European Journal of Nutrition (v.14, #4)

Einführung by G. Berg (251-251).

Bei einem Vergleich der Effekte von äquimolaren parenteralen Dosen von Glukose und Fruktose (10 g/5 min, 0,5 g/kg · Std.) stiegen die arteriellen Glukose- und Insulinspiegel unter dem Zuckeraustauschstoff kaum an. Dabei hatte die geringere Insulinsekretion zur Folge, daß wegen der fehlenden Antilipolyse die Leber wesentlich mehr Fettsäuren verwertete und damit das aus dem Umbau der Fruktose stammende Pyruvat zum Großteil als Laktat wieder abgegeben wurde. Dies führte innerhalb des Beobachtungszeitraums zu einer Versiebenfachung des arteriellen Laktatspiegels. Die Zunahme des arteriellen Laktat-Pyruvat-Quotienten konnte jedoch nicht auf diese Veränderungen des Leberstoffwechsels zurückgeführt werden, da sich der lebervenöse Quotient nicht änderte. Messungen der Aufnahmeraten beider Zucker ließen vermuten, daß die Phosphorylierungsrate der Fruktose wie an der Tierleber 2- bis 4fach über der der Glukose liegt. Dementsprechend war im Gegensatz zu Glukose unter Fruktose eine Steigerung des ATP-Umsatzes durch eine vorübergehende Zunahme der Oxydationsrate nachweisbar. Der gesteigerte ATP-Turnover schien mit Hilfe eines intensiveren Einschleusens der Fettsäuren in die Endoxydation kompensiert zu werden.Hepatic metabolic balances derived from arterio-hepatic venous substrate differences and hepatic blood flow exhibited similar results during fructose and glucose infusion (10 g/5 min, 0.5 g/kg x h) as compared to those from the isolated perfused organ. Accordingly, in account of hepatic utilization of fructose glucose homeostasis and insulin secretion maintained during fructose infusion. However, the smaller insulin response during fructose infusion did not reduce hepatic free fatty acid utilization to such an extend as to increase pyruvate oxydation. Thus, splanchnic production of lactate and pyruvate descending from fructose was enhanced leading to a 7-fold increase of arterial lactate concentration. Since hepatic venous lactate to pyruvate substrate ratios did not change, the rise of the arterial redox couple could not be due to hepatic fructose metabolism. According to the findings from the isolated perfused organ, fructose seemed to be phosphorylated at a rate which was found to be 2–3-fold that of glucose as calculated from splanchnic utilization rates. The rapid ATP-breakdown was followed by an increment in splanchnic oxygen consumption. The larger energy demand during fructose infusion seemed to be satisfied by an enhanced endoxydation of free fatty acids.

Eine parenterale Fruktosezufuhr (10 g/5 min, 0,5 g/kg/h) führt bei stoffwechselgesunden Probanden zu einem signifikanten Anstieg der hepatischen Harnsäureproduktion von 0,07 mg/100 g × min auf 0,52 mg/100 g × min schon nach 15 min, nach 1 Stunde beträgt er noch 0,3 mg/100 g × min. Die gesteigerte Harnsäurebildung korreliert mit einer gesteigerten Phosphataufnahme der Leber, die maximal 13μMol/100 g × min beträgt. Dagegen ist in der Kontrollperiode eine geringe Phosphatabgabe an das lebervenöse Blut festzustellen. Die renale Harnsäureausscheidung nimmt während der Fruktosezufuhr entsprechend der gesteigerten Harnsäurebildung zu, so daß die venösen Harnsäurespiegel am Ende des Versuches unverändert bleiben.Nach Zufuhr äquimolarer Glukosemengen kommt es weder zu einer gesteigerten Harnsäurebildung noch zu einer vermehrten Phosphataufnahme der Leber. Der Unterschied ist vor allem durch die Besonderheit des Fruktosestoffwechsels in der Leber erklärt.15 min after intravenous administration of fructose (10 g/5 min, 0,5 g/kg/h) the hepatic uric acid production in healthy volunteers increased from 0,07 mg/100 g × min to 0,52 mg/100 g × min. After one hour the enhanced uric acid production was 0,3 mg 100 g × min. The enhanced uric acid production was accompanied by an increased hepatic phosphate uptake. The highest value was 13μmol/100 g × min. During the control period the liver released small amounts of phosphate into the hepatic vein. The increased hepatic uric acid output correlated with an enhanced renal clearance, therefore the peripheral venous uric acid concentrations remained unchanged.After intravenous administration of glucose (10 g/5 min 0.5 g/kg × h) no changes occurred neither of hepatic uric acid output nor of hepatic phosphate uptake. The fructose effect might be explained by the peculiarity of fructose metabolism in liver.

