Post on 02-Sep-2019
Aus der Klinik für Rinder
der Tierärztlichen Hochschule Hannover
Charakterisierung der peripheren Insulin-Response und
Insulin-Sensitivität bei trockenstehenden, laktierenden
und leberverfetteten Milchkühen ohne und mit Ketose
mittels hyperinsulinämischer, euglycämischer Clamps
INAUGURAL-DISSERTATION
zur Erlangung des Grades einer
Doktorin der Veterinärmedizin
(Dr. med. vet.)
durch die Tierärztliche Hochschule Hannover
Vorgelegt von
Silke Kräft
aus Hannover
Hannover 2004
Wissenschaftliche Betreuung: Apl. Prof. Dr. M. Kaske
Univ.-Prof. Dr. J. Rehage
1. Gutachter: Apl. Prof. Dr. M. Kaske
2. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. J. Zentek
Tag der mündlichen Prüfung: 26.11.2004
Gefördert durch ein Graduiertenstipendium der Tierärztlichen Hochschule Hannover
Für die Eltern und Oma Kassel
In Erinnerung an die Großeltern
Inhaltsverzeichnis Seite i
1. Einleitung 1
2. Schrifttum 5
2.1. Besonderheiten des Glucosestoffwechsels beim
Wiederkäuer 5
2.1.1. Abbau der Futterkohlenhydrate, intestinale Resorption und
Gluconeogenese 5
2.1.2. Glucosetransport in die Zellen 7
2.1.3. Glucosebedarf 9
2.2. Die hormonelle Regulation der Glucosehomöostase bei
Wiederkäuern und Monogastriern 11
2.2.1. Insulin 11
2.2.1.1. Aufbau des Moleküls, Synthese, Freisetzung, Insulinrezeptor
und Abbau 11
2.2.1.2. Induktion der Freisetzung 14
2.2.1.3. Wirkung 15
2.2.1.4. Insulinunabhängige Substrataufnahme / Besonderheiten in
Trächtigkeit und Laktation / Insulineinfluss auf Milchleistung
und Zusammensetzung 17
2.2.2. Glucagon 19
2.2.3. Somatostatin 21
2.2.4. Glucocorticoide 23
2.2.5. Catecholamine 24
2.3. Insulinresistenz 25
2.3.1. Insulinresistenz der Wiederkäuer 27
2.3.1.1. Speziesunterschiede 27
Seite ii Inhaltsverzeichnis
2.3.1.2. Einfluss des Alters auf die Insulinresistenz des Wiederkäuers 29
2.3.1.3. Ernährungszustand 30
2.3.1.4. Einfluss der Fütterung 31
2.3.1.5. Einfluss von Kalium und Calcium auf Energiedefizit und
Insulinresistenz 34
2.3.1.6. Einfluss des Reproduktionsstadiums auf Insulin-Response
und Insulin-Sensitivität 35
2.3.1.7. Rasseunterschiede 41
2.3.1.8. Einfluss der Umgebungstemperatur 41
2.3.1.9. Hormoneller Einfluss 42
2.3.1.10. Insulinresistenz bei Ketose, Leberverfettung und
Labmagenverlagerung 43
2.3.2. Mögliche Ursachen der Insulinresistenz 44
2.3.2.1. Insulinbindung 44
2.3.2.2. Glucosetransporter (GLUT) 45
2.3.2.3. Aspekte der molekularen Beziehung zwischen Adipositas und
Insulinresistenz 46
2.4. Stoffwechselsituation in der (Früh-) Laktation 48
2.4.1. Energiebedarf der Hochleistungskuh 48
2.4.2. Anpassung an eine negative Energiebilanz 49
2.5. Leberverfettung und Leberinsuffizienz bei der Milchkuh 50
2.5.1. Vorkommen der Leberverfettung 50
2.5.2. Ursachen der Leberverfettung 50
2.5.3. Biochemischer Hintergrund der Leberverfettung 53
2.5.4. Nachweis der Leberverfettung 55
2.5.5. Konsequenzen der Leberverfettung 55
2.5.6. Klinische Bedeutung der Leberverfettung 56
2.5.7. Symptomatik und Diagnostik der Leberinsuffizienz 58
Inhaltsverzeichnis Seite iii
2.5.8. Glucosehomöostase bei Leberinsuffizienz 59
2.6. Ketose 59
2.6.1. Symptome der Ketose 61
2.6.2. Biosynthese und Verwertung der Ketonkörper 62
2.6.3. Labordiagnostische Hinweise auf eine Ketose 62
2.6.4. Pathogenese der Ketose 63
2.7. Linksseitige Labmagenverlagerung 65
2.7.1. Ätiologie der Labmagenverlagerung 65
2.7.2. Folgen der Labmagenverlagerung 66
2.8. Methoden zur Untersuchung von Glucoseumsatz und
Insulinresistenz in vivo 67
2.8.1. Glucosetoleranztest 67
2.8.2. Hyperglykämischer Clamp 68
2.8.3. Hyperinsulinämischer, euglycämischer Clamp 68
2.8.3.1. Abwandlungen der Methode des hyperinsulinämischen,
euglycämischen Clamps (HEC) 69
2.8.3.2. Mittels HEC erfassbare Parameter 76
3. Material und Methoden 78
3.1. Versuchstiere 78
3.1.1. Selektionskriterien 78
3.1.2. Status praesens am Tag der Versuchsdurchführung 81
3.1.3. Haltung und Fütterung 82
3.2. Experimentelles Design 83
3.2.1. Vorbereitung der Versuchstiere 83
Seite iv Inhaltsverzeichnis
3.2.2. Katheterisierung der Vv. jugulares externae 85
3.2.3. Leberbiopsie 85
3.2.4. Vorbereitung der Infusionslösungen 86
3.2.5. Ablauf des hyperinsulinämischen, euglycämischen Clamptests 87
3.3. Analysen 91
3.3.1. Glucose 91
3.3.2. Insulin 92
3.3.3. Nicht-veresterte Fettsäuren 93
3.3.4. Trigyceride 94
3.3.5. Aminosäurenindex 98
3.3.6. Weitere Parameter 100
3.4. Berechnungen 102
3.4.1. Steady-state Glucose-Infusionsrate (SSGIR) 102
3.4.2. Steady-state Insulinkonzentration 102
3.4.3. Steady-state NEFA-Konzentration 102
3.4.4. Insulineliminationsrate 103
3.4.5. Insulin-Dosis-Wirkungsbeziehung 103
3.5. Statistik 105
4. Ergebnisse 107
4.1. Basale Konzentrationen der Blutparameter,
Aminosäurenindices und Lebertriglyceridgehalte 107
4.1.1. Basale Glucosekonzentration im Vollblut 108
4.1.2. Basale Insulinkonzentration im Plasma 108
4.1.3. Basale NEFA-Konzentration im Plasma 109
4.1.4. Basale ß-Hydroxybutyrat-Konzentration im Plasma 109
Inhaltsverzeichnis Seite v
4.1.5. Plasmaaminosäuren und Aminosäurenindex 109
4.1.6. Lebertriglyceride 111
4.2. Ergebnisse der hyperinsulinämischen, euglycämischen
Clampversuche 113
4.2.1. Steady-state Glucoseinfusionsrate (SSGIR) 113
4.2.2. Steady-state Insulin-Konzentrationen im Plasma (SSIK) 117
4.2.3. Steady-state NEFA-Konzentrationen (absolut und relativ) 121
4.2.4. Ketonkörperkonzentration im Versuchsverlauf 127
4.2.5. Verlauf der Aminosäuren und des Aminosäurenindexes (ASI) 130
4.3. Insulinelimination 131
4.3.1. Biologische Wirkung des Insulins auf den Glucosestoffwechsel 135
4.3.2. Biologische Wirkung des Insulins auf den Fettstoffwechsel 139
4.4. Korrelationen einiger Parameter klinisch gesunder
und kranker Kühe 143
5. Diskussion 146
5.1. Diskussion der Methodik 146
5.1.1. Versuchstiere 146
5.1.1.1. Trächtigkeitsdauer und Laktationsstadium 147
5.1.1.2. Milchleistung 148
5.1.1.3. Ernährungszustand 148
5.1.2. Terminologie 149
5.1.3. Durchführung der Versuche 150
5.1.3.1. Hyperinsulinämischer, euglycämischer Clamp 150
5.1.3.2. Infusionslösungen 152
5.1.3.3. Infusionsvolumen, Blutentnahmevolumen 152
Seite vi Inhaltsverzeichnis
5.1.3.4. Methodik zur Ermittlung der Glucosekonzentration 153
5.2. Diskussion der Ergebnisse 154
5.2.1. Basalwerte der trockenstehenden, laktierenden, leberverfetteten,
ketotischen und labmagenverlagerten Kühe 154
5.2.1.1. Basale Glucosekonzentration 154
5.2.1.2. Basale Insulinkonzentration 156
5.2.1.3. Basale NEFA-Konzentration 158
5.2.1.4. Basale ß-HB-Konzentration 160
5.2.1.5. Konzentration der Plasmaaminosäuren und Aminosäurenindex 160
5.2.1.6. Triglyceridkonzentrationen der Leber 162
5.2.1.7. Leberverfettung - Leberinsuffizienz 164
5.2.2. Hyperinsulinämischer, euglycämischer Clamp 165
5.2.2.1. Steady-state Glucoseinfusionsrate (SSGIR) 165
5.2.2.2. Steady-state Insulinkonzentration 167
5.2.2.3. Steady-state NEFA-Konzentrationen 169
5.2.2.4. Verlauf der freien Aminosäuren im Plasma und
des Aminosäurenindex 170
5.2.2.5. Insulinelimination 172
5.2.3. Biologische Wirkung des Insulins auf den Glucose-
und Fettstoffwechsel - Insulin-Response und Insulin-Sensitivität - 172
5.2.3.1. Vergleich der klinisch gesunden Kühe verschiedener
Reproduktions- und Laktationsstadien 172
5.2.3.2. Insulin-Response und Insulin-Sensitivität bei Leberverfettung 175
5.2.3.3. Insulin-Response und Insulin-Sensitivität bei Leberverfettung
und Ketose 175
5.2.3.4. Insulin-Response und Insulin-Sensitivität bei
Labmagenverlagerung 176
5.2.4. Korrelationen einiger Parameter klinisch gesunder und
kranker Kühe 177
Inhaltsverzeichnis Seite vii
5.3. Schlussfolgerungen 179
6. Zusammenfassung 188
7. Summary 191
8. Schrifttumsverzeichnis 194
Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen
Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen
A. Arteria
Abb. Abbildung
A. bidest Aqua bidest
abs. absolut
AcAc Acetacetat
ACOD Acyl-CoA-Oxidase
ACS Acyl-CoA-Synthetase
Acyl Fettsäure
ADP Adenosindiphosphat
ALT Alanin-Aminotransferase
AMP Adenosinmonophosphat
a. p. ante patum
APM 1 Adiponectin
ASI Aminosäurenindex
ASP Asparagin
AST Aspartat-Aminotransferase
ATP Adenosintriphosphat
bas. basal
BCS Body Condition Score
bGH bovine Growth Hormone
ß-HB ß-Hydroxyburyrat
BW Body Weight
°C Grad Celsius
C2 Gruppe aus 2 Kohlenstoffen
Ca Calcium
cAMP cyclisches Adenosin-Mono-Phosphat
CPT-1 Carnitin-Palmityl-Transferase 1
Chol Cholesterin/Cholesterol
Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen
CK Creatinkinase
Cl Chlorid
CoA Coenzym A
C-Peptid Connecting Peptid
d Tage
dest. destilliert
D. m. Diabetes mellitus
EDTA Ethylendiamintetraessigsäure
EGP endogene Glucoseproduktion
FCM Fat corrected Milk
FFS freie Fettsäuren
FG Frischgewicht
g Gramm
GB Gesamtbilirubin
GER Glucose-Eintrittsrate
GGT Gamma-Glutamyl-Transferase
GH Growth Hormone
GIR Glucoseinfusionsrate
GK Glycerokinase
GLDH Glutamat-Dehydrogenase
GLN Glutamin
Glu. Glucose
GLU Glutamat
GLUT Glucosetransporter
GRH Somatokrinin
h Stunde
HC hyperglycämischer Clamp
HCL Salzsäure
HEC hyperinsulinämischer, euglycämischer Clamp
HMG ß-Hydroxy-ß-Methylglutaryl
Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen
H2O Wasser
H2O2 Wasserstoffperoxid
HPLC High Performance Liquid Chromatography
