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Christine Kraut

• Ziel dieser Arbeit war die Evaluation eines 13C-Atemtests zur Beurteilung der hepatischen mitochondrialen Beta-Oxidation, der z.B. in Diagnostik und Therapiekontrolle der NASH zum Einsatz kommen könnte. Octanoat ist eine mittelkettige Fettsäure (8C), die im Dünndarm schnell resorbiert wird und über den portalvenösen Kreislauf in die Leber gelangt. Bisher wird Octanoat vor allem zur Beurteilung der Magenentleerung fester Speisen eingesetzt. Für diesen Atemtest wird die Fettsäure in Verbindung mit einer standardisierten Testmahlzeit verabreicht. Wir führten den Atemtest in vereinfachter Form mit 100mg 13C-Natrium-Octanoat, gelöst in 200ml Wasser, durch. So wurde die Magenentleerungszeit vernachlässigbar kurz und die Beta-Oxidation des Octanoats zum geschwindigkeitsbestimmenden Schritt des Tests. Zunächst analysierten wir retrospektiv die cPDR von 69 Patienten, die den Magenentleerungsatemtest erhalten hatten. Die Analyse zeigte bei 27/69 Patienten (p = 0,055) mit verlängerter Magenentleerungshalbwertszeit sowie in der Gesamtgruppe aller 69 Patienten (p = 0,054) eine leicht erhöhte cPDR bei Frauen im Vergleich zu Männern. Dies gab uns erste Hinweise auf geschlechtsspezifische Unterschiede im Octanoatmetabolismus. Anschließend führten wir den vereinfachten Octanoatatemtest bei 39 erwachsenen Kontrollen (20m, 19w), 10 Kindern (5m, 5w), 26 NAFLD bzw. NASH-Patienten (15m, 11w) und 12 Leberzirrhosepatienten (8m, 4w) durch. Die Atemproben wurden mittels nichtdispersiver Infrarotspektrometrie hinsichtlich PDR und cPDR analysiert. Bei 40 von 77 Kontrollen/Patienten erfolgten zusätzliche eine BIA und eine indirekte Kalorimetrie. Es zeigten sich zu keinem Zeitpunkt signifikante Differenzen zwischen PDR bzw. cPDR der einzelnen Gruppen. Die PDR erreichte in allen Gruppen ihren Höhepunkt nach durchschnittlich 30 Minuten. Im Vergleich der geschlechtsspezifischen Subgruppen erreichten Frauen signifikant höhere cPDR-Werte nach 180 Minuten sowohl in der Kontrollgruppe (38,7 ± 2,8 vs. 29,2 ± 5,7%; p < 0,0001), in der Kindergruppe (32,5 ± 5,2 vs. 26,1 ± 2,2%; p = 0,008) als auch in der NAFLD/NASH-Gruppe (37,0 ± 6,0 vs. 32,1 ± 5,2%; p = 0,046). In der Leberzirrhosegruppe erzielten die Männer höhere cPDR-Werte als die Frauen (33,1 ± 9,7 vs. 38,2 ± 6,2%, p = 0,28) und damit die signifikant höchste cPDR aller Männer. Beim Vergleich der Ergebnisse von BIA und indirekter Kalorimetrie ergaben sich keine signifikanten Unterschiede in Bezug auf Körperzusammensetzung und Ruheenergieumsatz der verschiedenen Gruppen. Der Höhepunkt der PDR nach durchschnittlich 30 Minuten in allen Gruppen zeigte, dass die Oxidation des Octanoats den geschwindigkeitsbestimmenden Faktor des Atemtests darstellt und er somit zuverlässig die mitochondriale Beta-Oxidation auf Gesamtkörperniveau misst. Die Analyse der cPDR bestätigte eine deutliche Geschlechtsspezifität im Octanoatmetabolismus. Der Nachweis einer höheren cPDR auch bei Mädchen vor der Gonadarche im Vergleich zu Jungen gleichen Alters deutet auf eine frühe Determinierung der geschlechtsspezifischen Unterschiede hin. Die Geschlechtsabhängigkeit des MCFA-Metabolismus sollte in Zukunft sowohl in Studien mit MCFA als auch bei deren pharmakologischer und diätetischer Anwendung Beachtung finden. Die gesteigerte Beta-Oxidation, die in der Pathogenese der NASH eine entscheidende Rolle spielt, nahm keinen Einfluss auf den Octanoatmetabolismus. Der bei männlichen Leberzirrhosepatienten gesteigerte Octanoatstoffwechsel wies daraufhin, dass das Octanoat über portosystemische Shunts schneller zu den Hauptorten seiner Metabolisierung gelangt. Die Resultate von fünf zusätzlich untersuchten TIPS-Patienten, die cPDR-Werte bis zu 51,3% erreichten, unterstützten diese Annahme. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass Octanoat nach oraler Applikation hauptsächlich extrahepatisch und kaum in der Leber oxidiert wird. Daher ist der Octanoatatemtest nicht zum Einsatz in der Leberfunktionsdiagnostik geeignet.