Xylitstoffwechsel im menschlichen Erythrozyten by K. -H. Quadflieg; K. Brand (268-271).
Gewaschene, menschliche Erythrozyten verstoffwechseln unter experimentellen Bedingungen (pH 7,4, 37° C) 1,14μMol Xylit in 120 min.Der 2,3-DPG- und ATP-Spiegel fällt während der Inkubation mit Xylit ab. Dieser Abfall ist keine spezifische Wirkung des Xylits, sondern hängt von der Menge der aufgenommenen C-Atome ab. Dies zeigten Vergleichsuntersuchungen mit den Substraten Fruktose und Glukose allein und in Kombination mit Xylit. Die höchste Aufnahme an C-Atomen wurde mit Glukose+Xylit als Substrat erreicht.Der verstoffwechselte Xylit wurde zu 99% in den Produkten Laktat, CO2 und D-Xylulose wiedergefunden.Eine Oxalatbildung aus Xylit konnte nicht nachgewiesen werden. Washed human erythrocytes metabolize 1,14μMol xylitol in 120 min under the following experimental conditions: pH 7.4 and 37° C.The levels of 2,3-diphosphoglycerate and ATP decrease during the incubation with xylitol. This decrease is not a specific effect of xylitol, but depends on the amount of C-atoms taken up. This could be shown in control experiments with fructose and glucose as substrates given separated or in combination with xylitol. The highest uptake of C-atoms has been observed with glucose plus xylitol as substrate.99% of the metabolized xylitol was recovered in the products lactate, Co2 and D-xylulose.There was no measurable oxalate production from xylitol.

Elektrolytverhalten im Hungerstoffwechsel by R. Kellner; G. Berg (272-285).
Bei je zweimal 10 Patienten wurde eine 14tägige Null-Kalorien-Diät durchgeführt. Alle Patienten bekamen als Flüssigkeitszufuhr Mineralwasser ad libitum zu trinken; die zweite Gruppe bekam zusätzlich 80 mval Kalium pro Tag per os.Die Serumspiegel von Natrium, Kalzium, Kalium und Phosphat blieben mit und ohne Zufuhr von Kalium im Normbereich wie bei Normalernährten. Der Bikarbonatspiegel fiel ab dem dritten Fastentag geringfügig ab; der Serumchlorspiegel sank am 14. Tag unter den unteren Normalwert auf 98 mval.Die durchgeführten Bilanzuntersuchungen zeigten, daß wesentliche Elektrolytverluste von Kalium vor allem bei kaliumloser Mineralwasserzufuhr auftreten. Das Elektrolytprodukt von Natrium und Kalium in beiden Gruppen blieb konstant. Für Kalzium ergab sich für beide Gruppen eine positive, für Phosphat eine negative Bilanz.Die Werte der Natriumbilanz stiegen unter Zufuhr von 80 mval Kalium pro Tag auf das Dreifache an.In 20 patients, undergoing a fasting period of 14 days, electrolyt balances were studied. Ten patients received 80 mval potassium per day.Sodium, potassium, calcium and phosphate in blood did not change; bicarbonate and chloride levels diminished.Balance studies showed a significant loss of potassium in both groups. Product of sodium and potassium was constant; calcium balance was positive, whereas that of phosphate was negative. During addition of 80 mval potassium per day significant change of sodium balance occurred.

