Time course of amino acid absorption in growing rats estimated after feeding of a ¹⁵N‐labelled wheat/yeast ration

Abstract

The time course of AA digestion, AA balance (sV AS), and AA absorption (wV AS) was estimated on growing rats (Wistar rats, LW= 124 g) in different sections of the intestinal tract using the combination of ¹⁵N tracer and TiO₂ marker techniques. The animals received once a diet of ¹⁵N labelled wheat and yeast as protein sources supplemented by TiO₂ as a marker. Up to 6 h after feeding the amino acid composition the ¹⁵N excess and the TiO₂ content in the digesta of stomach, small and large intestine were determinated in the relation of amino acids resp. of ¹⁵N labelled amino acids to the marker. In addition the content of amino acids and the ¹⁵N excess of these amino acids were estimated in plasma. From these data the disappearance rates and the relation of exogenous to endogenous amino acids as well as the sV and the wV values of the different amino acids were calculated for the different gut sections.

The following results were obtained:

-	The relative disappearance rate for N and TiO2 marker out of the stomach went approximately parallel but with a delay for TiO2 of about 30 minutes.
-	The AA composition of the stomach content, the small and the large intestine content did not vary in dependence of the time.
-	The AA composition of the stomach digesta was nearly identical to that of the diet, while that of the small intestine was between exogenous AA composition (feed) and endogenous AA composition (digesta on protein free feeding). AA composition of the large intestine digesta showed quite big differences (bacterial AA break down and AA synthesis).
-	Considering a delay time (small intestine: 1 h, large intestine: 4 h) the exogenous portion of the different AA remained constant in both of these intestinal sections during the whole experimental time.
-	The exogenous AA part varied for small intestine digesta between 31 and 69% (mean value: 41%), and for large intestine digesta between 13 and 39% (mean value: 22%).
-	The sV AS values in the small intestine (AA balance resp. precaecal digestibility) differed from 61% (threonine) to 86% (proline) with an average of 73.4 ± 7.4%, those for wV AS (AA absorption) from 81% (lysine) to 94% (proline) with an average of 88.1±4.1%. There were significant differences between AA, but they are negligible for practical purposes.
-	In the small intestine the estimated values for postprandial absorption of the exogenous AA accounted after 1 h, 2 h, 4 h and 6 h for 21%, 33.7%, 46.5%, and 70.7% of the AA intake respectively, mean absorption rate = 9.1 ± 0.5%/h.
-	The AA balance in the whole tract (sV AS) was 75 to 94% (on average 82 ± 5.3%) and the wV AS (balance corrected by the 15N method) ranged from 92 to 99% (on average 96±1.8%). These values correspond to the faecal AA digestibility in conventional experiments.
-	In the large intestine the postileal disappearance of the AA (sV) was on average 9.7% with a maximum value of 26% for glycine, and with a minimum for methionine of ‐2.1% caused by bacterial synthesis of methionine. Te postileal wV in the large intestine amounted to 7.5%.
-	The time course of the disappearance rate of the 15N labelled AA in the small intestine and the appearance rate of these AA in the plasma showed an analogous behavior. Both of them characterize the postprandial absorption.

The following conclusion can be drawn:

The method used (combination of ¹⁵N tracer and TiO₂ marker techniques) enables determining the time course of transit and the variation of exogenous AA: endogenous AA proportion in the different intestinal sections and estimating the faecal and precaecal digestibility of the different AA.

The course of secretion and absorption of the different AA should be specified in further experiments using the more precise analysis of ¹⁵N by GC‐MS resp. GC‐C‐IRMS technique. An apply of this method to farm animals (pigs) seems to be possible.

An wachsenden Ratten (Wistarraten, LM = 124 g) wurden unter Kombination der ¹⁵N‐Tracertechnik und der TiO₂‐Markertechnik Untersuchungen zum zeitlichen Verlauf der Verschwindensrate, der AS‐Bilanz (sV AS) und der AS‐Resorption (wV AS) in verschiedenen Abschnitten des Verdauungstraktes durchgeführt. Die Versuchstiere erhielten einmalig eine mit TiO₂ als Marker versetzte Ration aus ¹⁵N‐markiertem Weizen und Hefe als Proteinträger. Bis zu 6 h nach der Fütterung wurden die AS‐Zusammensetzung, der ¹⁵N‐Überschuß und der TiO₂ Gehalt im Inhalt des Magens sowie des Dünn‐ und des Dickdarms erfaßt. Außerdem wurden der AS‐Gehalt und der ¹⁵N‐Überschuß in den einzelnen AS von Dünndarm, Dickdarm und Plasma ermittelt. Aus diesen Daten wurden die Verschwindensraten, das Verhältnis der exogenen zu den endogenen AS sowie die sV und die wV der AS für die Darmabschnitte berechnet.