IAG insulinabhängiger Glucoseumsatz
IDE Insulin Degrading Enzyme
IDGU Insulin Dependant Glucose Utilization
I.E. Internationale Einheit
IGF-1 Insulin-like growth factor 1
Ig-G Immunglobulin der Klasse Gammaglobulin
IIP Insulininfusionsperiode
IL-6 Interleucin-6
ILE Isoleucin
Ins. Insulin
IP Infusionperiode
IRS-1 Insulinrezeptorsubstrat
IU Internationale Einheiten
IVGTT Intravenöser Glucosetoleranztest 125J radioaktiv markiertes Jod
K Kalium
KCl Kaliumchlorid
kg Kilogramm
KGW Körpergewicht
KH2PO4 Kalium-Dihydrogenphosphat
kIns. Ratenkonstante der Insulinelimination
km Michaelis-Menten-Konstante, Insulinkonzentration bei der
der halbmaximale Effekt von Insulin erreicht wird
kNEFA Ratenkonstante der NEFA-Elimination
l Liter
LDH Lactat-Dehydrogenase
LEU Leucin
Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen
LMV linksseitige Labmagenverlagerung
LMV-OP Operation zur Behebung der Labmagenverlagerung
LW Laktationswoche
LYS Lysin
MAT Milchaustauscher
max/2 halbmaximaler biologischer Effekt
MCR metabolische Clearancerate
MEHA 3-Methyl-N-ethyl-N-(ß-hydroxyethyl)-anilin
mg Milligramm
M/I Index der metabolisierten Glucose pro Einheit
Plasmainsulin
min Minute
ml Milliliter
ML Milchleistung
mmol Millimol
mol Mol
mosm Milliosmol
m. o. w. mehr oder weniger
mRNA messenger Ribonucleic Acid
mU Milliunit
MW arithmetischer Mittelwert
µl Mikroliter
µmol Mikromol
µU Mikrounit
n Normalität
nm Nanometer
N Anzahl
Na Natrium
NaCl Natriumchlorid
NAD+ Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid
Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen
NADH reduziertes Nicotinsäureamid-Adenin-Dinucleotid
NADP+ Nicotinamid-Adenin-Dinucleotidphosphat
NADPH reduziertes Nicotinamid-Adenin-Dinucleotidphosphat
Na+-K+-ATPase Natrium-Kalium-Adenosintriphosphatase
NaOH Natronlauge
NEFA Non Esterified Fatty Acid
NH3 Ammoniak
NH4+ Ammonium
NIDDM Non Insulin Dependant Diabetes Mellitus
n. s. nicht signifikant
OCT Ornithin-Carbamyltransferase
OP Operation
OPA Ortho-Phthaldehyd
p Irrtumswahrscheinlichkeit
PAI Plasminogen-Aktivator-Inhibitor
PEP Phosphoenolpyruvat
PHE Phenylalanin
PK Pyruvatkinase
POD Peroxidase
p. p. post partum
PPi organisches Pyrophosphat
r Korrelationskoeffizient
RA Rate des Glucoseauftretens
R-COOH Carbonsäure bzw. Fettsäure
rER raues endoplasmatisches Retikulum
RIA Radio-Immunassay
SCFA Short Chain Fatty Acid
SD standard deviation
SER Serin
SGLT-1 sekundär-aktiver Glucosetransporter
Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen
SIH Somatostatin
SSGIR steady-state Glucoseinfusionsrate
SSIK steady-state Insulinkonzentration
T3 Trijodthyronin
Tab. Tabelle
TGL Triglyceride
TNF-α Tumornekrosefaktor alpha
TRYP Tryptophan
TSH Thyreotropin
TYR Tyrosin
U/ml Units pro Milliliter
UV ultraviolett
V. Vena
v. a. vor allem
VAL Valin
VK Variationskoeffizient
VLDL Very Low Density Lipoprotein
Vmax maximale Geschwindigkeit
Vv. Venae
w/v Gewicht pro Volumen
z. A. zur Analyse
ZNS Zentralnervensystem
1. Einleitung Seite 1
1. Einleitung
In der Frühlaktation enwickelt sich bei Hochleistungskühen infolge hoher
Einsatzleistung bei gleichzeitig unzureichender Futteraufnahmekapazität eine
negative Energiebilanz. Es resultiert eine massive Lipolyse und Proteolyse sowie eine
gesteigerte Gluconeogenese aus glucoplastischen Substraten, die durch niedrige
Konzentrationen von Insulin, IGF-1 und Schilddrüsenhormonen sowie durch hohe
Konzentrationen von Glucagon, bovinem Wachstumshormon (bGH) und Cortisol
begünstigt werden (BAUMAN u. CURRIE 1980; HART 1983; WEEKES 1991; VERNON
u. SASAKI 1991). Bei vielen der hochleistenden Milchkühe wird die
Stoffwechselkapazität der Leber bei der Mobilisation von peripherem Körperfett durch
die Anflutung großer Mengen nicht-veresterter Fettsäuren überfordert (GERLOFF et
al. 1986; JOHANNSEN et al. 1992). Es entwickelt sich ein Lipomobilisationssyndrom
mit Rückgang der Milchleistung, Inappetenz, Ketonämie und dystrophischer
Leberverfettung; ein Teil der Tiere verendet auf Grund einer irreversiblen
Leberinsuffizienz.
Insulin ist sowohl bei Monogastriern als auch bei Wiederkäuern das wichtigste
Hormon für die Regulation der Glucosehomöostase. Insulin induziert als anaboles
Hormon eine Erhöhung der peripheren Glucoseaufnahme, Lipogenese, Glycogen- und
Proteinsynthese sowie eine Hemmung von Lipolyse und hepatischer Gluconeogenese.
Die Effekte des Insulins auf die Glucosehomöostase und den Fettstoffwechsel
variieren bei allen Spezies in Abhängigkeit von Lebensalter, Ernährungszustand,
Reproduktionsstadium und werden vermutlich auch durch den Verfettungsgrad der
Leber und den Blutspiegel der Ketonkörper beeinflusst.
Wiederkäuer sind wesentlich insulinresistenter als die meisten monogastrischen
Spezies (HASEGAWA et al. 1992). Eine Insulinresistenz ist dabei definiert als eine
verminderte biologische Insulinwirkung bei einer gegebenen Blutkonzentration; sie
Seite 2 1. Einleitung
kann durch eine verminderte Insulin-Sensitivität oder/und Insulin-Response
verursacht werden (KAHN 1978). Bei einer verminderten Insulin-Sensitivität ist
definitionsgemäß eine höhere Insulinkonzentration erforderlich, um einen
halbmaximalen biologischen Effekt (km) zu erzielen; die maximale biologische
Antwort ist jedoch gegenüber insulinsensitiven Individuen nicht vermindert. Bei einer
verminderten Insulin-Response ist der maximale Effekt des Insulins beispielsweise
auf die periphere Glucoseaufnahme gegenüber gesunden Kontrolltieren vermindert,
während sich der km-Wert nicht unterscheidet (RIZZA et al. 1981). Die Bestimmung
der Insulin-Sensitivität und Insulin-Response mittels hyperinsulinämischer,
euglycämischer Clamp-Tests ermöglicht die nähere Charakterisierung einer
Insulinresistenz.
Die Ursachen der Insulinresistenz der Wiederkäuer im Vergleich zu monogastrischen
Spezies sind unklar. Die vorhandenen Kenntnisse basieren auf Rezeptorstudien mit
isolierten Adipocyten und Hepatozyten (SASAKI 1990; VERNON u. SASAKI 1991)
einerseits und auf Studien mit nicht laktierenden bzw. laktierenden Schafen
(METCALF 1988; HAY et al. 1988, 1989; FAULKNER u. POLLOCK 1990; PETTERSON
et al. 1993; SCHLUMBOHM et al. 1997) und Ziegen (TESSERAUD et al. 1991;
LARBAUD et al. 1996) andererseits. Sie lassen vermuten, dass Insulinresistenzen auf
Änderungen der Anzahl und/oder Affinität der Rezeptoren und auf Störungen der
intrazellulären Signalübertragung nach Bindung des Insulins am Rezeptor beruhen
können.
Weiterführende Untersuchungen der Glucosehomöostase und ihrer hormonellen
Regulation an Kühen mit manifester Hepatosteatose fehlen bislang. Derartige Studien
erscheinen jedoch zwingend erforderlich, da die Möglichkeiten zur therapeutischen
Beeinflussung des Krankheitsbildes außerordentlich begrenzt sind. Die heute
vorherrschende Therapie der intravenösen Glucoseinfusion führt bei einer extremen
Insulinresistenz mit reduzierter peripherer Glucoseutilisation lediglich zu
unphysiologisch hohen Serum-Glucosekonzentrationen; die orale Applikation von
1. Einleitung Seite 3
Propionat als Substrat für die Gluconeogenese hemmt zusätzlich den Harnstoffzyklus
und verstärkt somit die bei leberkranken Tieren ohnehin manifeste Hyperammonämie
(REHAGE 1996).
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Bedeutung des Insulins für die Regulation
der Glucosehomöostase sowie die Insulin-Sensitivität und Insulin-Response bei
klinisch gesunden Milchkühen und Milchkühen mit Leberverfettung und/oder Ketose
mittels hyperinsulinänischer, euglycämischer Clamp-Untersuchungen näher zu
charakterisieren. Aufgrund des Fehlens valider Referenzdaten wurden zunächst die
homöorrhetischen Veränderungen in den verschiedenen Reproduktionsstadien durch
Versuche an klinisch gesunden, trockenstehenden und klinisch gesunden,
laktierenden Kühen erfasst. Anschließend wurde der Effekt des Insulins auf die
Glucosehomöostase und den Fettstoffwechsel bei Kühen mit Leberverfettung
und/oder Ketose untersucht. Die Kühe mit Leberverfettung und/oder Ketose waren
einige Tage vor dem Clamp aufgrund einer linksseitigen Labmagenverlagerung
operiert worden; der Einfluss einer Labmagenverlagerung auf die Insulinresistenz
wurde entsprechend durch eine dritte Versuchsserie an Kühen mit bestehender
linksseitiger Labmagenverlagerung geprüft.
Die Versuche sollen das Verständnis der pathophysiologischen Vorgänge bei
Leberverfettung und Ketose verbessern und Anhaltspunkte für eine rationale
Therapie von Tieren mit Hepatosteatose bzw. Leberinsuffizienz liefern.
Im Einzelnen wurden im Rahmen dieser Arbeit folgende Fragen untersucht:
1. Unterscheiden sich die basalen Konzentrationen der Blutparameter (Glucose,
Insulin, nicht-veresterte Fettsäuren) klinisch gesunder, trockenstehender
Kühe, klinisch gesunder Kühe in der zweiten und dritten Laktationswoche bzw.
der vierten bis zehnten Laktationswoche von denen leberverfetteter Kühe mit
bzw. ohne Ketose?
Seite 4 1. Einleitung
2. Unterscheidet sich der maximal Insulin-stimulierbare Glucoseumsatz von
klinisch gesunden Tieren unterschiedlicher Reproduktionsstadien von dem der
leberverfetteten Kühe ohne bzw. mit Ketose?
3. Sind Unterschiede in der Abnahme der Konzentration der nicht-veresterten
Fettsäuren während der Insulininfusion zwischen den Gruppen nachweisbar?