Elektrolyte nach Kohlenhydratinfusion bei Gesunden by F. Matzkies; G. Berg (286-294).
Es wird über das Verhalten der Elektrolyte, Natrium, Kalium, Kalzium und Phosphat im Serum während intravenöser Infusion und über die Ausscheidung derselben Elektrolyte unter verschiedenen Behandlungsbedingungen sowie über die Elektrolytbilanzen nach Infusion einer Kohlenhydratkombinationslösung zusammen mit Elektrolyten und Aminosäuren berichtet. Nach hochdosierten Infusionen kommt es zu einem signifikanten Abfall von Natrium, Kalzium und Phosphat, während die Kaliumkonzentration ansteigt. Nach intravenösen Dauerinfusionen sind diese Änderungen nicht mehr so stark ausgeprägt.Die Elektrolytausscheidung ist abhängig von den jeweils infundierten Kohlenhydraten und deren Dosierung. Im allgemeinen kommt es nach Infusion von Kohlenhydratlösungen zu höheren Ausscheidungen der Elektrolyte als nach normaler Ernährung.Die Bilanzen für Natrium, Kalium und Phosphat sind nicht einheitlich. Neben positiven Bilanzen wurden auch negative Bilanzen gefunden.

Zink- und Magnesiumbilanzen bei Langzeitinfusion von Kohlenhydraten bei Gesunden by K. -H. Schaller; S. Matzkies; G. Berg (295-301).
Magnesium und Zink müssen bei der kompletten parenteralen Ernährung wegen ihrer physiologischen Bedeutung infundiert werden. 8 männliche Probanden erhielten eine 12stündige Dauerinfusion einer Kohlenhydratkombinationslösung zusammen mit Aminosäuren. Dabei wurden 18 bis 24 mval Magnesium und 9 bis 12 mg Zink infundiert. In einer weiteren Versuchsreihe wurden 7 bis 10 mval Magnesium, aber kein Zink zugeführt. Die Bestimmung der Magnesium- und Zink-Konzentration in Serum und Urin erfolgten atomabsorptionsspektrometrisch. Die Ergebnisse zeigten, daß in dem beobachteten Zeitraum die zugeführten Magnesium- und Zink-Mengen zu positiven Bilanzen führen. Während die Ausscheidungswerte der beiden Elemente im Urin sehr hoch waren, änderten sich die Serum-Konzentrationen nicht. Nach unserer Meinung könnten deshalb die Zufuhrraten reduziert werden. Besonders gilt dies für Zink.According to their physiological importance magnesium and zinc have to be infused during complete parenteral nutrition. 8 male volunteers obtained a continous infusion of a solution of carbohydrates combined with amino acids over a period of 12 hours. In this period 18–24 mval Mg and 9–12 mg Zn were infused. In another experiment 7–10 mval Mg were applicated, but no zinc. Magnesium and zinc concentrations in serum and urine were determined by atomic absorption spectrophotometry. The results gained in this period showed a positive belance with the applicated amounts of magnesium and zinc. The excretion of both elements in urine were extremely high while no significant changes in serum concentration were detectable. In our opinion the infusion rate could be reduced especially for zinc.

Biochemische Funktion und biologische Bedeutung von Cu, Zn und Cr werden kurz dargestellt. Im Rahmen einer langfristigen parenteralen Ernährung sind Kupfer- und Zinkmangelerscheinungen zu erwarten. Ihre Auswirkungen auf den Stoffwechsel werden diskutiert, und eine frühzeitige Zinksubstition wird empfohlen. Bei Kupfer können die Autoren keine entsprechende Empfehlung geben. Eine Chromsubstitution bei parenteraler Ernährung scheint nicht notwendig zu sein, da verschiedene untersuchte Infusionslösungen mit Chrom verunreinigt sind.Biochemical function and biological significance of Cu, Zn and Cr are revieved briefly. During a longterm parenteral nutrition a depletion of the organism of copper and zinc is to be expected. Therefore, in parenteral nutrition, an early substitution of zinc seems to be usefull. Up to now a similar recommendation for copper cannot be given. As many infusion solutions are contaminated with chromium, there is no need to substitute this element in parenteral nutrition.

