Peter Skufca

Experimentelle Untersuchungen zum Einfluß oxidierter Fette auf ausgewählte Parameter des Schilddrüsenhormon- und Lipidstoffwechsels beim Modelltier Ratte

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor agriculturarum (Dr. agr.) vorgelegt an der Landwirtschaftlichen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 01.07.2002

Abstract
Thermisch behandelte Fette enthalten erhöhte Konzentrationen an primären und sekundären Lipidperoxidationsprodukten, die im tierischen Organismus vielfältige physiologische Wirkungen hervorrufen. Ziel der vorliegenden Untersuchungen war, die Wirkungen oxidierter Fette auf den Schilddrüsenhormon-stoffwechsel und den Lipidstoffwechsel näher zu beleuchten.
In der vorliegenden Studie wurden insgesamt drei Versuche durchgeführt, in denen männliche Sprague-Dawley Ratten als Modelltiere verwendet wurden. Die Ratten wurden restriktiv über 6 bzw. 8 Wochen mit halbsynthetischen Diäten gefüttert, die entweder Kontrollfette oder oxidierte Fette enthielten.
Als Kontrollfett wurden frische Fette (ein Sonnenblumenöl/Schweineschmalz- und ein Sonnenblumenöl/Palmöl-Gemisch) verwendet (Kontrollgruppen). Als Versuchsfett wurden identische Fette verwendet, die bei verschiedenen Temperaturen über verschiedene Zeiträume erhitzt worden waren (Versuchsgruppen).
Im ersten Versuch wurde das Fett über einen Zeitraum von 6 Wochen bei einer Temperatur von 50C erhitzt. In diesem Versuch wurde außerdem die Selenkonzentration variiert, da Selen eine wichtige Rolle im Stoffwechsel der Schilddrüsenhormone und im antioxidativen Schutzsystem spielt.
Im zweiten Versuch wurde das Fett über einen Zeitraum von 5 Wochen bei einer Temperatur von 55C erhitzt. Neben der Art des Fettes wurde die Jodkonzentration variiert, um zu überprüfen, welche Auswirkung erhitzte Fette bei Jodmangel haben.
Im dritten Versuch wurden die Diätfette bei drei verschiedenen Temperaturen über unterschiedliche Zeiträume thermisch behandelt. Das Fett # 1 wurde über den Zeitraum von 5 Wochen einer Temperatur von 50C ausgesetzt. Die entsprechende Werte waren für Fett # 2 81 Stunden und 105C sowie für Fett # 3, 24 Stunden und 190C. Neben der Art des Fettes wurde die Vitamin E-Konzentration variiert, um zu überprüfen, ob Vitamin E die Auswirkung thermisch behandelter Fette auf den Schilddrüsenhormonstoffwechsel beeinflussen kann.
Die Selen- und Jodzulage sowie erhöhte Vitamin E-Versorgung hatten keinen Einfluß auf die Gewichtsentwicklung und Endgewichte der Ratten. Hingegen wurden bei der Fütterung oxidierter Fette etwas geringere Endgewichte der Ratten erzielt.
