Der Wiederkäuer sezerniert extrem große Mengen Phosphat in den Speichel, der so in den Pansen und den restlichen Gastrointestinaltrakt gelangt. Durch eine ebenfalls sehr hohe Resorptionskapazität des Dünndarms wird der größte Teil des Phosphats wieder aufgenommen und gelangt wieder in diesen Kreislauf. Aber warum eigentlich? Und wie?

Vokabeln:

• monogastrisches Tier = Tier mit einem Magen, also ein „Nicht-Wiederkäuer“
• P_i = anorganisches (= nicht gebundenes) Phosphat, kommt unter physiologischen Bedingungen als H₂PO₄^- und HPO₄^2- vor.
• diätetisch = über die Nahrung. Bsp.: „Ich hatte gestern eine hohe diätetische Saccharose-Aufnahme“ = „Gestern gab’s Kuchen“.

Phosphat (P_i) ist eines der lebenswichtigen Mineralstoffe, die jeder Organismus benötigt. Es ist als Bestandteil von Nucleinsäuren, Membranlipiden und Adenosintriphosphat für Wachstum und Stoffwechsel unentbehrlich. Wirbeltiere benötigen darüber hinaus Phosphor zum Aufbau von Apatiten, die als hartes Mineral in Knochen und Zahnschmelz eingelagert sind. Das monogastrische Tier benötigt eine Plasmakonzentration von etwa 1,1 mM P_i (Daten für den Mensch). Wenn dieser Schwellenwert unterschritten wird, ist kein normaler Stoffwechsel der Zellen mehr gewährleistet. Um die P_i-Versorgung der Zellen zu gewährleisten, werden durch Osteoklasten Knochen demineralisiert, um P_i freizusetzen. Im Knochen sind etwa 80% des Gesamt-Phosphors des Körpers gespeichert.

Doch auch eine zu hohe P_i-Konzentration im Plasma ist schädlich. Es wird vermutet, dass eine zu hohe Pi-Konzentration zu Ablagerungen in Blutgefäßen und Weichgewebe führen kann. Wenn das Löslichkeitsprodukt von Ca⁺⁺ und P_i überschritten ist, kristallisieren sie zusammen aus. Vermutlich aus diesem Grund ist bei hoher diätetischer P_i-Aufnahme zu beobachten, dass der Körper aktiv P_i ausscheidet.

Beim Wiederkäuer hat P_i weitere wichtige Funktionen. Wiederkäuer ernähren sich von den Stoffwechselendprodukten der Mikroorganismen, die in ihrem Pansen die langkettigen Kohlenhydrate des Futters verwerten. Aus diesem Grund ist es für sie wichtig, die physikalischen Bedingungen im Pansen stark zu kontrollieren und für ein optimales Wachstum der Mikroorganismen zu sorgen.

In den Pansen werden, hauptsächlich durch die Speichelproduktion, große Mengen an Pi sezerniert. Einerseits haben die Pansenmikroorganismen einen großen P_i-Bedarf, da sie eine hohe Wachstums- und Syntheseleistung erbringen. Andererseits dient Phosphat neben dem Bicarbonat-Puffer der Regulation des pH-Wertes. Die Mikroorganismen setzten große Mengen volatiler Fettsäuren frei, die ohne Puffer den pH-Wert stark absenken und zu einer Pansenacidose führen würden. Aus diesem Grund findet in den Speicheldrüsen des Wiederkäuers eine viel höhere P_i-Konzentrierung als beim monogastrischen Tier statt. Bei einer Plasmakonzentration von etwa 2 mM P_i wird in den Speicheldrüsen durch sekundär aktiven Transport eine Pi-Konzentration des isotonischen Speichels von etwa 25 mM erreicht. Im Vergleich dazu entspricht beim Monogastrier die P_i-Konzentration im Speichel der des Plasmas (beides ca. 2 mM).

Monogastrier

Beim monogastrischen Tier erfolgt die P_i -Aufnahme hauptsächlich im oberen Dünndarm durch den Transporter NaPi-IIb. Aus dem Plasma wird es vom Gewebe je nach Bedarf aufgenommen oder abgegeben. Überschüssiges P_i wird durch die Niere abgegeben, die P_i -Resorption wird dort hauptsächlich durch die Häufigkeit von NaPi-IIa und -c reguliert. NaPi-IIa ist für 70% der Resorptionskapazität verantwortlich, der Rest entfällt vermutlich auf NaPi-IIc. Bei Pi-Mangel wird P_i aus den Knochen mobilisiert, indem Knochengewebe abgebaut wird. Die Remineralisierung kann bei einem ausgeglichenen P_i -Haushalt erfolgen. Hier sind die Osteoklasten und Osteoblasten beteiligt, die –neben NaPi-III– den Transporter NaPi-IIa exprimieren. Die Kontrolle des Pi-Haushalts erfolgt über die Hormone Calcitriol (1,25(OH)2VitD3) und Parathormon (PTH). Die Regulation geschieht hauptsächlich durch die Niere, die Anpassung der intestinalen P_i-Resorption durch NaPi-IIb spielt eine untergeordnete Rolle. Für die Niere konnte nachgewiesen werden, dass die Häufigkeit des NaPi-IIa in der apikalen Membran reguliert wird, indem bei einer konstanten de-novo-Synthese die Transporter durch kontrollierte Endocytose aus der Zellmembran entfernt und lysosomal abgebaut werden.

Wiederkäuer

Beim Wiederkäuer wird P_i ebenfalls im Dünndarm resorbiert. Im Duodenum erfolgt die Aufnahme durch einen noch nicht bekannten H⁺/Pi-Cotransporter, der nicht durch Ca- oder P_i -Restriktion reguliert wird. Der größte Anteil an der P_i-Resorption aber erfolgt im Jejunum durch NaPi-IIb. Die P_i-Aufnahme durch diesen in der apikalen Membran lokalisierten Transporter stellt dabei den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt dar. Der Mechanismus, durch den P_i aus den Enterocyten weiter ins Blut gelangt, konnte noch nicht aufgeklärt werden.

Ein großer Anteil des resorbierten Phosphats wird in den Speicheldrüsen in den Primärspeichel transportiert und gelangt so wieder in den Gastrointestinaltrakt. Durch die im Vergleich zum Monogastrier sehr hohe Pi-Resorptionskapazität des Dünndarms und die fast vollständige Resorption in der Niere kann der Großteil des P_i resorbiert werden (endogener P_i-Kreislauf), sodass auch bei geringer diätetischer P_i-Versorgung eine hohe P_i-Konzentration im Pansen aufrecht erhalten werden kann.

Auch bei P_i-Überversorgung wird kaum P_i über die Nieren ausgeschieden. Die Regulation der Homöostase erfolgt über die Expression des NaPi-IIb im Dünndarm, überschüssiges Pi wird also über den Kot abgegeben. Erst, wenn die Plasma-P_i-Konzentration einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, wird auch die Transportkapazität der renalen proximalen Tubuli und somit die Rückresorption aus dem Primärharn verringert.

Der P_i-Haushalt eines jungen Wiederkäuers vor dem Absetzen ähnelt dem der monogastrischen Tiere. Die Regulation erfolgt hauptsächlich über die Niere, die P_i-Ausscheidung über den Darm ist noch gering. Da das Vormagensystem noch nicht entwickelt ist, spricht man vom „funktionellen Monogastrier“. Die Konzentrierung von P_i im Speichel beginnt mit der dritten Lebenswoche.