Physiologie des Milchfetts
Der Energiebedarf eines Babys ist hoch. Ein wichtiger Bestandteil der Humanmilch, wie auch in Milchnahrungen, ist Fett, das eine wichtige Energiequelle darstellt (ca. 50 % des Energiegehaltes von Humanmilch und -nahrungen). Bis zu 98 % der Humanmilchlipide liegen in Form von Triacylglycerinen vor, in denen gesättigte und ungesättigte Fettsäuren an das Glycerin-Gerüst gebunden sind. Palmitinsäure, die wichtigste gesättigte Fettsäure in der menschlichen Milch, macht normalerweise etwa 20-25 % der Fettsäuren in der menschlichen Milch aus. Sechzig Prozent (nach einigen Autoren bis zu ca. 86 %) der Palmitinsäure ist an der sn-2-Position in den Triacylglycerinen verestert (die sogenannte β-Position) . Die verkürzte Bezeichnung für die in β-Position (sn-2) an Glycerin gebundene Palmitinsäure ist β-Palmitat. In den meisten Milchergänzungsnahrungen mit pflanzlichen Ölen als übliche Fettquelle ist die Palmitinsäure jedoch an den 1. oder 3. Kohlenstoff des Glycerins (sn-1- und -3-Position) gebunden. . Kuhmilch sowie pflanzliche Fette haben im Vergleich zur menschlichen Milch einen geringeren Gehalt an β-Palmitat (Kuhmilch nur etwa 40 %, Pflanzenöle sogar nur 5-20 %) . Neben gesättigten Fettsäuren enthält Milch auch mehrfach ungesättigte, langkettige Fettsäuren sowie essentielle Fettsäuren (Linolsäure und α-Linolensäure). Der ausgewogene Gehalt dieser Fettsäuren ist notwendig für die korrekte Reifung des Nervensystems und für die visuelle Wahrnehmung sowie die Bildung wichtiger biologischer Mediatoren, z. B. Eicosanoide.
Die Bedeutung der sn-2-Bindung liegt in der Regulation der Verdauung und der anschließenden Fettaufnahme. Das erste Enzym, das Fette verdaut, ist die Magenlipase, die bei Neugeborenen bereits gut entwickelt ist. Anschließend setzt die Pankreaslipase die Fettverdauung im Darm fort, wobei bei Neugeborenen eine gewisse Unreife der exokrinen Funktion des Pankreas zu beobachten ist. Die durch Gallensalz stimulierte Lipase aus der Muttermilch hat eine wichtige Rolle bei gestillten Säuglingen. Auf die gastrische Lipase entfallen etwa 10 % und auf die durch Gallensalze stimulierte Lipase 20-40 % der Fettverdauung . Pankreaslipase spaltet Fettsäuren in der sn-1- und sn-3-Position, während die mittlere Position relativ resistent gegen die lytische Aktivität dieses Enzyms ist . Wenn die Aktivität der Pankreaslipase im Darm angemessen ist, sind das Endergebnis der Fettverdauung freie Fettsäuren und 2-Monoacylglycerin, das anschließend Mizellen mit Gallensäuren bildet und schnell absorbiert wird. Freie gesättigte Fettsäuren mit langer Kette (z. B. Palmitinsäure) bilden jedoch bei ausreichender Calciummenge im Darmlumen unlösliche Calciumseifen und senken so die Gesamtverfügbarkeit von Calcium für das Kind. Wenn Palmitinsäure in sn-2-Position an Glycerin gebunden ist, bildet sie keine Verbindungen mit Calcium, sondern wird resorbiert. Werden Säuglinge mit Fetten gefüttert, die überwiegend Palmitinsäure in sn-1- und sn-3-Position enthalten, erhöht die unzureichende Lipaseaktivität der Bauchspeicheldrüse das Risiko der Bildung schlecht resorbierbarer Calciumseifen.