4. Sind Unterschiede in der (steady-state) Plasma-Insulinkonzentration während
der verschiedenen Insulininfusionsperioden zwischen den Gruppen
nachweisbar und unterscheiden sich die Insulineliminationsraten nach
Beendigung der Insulininfusion der Tiere der untersuchten Gruppen
voneinander?
5. Lassen sich nachweisbare Insulinresistenzen im Hinblick auf spezifische
Veränderungen der Insulin-Sensitivität und/oder der Insulin-Response näher
charakterisieren?
6. Wie korrelieren die Leitparameter des Glucose- und Fettstoffwechsels bei
klinisch gesunden Kühen bzw. bei leberverfetteten Kühen ohne bzw. mit
Ketose?
2. Schrifttum Seite 5
2. Schrifttum
2.1. Besonderheiten des Glucosestoffwechsels beim Wiederkäuer
2.1.1. Abbau der Futterkohlenhydrate, intestinale Resorption und
Gluconeogenese
Die Trockensubstanz des Raufutters besteht zu ca. 70 % aus Kohlenhydraten. Diese
Kohlenhydrate werden im anaeroben Milieu der Vormägen der Wiederkäuer durch
mikrobielle Fermentation nahezu vollständig zu kurzkettigen Fettsäuren (v. a. Acetat,
ca. 60 %, Propionat, ca. 20 % und Butyrat, ca. 20 %) umgesetzt (BERGMAN et al.
1974). Die kurzkettigen Fettsäuren werden aus dem Pansen resorbiert und decken
bei ausschließlich mit Raufutter versorgten Tieren nahezu den gesamten
Energiebedarf (REYNOLDS 1992; BROCKMAN 1993). Die täglich produzierte
Acetatmenge im Pansen von Milchkühen liegt sowohl bei rohfaserreichen als auch bei
kraftfutterreichen Rationen bei 30 mol / Tag. Zusätzlich wird Acetat endogen in der
Leber produziert, die Nettoproduktion kann bis zu 30 % der Menge ausmachen, die
durch den Intestinaltrakt produziert wird (LOMAX u. BAIRD 1983) und soll sich
zwischen hungernden und gefütterten Tieren nicht wesentlich unterscheiden
(PETHICK et al. 1981). Bei rohfaserreichen Rationen werden im Pansen etwa 13 mol
Propionat / Tag, bei kraftfutterreichen Rationen bis zu 30 mol / Tag (0,7 bzw. 1,7
kg/Tag) gebildet (BERGMAN u. WOLFF 1971). Nur 40 - 60 % des produzierten
Propionats werden resorbiert (BERGMAN u. WOLFF 1971), etwa 50 - 70 % des
resorbierten Propionats werden in der Leber zu Glucose umgesetzt (BROCKMAN
1990), der Rest wird direkt im Pansenepithel verstoffwechselt (BERGMAN u. WOLFF
1971). Während einer Leberpassage werden 85 % des Propionats aus dem Portalblut
entfernt, so dass Propionat nur in geringen Mengen in andere Gewebe gelangen
kann (BROCKMAN 1990). Zusätzlich ist Propionat ein Substrat für die
Lactatproduktion. Die im Vormagen resorbierte Butyratmenge ist im Verhältnis zur
produzierten Menge gering. Etwa 20 % werden im Pansen zu Acetat umgewandelt,
Seite 6 2. Schrifttum
eine erhebliche Menge wird im Pansenepithel zu Ketonkörpern metabolisiert
(EMMANUEL 1980). Mehr als 80 % des im Blut zirkulierenden Butyrats verbleiben bei
der ersten Leberpassage in der Leber und sind dort Substrat für die Ketogenese
(BROCKMAN 1993).
Bei rohfaserreichen Rationen kann bei Wiederkäuern im Vergleich zu Monogastriern
nur sehr wenig Glucose aus dem Dünndarm mittels Natrium-gekoppeltem sekundär-
aktivem Glucose-Cotransporter (SGLT-1) resorbiert werden (WEEKES 1991). Bei
kraftfutterreicher Fütterung gelangt maximal 25 % der in der Ration enthaltenen
Stärke in das Duodenum („bypass starch”), wird durch Carbohydrasen verdaut und
als Glucose resorbiert (HUNTINGTON et al. 1980; JANES et al. 1985 a). Ursache der
im Vergleich zum Monogastrier geringen Glucoseresorption aus dem Jejunum scheint
die geringe Verfügbarkeit der Glucose aufgrund der Pansenfermentation der
Kohlenhydrate zu sein, folglich wird nur eine niedrige Dichte an SGLT-1 in der
apikalen Membran der Enterozyten zur Glucoseresorption benötigt. So wurde bei
milchtrinkenden Kälbern und Lämmern eine mit dem monogastrischen Tier
vergleichbare Dichte der SGLT-1 nachgewiesen, bei Futterumstellung von Milch auf
Raufutter sank die Affinität um ca. 95 % in Abhängigkeit von Menge und
Zusammensetzung des Futters. Dabei scheint ein luminal membranständiger
Rezeptor eine wichtige Rolle zu spielen, da sich durch Infusion von D-Glucose oder
D-Galactose in das Duodenum von adulten Schafen die SGLT-1 Aktivität wieder auf
das Niveau von monogastrischen Tieren erhöhen lässt (SHIRAZY-BEECHEY et al.
1995).
Primäre Quelle der Blutglucose des Wiederkäuers ist die hepatische Gluconeogenese
(ca. 85 - 90 %) (LINDSAY 1970; WEEKES 1991; BROCKMAN 1993), weitere 10 - 15
% der Gluconeogenese finden in der Nierenrinde statt (BERGMAN et al. 1974).
Wichtigstes Substrat ist dabei das im Rahmen der mikrobiellen Fermentation im
Vormagen entstehende und mit dem Portalblut anflutende Propionat (40 - 60 %)
(BROCKMAN 1993). Propionat kann - im Gegensatz zu Butyrat und Acetat - direkt für
2. Schrifttum Seite 7
die Gluconeogenese genutzt werden (HERDT 2000 b). Die Aufnahme in das Cytosol
der Hepatozyten scheint nicht durch Insulin beeinflusst zu werden (BAIRD et al.
1980; BROCKMAN 1990), während der Umsatz anderer Glucosevorläufer (wie Lactat,
Alanin, Glycerol) signifikant durch Insulin gehemmt wird (BROCKMAN 1985). Der
Umfang der Gluconeogenese korreliert mit der Verfügbarkeit der
Ausgangssubstanzen (DANFAER et al. 1995), während der aktuelle Bedarf nur einen
geringen Einfluss auf Gluconeogenese hat (Literaturübersicht bei WEEKES 1991).
2.1.2. Glucosetransport in die Zellen
Der Glucosetransport in periphere Gewebe (Muskulatur, Fettgewebe, Leber u. a.)
erfolgt beim Monogastrier durch erleichterte Diffusion mit Hilfe von gewebs- und
zellspezifischen Glucosetransportproteinen (GLUT-1 bis GLUT-7) in der Zellmembran
(MUECKLER 1990, 1994). Mit Ausnahme des GLUT-4 sind alle
Glucosetransportproteine insulinunabhängig.
GLUT-1-Transporter sind weit verbreitet und decken den basalen Glucosebedarf
vieler Zellen (FLIER et al. 1987; MUECKLER 1990, 1994). Besonders in den Kapillaren
des Gehirns werden GLUT-1 exprimiert und sichern somit die Glucoseaufnahme der
Zellen des Zentralnervensystems (ZNS) (LÖFFLER u. PETRIDES 1997). In geringem
Umfang wurden sie auch in Erythrozyten, Placenta, Retina sowie in Muskulatur und
Fettgewebe nachgewiesen (GOULD u. HOLMAN 1993; HOCQUETTE u. BALAGE
1996).
GLUT-2-Transporter werden in Hepatozyten, ß-Zellen des Pankreas sowie in der
apikalen Membran von Enterozyten und renalen Tubuluszellen exprimiert
(FUKUMOTO et al. 1988; THORENS et al. 1988, 1992; MUECKLER 1990). Die
Transportkapazität für Glucose liegt mit 42 mmol/l deutlich über der Kapazität der
anderen Glucosetransporter (MUECKLER 1994). In der Leber und den ß-Zellen des
Pankreas bildet GLUT-2 mit der beim Monogastrier nur in diesen Geweben
vorkommenden Glucokinase (Hexokinase IV) ein System zur Regulation der
Seite 8 2. Schrifttum
Glucoseaufnahme bzw. Insulinsekretion der ß-Zellen. Geschwindigkeitsbestimmend
für die Glucoseaufnahme ist die Glucokinase, da die Transportkapazität der GLUT-2
über der Glucokinaseaktivität liegt (THORENS et al. 1988; UNGER 1991; SCHUIT
1996). Der Glucosetransportmechanismus der Wiederkäuer ist bislang noch wenig
untersucht. In Untersuchungen an 3 - 6 Tage und 31 - 35 Tage alten Lämmern
wurde mit zunehmendem Alter eine verstärkte Expression von GLUT-2 in der Leber
festgestellt, die als adaptiver Mechanismus an die Futterumstellung angesehen wird
(GELARDI et al. 1999). Es gibt Hinweise, dass ein umgekehrt proportionaler
Zusammenhang zwischen der GLUT-2 Expressionsrate und der Insulinkonzentration
besteht (GREMLICH et al. 1997); bei Lämmern erniedrigte sich die GLUT-2
Expression durch Hyperinsulinämie im hyperinsulinämischen, euglycämischen Clamp
(GELARDI et al. 1999).
Die Dichte der GLUT-4 im Muskel der Wiederkäuer scheint niedriger als beim
Monogastrier zu sein (HOCQUETTE u. BALAGE 1996). Die insulinabhängigen GLUT-4-
Transporter (JAMES et al. 1988; MUECKLER 1990; KOZKA et al. 1995; KAHN 1996)
befinden sich beim Monogastrier ausschließlich in Adipocyten und Muskelzellen
(EPSTEIN 1999) und sind für den Insulin-stimulierten Glucosetransport in
insulinsensitive Gewebe verantwortlich (BALDWIN 1993; MARSHALL u. MUECKLER
1994). Der Glucosetransport in diese Zellen beeinflusst die Glucosehomöostase des
ganzen Körpers (GELARDI et al. 1999). Ohne Insulin liegen die GLUT-4 an
intrazelluläre Vesikel des Golgi-Apparates gebunden vor; durch Bindung des Insulins
an den Rezeptor wird der Austausch der GLUT-4 durch Endo- bzw. Exozytose aus
dem vesikulären Kompartiment des Golgi-Apparates an die Plasmamembran
induziert. Niedrige Insulinkonzentrationen bewirken eine niedrige GLUT-4
Translokation in die Plasmamembran (FRIEDMAN et al. 1991; MARETTE et al. 1992),
hohe Insulinkonzentrationen steigern die GLUT-4 Translokation (GOULD u. HOLMAN
1993; KAHN 1996). Beim Wiederkäuer war altersunabhängig bei einer experimentell
induzierten, euglycämischen Hyperinsulinämie keine verstärkte Expression der GLUT-
4 nachweisbar (GELARDI et al. 1999).
2. Schrifttum Seite 9
Während GLUT-5 beim Monogastrier als Fructose-Transportprotein in der
Plasmamembran reifer Spermatozyten und in der apikalen Membran der intestinalen
Enterozyten nachgewiesen wurde (BURANT et al. 1992; BALDWIN 1993), wurden
beim Wiederkäuer hohe GLUT-5 mRNA Konzentrationen im Lebergewebe gefunden.
Die GLUT-5 scheinen dort auch an der Glucoseverwertung und -freisetzung beteiligt
zu sein (GELARDI et al. 1999).