• The aim of this study was to evaluate a 13C-breath-test for the assessment of the hepatic mitochondrial Beta-oxidation. Such a noninvasive method could be used in the diagnosis and the follow-up of patients with NASH. Octanoate is a medium-chain fatty acid (8C), which is absorbed rapidly in the small intestine and reaches the liver via the portovenous system. Hitherto octanoate is used primarily for the assessment of gastric emptying time. For this breath test the fatty acid is applied in combination with a standardised test meal. We performed the breath test in a simplified version of 100mg 13C-sodium-octanoate, dissolved in 200ml of mineral water. Thus, the gastric emptying time was negligibly short and Beta-oxidation became the speed-determining factor of the test. We retrospectively analysed the cPDR of 69 patients who took part in the gastric emptying-breath test. The analysis showed a higher cPDR of women in comparison to men throughout the whole group (p = 0,054) as well as within the group of patients with prolonged gastric emptying (p = 0,055). This gave us the first evidence for gender related differences in octanoate-metabolism. Afterwards the simplified breath test was applied in 39 adult controls (20m, 19f), 10 children (5m, 5f), 26 NAFLD/NASH-patients (15m, 11f) and 12 patients with liver cirrhosis (8m, 4f). Breath samples were analysed with regard to PDR and cPDR using non-dispersive infrared spectrometry. In 40 of 77 controls/ patients we additionally performed BIA and an indirect calorimetry. There did not occur any significant differences of PDR or cPDR between different groups at any time. The PDR reached its maximum at mean at about 30 minutes in every group. However, by comparing the gender related subgroups, women reached significantly higher cPDR-values after 180 minutes in the controlgroup (38,7 ± 2,8 vs. 29,2 ± 5,7%; p < 0,0001), in the childrengroup (32,5 ± 5,2 vs. 26,1 ± 2,2%; p = 0,008) and in the NAFLD/NASHgroup (37,0 ± 6,0 vs. 32,1 ± 5,2%; p = 0,046). Only in the group of patients with liver cirrhosis, men reached higher cPDR-values than women (33,1 ± 9,7 vs. 38,2 ± 6,2%, p = 0,28); and this was the maximal cPDR of all men. The analysis of the results of BIA and indirect calorimetry did not render any significant differences between the different groups relating to body composition and resting energy expenditure. The maximum of cPDR after 30 minutes in all groups showed that oxidation of octanoate is the speed-determining factor of the breath test, which means that the breath test is a reliable parameter for the mitochondrial Beta-oxidation of the whole body. The analysis of cPDR proved the distinct gender related differences in octanoic acid metabolism. The detection of higher cPDR-values in girls before gonadarche compared to boys at the same age indicated the early determination of this difference. Genderspecific variability should be considered in pharmacological as well as in dietary application in the future. The increase of Beta-oxidation, which plays a key role in pathogenesis of NASH, did not have any influence on total, whole body octanoate metabolism in our study. The increase of Beta-oxidation of male liver cirrhosis-patients demonstrated that octanoate rapidly reaches its main sites of metabolisation via portosystemic shunts. The results of five additionally examined TIPS-patients confirmed this suggestion. These patients reached cPDR-values up to 51,3%. The findings reveal that octanoate is mainly oxidised in extrahepatic tissues and to a minor proportion in the liver. Therefore the octanoic acid breath test is not applicable in the diagnostics of the liver function.