Das ist der Grund, warum nach dem Muster der menschlichen Milch ein hoher Gehalt an Palmitinsäure in sn-2-Position in der Milchnahrung zu einer höheren Resorption und Effizienz der Palmitinsäure führt im Vergleich zu Milchnahrungsergänzungsmitteln mit Triacylglycerinen aus pflanzlichen Ölen, die überwiegend in sn-1- und sn-3-Position vorliegen . Mehrere Studien haben gezeigt, dass Fett aus menschlicher Milch besser absorbiert wird als Fett aus Ergänzungsmilchformeln, während die Erhöhung des β-Palmitats in Formeln darauf abzielt, das Niveau der Fettabsorption aus Formeln auf das aus menschlicher Milch zu erreichen. Der Gehalt an Fettsäuren, die in der β-Position an Glycerin gebunden sind, ist in verschiedenen Milchergänzungsnahrungen deutlich unterschiedlich. Darüber hinaus zeigten sich bei der Analyse verschiedener Milchergänzungsnahrungen deutliche Unterschiede in der stereospezifischen Struktur der Fettsäuren sowie im Profil einzelner Fettsäuren im Vergleich zur Humanmilch . Bei der Palmitinsäure waren die Unterschiede im Gehalt zwar nicht so groß, aber es gab Unterschiede im Anteil der Bindung in sn-2-Position. In ähnlicher Weise ändert sich der Gehalt an Fettsäuren in der menschlichen Milch in Abhängigkeit von der Ernährung der Mutter . Die allmähliche Identifizierung bestimmter Bestandteile der menschlichen Milch sowie die Bestimmung ihrer physiologischen Bedeutung hat zu Anpassungen von Ergänzungsmilchformeln geführt, mit dem Ziel, Säuglingen, die aus verschiedenen Gründen nicht gestillt werden können, ähnliche Vorteile wie die der menschlichen Milch zu bieten. Neben der Anpassung des Gehalts an bestimmten immunmodulatorischen (Nukleotide, Präbiotika, Oligosaccharide, Probiotika, Vitamine) und anderen essentiellen Komponenten mit metabolischen und anderen physiologischen Funktionen (mehrfach ungesättigte Fettsäuren, Carnitin, Cholin, Taurin, Mineralstoffe, Vitamine) richtet sich die Aufmerksamkeit zunehmend auf die Fettkomponenten der Kuhmilch.
Unter physiologischen Bedingungen ist die Palmitinsäure ein wichtiger Bestandteil der menschlichen Milch. Auf der Grundlage verfügbarer Analysen ist ein wichtiger Teil der Palmitinsäure an das Skelett des Glycerins in Triacylglycerinen in der sn-2-Position (Position β) gebunden, was wichtige physiologische und metabolische Implikationen bei gestillten Säuglingen im Vergleich zu Säuglingen, die mit Ergänzungsnahrung gefüttert werden, hat.
Außerdem können Veränderungen in der Position des Palmitats auf dem Glycerinmolekül die Darstellung der Fette im Plasma und ihren Metabolismus beeinflussen. Einige Autoren haben jedoch vorgeschlagen, dass Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften der Fette, die sich aus der Zwischenveresterung und Veränderungen in den Triacylglycerinstrukturen ergeben, die wichtigsten Determinanten für die Höhe der postprandialen Lipämie sind, und nicht die Position der Fettsäure in den Triacylglycerinen .
Positive Effekte von β-Palmitat bei Säuglingen
Der Einfluss der Bindung von Palmitinsäure an verschiedenen Positionen an ein Glycerinmolekül in Fetten wurde im Tierversuch und auch in Humanstudien mit früh- oder termingeborenen Säuglingen untersucht. Die Studien untersuchten den Einfluss eines höheren Gehalts an β-Palmitat auf den Kalziumstoffwechsel, die Verdauung und Absorption von Fetten, die Bildung der Knochenmatrix, die Konsistenz des Stuhls und andere Parameter. Im Hinblick auf die Verfügbarkeit von synthetischem β-Palmitat sowie von Rezepturen mit erhöhtem Gehalt mehren sich die Hinweise auf eine positive Wirkung dieses einzigartigen, aus der menschlichen Milch stammenden Fettes (Tabelle 1).
Der Einfluss von β-Palmitat auf den Kalziumstoffwechsel
Kalzium ist ein essentieller Mineralstoff, besonders in der Zeit des intensiven Wachstums und der Skelettbildung. Der Stuhl von Säuglingen, die mit einer Milchergänzungsnahrung mit einem höheren Gehalt an β-Palmitat gefüttert wurden, wies eine vergleichbare Menge an Calcium und auch Fettsäuren auf wie der von voll gestillten Säuglingen. Im Vergleich zu den Säuglingen, die eine Ergänzungsnahrung mit wenig β-Palmitat erhielten, war diese Menge deutlich geringer. Aus praktischer Sicht ist es offensichtlich, dass β-Palmitat in der Milchergänzungsnahrung, ähnlich wie seine Funktion in der menschlichen Milch, den Kalziumstoffwechsel positiv beeinflusst, indem es seine Absorption aus dem Darmlumen erhöht und die Mineralisierung des wachsenden Skeletts positiv beeinflusst. In einem Tiermodell erhöhte eine β-Palmitat-reiche Formel die Kalziumabsorption durch die Erhöhung seiner Löslichkeit im Dünndarminhalt . Der hohe Gehalt an β-Palmitat in der Milchergänzungsnahrung senkt die Calciummenge im Stuhl und es kommt in der Folge zu einer höheren Ausscheidung im Urin . Es besteht ein signifikanter direkter Zusammenhang zwischen der Menge an β-Palmitat in der Milchergänzungsnahrung und dem Grad der Kalziumabsorption, sowie einer Verringerung der Bildung von Kalziumseifen und der Erhöhung des Grades der Absorption von Fettsäuren.