GLUT-7 wird beim Monogastrier bevorzugt im endoplasmatischen Retikulum von
gluconeogenesebeteiligten Geweben exprimiert (MUECKLER 1994). Der
Glucosetransport während der Gluconeogenese und Glycogenolyse aus dem
endoplasmatischen Retikulum soll durch dieses Transportprotein gefördert werden
(WADDELL et al. 1992).
2.1.3. Glucosebedarf
Wiederkäuer verbrauchen basal nicht weniger Glucose als monogastrische Tiere, da
der basale Glucoseumsatz ausschließlich vom metabolischen Körpergewicht abhängt
(VAN SOEST 1996). Der obligate Glucosebedarf des Nervengewebes, der
Erythrozyten und des Nierenmarks liegt bei etwa 4 g/kg0,75 (RUSELL et al. 1986).
Während der Gravidität erhöht sich der Glucosebedarf, da der Energiestoffwechsel
des Föten zu etwa 50 % durch Glucose gedeckt wird (BELL u. EHRHARDT 2000). In
der Laktation steigt der Glucosebedarf um 72 g Glucose pro Liter Milch für die
Lactosesynthese im Euter (DAVIS u. COLLIER 1985; MATTHE et al. 2000). Eine Kuh
muss bei einem Lactosegehalt von 4,8 % (2400 g) und einer Milchleistung von 50 kg
täglich ca. 3,6 kg Glucose zusätzlich zum Erhaltungsbedarf in der Leber
synthetisieren (MATTHE et al. 2000).
Seite 10 2. Schrifttum
Die Enzymausstattung der Wiederkäuer ermöglicht einen sparsamen Umgang mit der
Glucose im Blut:
• die Leber des Wiederkäuers hat nur eine marginale Hexokinase- und
Glucokinase-Aktivität, so dass die Leber nur wenig Glucose aufnimmt, aber
viel Glucose abgibt (BALLARD et al. 1969; BERGMAN et al. 1970; BROCKMAN
1983 a).
• Beim Monogastrier ändern sich die Enzymaktivitäten in Abhängigkeit von der
Glucosekonzentration im Pfortaderblut, um so in der Leberzelle Glucose
entsprechend ihrer Konzentration zu phosphorylieren (BALLARD et al. 1969).
• Eine hepatische Glycogensynthase ist nicht nachweisbar, so dass kaum
Glucose für die Glycogensynthese verbraucht wird.
• Der maximale Glycogengehalt in der Leber des Menschen liegt bei 10 g / 100
g Frischgewicht (FG) (LÖFFLER u. PETRIDES 1997), während bei gesunden
Kühen nur 2,5 g Glycogen / 100 g FG nachgewiesen wurden (REHAGE 1996).
• Wiederkäuer verfügen nur über wenig Malat-Enzyme, somit ist anstelle von
Endprodukten des Glucoseabbaus das Acetat (aus der Fermentation der
Kohlenhydrate im Vormagen) wichtigstes Substrat für die Lipogenese
(HANSON u. BALLARD 1967).
• Glucose wird für die Fettsäuresynthese des Wiederkäuers nur für die
Bereitstellung von α-Glycerinphosphat für den Glycerinanteil in den
Triglyceriden und für die Reduktionsäquivalente (NADPH), die für die
Fettsäuresynthese gebraucht werden, benötigt (VERNON 1981).
Der Glucosespiegel im Serum ist zudem bei Wiederkäuern deutlich niedriger (2,5 -
3,5 mmol/l) (VAN SOEST 1996) als bei monogastrischen Tieren (4,5 - 5,5 mmol/l).
2. Schrifttum Seite 11
Beim Monogastrier steigt die Glucosekonzentration im Serum postprandial durch die
erhöhte intestinale Glucoseresorption bis auf etwa 6,5 mmol/l (SÖHLING 1991),
während es beim Wiederkäuer postprandial zu einem Abfall der Blutglucosespiegels
kommt. Da neben der geringfügig erhöhten Glucosekonzentration im Portalblut die
bei der mikrobiellen Fermentation entstehenden kurzkettigen Fettsäuren eine
Insulinsekretion bewirken, die wiederum die Gluconeogenese zunächst hemmt
(BLUM et al. 1985; HERDT 2000 a, b). Im Hungerstoffwechsel der Monogastrier hat
die Gluconeogenese eine entscheidende Bedeutung, so dass es kaum zu
Veränderungen der Blutglucosekonzentration kommt. Beim Wiederkäuer sinkt die
Blutglucosekonzentration in Hungerperioden deutlicher, vermutlich aufgrund einer
infolge Substratmangels verminderten Gluconeogeneserate.
2.2. Die hormonelle Regulation der Glucosehomöostase bei
Wiederkäuern und Monogastriern
2.2.1. Insulin
2.2.1.1. Aufbau des Moleküls, Synthese, Freisetzung, Insulinrezeptor
und Abbau
Insulin ist ein Proteohormon, das aus zwei Peptidketten, der A-Kette mit 21
Aminosäuren und der B-Kette mit 30 Aminosäuren, besteht. Die Ketten sind durch
zwei Disulfidbrücken miteinander verbunden, eine weitere Disulfidbrücke befindet
sich zur Stabilisierung der Raumstruktur zwischen der sechsten und der elften
Aminosäure der A-Kette (LÖFFLER u. PETRIDES 1997). Der Bauplan des Insulins ist
zwischen den Spezies weitgehend vergleichbar, so unterscheidet sich bovines Insulin
nur in drei Aminosäuren von humanem Insulin (TRENKLE 1972; DAVIDSON et al.
1991).
Seite 12 2. Schrifttum
Die Insulinbiosynthese erfolgt in den ß-Zellen des Pankreas (Langerhans-Inseln).
Nach Transkription und Spleißen verlässt eine Präpro-Insulin-mRNA den Zellkern. An
den Ribosomen des rauen endoplasmatischen Retikulums wird ein Präpro-Insulin
synthetisiert. Es folgt die Einfädelung des Präpro-Insulins in das Lumen des
endoplasmatischen Retikulums, nach Abspaltung eines Teils der Polypeptidkette
entsteht das Proinsulin mit 81 - 86 Aminosäuren, die auf einer A- und einer B-Kette
liegen und über das Connecting-Peptid (C-Peptid) verbunden sind (RUCKEBUSCH et
al. 1991). Im Golgi-Apparat wird das C-Peptid durch die Prohormon-Convertase
abgespalten (KANEKO 1989) und das entstandene Insulin in Sekretgranula
gespeichert.
Beim Monogastrier wird eine Insulinfreisetzung über den Anstieg der
Blutglucosekonzentration ausgelöst. Als Glucosesensoren gelten die GLUT-2-Proteine.
Der hohe km-Wert der GLUT-2 ermöglicht eine linear mit der
Blutglucosekonzentration zunehmende Aufnahme von Glucose in die ß-Zellen. Die
hohe Glucokinaseaktivität der ß-Zellen ermöglicht eine unmittelbare Metabolisierung
der Glucose. Dadurch steigt die cytosolische ATP-Konzentration, die umgekehrt
proportional mit der Aktivität der ATP-sensitiven Kaliumkanäle in der Zellmembran
korreliert. Aus einer erhöhten ATP-Konzentration resultiert eine verminderte
Leitfähigkeit für Kaliumionen und damit eine Depolarisation der ß-Zelle. Diese führt
zur Aktivierung potentialgesteuerter Calciumkanäle und induziert den Einstrom von
Calciumionen. Der Anstieg der cytosolischen Calciumkonzentration induziert
schließlich die gesteigerte Exozytose der insulinspeichernden Sekretgranula, so dass
das Insulin in den perikapillären Raum und mit dem Blutstrom in den Körperkreislauf
gelangen kann (LÖFFLER u. PETRIDES 1997). Die Insulinfreisetzung in die Blutbahn,
ausgelöst durch einen Sekretionsreiz, erfolgt biphasisch. Während des ersten
Insulinpeaks 2 - 5 Minuten nach Stimulation wird das gespeicherte Insulin freigesetzt
(FISCHER u. HOMMEL 1975). Bei andauerndem Reiz kommt es zu einer anhaltenden
Insulinbiosynthese und Abgabe. Der zweite Peak ist nach etwa einer Stunde zu
2. Schrifttum Seite 13
erwarten; diese Zeit wird minimal benötigt, um Insulin neu zu synthetisieren und in
die Blutbahn auszuschleusen (SCHATZ 1977).
Ein Insulinmolekül kann an einen Insulinrezeptor aus der Familie der Tyrosinkinase-
Rezeptoren binden. Der Insulinrezeptor ist ein tetrameres Molekül aus zwei
identischen α- bzw. β-Untereinheiten, die durch Disulfidbrücken miteinander
verknüpft sind (LÖFFLER u. PETRIDES 1997). Die Bindung des Insulins an die
extrazellulären α-Untereinheiten induziert eine Konformationsänderung innnerhalb
der ß-Untereinheiten, die jeweils einen extrazellulären, transmembranären und
cytosolischen Anteil besitzen (TORNQVIST u. AVRUCH 1988; TAYLOR 1991; LÖFFLER
u. PETRIDES 1997). In den intrazellulären Anteilen befinden sich drei Gruppen von
Tyrosinresten. Die Insulinbindung führt zu einem Aneinanderrücken der Rezeptoren
in der Plasmamembran („Clustering”). Dadurch entfällt die Hemmwirkung der α-
Untereinheiten auf die Tyrosinkinase der ß-Untereinheit. Die Tyrosinkinase katalysiert
wiederum die Phosphorylierung einiger Tyrosylreste an dem cytosolischen Anteil der
ß-Untereinheit. Die weitere Phosphorylierung des Rezeptors an Serin- und
Threoninresten führt zu einer Verminderung der Tyrosinkinaseaktivität und damit
auch der Insulinempfindlichkeit. Die Autophosphorylierung des Insulinrezeptors löst
die Assoziation eines intrazellulären spezifischen Proteins (IRS-1,
Insulinrezeptorsubstrat) aus. Das führt zu einer Phosphorylierung der Tyrosinreste
des IRS-1, an die wiederum Proteine andocken, die die intrazelluläre
Signaltransduktion des Insulins übernehmen können. Die weitere intrazelluläre
Signalverarbeitung, die zur GLUT-4 Translokation führt, ist noch weitgehend
unbekannt (ZICK et al. 1986; SALE et al. 1987; LÖFFLER u. PETRIDES 1997).
Der Abbau des in der Blutbahn zirkulierenden Insulins erfolgt enzymatisch (in der
Leber), dabei soll dem Insulin-degrading enzyme (IDE) eine Schlüsselrolle
zukommen. Die Halbwertszeit für Insulin im Serum beträgt nur 10 bis 15 Minuten. In
Muskelzellen werden Insulinrezeptorkomplexe internalisiert und anschließend durch
lysosomale Enzyme abgebaut, indem die Disulfidbrücken durch die Glutathion-
Seite 14 2. Schrifttum
Insulin-Transhydrogenase reduktiv gespalten und die entstandenen isolierten Ketten
proteolytisch abgebaut werden. In der Muskulatur scheint es zudem Proteasen mit
hoher Spezifität für Insulin zu geben (LÖFFLER u. PETRIDES 1997).