Erhitztes Fett führte zur Senkung der Triglyceridkonzentration in Plasma, Lipoproteinen geringer Dichte und Leber. Die verminderten Aktivitäten der lipogenen Enzyme Fettsäuresynthetase (FsS) und Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase (G6PDH) und verminderte relative Expression der Gene dieser Enzyme zeigten deutlich, daß die Fettsäuresynthese in der Leber auf der Ebene der Genexpression gehemmt wurde. Eine suboptimale Versorgung mit Selen und Jod hatte keinen Einfluß auf den Lipidstoffwechsel. Die Fütterung oxidierter Fette führte in allen drei Versuchen zu einer deutlichen Steigung der Plasmakonzentration an gesamt (T4) und freiem Thyroxin (fT4). Die Unterschiede in der Selen-, Jod- und Vitamin E-Versorgung hatten keinen Einfluß auf die Plasmakonzentration an T4 und fT4. Weder die Art der Behandlung der oxidierten Fette, noch die Höhe der Selen-, Jod- bzw. Vitamin E-Versorgung der Versuchstiere hatten einen Einfluß auf die Plasmakonzentration an Trijodthyronin T3 und Thyrotropin TSH.
Die Fütterung oxidierter Fette induziert auch einen Anstieg der Epithelzellhöhe sowie eine Verringerung der Follikeldurchmesser in der Schilddrüse. Moderater Jodmangel führte bei Fütterung frischer Fette erwartungsgemäß zu einer Senkung der Plasmakonzentration an T4. Hingegen führte die Fütterung oxidierter Fette auch bei moderatem Jodmangel zu einem Anstieg der T4-Konzentration im Plasma, so daß das Niveau adäquater Jodversorgung erreicht wurde. Die Höhe der Epithelzellen war durch den Jodmangel erwartungsgemäß erhöht, bei Fütterung oxidierter Fette wurde sie noch zusätzlich gesteigert. Der Durchmesser der Schilddrüsenfollikel wurde durch den Jodmangel erwartungsgemäß verringert, bei Fütterung oxidierter Fette wurde er noch zusätzlich verringert. Die Fütterung oxidierter Fette führte in der Schilddrüse zu einer erhöhten relativen Expression der die Enzyme Schilddrüsenproxidase (TPO) und Glutathionperoxidase (GSH-Px) codierenden Gene und zu einer extrem geringen Expression des codierenden Gens für den Natrium/Jodid-Symporter (Na+/J--SYM). Auf die Expression der TPO- und GSH-Px-Gene hatte die Jodversorgung keinen Einfluß. Hingegen wurde die Expression des Na+/J--SYM durch moderaten Jodmangel unabhängig von der Art des Fettes stimuliert.
Die Fütterung des oxidierten Fettes verschlechterte den Selenstatus der Versuchstiere. Bei Tieren mit suboptimaler Selenversorgung wurde dieser Effekt noch verstärkt. Dieser Effekt war bei knapper Selenversorgung stärker als bei ausreichender Selenversorgung. Die Ergebnisse zeigen insgesamt, daß bei Fütterung oxidierter Fette der Selenbedarf bei der Ratte erhöht wird.
Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen, daß die verminderte Triglycerid-konzentrationen in Plasma und Leber auf eine gehemmte eigene Lipidsynthese zurückzuführen sind. Diese Hemmung beruht auf einer verminderten genetischen Expression. Es konnte gezeigt werden, daß die Expression der Gene lipogener Enzyme von Selenversorgung unabhängig ist.
Es konnte außerdem gezeigt werden, daß oxidierten Fette die Schilddrüsenfunktion stimulieren. Durch Fütterung oxidierter Fette wurden wahrscheinlich größere Mengen an Thyroxin synthetisiert und in das Blut freigesetzt, möglicherweise als Folge eines verstärkten Jodierens des Thyreoglobulins durch die TPO. Die Synthese und Sekretion des T4 bei Fütterung oxidierter Fette ist offensichtlich von der Vitamin E-Versorgung unabhängig.

