkommen, die durch die unterschiedliche pränatale Umwelt bedingt waren, konnten nachgewiesen werden, diese waren aber relativ moderat. Weitere während des späteren Lebens auftretende Effekte sind damit jedoch nicht ausgeschlossen. Vermutlich verfügen Individuen, die nur während des pränatalen Lebens einer inadäquaten maternalen Nährstoffzufuhr ausgesetzt waren, zumindest während der juvenilen und adoleszenten Phase, über ausreichend funktionale Plastizität, die es ermöglicht, fötal initiierte aberrante Prozesse zu kompensieren. Dies ist jedoch nur möglich, wenn die Energie- und Nährstoffzufuhr während der Säugeperiode normgerecht ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Impact of low and high protein diet during pregnancy on maternal body mass gain and colostrum composition as well as offspring birth weight in a porcine model. International Symposium for Young Scientists (ISYS) - September 9-10, 2008, Lublin, Poland, J Physiol Pharmacol 59, Suppl. 3, 35, 2008
Lang IS, Goers S, Junghans P, Hennig U, Otten W, Rehfeldt Ch, Metges CC
- Low and high protein levels during pregnancy affect maternal body mass and composition as well as offspring birth weight in a porcine model. FASEB J 22, 869.2, 2008
Lang IS, Görs S, Junghans P, Hennig U, Otten W, Rehfeldt C, Metges CC
- Metabolische Programmierung bei Nutztieren (Metabolic programming in food producing animals). Übers. Tierernährg. 36, 1-29, 2008
Metges CC, Hammon HM
- Early nutrition and later obesity: Animal models provide insights into mechanisms. In: B. Koletzko, T. Decsi, D. Molnar, A. De la Hunty (eds.), Early Nutrition Programming and Health Outcomes in Later Life: Obesity and Beyond. Adv Exp Med Biol 646, 105-112, 2009 (ISBN 978-1-4020-9172-8)
Metges CC
- Inadequate protein levels during gestation in gilts affect gestation body mass and fatness as well as offspring birth weight and insulin sensitivity at 10 wk of age. J Anim Sci 87, E-Suppl 2/J Dairy Sci 92, E-Suppl 1, 503-504, 2009
Metges CC, Lang IS, Goers S, Junghans P, Hennig U, Stabenow B, Schneider F, Otten W, Rehfeldt C
- Influence of maternal low and high protein diets during pregnancy in young sows on glucose metabolism of their offspring. Proc Soc Nutr Physiol 18, 33 (No. 6), 2009
Görs S, Lang IS, Junghans P, Hennig U, Stabenow B, Schneider F, Otten W, Rehfeldt C, Metges CC
- Short and long-term effects of low or high protein intake during sow gestation on gastrointestinal tract development of the offspring. Preliminary results. Proceedings of 19th International Congress of Nutrition, 4-9 October, 2009, Bangkok, Thailand. Annals of Nutrition & Metabolism XX 158 (DP31-04), 2009
Guilloteau P, Metges CC, Zabielski R
- Fetal umbilical venous and arterial plasma amino acid concentrations are depending on the protein level of gestation diets fed to gilts. 3rd EAAP International Symposium on Energy and Protein Metabolism and Nutrition, Parma (Italy), 6-10 September 2010, EAAP publication No. 127, Energy and protein metabolism and nutrition, S. 221-222, G. Matteo Crovetto, Hrgb., 2010
Görs S, Lang IS, Stabenow B, Hennig U, Brüssow K, Otten W, Rehfeldt C, Metges CC
- Limited and excess dietary protein during gestation affects growth and compositional traits in gilts and impairs offspring fetal growth. Journal of Animal Science 2010
Rehfeldt C, Lang IS, Görs S, Hennig U, Kalbe C, Stabenow B, Brüssow K-P, Pfuhl R, Bellmann O, Nürnberg G, Otten W, Metges CC
(Siehe online unter https://doi.org/10.2527/jas.2010-2970) - Nutritional programming of gastrointestinal tract development. Is the pig a good model for man? Nutr Res Rev 23(1), 4- 22, 2010
Guilloteau P, Zabielski R, Hammon HM, Metges CC