Der Einfluss von β-Palmitat auf die Knochenmatrix
Die frühe Kindheit ist entscheidend für die optimale Entwicklung der Mineralisierung der Knochenmatrix und die Ernährung beeinflusst diesen komplexen Prozess maßgeblich. Wie bereits erwähnt, hat ein höherer Gehalt an β-Palmitat einen positiven Einfluss auf die Kalziumabsorption. In einer Studie mit 100 Säuglingen, die mit einer Milchnahrung mit 50 % Anteil an β-Palmitat gefüttert wurden, wurde die Ganzkörpermasse des Knochenminerals mit voll gestillten Säuglingen und Säuglingen, die mit einer Standard-Milchnahrung mit niedrigem Gehalt an β-Palmitat gefüttert wurden, verglichen und densitometrisch ausgewertet. Die Formel mit einem hohen β-Palmitatgehalt führte zu einer signifikant höheren Masse an Knochenmineral im Vergleich zu der Gruppe, die mit der Kontroll-Standardnahrung gefüttert wurde. Im Gegensatz dazu gab es keinen Unterschied zwischen der Gruppe mit β-Palmitat und den voll gestillten Säuglingen . Eine kürzlich durchgeführte doppelblinde kontrollierte Studie untersuchte die Auswirkungen einer Ergänzungsnahrung mit verschiedenen Gehalten an β-Palmitat auf anthropometrische Parameter und die Knochenmasse in einer Gruppe von Säuglingen, die zum Zeitpunkt der Geburt geboren wurden. Quantitative Ultraschallmessungen der Schallgeschwindigkeit des Knochens (SOS) sind ein wichtiges Hilfsmittel für die Diagnose und Nachverfolgung der Knochenstärke bei Säuglingen. Die SOS ist direkt proportional zur Qualität, Stärke und Dichte der Knochenmatrix. Die Ergebnisse zeigten, dass gestillte Säuglinge und Säuglinge, die mit einer Formel mit einem hohen Gehalt an β-Palmitat gefüttert wurden, eine signifikant höhere Knochen-Schallgeschwindigkeit im Vergleich zu Säuglingen hatten, die mit einer Standard-Milchnahrung mit einem niedrigen Gehalt an β-Palmitat gefüttert wurden. Es sind jedoch weitere Studien erforderlich, um diesen Effekt zu bestätigen und die Auswirkung einer β-Palmitat-Supplementierung in der Milchnahrung auf die Knochenmatrix langfristig zu analysieren.
Einfluss von β-Palmitat auf die Absorption von Fettsäuren und die Stuhlkonsistenz
Eine erhöhte Absorption von Palmitat an seiner Bindung in sn-2-Position an das Glycerinskelett könnte eine wichtige Energiequelle für ein Kind darstellen. Ein erhöhter β-Palmitat-Gehalt führt zu einer positiven Beeinflussung der Resorption von Fettsäuren, sowie dazu, dass deren Spektrum im Plasma den Beobachtungen bei voll gestillten Säuglingen ähnlicher wird. Die Bildung von unlöslichen Calciumseifen ist für einen härteren Stuhl verantwortlich . Außerdem ist Calcium in dieser Form für das Kind nicht verfügbar und wird mit dem Stuhl aus dem Körper ausgeschieden. Gestillte Säuglinge haben einen weicheren Stuhl im Vergleich zu Säuglingen, die mit Standardnahrung mit einem geringen Anteil an β-Palmitat gefüttert werden. Mit steigendem β-Palmitat-Gehalt sinkt aufgrund der besseren Resorption von Fettsäuren und eines höheren Anteils resorbierbarer 2-Monoacylglycerine das Risiko der Bildung von unlöslichen Calciumseifen mit nachfolgender Verbesserung der Stuhlkonsistenz, die weicher war, ohne dass das Gesamtstuhlvolumen zunahm . In einer kleinen doppelblinden randomisierten Cross-Over-Studie bei Terminkindern mit Verstopfung führte eine neue Formel, die eine hohe Konzentration von β-Palmitat sowie eine Mischung aus präbiotischen Oligosacchariden und teilweise hydrolysiertem Molkenprotein enthielt, zu einer starken Tendenz zu einem weicheren Stuhl bei verstopften Säuglingen, aber zu keinem Unterschied in der Defäkationshäufigkeit. Daher kann diese Formel für Säuglinge mit Verstopfung empfohlen werden. Eine Einschränkung dieser Studie ist die Vielzahl von Variablen, die die Stuhlkonsistenz beeinflussen. Neuere Doppelblindstudien an gesunden Terminsäuglingen weisen darauf hin, dass eine Formel mit hohem β-Palmitatgehalt zu einer geringeren Bildung von Stuhlseife und weicherem Stuhl führt, und dieser Effekt war bei Zugabe von präbiotischer Oligofruktose deutlicher zu sehen.