2.2.1.2. Induktion der Freisetzung
Bei Monogastriern ist die Blutglucose der wichtigste Trigger für die Insulinsekretion
(LÖFFLER u. PETRIDES 1997). Zudem führen der postprandial erhöhte
Parasympathikotonus und spezifische gastrointestinale Hormone (Inkretine) nach
oraler Glucoseaufnahme zu höheren Insulinkonzentrationen als nach intravenöser
Applikation der gleichen Glucosemenge. Auch die adrenerg vermittelte
Catecholaminsekretion beeinflusst die Insulinfreisetzung (BASSETT 1974), indem
Catecholamine, die an die α2-Rezeptoren der Plasmamembran der ß-Zellen des
Pankreas binden, die Adenylatcyclase und damit den Calciumeinstrom und in Folge
die Insulinsekretion hemmen. Somatostatin aus den δ-Zellen der Langerhans-Inseln
hemmt durch Aktivierung der Kaliumkanäle die glucoseinduzierte Depolarisation und
damit die Insulinfreisetzung. Galanin als Neurotransmitter sympathischer Fasern
hemmt die Insulinabgabe durch Induktion der Somatostatinfreisetzung und
gleichzeitiger Stimulation der Glucagonfreisetzung aus den α-Zellen des Pankreas
(BROCKMAN 1986). Bei Wiederkäuern ist die Insulinsekretion vor allem von der
Propionatkonzentration im Portalblut und einem prandial erhöhten Vagotonus
abhängig (MANNS u. BODA 1967; MANNS et al. 1967; BLOOM u. EDWARDS 1981;
DeJONG 1982; SARTIN et al. 1985 a; MINEO et al. 1990; WEEKES 1991; GRIINARI
et al. 1997). Daneben führen auch andere kurzkettige Fettsäuren in
supraphysiologischen Konzentrationen, Aminosäuren und gastrointestinale Hormone
zu einer Stimulation der Insulinsekretion. Experimentell lässt sich auch beim
Wiederkäuer ein Anstieg der Insulinkonzentration nach Bolusinjektion von Glucose
nachweisen (MINEO et al. 1990; RUCKEBUSCH et al. 1991; HUSVETH et al. 1996;
ELMAHDI et al. 1997). Die geringere funktionelle Bedeutung der Glucose ist
teleologisch verständlich, da die Glucosekonzentration im Portalblut auch
postprandial nicht wesentlich ansteigt. Die Insulinkonzentrationen im Plasma sind
2. Schrifttum Seite 15
positiv korreliert mit der Nahrungs- oder Energieaufnahme (BASSETT 1974). So
können beim ad libitum gefütterten Schaf Insulinkonzentrationen von über 100
µU/ml im Plasma auftreten, während beim hungernden Tier die
Insulinkonzentrationen auf unter 10 µU/ml absinken können. Die paradoxerweise bei
hohen Insulinkonzentrationen beobachtete hohe Gluconeogeneserate wird auf die
höhere Substratverfügbarkeit zurückgeführt (LINDSAY 1978).
2.2.1.3. Wirkung
Insulin gilt bei allen Spezies als wichtigstes anaboles Hormon im Organismus. Die
Bindung von Insulin an die spezifischen Tyrosinkinase-Rezeptoren erhöht die
periphere Glucoseaufnahme in den Intrazellularraum, besonders in Muskulatur und
Fettgewebe, durch vermehrte Translokation von GLUT-4-Proteinen aus intrazellulären
Membranvesikeln in die Phospholipiddoppelschicht der Plasmamembran. Gleichzeitig
unterdrückt Insulin die hepatische Gluconeogenese, da es die glucogenetischen
Vorläufersubstanzen an die Muskulatur verteilt und so die Aufnahme von
Glucosevorläufern in die Leber reduziert (BROCKMAN 1986).
Insulin beeinflusst die Proteinsynthese und Proteolyse in der Skelettmuskulatur
(HORN et al. 1983), nicht aber in anderen Geweben. Die Proteinbiosynthese im
Muskel wird durch Steigerung des Aminosäuretransportes in die Muskelzellen erhöht
(WEEKES 1991; HERDT 2000 b), und zwar möglicherweise durch eine
insulinabhängige Induktion der für die einzelnen Aminosäuren abhängigen
Transportsysteme (LÖFFLER u. PETRIDES 1997). Beim Monogastrier sinken die
Plasmakonzentrationen insbesondere von verzweigtkettigen und aromatischen
Aminosäuren, wenn die endogene Insulinsekretion durch Glucose stimuliert wird.
Dieser Effekt wird als Folge der verminderten Freisetzung aus der Muskulatur
angesehen, gleichzeitig ist die Gesamtextraktion aller Aminosäuren durch die Leber
um 25 % verringert. Messungen des Alanins, einer wichtigen Glucosevorstufe, zeigen
jedoch, dass der arterielle Spiegel unverändert und das Substrat normal verfügbar
ist. Möglicherweise wird die Gluconeogenese aus glucogenen Aminosäuren in der
Seite 16 2. Schrifttum
Leber durch Hemmung des Enzyms, das Alanin zu Pyruvat transaminiert, oder durch
Blockierung der Aufnahme von Glucosevorstufen in die Leber auf Enzymebene
verhindert (LÖFFLER u. PETRIDES 1997).
Insulin stimuliert die Lipogenese und hemmt die Lipolyse. Basis des antilipolytischen
Effektes von Insulin am Fettgewebe ist der Abfall der cAMP-Konzentrationen, durch
Hemmung der Adenylatcyclase, die den intrazellulären Umsatz von ATP in cAMP
katalysiert. Bei niedrigen cAMP-Konzentrationen kann die cAMP-abhängige Protein-
kinase die Lipasen nicht in ihre aktive, phosphorylierte Form überführen (LÖFFLER u.
PETRIDES 1997). Auch beim Wiederkäuer ist Insulin das wichtigste antilipolytische
Hormon (VERNON 1981). So führen Insulingaben innerhalb von 5 Minuten zur
Abnahme der nicht-veresterten Fettsäuren (NEFA) im Plasma (BERGMAN 1968).
Insulin reduziert in der Leber die Carnitin-Palmityl-Transferase-1 (CPT-1) -Aktivität,
so dass die Transportrate der anflutenden NEFA in die Mitochondrien der Leberzellen
sinkt und die intramitochondrale Entstehung von Ketonkörpern unterdrückt wird
(KELLER et al. 1988). Insulin fördert die Bildung von Malonyl-CoA durch Steigerung
der Acetyl-CoA-Carboxylase und steigert somit die Lipogenese. Weiterhin unterstützt
Insulin die Veresterung der NEFA und fördert damit die Triglyceridsynthese und die
Bildung von Phospholipiden aus cytosolischem Acyl-CoA (ZAMMIT 1996;
CADÓRNIGA-VALIÑO et al. 1997).
Insulin bewirkt eine Erhöhung der Glycogensynthese in der Leber (BROCKMAN et al.
1975; WEEKES 1991; HERDT 2000 b). Durch Insulin wird die Phosphodiesterase, die
für den cAMP-Abbau verantwortlich ist, aktiviert. Der Abfall des cAMP-Spiegels in der
Leberzelle führt zu einer Hemmung des Glycogenabbaus und zu einer Stimulierung
der Glycogensynthese. Zusätzlich verursacht eine niedrige cAMP-Konzentration über
eine verminderte Phosphorylierung der Fructose-6-phosphat-2-Kinase eine
gesteigerte Bildung von Fructose-2,6-bisphosphat und damit eine gesteigerte
Glycolyse (LÖFFLER u. PETRIDES 1997).
2. Schrifttum Seite 17
2.2.1.4. Insulinunabhängige Substrataufnahme / Besonderheiten in
Trächtigkeit und Laktation / Insulineinfluss auf Milchleistung
und Zusammensetzung
Voraussetzung für die Insulinwirkung ist dessen Bindung an die spezifischen
Rezeptoren (KAHN 1978). Insulin kann demnach nur an Geweben wirken, die
Insulinrezeptoren exprimieren. Bei Untersuchungen an Labornagern wurden
Insulinrezeptoren an Skelett- und Herzmuskulatur, Fettgewebe, Leber, Leukozyten,
laktierender Milchdrüse, Augenlinse, Hypophyse und peripheren Nerven
nachgewiesen (LÖFFLER u. PETRIDES 1997). Es scheint tierartspezifische
Unterschiede zu geben. So sind, trotz Expression von Insulinrezeptoren, das Euter
(LAARVELD et al. 1981; VERNON u. SASAKI 1991; ZHAO et al. 1993; HERDT 2000 b)
ebenso wie der tragende Uterus der Milchkuh insulinunempfindlich (HAY et al. 1984).
Zwischen 60 und 85 % des Glucoseumsatzes nicht tragender, nicht laktierender
Schafe sind insulinunabhängig (JANES et al. 1985 b). Bei laktierenden Kühen liegt die
insulinunabhängige Glucoseaufnahme bei basalen Insulinkonzentrationen bei 92 %
der metabolischen Glucose-Clearance; steigende Insulinkonzentrationen senken den
Anteil der insulinunabhängigen Glucoseaufnahme an der metabolischen Glucose-
Clearance auf 61 % (ROSE et al. 1997). Als insulinunempfindlich gelten aufgrund des
Fehlens von Insulinrezeptoren auch Erythrozyten, Nieren und die intestinale Mucosa.
Der gravide Uterus, Leber, ZNS, Nieren und Darm nehmen mit zunehmender
extrazellulärer Glucosekonzentration steigende Glucosemengen insulinunabhängig
auf (GOTTESMAN et al. 1983; FERANNINI et al. 1985; WEEKES 1991). Bei
Monogastriern wird Glucose insulinunabhängig in das ZNS aufgenommen (HOM et al.
1984). Beim Schaf beträgt die maximale Glucoseaufnahme des ZNS 0,2 mg/kg/min
(LINDSAY 1979), dies entspricht 8 - 14 % des gesamten insulinunabhängigen
Glucoseverbrauchs. Während der Hochträchtigkeit sind ca. 30 % des
Glucoseabstroms aus dem Plasma insulinunabhängig (HAY et al. 1983) auch der
uterine Glucoseumsatz des Schafes ist unabhängig von der maternalen
Insulinkonzentration (HAY et al. 1984).
Seite 18 2. Schrifttum
Bei tragenden, laktierenden und hypoglycämisch-ketotischen Tieren ist der
postprandiale Insulinanstieg im Vergleich zu güsten Tieren reduziert (HOVE u. BLOM
1976; HOVE u. HALSE 1978), wodurch eine höhere Gluconeogeneserate begünstigt
wird. Untersuchungen an spätlaktierenden Milchkühen im hyperinsulinämischen,
euglycämischen Clamp (HEC) über vier Tage zeigten eine um 28 % reduzierte
Futteraufnahme, bei leicht erhöhter Milchleistung mit konstantem Milchfettgehalt und
11 % höherem Milchproteingehalt (McGUIRE et al. 1995). Bei Ziegen ändert sich
während eines HECs die Aufnahme von essentiellen Aminosäuren und Glucose in das
Euter nicht (TESSERAUD et al. 1991). Der fehlende Effekt von Insulin auf die
Glucose- und Aminosäurenaufnahme des Ziegeneuters scheint nicht mit der
Substratverfügbarkeit in Verbindung zu stehen. Änderungen in der Plasma-
Insulinkonzentration können die Substratmenge für die Milchdrüse durch Änderung
des peripheren extramammären Stoffwechsels beeinflussen, ohne auf die Milchdrüse
selbst zu wirken. Da die zusätzliche Verabreichung von Aminosäuren keine arterio-
venösen-Konzentrationsunterschiede der verschiedenen Substrate bewirkt, wird
vermutet, dass die Verfügbarkeit von Aminosäuren nicht limitierend für die basale
Milchproteinsynthese ist (TESSERAUD et al. 1991).
Die Milchdrüse von Ratten dagegen ist hoch insulinsensitiv (BURNOL et al. 1983,
1988; JONES et al. 1984). Die Speziesunterschiede werden teleologisch durch das
Schicksal der Glucose in der Milchdrüse erklärt (TESSERAUD et al. 1991): der
Hauptanteil der Glucose, der beim Wiederkäuer in das Euter gelangt, wird für die
Lactosesynthese verwandt; dieser Stoffwechselweg ist insulinunabhängig
(WILLIAMSON 1986). Die Milchdrüse der Ratte nutzt dagegen die Glucose für die
Glycolyse und Lipogenese; diese Stoffwechselwege sind insulinabhängig (d. h. die
Phosphofructokinase-1 und das Acetyl-CoA) (BURNOL et al. 1988).