Kohlenhydratzufuhr und Elektrolytbilanz bei Intensivbehandlungspatienten by O. Bartels; M. Grumeth; G. Krämer; F. Matzkies; R. Petzoldt; D. Sailer; F. Tympner; A. Waldherr (309-314).
Nach intravenöser Dauerinfusion einer Kohlenhydratkombinationslösung, bestehend aus Fruktose, Glukose und Xylit (2/3n1/3n1) mit einer Zufuhrrate von 0,2 g/kg/h und gleichzeitiger Zufuhr von Aminosäuren mit einer Dosierung von 0,03 g/kg/h, fanden sich nur geringe Verluste von Fruktose, Glukose und Xylit. Nur bei 3 Patienten lag der Endverlust über 11%.Die Ergebnisse zeigen, daß unter Anwendung einer Kohlenhydratkombinationslösung die einzelnen Substrate unabhängig voneinander verwertet werden.Die Bilanzen für Wasser, Natrium, Kalium und Magnesium waren teils negativ, teils positiv. Die Ausscheidung von Kalzium bewegte sich zwischen 1 und 19 mval, die von Phosphat zwischen 0,6 und 8,7 mval/24 h.A twenty-four percent solution of carbohydrates 0.2 g/kg/h consisting of fructose, xylit and glucose in a 2/3n1/3n1 ratio and an aminoacid solution 0.03 g/kg/h were given to 13 patients of the internal medicine intensive care unit.There was an unimportant loss of carbohydrates, only, with but few exceptions, i.e. a loss of 11% in 3 patients. The results demonstrate that the carbohydrates of the combined solution become utilized independent of each other. The balance of water, sodium, potassium and magnesium were not only negative but also positive. The elimination of calcium was between 1–19 mval/24 h, of phosphate between 0.6–8.7 mval/24 h.

In a clinical study we tested the following parameters: free fatty acids, beta-hydroxybutyrate, acid-base-balance, lactate, bilirubin, uric-acid, fructose, xylitole, glucose in blood and urine. The tests were executed in 9 patients who were undergoing stomac operations. The cardio pulmonary system of all patients was normal, and there was a homeostasis in water and electrolytes preoperatively.In combination with the amino-acids we received a ratio of 1/3n1/3n1 for glucose, levulose and xylitole. Totally, the patients received 0,36 g per kg body weight and per hour of carbohydrates. Beta-hydroxybutyrate, aceto-acetat, and free fatty acids show normal values under conditions of parenteral nutrition as well as lactate, uric acid, and acid-base-balance. The ratio of the different carbohydrates in serum and urine prove that the infusion time and volume were extremely favourable. The loss of carbohydrates in urine was very low.

Bei freiwilligen Versuchspersonen wurden intravenöse Infusionen von Glucose bzw. von Fructose, Sorbit oder Xylit in unterschiedlicher Dosierung durchgeführt. Die Infusionsdauer betrug 4 Stunden oder 48 Stunden.Unabhängig von der Art der intravenösen Infusion wurde ein rasches Absinken der Phosphatkonzentration im Serum festgestellt. Die Konzentrationen von Natrium und Kalium im Serum veränderten sich auch bei lang dauernden Infusionen nur wenig. Bei der renalen Ausscheidung waren hingegen deutliche Unterschiede zwischen einzelnen Substanzen nachzuweisen. Insbesondere war die renale Kaliumausscheidung nach Applikation von Xylit, weniger nach Sorbit, deutlich gesteigert gegenüber Infusionen von Glucose oder von Fructose. Besonders stark ausgeprägt war die Xylitwirkung in den ersten 12 Stunden der Dauerinfusion. Bei Infusionen von Glucose oder von Fructose war eine orale Elektrolytsubstitution vollständig ausreichend. Insbesondere bei Xylitinfusionen war es jedoch erforderlich, Kaliumsalze intravenös zu substituieren, obwohl an den Serumwerten keine wesentlichen Veränderungen festgestellt werden konnten.Es wird empfohlen, während lang dauernder Infusionen von Kohlenhydraten sowohl die Serumelektrolytkonzentration regelmäßig zu bestimmen wie auch die renale Elektrolytausscheidung zu messen.The metabolic effects of intravenous infusion of glucose, fructose, sorbitol or xylitol were investigated using human volunteers. The infusion period was 4 hours or 48 hours.Serum phosphate concentration decreased quickly and independent on the kind of the carbohydrate used. On the other hand, the serum cocentration of potassium or sodium did not show any greater deviations from normal. Considering the renal excretion, greater differences between the single substances were seen. Renal potassium excretion was increased especially during xylitol infusions, and not as much during sorbitol infusions, as compared to infusions with glucose or with fructose. These differences were demonstrated especially for the first 12 hours of the infusions period. During the infusions of glucose or of fructose an oral substitution of the electrolytes was sufficient. However, during xylitol infusions an intravenous substitution of potassium salts was necessary, despite the fact that the changes in serum concentration were only small.It is emphasized to carefully monitor serum electrolyte concentration and renal electrolyte excretion during long lasting intravenous infusions therapy.