Folgende Ergebnisse wurden erhalten:

-	Die relative Verschwindensrate für N, exog. N und Marker (TiO2) aus dem Magen verlief annähernd parallel, aber mit einer Verzögerung des TiO2‐Austritts von ca 30 Minuten.
-	Die AS‐Zusammensetzung des Magen‐, Dünndarm‐, sowie Dickdanninhaltes zeigten bis 6 h nach der Fütterung keine Veränderung in Abhängigkeit von der Zeit.
-	Die AS‐Zusammensetzung des Mageninhaltes war annähernd identisch mit der der Diät; die des Dünndarmchymus lag zwischen der exogenen AS‐Zusammensetzung (Futter) und der endogenen AS‐Zusammensetzung (Chymus bei 15N‐freier Fütterung). Das AS‐Muster des Dickdarmchymus zeigte größere Abweichungen (bakterieller AS‐Abbau und AS‐Synthese).
-	Unter Berücksichtigung einer Verzögerungszeit (Dünndarm: 1 h, Dickdarm: 4 h) blieb der exogene Anteil jeder einzelnen AS in den beiden Darmabschnitten über die Versuchszeit konstant.
-	Der exogene Anteil variierte für die AS des Dünndarminhaltes von 31 bis 69% (Mittelwert: 41%) und des Dickdarminhaltes von 13 bis 39% (Mittelwert: 22%).
-	Die Werte für die sV AS des Dünndarms (AS‐Bilanz bzw. präzäkale Verdaulichkeit) differierten von 61% (Thr) bis 86% (Pro) mit einem Mittelwert von 73,4 ± 7,4%, die für die wV AS (AS‐Resorption) von 81% (Lys) bis 94% (Pro) mit einem Mittelwert von 88,1±4,1%. Zwischen den einzelnen AS traten z.T. signifikante Differenzen auf, die jedoch für praktische Zwecke vernachlässigt werden können.
-	Die Schätzwerte dür die postprandiale Resorption der exogenen AS im Dünndarm erreichte, bezogen auf die Einnahme, nach 1 h 21%, nach 2 h 33,7%, nach 4 h 46,5% und nach 6 h 70,7%, mittlere Resorptionsgeschwindigkeit = 9, 1 ± 0,5%/h.
-	Die AS‐Gesamtbilanz (sV AS) im Gastrointestinaltrakt lag zwischen 75 und 94% (Mittelwert: 82 ± 5,3%) und die wV AS (korrigiert nach der 15N‐Methodik) zwischen 92 und 99% (Mittelwert: 96 ± 1,8%). Diese Werte entsprechen denen der Gesamt‐N‐Verdaulichkeit bei konventionellen Verdaulichkeitssversuchen.
-	Die postileale Verschwindensrate der AS im Dickdarm (sV) betrug 9,7%, mit einem Maximum von 26% für Glycin und einem Minimum von — 2,1% für Methionin, verursacht durch bakterielle Met‐Synthese. Die postileale wV im Dickdarm erreichte im Mittel 7,5%.
-	Der Zeitverlauf der Verschwindensrate der 15N‐markierten AS im Dünndarm und das Erscheinen dieser AS im Plasma zeigten analoges Verhalten. Beide charakterisieren die Resorption in Abhängigkeit von der Zeit nach der Futteraufnahme.

Folgende Schlüsse können gezogen werden:

Die angewandte Methode (Kombination von ¹⁵N‐Tracer‐ und TiO₂‐Markertechnik) ist geeignet, den zeitlichen Verlauf des Transits und die Variation des Verhältnisses exogene AS: endogene AS für die einzelnen Abschnitte des Verdauungstraktes zu bestimmen und die fäkale und präzäkale Verdaulichkeit der einzelnen AS abzuschätzen.

Der zeitliche Verlauf der Sekretion und Resorption einzelner AS sollte unter Verwendung der empfindlicheren massenspektrometrischen ¹⁵N‐Meßmethodik (GC‐MS–bzw. GC‐C‐IRMS‐Technik) in weiteren Versuchen präzisiert werden.

Eine Übertragbarkeit der Methode auf landwirtschaftliche Nutztiere (Schweine) erscheint möglich.

Key words:

• Amino acid
• Nitrogen 15 marker
• Amino acid absorption
• Amino acid digestibility
• Stomach
• Small intestine
• Large intestine
• Digestive tract