In der Spätträchtigkeit und der Frühlaktation ist der Einfluss von Insulin und Glucose
auf die basale und Catecholamin-induzierte Lipolyse beim Rind gering (METZ u. VAN
DEN BERGH 1977). Die basale Lipolyserate ist hoch, offenbar damit ausreichend
2. Schrifttum Seite 19
Acetat und NEFA für die Milchfettsynthese zur Verfügung stehen. Zusätzlich ist der
antilipolytische Effekt des Insulins bei laktierenden Tieren verringert (METZ u. VAN
DEN BERGH 1977). Die Aufnahme von Acetat aus der Vormagenfermentation in die
Milchdrüse erfolgt insulinunabhängig (LAARVELD et al. 1985). Niedrige Insulinspiegel
scheinen den Acetatumsatz in peripheren Geweben zu vermindern (JARRETT et al.
1974). Bei niedrigen Insulinkonzentrationen in der Frühlaktation ist somit die
Aufnahme von Acetat in insulinabhängiges Gewebe reduziert, und der Milchdrüse
stehen größere Mengen Acetat zur Verfügung.
2.2.2. Glucagon
Glucagon, ein Peptidhormon aus 29 Aminosäuren, wird in den α-Zellen des Pankreas
synthetisiert. Auslösender Stimulus für die Gucagonsekretion ist eine Abnahme der
Glucosekonzentration im Blut. Beim Monogastrier fördert auch eine proteinreiche
Nahrungszusammensetzung die Glucagonfreisetzung.
Beim Wiederkäuer steigern Propionat und Butyrat die Glucagonsekretion, die
physiologische Bedeutung ist unklar. Die intraruminale (BASSETT 1972; DeJONG
1982) und die intraportale (BROCKMAN 1982; DeJONG 1982) Verabreichung
kurzkettiger Fettsäuren bei Schafen und Ziegen zeigte, dass physiologische
Schwankungen von Propionat und Butyrat die Insulin- und Glucagonsekretion
beeinflussen.
Nach Bindung an spezifische Glucagonrezeptoren in der Cytoplasmamembran der
Hepatozyten stimuliert Glucagon die Adenylatcyclase. Dadurch steigen die cAMP-
Konzentrationen, auf die sich alle Effekte des Glucagons auf den Leberstoffwechsel
zurückführen lassen (LÖFFLER u. PETRIDES 1997). Als modulierender Antagonist des
Insulins wirkt Glucagon hyperglycämisch durch die Steigerung der Glycogenolyse
infolge Aktivierung der Phosphorylase bei gleichzeitiger Hemmung der
Glycogensynthese und Stimulierung der Gluconeogenese bei Unterdrückung der
hepatischen Glycolyse (BROCKMAN u. BERGMAN 1975 a). Die Wirkung auf die
Seite 20 2. Schrifttum
Gluconeogenese in der Leber wird durch eine gesteigerte Aktivität der
Pyruvatcarboxylase (erstes Enzym der Gluconeogenese) vermittelt und durch die
gleichzeitig erhöhte hepatische Aufnahme von Lactat und Aminosäuren (Alanin,
Glutamin, Serin und Threonin) forciert (CRYER 1996; HIPPEN 2000). Die
Gluconeogenese aus Propionat wird nicht durch Glucagon beeinflusst, vermutlich da
die Pyruvatcarboxylase nicht in den Propionatstoffwechsel involviert ist (BROCKMAN
1986). Die Gluconeogenese scheint stärker vom Ausmaß der Änderung der
Glucagonkonzentration abzuhängen als von der absoluten Konzentration des
Hormons: die basale Glucagonkonzentration im Plasma hat nur einen geringen
Einfluss auf die basale Glucosekonzentration, da die experimentelle Suppression des
Glucagons mit Hilfe von Somatostatin-Infusionen nur marginale Effekte auf die
Glucoseproduktion hat (BROCKMAN u. LAARVELD 1986). Auch der Anstieg der
Glucagonkonzentration durch körperliche Aktivität beeinflusst den Anstieg der
Glucoseproduktion nur vorübergehend (BROCKMAN u. LAARVELD 1986).
Glucagon wirkt indirekt auf den Aminosäuren- und Proteinstoffwechsel, indem es den
Aminosäurenverbrauch für die Gluconeogenese steigert und dadurch Aminosäuren
aus dem extrahepatischen Gewebe (Muskulatur) freisetzt (BROCKMAN 1986).
Dagegen konnte bei Schafen kein Effekt des Glucagons auf die Alaninfreisetzung aus
extrahepatischen Geweben festgestellt werden. Die Aufnahme von Alanin und die
Proteinsynthese in den extrahepatischen Geweben sind vermindert, da die
Plasmakonzentrationen von Alanin aufgrund der Glucagon-induzierten
Gluconeogenese niedrig sind (BROCKMAN u. BERGMAN 1975 a).
Während Glucagon beim Nager über die Aktivierung der Adenylatcyclase die Lipolyse
steigert, ist die Rolle des Glucagons bei der Regulation des Lipidstoffwechsel beim
Wiederkäuer bislang noch unklar. Glucagongaben bis zu 10 mg / Tag führten bei in
vivo-Studien nicht zu einer Steigerung der Lipolyse im Fettgewebe (YOUNG et al.
1998), erst bei Dosierungen, die deutlich über der durchschnittlichen täglichen
Sekretion lagen, konnte vorübergehend eine Zunahme der Konzentration der Freien
2. Schrifttum Seite 21
Fettsäuren und des Glycerols nachgewiesen werden (BASSETT 1971; BROCKMAN
1976). Auch bei in vitro-Studien war bei Wiederkäuern keine lipolytische Wirkung von
Glucagon nachweisbar (ETHERTON et al. 1977). Offensichtlich ist Glucagon beim
Wiederkäuer kein Hauptregulator der Lipolyse.
Auch die Bedeutung des Glucagons für die Ketogenese in der Leber der Wiederkäuer
ist unklar. Untersuchungen an Ratten zeigten, dass hohe NEFA-Konzentrationen,
sowie niedrige Glycogen- und hohe Carnitinspiegel in der Leber für die Ketogenese
notwendig sind, wobei die Lebercarnitin-Konzentration durch Glucagon im Futter
erhöht werden konnte (McGARRY u. FOSTER 1971; McGARRY et al. 1975). Auch
beim Wiederkäuer wurden bei hoher Ketogenese-Rate erhöhte hepatische
Carnitinspiegel und eine gesteigerte Carnitin-Palmityl-Transferase-Aktivität gefunden.
An insulinbehandelten, diabetischen Schafen wurden geringe Lipolyseraten und
geringe antiketogene Effekte bei gleichzeitiger Hyperglycämie beobachtet. Es lässt
sich vermuten, dass Glucagon nur dann lipolytisch und ketogen wirken kann, wenn
die Insulinkonzentration sehr niedrig ist. Die Insulinspiegel scheinen stets hoch
genug zu sein, um einen deutlichen Effekt von Glucagon auf Lipolyse und
Ketogenese zu verhindern, d. h. die Effekte von Glucagon auf die Lipolyse und
Ketogenese werden durch die antilipolytische Wirkung des Insulins kaschiert
(BROCKMAN 1986).
2.2.3. Somatostatin
Somatokrinin (GRH) und Somatostatin (SIH) werden in der hypophysiotropen Zone
des Hypothalamus gebildet und beeinflussen primär die hypophysäre Somatotropin
(GH)- und Thyreotropin (TSH)- Sekretion. Somatostatin wird darüber hinaus von den
δ-Zellen der Langerhans-Inseln gebildet und bei Erhöhungen der Plasmaspiegel von
Glucose, Aminosäuren und Fettsäuren verstärkt freigesetzt.
Seite 22 2. Schrifttum
Somatostatin reduziert die basale Glucagonkonzentration, indem es die
Glucagonsekretion hemmt, und es verhindert den Anstieg der Glucagonsekretion
nach Propionat- und Argininapplikation. Versuche an Hepatozyten von Ratten
zeigten, dass Somatostatin in pharmakologischen Dosen die Glucagon-induzierte
cAMP-Akkumulation hemmt und die Glucagon-induzierte, nicht aber die Noradrenalin-
induzierte Glucosefreisetzung reduziert (OLIVER et al. 1976; BROCKMAN 1986).
SIH scheint sowohl die basale Insulinsekretion bei Schafen zu reduzieren
(BROCKMAN u. GREER 1980) als auch die Insulinsekretion nach Triggerung durch
Propionat, Glucose und Arginin zu verringern (BRYCE et al. 1975). Dagegen zeigten
Schafe, die mit Somatostatin immunisiert wurden, keine Änderung der
Insulinsekretion (BROCKMAN 1986). Eine erhöhte Konzentration von Somatostatin im
Blut setzt bei Kühen die Response der peripheren Gewebe auf hohe
Insulinkonzentrationen herab (ROSE et al. 1996). Dies manifestiert sich deutlich bei
Kühen in der Spätlaktation, während der Effekt bei Kühen in der Frühlaktation nur
gering ist (ROSE et al. 1996). Erhöhte Wachstumshormonkonzentrationen fördern die
Laktation, indem sie eine Insulinresistenz induzieren (VERNON 1982; HART 1983)
und so den Insulin-stimulierten Glucoseumsatz und die Fettsynthese in
extramammären Geweben reduzieren.
Die physiologische Bedeutung des zirkulierenden SIH für die Regulation der
endokrinen Pankreassekretion ist unklar. Pankreatisches Somatostatin scheint
parakrin die Glucagon- und Insulinsekretion zu beeinflussen, so dass SIH-Effekte auf
den Stoffwechsel offenbar auf Effekte der pankreatischen SIH-Sekretion
zurückzuführen sind (TABORSKY 1983).
Somatotropin (GH) hat kurzfristig einen insulinähnlichen Effekt, der durch
Somatomedine (Wachstumsfaktoren aus der Leber) vermittelt wird. Langfristig, ohne
Vermittlung durch Somatomedine, wirkt GH lipo- und glycogenolytisch und induziert
eine Erhöhung der Blutglucosekonzentration.
2. Schrifttum Seite 23
2.2.4. Glucocorticoide
Glucocorticoide werden von der Zona fasciculata der Nebennierenrinde hauptsächlich
als Cortisol (Hydrocortison), weniger als Cortison sezerniert. Die Aktivierung von
Proteinasen durch Glucocorticoide führen zu einer Hemmung der Proteinbiosynthese
und einer Stimulierung der Proteolyse. In Muskulatur, Fettgewebe und Lymphozyten
werden vermehrt Aminosäuren freigesetzt (LÖFFLER u. PETRIDES 1997). Zugleich
induzieren Glucocorticoide eine vermehrte Aufnahme von Aminosäuren in die Leber
und erhöhen die Aktivität der cytosolischen Phosphoenolpyruvat-Carboxykinase als
Schlüsselenzym der hepatischen Gluconeogenese (EXTON et al. 1976).
Glucocorticoide stimulieren insbesondere in Stresssituationen die Gluconeogenese
(TRENKLE 1978; HAMADA et al. 1987). Dieser Effekt beruht primär auf einer
Verstärkung und Verlängerung der Effekte, die durch Glucagon und Adrenalin
hervorgerufen werden (LÖFFLER u. PETRIDES 1997). Die antilipolytischen und
antiketogenen Wirkungen von Cortisol sind abhängig von der hyperglycämischen
Wirkung (BASSETT 1968; BASSETT u. WALLACE 1967). Studien an Monogastriern
zeigen, dass es keinen direkten Effekt der Glucocorticoide auf die Lipolyse gibt,
sondern dass die Glucocoticoide den lipolytischen Effekt von Adrenalin vermindern.
Glucocorticoidabusus verursacht eine Insulinresistenz, die sich in einer reduzierten
Glucosetoleranz und einer reduzierten Insulin-Sensitivität bei Mensch und Tier
manifestiert (HARBER u. WEINSTEIN 1992; GUILLAUME-GENTIL et al. 1993).