Es kann gesagt werden, dass der hohe Gehalt an β-Palmitat in der Milchnahrungsergänzungsnahrung den Metabolismus von Fettsäuren und deren Absorption aus dem Darmlumen positiv beeinflusst, was zu einer Verbesserung des Energie- und Mineralhaushalts führt. Neugeborene und Säuglinge in den ersten Lebenswochen haben noch eine gewisse Unreife des Pankreaslipasesystems und daher wird durch die Zugabe von β-Palmitat zur Milchergänzungsnahrung diese vorübergehende physiologische Insuffizienz umgangen, indem eine ausreichende Absorption von Fettsäuren sowie Kalzium gewährleistet wird. Ähnliche Ergebnisse mit einer verbesserten Absorption von Fettsäuren, einer Verringerung des Kalziumabfalls im Stuhl aufgrund seiner erhöhten Resorption und einer anschließenden Erweichung des Stuhls wurden von anderen Autoren beobachtet. Mehrere Studien haben gezeigt, dass Palmitinsäure effizient resorbiert werden kann und somit die Bildung von Fettseife vermieden wird, wenn sie in der sn-2-Position vorliegt . Beobachtungen, dass ein erhöhter Gehalt an β-Palmitat zu einer geringeren Resorption von essentiellen mehrfach ungesättigten Fettsäuren führt, konnten in der Folge nicht bestätigt werden Die Rezeptur mit einem höheren Gehalt an β-Palmitat wurde gut vertragen und hatte keine negativen Auswirkungen auf das Wachstum .
Auswirkung von β-Palmitat auf die Dauer des Weinens und auf den Schlaf
In einer randomisierten kontrollierten Studie führte die Verwendung einer mit präbiotischen Oligosacchariden ergänzten teilhydrolysierten Molkenprotein-Nahrung mit einem hohen Gehalt an β-Palmitinsäure zu einer Reduktion der Schrei-Episoden bei Säuglingen mit Koliken im Vergleich zu einer Standard-Nahrung und Simethicon. In Anbetracht der Tatsache, dass die Kontrollnahrung neben β-Palmitat auch Oligosaccharide und Molkenhydrolysat enthielt, könnte dieser beobachtete klinische Effekt teilweise auf diese anderen Komponenten zurückzuführen sein. In einer doppelblinden, randomisierten klinischen Studie wurde eine signifikante Reduktion der Weindauer in der Gruppe der Säuglinge beobachtet, die mit einer Formel mit hohem Gehalt an β-Palmitat gefüttert wurden, im Vergleich zu Säuglingen, die eine Kontrollformel mit niedrigem β-Palmitatgehalt erhielten. Es gab keinen signifikanten Unterschied im Schrei-Muster zwischen gestillten Säuglingen und Säuglingen, die eine Formel mit einem hohen Gehalt an β-Palmitat erhielten. In einer anderen Studie mit Formeln, die mit einem hohen β-Palmitat-Gehalt ergänzt wurden, wurde eine signifikant geringere Anzahl schreiender Säuglinge sowie eine kürzere Dauer der Schrei-Episoden während des Tages und der Nacht beobachtet. Die Reduktion des Weinens wurde vor allem während des Abends und der Nacht beobachtet, welcher Effekt durch einen komplexen Mechanismus der β-Palmitat-Wirkung erklärt werden könnte, nämlich mit der Etablierung des zirkadianen Biorhythmus eines Kindes und mit einem positiven Einfluss auf das System der neuroendokrinen Mediatoren und Regulatoren . Möglicherweise gab es auch einen Effekt durch die Erweichung des Stuhls und damit eine Abnahme der gastrointestinalen Beschwerden in Bezug auf festen Stuhl.