Magenoperierte wurden an sieben Tagen, davon fünf postoperativ, mit Aminosäuren und Glucose-Xylit-Lösung parenteral ernährt (Gruppe I); eine Gruppe erhielt zusätzlich eine Serum-Protein-Lösung (Gruppe II).Vom ersten präoperativen bis zum fünften postoperativen Tag wurden Serum- und Urinparameter kontrolliert. Es zeigte sich unter anderem ein Abfall des Serumphosphatspiegels sofort nach Beginn der parateralen Ernährung. Bei unauffälliger Stickstoffbilanz und normalem Totalprotein und Albuminwerten war bei Gruppe II die Gamma-Globulinkonzentration im Serum am Ende der parenteralen Ernährungsperiode erniedrigt, wofür zunächst keine Erklärung gegeben werden kann.On 7 days — 5 postoperative — patients undergoingBillroth I orBillroth II were continously infused apparatively with an amino acid mixture of 100% and a glucose-xylitol-solution of 25% (group I). One group (group II) additionally received a serum protein solution.From the first preoperative day to the fifth day of the postoperative period we determined individual parameters in blood and urine. A decrease of serum phosphate level beginning on the first day after starting parenteral nutrition was observed. In the nitrogen balances, in total protein and albumin concentration there were no differences, but serum gamma-globulin concentration of group II was very low at the end of the parenteral nutrition period, a point which at present cannot be explained.

Für die einzelnen Substrate können folgende Dosierungen empfohlen werden: Glukose 0,750 g/kg/Stunde über 12 Stunden Fruktose 0,250 g/kg/Stunde über 12 Stunden Sorbit 0,250 g/kg/Stunde über 12 Stunden Xylit 0,125 g/kg/Stunde über 12 Stunden Kohlenhydrategemische aus Fruktose, Glukose, Xylit im Verhältnis 2/3n1/3n1 0,500 g/kg/Stunde über 12 StundenWerden zu den Kohlenhydraten gleichzeitig Aminosäuren verabreicht, so bleiben manche der bei alleiniger Kohlenhydratzufuhr beobachteten Veränderungen wie Laktat-, Bilirubin- und Harnsäureanstieg aus.Elektrolytfreie Kohlenhydratlösungen führen zu Elektrolytverlusten, die von der zugeführten Kohlenhydratmenge abhängen. Dieser Verlust kann auch durch elektrolythaltige Infusionslösungen nicht aufgehoben, jedoch verringert werden.Die Frage einer Substitution von Mineralstoffen, die in geringer Konzentration vorkommen, wie Zink und Magnesium, ist noch offen.Nach Infusion elektrolythaltiger Kohlenhydratgemische kommt es zu Stoffwechselveränderungen, die nicht ohne weiteres auszugleichen sind. Nach einer Infusionspause normalisieren sich diese Veränderungen rasch. Da in den 12 Stunden in den allermeisten Fällen ausreichende Mengen an Energie, Fett und Substraten sowie essentieller Bausteine und Elektrolyte zugeführt werden, könnte hierdurch eine Anpassung an die physiologischen Verhältnisse erreicht werden.In healthy subjects the recommended dosages of carbohydrates are as following: glucose 0.750 g/kg/h during 12 hours fructose 0.250 g/kg/h during 12 hours sorbitol 0.250 g/kg/h during 12 hours xylitol 0.125 g/kg/h during 12 hours glucose, fructose and xylitol as a carbohydrate mixture (2/3n1/3n1) 0.500 g/kg/h during 12 hoursIncrease in uric acid, bilirubin and lactate levels is diminished if the carbohydrate mixture and amino acids are infused together.During application of an electrolyte-free carbohydrate solution the electrolyte loss depends on the dosage. This electrolyte loss is diminished when carbohydrates and electrolytes are given in combination.The precise dosage of trace elements like zinc or magnesium is unknown.A 12-hours infusion time is recommended. Thereafter a pause is needed for the normalisation of metabolic changes.