Glucocorticoide beeinflussen offenbar nicht die Bindung des Insulins an den Rezeptor
(BLOCK u. BUSE 1989). Vielmehr zeigen Versuche mit isolierter Muskulatur von
Ratten, dass eine Insulinresistenz durch eine direkte Hemmung der Translokation der
GLUT-4-Transportproteine in der Zellmembran verursacht wurde (WEINSTEIN et al.
1995). Isoliertes Pankreasgewebe von Ratten, das mit Dexamethason inkubiert
wurde, exprimierte weniger GLUT-2; konsekutiv war die Glucose-stimulierte
Insulinsekretion vermindert (GREMLICH et al. 1997).
Seite 24 2. Schrifttum
2.2.5. Catecholamine
Catecholamine werden aus Tyrosin im Nebennierenmark synthetisiert und in Granula
gespeichert. Die Catecholaminsynthese wird nerval durch den Sympathicus sowie
durch Glucocorticoide reguliert. Eine Erregung der präganglionären Neuronen bei
Stressreaktionen aller Art führt zur Freisetzung des Transmitters Acetylcholin und löst
die Sekretion von Catecholaminen aus. Die vielfältigen Wirkungen der Catecholamine
werden über unterschiedliche Rezeptortypen (α1, α2, β1, β2, β3), deren Expression in
den verschiedenen Geweben variiert, vermittelt (LÖFFLER u. PETRIDES 1997).
Adrenalin ist ein wichtiges hyperglycämisches Hormon, Noradrenalin hat lediglich 20
% der Effektivität von Adrenalin (BASSETT 1970). Adrenalin induziert die Sekretion
von Glucagon und hemmt die Sekretion von Insulin (CRYER 1993), entsprechend
werden energiereiche Substrate mobilisiert. Bei einer Hypoglycämie stimuliert
Adrenalin bei Monogastrier und Wiederkäuer die Glycogenolyse im Muskel. In der
Leber erhöht Adrenalin die hepatische Glucoseproduktion (EXTON 1979), indem es
direkt die Glycogenolyse stimuliert (CHU et al. 1997) und indirekt die Anflutung von
glucoplastischen Substraten (Alanin, Glycerol, Lactat) aus extrahepatischen Geweben
forciert (STEVENSON et al. 1991). Zusätzlich antagonisiert Adrenalin die Wirkung von
Insulin, indem es die Glucoseaufnahme in den Muskel reduziert (CAPALDO et al.
1992).
Adrenalin stimuliert kurzfristig die Lipolyse im Fettgewebe (CAPALDO et al. 1992),
insbesondere bei körperlicher Belastung und Kältestress (PETHICK u. DUNSHEA
1993). Adrenalin ist ein wichtiges lipolytisches Hormon beim Wiederkäuer,
Noradrenalin hat nur 80 % dieser Potenz (BASSETT 1970). Beim Schaf führt eine α-
und β-adrenerge Blockade zu einer Reduktion der lipolytischen Wirkung von
Adrenalin in Ruhe um ca. 66 % (BASSETT 1970), bei Belastung nur um 50 %.
Catecholamine führen in Stresssituationen über die Stimulation von Glycogenolyse,
Lipolyse und Hemmung der Insulinsekretion zu einem Anstieg der Glucose-, Lactat-
2. Schrifttum Seite 25
und NEFA-Konzentrationen im Blut. Für die allgemeine Stoffwechselregulation des
gefütterten Wiederkäuers spielen sie keine wesentliche Rolle (BROCKMAN 1986).
2.3. Insulinresistenz
Eine Insulinresistenz ist zunächst definiert als eine Stoffwechselsituation, bei der
eine physiologische Insulinkonzentration lediglich eine subnormale biologische
Antwort induziert (KAHN 1978; RIZZA et al. 1981; METCALF u. WEEKES 1988). Der
Grund für eine Insulinresistenz kann eine verminderte Insulin-Sensitivität oder/und
Insulin-Response sein (Abb. 1). Bei einer verminderten Insulin-Sensitivität ist eine
höhere Insulinmenge erforderlich, um einen halbmaximalen biologischen Effekt (km)
zu erzielen, die maximale biologische Antwort ist gegenüber insulinsensitiven
Kontrolltieren nicht vermindert. Typische Beispiele für Zustände verminderter Insulin-
Sensitivität sind Adipositas, nicht-insulinabhängiger Diabetes mellitus (NIDDM) und
Glucocorticoidabusus (KAHN 1980; BLOCK u. BUSE 1989; BERGMAN et al. 1989;
HÄRING 1991). Eine Insulinresistenz kann auch auf eine verminderte Insulin-
Response zurückzuführen sein. Dabei ist der maximale Effekt des Insulins
beispielsweise auf die periphere Glucoseaufnahme geringer als bei gesunden
Kontrolltieren, während sich der km-Wert nicht unterscheidet (RIZZA et al. 1981).
Grundsätzlich kann eine Insulinresistenz beruhen auf:
• verminderter Ansprechbarkeit der ß-Zellen des Pankreas
(“Prärezeptor-Level”),
• verminderter Rezeptorendichte bzw. -affinität (“Rezeptor-Level”),
• Störungen der intrazellulären Signalübertragung nach Bindung des Insulins am
Rezeptor (“Postrezeptor-Level”) (VERNON und SASAKI 1991).
Eine verminderte Insulin-Sensitivität ist primär auf einen Defekt auf Rezeptorebene
zurückzuführen. Mögliche Ursachen dafür sind eine verminderte Rezeptorendichte in
Seite 26 2. Schrifttum
den Zielgeweben, eine geringere Affinität des Rezeptors zum Insulin, eine
verminderte Insulin-stimulierte Rezeptor-Autophosporylierung und eine verminderte
Aktivität der Tyrosinkinase (ARNER et al. 1986).
Eine verminderte Insulin-Response scheint primär auf Defekten auf
Postrezeptorebene zu beruhen (KAHN 1978; SASAKI u. WATANABE 1990). Mögliche
Ursachen sind Störungen der komplexen intrazellulären Signaltransduktion nach
Binden des Insulins am Rezeptor oder eine Depletion des GLUT-4 (BERGER et al.
1989; SASAKI u. WATANABE 1990).
Die biologische Potenz von Insulin variiert mit dem Lebensalter, dem
Ernährungszustand, dem Reproduktionsstadium und unterliegt einer circadianen
Rhythmik. Die Höhe der Insulinkonzentration im Blut ist somit ein kein optimaler
Parameter zur Einschätzung der Insulinwirkung (VEITINGER 1983). Die Bestimmung
der Insulin-Sensitivität und Insulin-Response mittels hyperinsulinämischer,
euglycämischer Clamp-Untersuchungen ermöglicht es hingegen, die Ursache einer
Insulinresistenz näher zu charakterisieren.
2. Schrifttum Seite 27
Abb. 1: Formen der Insulinresistenz (Rizza et al. 1981)
2.3.1. Insulinresistenz der Wiederkäuer
2.3.1.1. Speziesunterschiede
Wiederkäuer gelten als wesentlich insulinresistenter als die meisten monogastrischen
Spezies (HASEGAWA et al. 1992). Die Response des intrazellulären
Glucosestoffwechsels auf Insulin, gemessen als Lipogenese aus Glucose bei
maximaler Insulinstimulation, ist in Adipocyten von Wiederkäuern 20 - 30 %
niedriger als im Fettgewebe von Ratten. Die Insulin-Sensitivität ist demgegenüber
ähnlich; die Insulinkonzentrationen, die eine halbmaximale Stimulation induzieren,
Seite 28 2. Schrifttum
sind für Adipocyten von Ratten und Schafen nicht signifikant unterschiedlich
(VERNON u. FINLEY 1985; SASAKI u. WATANABE 1990; SASAKI 1990).
In vivo Untersuchungen ergaben niedrigere Glucoseumsatzraten bei Wiederkäuern
(ROSE u. OBARA 1996) im hyperinsulinämischen, euglycämischen Clamp als bei
Mensch (RIZZA et al. 1981) und Schwein (CHANDRASENA et al. 1984) als Ausdruck
einer verminderten Insulin-Response (WEEKES et al. 1983; CHANDRASENA et al.
1984; BERGMAN et al. 1989; DEBRAS et al. 1989; ROSE u. OBARA 1996; KASKE et
al. 2001). Bezogen auf die Insulin-Sensitivität des Glucoseumsatzes variieren die
Untersuchungsergebnisse. Während einige Untersucher eine ähnliche oder
geringfügig niedrigere Sensitivität des Schafes im Vergleich zum Menschen mit
halbmaximaler steady-state Glucose-Infusionsrate (SSGIR) bei
Insulinkonzentrationen von 50 µU/l fanden (WEEKES et al. 1983; WEEKES 1991),
ergaben andere Untersuchungen eine halbmaximale SSGIR des Schafes bei
Insulinkonzentration von 100 µU/l, so dass die Sensitivität des Wiederkäuers im
Vergleich zum Monogastrier deutlich niedriger ist (JANES et al. 1985 b). Verdoppelt
sich die metabolische Glucose-Clearance beim Schaf erst nach einer Steigerung der
Insulinkonzentration auf 100 µU/ml, so ist dazu beim Menschen bereits eine
Steigerung auf 50 µU/ml ausreichend (BROCKMAN 1986).
Wiederkäuer haben auch bezogen auf die hepatische Glucoseproduktion eine
niedrigere Response auf Insulin als Monogastrier (BROCKMAN 1983 a; WEEKES et al.
1983). Während einige Untersucher eine generell niedrigere Sensitivität der Leber
auf Insulin beim Wiederkäuer als beim Monogastrier beschreiben (BROCKMAN et al.
1975; WEEKES et al. 1983), wurde in anderen Untersuchungen eine nur wenig
niedrigere Sensitivität der Leber des Schafes auf Insulin verglichen mit der Leber des
Menschen gefunden (BROCKMAN 1983 a). So musste die Insulinkonzentration beim
euglycämischen Schaf auf 60 - 200 µU/ml angehoben werden, um die
Glucoseabgabe der Leber um 50 % zu reduzieren (BROCKMAN 1983 a; WEEKES et
al. 1983; JANES et al. 1985 b), während dafür beim Menschen eine
2. Schrifttum Seite 29
Insulinkonzentration von 22 - 25 µU/ml ausreichte (KOLTERMAN et al. 1980; RIZZA
et al. 1981). Ursache der Reduktion der Glucoseabgabe der Leber ist beim Schaf
vermutlich die Hemmung von Glycogenolyse und Gluconeogenese durch die
Verminderung der Aufnahme von Glucosevorläufersubstanzen bei hohen
Insulinkonzentrationen (BROCKMAN et al. 1975). Beim Menschen wird die hepatische
Glucoseproduktion effektiv durch die Insulinkonzentration im Plasma kontrolliert
(RIZZA et al. 1981), während die Plasma-Insulinkonzentration in der Kontrolle der
endogenen Glucoseproduktion des Schafes keine wesentliche Rolle spielt; die
Plasma-Insulinkonzentration, die die endogene Glucoseproduktion (EGP)
halbmaximal supprimiert, ist mit 80 - 90 µU/l supraphysiologisch.
Ponies und Kamele erwiesen sich als noch insulinresistenter als Schafe, und zwar vor
allem durch eine extrem niedrige periphere Insulin-Response (KASKE et al. 2001).
2.3.1.2. Einfluss des Alters auf die Insulinresistenz des Wiederkäuers
Die Insulin-Response und -Sensitivität ändert sich bei Schafen mit zunehmendem
Alter (SANO et al. 1996). Mit der Entwicklung einer Insulinresistenz bei älteren
Lämmern stimmt die mit dem Alter steigende und bei Hyperinsulinämie sinkende
GLUT-2-Expression in der Leber überein (GELARDI et al. 1999).