Thermally oxidized fats contain a large number of primary and secondary lipid peroxidation products which are known to affect animal metabolism in several ways. Recent studies in rats and miniature pigs demonstrated that feeding diets with thermally treated oils influences not only the antioxidant defence system but also the lipid metabolism. Feeding diets with oxidized oils lowered the concentrations of triglycerides in plasma and liver. Furthermore, feeding diets with oxidized oils increases the concentrations of free and total thyroxine in plasma. The mechanism by which oxidized fats raise plasma thyroxine levels and lower plasma and liver triglyceride levels is not fully understood.
In the present study, three experiments with male Sprague-Dawley rats were carried out. The rats were fed restricted amounts of diets with fresh or thermally oxidized fats.
As control fats the fresh fats (sunflower oil/lard and sunflower oil/palm oil mixtures) were used. Oxidized fats used in the experiments were identical to control fats but thermally treated at different temperatures over different periods.
In the first experiment, the fats were prepared by heating at 50 C over a period of 6 weeks. Selenium concentrations was varied because of its important role in antioxidant defence system and in the metabolism of thyroid hormones.
In the second experiment, the fats were prepared by heating at 55 C over a period of 5 weeks. In that experiment the concentrations of iodine was varied to study the effects of oxidized fats on the thyroid metabolism in the state of iodine deficiency.
In the third experiment the fats were prepared at different temperatures over different periods. The fat # 1 was prepared by heating at 50 C over a period of 5 weeks, the fat # 2 at 105 C over 81 hours and the fat # 3 at 190 C over 24 hours. Besides the fat also vitamin E concentrations of the diets were varied to investigate whether the effects of oxidized fats on thyroid hormone metabolism are dependent on the vitamin E supply.
The selenium, iodine and Vitamin E supplementation had no effect on body weight development and final body weight of rats. On the other hand, the final body weight of rats was decreased by thermally oxidised oils at lower vitamine E supplementation.
Feeding of the diets with oxidized fats results in a decrease of triglyceride concentrations in plasma, lipoproteins and liver. The decreased activity of lipogenic enzymes fatty acid synthetase (FsS) and glucose-6-phosphate-dehydrogenase (G6PDH) and decreased gene expression of both enzymes showed that the fatty acid synthesis is lowered due to lowered gene expression of lipogenic enzymes. The suboptimal selenium and iodine status did not influence the lipid metabolism.
The rats fed all types of oxidized fats in all three experiments had higher concentrations of total (T4) and free thyroxine (fT4) in plasma than rats fed the equivalent diets with fresh oil. In third experiment the concentration of T4 and fT4 were strongest increased by fat # 2. This indicates that not only primary, but also secondary lipid peroxidation products elevate the plasma concentrations of T4 and fT4. Different selenium, iodine and vitamin E supply had no influence on T4 and fT4 concentration in plasma. Different thermally oxidation of fats, selenium, iodine and vitamin E supply had no effect on plasma triiodthyronine (T3) and thyroid stimulating hormone (TSH) concentrations.
Feeding oxidized fats on rats induces elevation of the follicular cell height and reduces the follicle diameter in the thyroid. As expected, moderate iodine deficiency lowered the concentration of T4 in plasma, increased the follicular cell height and lowered the follicle diameter in the thyroid. Feeding of the diets with oxidized fats elevated T4 and fT4 concentrations in plasma regardless to iodine deficiency. Further more, feeding oxidized fats increased the effect of iodine deficiency such as elevating of follicular cell high and decreasing of follicle diameter. Feeding oxidized fats elevated also gene expression of thyroid peroxidase TPO and gluatahione peroxidase (GSH-Px) and markedly decreased the gene expression of Na+/J--SYM in the thyroid. Iodine supply had no effect on the expression of TPO and GSH-Px genes. On the other hand, expression of sodium/iodide-symporter (Na+/J--SYM) was stimulated by iodine deficiency independent of fat source.
Feeding oxidized fats reduced the selenium status in rats. This effect of oxidized fats was stronger in rats fed low selenium diets than in rats fed selenium-adequate diets. Thus, this study indicates that the feeding oxidized fats increased selenium requirement of rat.
The results of this study shows that the reduced triglyceride concentrations in plasma and liver are due to impaired gene expression of lipogenic enzymes but not to reduced selenium status induced by oxidized fats.
Furthermore this study indicates that oxidized fats stimulate the thyroid function probably as consequence of increased thyroxine secretion to blood as function of higher iodination of the thyreoglobulin through TPO. This phenomena might not be due to oxidative stress of thyroid or reduced selenium status induced by oxidized fats.

Keywords:
erhitzte Fette, Vitamin E, Thyroxin, Schilddrüsenhormone, Lipidsynthese, Selen, Jod, Ratte

thermoxidised fats, vitamine E, thyroxine, thyroid hormones, fatty acid synthesis, selenium, iodine, rat

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Inhaltsverzeichnis
Inhalts-, Tabellen-, Abbildungs- und Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung (1-3)
2 Material und Methoden (4-41)
3 Ergebnisse (42-63)
4 Diskussion (64-82)
5 Zusammenfassung (83-88)
6 Literaturverzeichnis (89-107)