Der Einfluss von β-Palmitat auf die intestinale Mikroflora
Ein wichtiger Bestandteil des Darms ist das intestinale Mikrobiom (Mikroflora), das ein wichtiges „Organ“ mit vielen Funktionen nicht nur auf der Ebene des Darms, sondern auch auf der Ebene des gesamten Organismus ist, z.z. B. Modulation der Entzündungs- und Immunantwort, Verhinderung der Besiedlung durch invasive Erreger, Bildung essentieller Verbindungen für den Organismus (z. B. Vitamine, kurzkettige Fettsäuren), Beteiligung an der Verdauung einiger Nährstoffe sowie Regulation der Darmreifung des Darms und der Proliferation der Darmepithelzellen . Nach der Geburt hat das Kind ein steriles Darmlumen, das schnell von bestimmten Mikroorganismen besiedelt wird, und der Charakter des Darmmikrobioms kann wichtige Konsequenzen hinsichtlich der Vorbeugung oder Entstehung einiger pathologischer Erkrankungen haben, einschließlich gastrointestinaler Erkrankungen, sowie extraintestinaler Erkrankungen (z.B. allergische Erkrankungen, neuropsychiatrische Erkrankungen und entzündliche Darmerkrankungen) . Ein wichtiger Faktor, der die Bildung des intestinalen Mikrobioms moduliert, ist die Ernährung des Kindes, und unter diesem Gesichtspunkt betrachten wir die menschliche Milch als idealen Erzeuger und Regulator des physiologischen intestinalen Mikrobioms. In einer kürzlich durchgeführten klinischen Studie wurde ein positiver Einfluss eines hohen Gehalts an β-Palmitat in der Milchnahrungsergänzung festgestellt, da es zu einer Zunahme von Lactobacillus und Bifidobakterien mit anschließender korrekter Darmreifung mit Antagonismus von pathogenen Bakterien und positiven immunmodulatorischen Effekten führte . Die jüngste Doppelblindstudie an 300 gesunden Terminsäuglingen zeigte ebenfalls, dass ein hoher Gehalt an β-Palmitat in der Milchnahrung zu einer höheren fäkalen Bifidobakterienkonzentration und einer verbesserten Stuhlkonsistenz führte und dass es keinen Unterschied zu mit Humanmilch ernährten Säuglingen gab . Diese Studien zeigten auch einen immunmodulatorischen Effekt von β-Palmitat über eine positive Beeinflussung des intestinalen Mikrobioms. Weitere Studien sind notwendig.
Der Einfluss von β-Palmitat auf Entzündungsprozesse im Darm
Interessante Ergebnisse zeigte eine experimentelle Studie an einem Tiermodell, in der die mögliche schützende Wirkung von β-Palmitat auf die Entwicklung von Darmentzündungen untersucht wurde. Als Modell wurde eine Maus verwendet, die defizient in der Bildung von Mucin-2 ist, das eine wichtige physiologische Schutzbarriere der Darmschleimhaut mit entzündungshemmender Wirkung darstellt. In der Gruppe der defizienten Mäuse, die mit einem Futter mit hohem Gehalt an β-Palmitat gefüttert wurden, wurde ein geringerer Grad an intestinaler Erosion sowie andere morphologische Veränderungen im Vergleich zu der Gruppe beobachtet, die mit einem pflanzenölhaltigen Futter mit niedrigem Gehalt an β-Palmitat gefüttert wurde. Der verantwortliche Mechanismus könnte in der Aktivierung der Expression von antioxidativen Enzymen (Superoxiddismutase, Glutathionperoxidase) und der Stimulation von T-regulatorischen Lymphozyten (erhöhte Expression des Transkriptionsfaktors Foxp3) liegen, zusammen mit einer Erhöhung der Genexpression für PPAR-γ (peroxisome proliferator-activated receptors) und für das Zytokin TGF-β, die wichtige Funktionen in der Homöostase der Darmschleimhaut und der Regulation der Entzündungsreaktion auf verschiedene Stimuli haben . Diese jüngsten Beobachtungen eröffnen neue Ansichten und Perspektiven für die Verwendung von β-Palmitat in Ergänzungsmilchnahrungen. Das entzündungshemmende Potenzial von β-Palmitat muss am Menschen weiter untersucht werden.