Bei Lämmern in der ersten Lebenswoche wird die endogene Glucoseproduktion durch
hohe Infusionen von Insulin (100 mU/kg/min) um 53 % gehemmt, während bei
Lämmern in der 4 - 5 Lebenswoche die EGP nur zu 34 % unterdrückt wird. Die
Insulin-Response der Leber ist demnach bei jüngeren Tieren größer. Auch der
periphere Glucoseumsatz ist bei Lämmern in der ersten Lebenswoche während eines
HECs höher, so dass von einer höheren peripheren Insulin-Sensitivität bzw. -
Response auszugehen ist (GELARDI et al. 1999). Bei fünf und neun Monate alten
Lämmern unterscheiden sich die maximale Glucoseinfusionsrate bei Insulininfusionen
(25 mU/kg/min) und damit die periphere Insulin-Response nicht voneinander. Die
Insulinkonzentrationen, bei denen der halbmaximale Effekt erreicht wird (km), sind
Seite 30 2. Schrifttum
jedoch bei den fünf Monate alten Lämmern niedriger; die Insulin-Sensitivität der
jüngeren Lämmer ist somit größer als die der neun Monate alten Tiere (SANO et al.
1996).
Im Kälberalter scheint die Art der Fütterung die Entwicklung einer Insulinresistenz zu
beeinflussen. In Untersuchungen an intensiv gefütterten Mastkälbern wurden
Glucoseintoleranzen mit unphysiologisch hohen Glucosekonzentrationen und z. T.
exzessiven Insulinkonzentrationen sowie Insulinresistenzen nachgewiesen
(PALMQUIST et al. 1992; HOSTETTLER-ALLEN et al. 1994; SANO u. TERASHIMA
1998). Bei Zuchtkälbern mit strukturreicher Fütterung sanken dagegen die Glucose-
und Insulinkonzentrationen mit zunehmenden Alter (FAHEY u. BERGER 1988). Die
Dichte der Insulinrezeptoren im Skelettmuskel war bei intensiv gefütterten Kälbern
niedriger als bei konventionell getränkten Kälbern gleichen Alters (HUGI et al. 1998).
Bei Kälbern mit Eisenmangel wurden im Vergleich zu Kälbern mit bedarfsgerechter
Eisenversorgung ein höherer insulinabhängiger Glucoseumsatz und eine höhere
Insulin-Sensitivität nachgewiesen. Diese metabolische Anpassung an einen
Eisenmangel wurde auch bei Ratten beschrieben (HOSTETTLER-ALLEN et al. 1993).
Wiederkäuer sind demnach nicht von Geburt an insulinresistent. In Abhängigkeit
ihrer Fütterung reduziert sich mit zunehmendem Alter zuerst die periphere Insulin-
Response durch Reduktion der Insulinrezeptoren, während die periphere Sensitivität
zunächst noch erhalten bleibt.
2.3.1.3. Ernährungszustand
Die Verbindung zwischen Adipositas und Insulinresistenz ist bei Labornagern und
Menschen lange bekannt (DeFRONZO 1982; STORLIEN et al. 1996 a, b , 1997 a, b,).
Die konstante Stimulation der ß-Zellen des Pankreas aufgrund der peripheren
Insulinresistenz des Typ-2b Diabetes der Adipösen führt zu einer ß-Zell-Erschöpfung,
Oxidationsschäden, Degeneration und Verminderung der Insulinsekretion. Die Folge
2. Schrifttum Seite 31
ist eine Hyperglycämie, wodurch die Insulinsekretion wegen des Phänomens der
Glucosetoxizität weiter unterdrückt wird (RAND et al. 2003). Adipöse Hunde und
Katzen haben zunächst eine normale Glucosetoleranz, da die ß-Zellen des Pankreas
vermehrt Insulin sezernieren, um die verminderte Insulinwirkung auszugleichen, so
dass bei normalem Glucosespiegel eine Hyperinsulinämie vorliegt (prädiabetogenes
Stadium). Ist die reduzierte Insulin-Sensitivität nicht mehr länger kompensierbar,
entwickelt sich eine Glucoseintoleranz. Zur Entwicklung eines Typ-2 Diabetes muss
zur Insulinresistenz ein Defekt in der Insulinsekretion kommen, dies scheint bei
Katzen und Menschen, nicht jedoch bei Hunden, durch Amyloid-Ablagerungen in den
ß-Zellen und einem konsekutiven ß-Zellverlust zu geschehen (RAND et al. 2003).
Auch bei fetten Kühen scheint es im Vergleich zu moderat konditionierten Tieren eine
höhere Insulinresistenz, höhere Insulinspiegel und höhere Glucosespiegel zu geben.
Diese Differenzen ließen sich jedoch statistisch nicht absichern (GIESECKE 1987). Für
eine Insulinresistenz bei adipösen Schafen spricht, dass die Insulinbindung an die
Hepatozyten bei steigendem Körpergewicht abnimmt (GRIZARD u. SZCZYGIEL
1983).
2.3.1.4. Einfluss der Fütterung
Ebenso wie beim Monogastrier wird die Glucose- und Insulinkonzentration auch beim
Wiederkäuer durch die Fütterung beeinflusst (TRENKLE 1970; BASSETT 1972). Bei
Schafen ist die mittlere Insulinkonzentration eines Tages durch häufiges Füttern
erhöht (MINEO et al. 1990). Kühe mit low-fat-Syndrom zeigen bei konzentratreicher
Fütterung eine Erhöhung des zirkulierenden Insulins (SUTTON et al 1986).
Hungernde, nicht tragende Schafe haben niedrigere basale Insulinkonzentrationen
als gefütterte Schafe (HAY et al. 1988). Mangelernährung reduziert die basale
Glucoseeintrittsrate, die metabolische Clearance-Rate der Glucose und die
insulinunabhängige Glucoseutilisation (PETTERSON et al. 1993), während die
endogene Glucoseproduktion (EGP) erhöht ist (PETTERSON et al. 1993; HAY et al.
1988). Die Insulin-Response auf Glucose und die periphere Response auf Insulin ist
beim Wiederkäuer mit kraftfutterreichen Rationen höher als bei cellulosereichen
Seite 32 2. Schrifttum
Rationen und steigt während der Fütterung (SANO et al. 1990, 1992). Der Effekt des
Insulins auf die Glucoseutilisation und die endogene Glucoseproduktion wird nicht
durch die Fütterung beeinflusst (JANES et al. 1985 b). Die Erhöhung der
Glucoseutilisation durch Insulin bei konzentratreich gefütterten Schafen wird
demnach nicht durch eine Änderung der Insulin-Sensitivität vermittelt, sondern durch
eine Erhöhung der Response auf Insulin und durch Änderungen der Rate der
insulinunabhängigen Glucoseutilisation (JANES et al. 1985 b). Andererseits wurden
bei konzentratreich gefütterten Widdern höhere Glucoseinfusionsraten und niedrigere
km-Werte beschrieben als bei rohfaserreich gefütterten Tieren (SANO et al. 1992).
Entsprechend wäre sowohl die periphere Insulin-Response als auch die Sensitivität
bei konzentratreicher Diät höher als bei rohfaserreicher Diät (SANO et al. 1992).
Das Ernährungsniveau hat einen deutlichen Effekt auf die Insulin-Sensitivität und die
hepatische Gluconeogenese-Rate (METCALF u. WEEKES 1990), zudem scheint es
kombinierte Effekte von Ernährung und physiologischem Status zu geben (GRIZARD
et al. 1988). Untersuchungen an laktierenden Schafen ergaben bei restriktiver
Fütterung höhere maximale metabolische Glucose-Clearanceraten (MCR), eine
niedrigere Insulin-Sensitivität bezogen auf die MCR und eine weniger sensitive
Hemmung der EGP auf Insulin als bei ad libitum gefütterten Tieren (METCALF u.
WEEKES 1990). Dies könnte bedeuten, dass die Ernährung eine Hauptrolle für die
homöorrhetische Anpassung während der Laktation spielt. Tiere mit restriktiver
Fütterung haben eine homöorrhetische Konstellation, die die Glucoseproduktion
aufrechterhält und gleichzeitig die Glucose in Richtung der insulinunabhängigen
Milchdrüse leitet. Auch hohe Insulindosen hemmen bei Tieren mit restriktiver
Fütterung nicht die EGP, offenbar aufgrund einer erniedrigten Anzahl oder Aktivität
der Insulinrezeptoren in der Leber (KAHN 1978). Alternativ kann dieses Phänomen
durch ein verändertes Verhältnis zwischen Insulin- und Glucagonrezeptoren erklärt
werden (GILL u. HART 1980).
2. Schrifttum Seite 33
Die Erniedrigung der peripheren Insulin-Response bei erhöhter Insulin-Sensitivität
der MCR der ad libitum gefütterterten, laktierenden Tiere ist mit einer erhöhten
Response der Leber auf Insulin verbunden, wenn ausreichend Nährstoffe zu
Verfügung stehen (METCALF u. WEEKES 1990). Bei ad libitum-Fütterung während
der Laktation ist die homöorrhetische endokrine Kontrolle des Stoffwechsels
geändert, da die Insulin-Sensitivität der Glucoseutilisation nach Insulinstimulation
und die Fähigkeit von Insulin, die hepatische Glucoseabgabe zu hemmen, erhöht
sind. In der Trockenstehperiode zeigen ad libitum gefütterte Schafe eine niedrige
periphere Insulin-Response und eine niedrige Insulin-Sensitivität der MCR, verglichen
mit laktierenden Schafen, während die EGP in gleichem Maße vermindert ist. Bei
mangelernährten, tragenden Schafen ist die Insulin-Sensitivität der Glucoseutilisation
noch stärker reduziert (PETTERSON et al. 1993). So könnte in der Laktation im
Vergleich zu trockenstehenden Schafen eine größere Körpermasse, die durch Insulin
beeinflusst wird, die höhere Insulin-Response erklären; verbunden mit einer höheren
Sensitivität wird weniger Insulin für einen entsprechenden spezifischen Effekt
gebraucht (METCALF u. WEEKES 1990).
Propionat stimuliert die Insulinfreisetzung und erhöht die Gluconeogenese, dabei
wird die Gluconeogenese aus Propionat nicht durch Insulin beeinflusst (BROCKMAN
1990). Propionatsupplementation bei Schafböcken erniedrigt die periphere Insulin-
Response im HEC. Die niedrigere Glucoseinfusionsrate (GIR) im Vergleich zu nicht
supplementierten Tieren weist entweder auf einen verminderten Glucoseumsatz
durch Insulininfusion oder gesteigerte Glucoseproduktion durch Propionat hin (SANO
u. TERASHIMA 1998). Dagegen wird bei Kühen die Insulinsekretion, die metabolische
Insulin-Clearance und die insulinabhängige Glucoseutilisation nicht durch
Verfütterung pansengeschützter Fette im Vergleich zu stärkereicher Fütterung
beeinflusst (BLUM et al. 1999).
Während Hunger die periphere Response reduziert und die EGP steigert, verursacht
eine über den Erhaltungsbedarf hinausgehende Fütterung eine gesteigerte periphere
Seite 34 2. Schrifttum
Response bei unbeeinflusster Sensitivität. Der Fütterungseinfluss ändert sich in
Abhängigkeit des Reproduktionsstadiums: die periphere Insulin-Response gefütterter,
laktierender Tiere ist vermindert, die Insulin-Sensitivität erhöht. Gefütterte, tragende
Tiere haben eine geringere Insulin-Response und eine verminderte Insulin-
Sensitivität verglichen mit gefütterten laktierenden Tieren.
2.3.1.5. Einfluss von Kalium und Calcium auf Energiedefizit und
Insulinresistenz
Die Konzentrationen der basalen Kenngrößen des Fettstoffwechsels (NEFA, Glycerin,
ß-HB) sind bei tragenden und laktierenden Schafen höher als bei nicht tragenden,
nicht laktierenden Schafen. Während dieser Reproduktionsstadien ist demnach die
Lipolyserate erhöht, während sich die basalen Glucose- und Insulinkonzentrationen in
den drei Reproduktionsstadien nicht unterschieden (SCHLUMBOHM et al. 1997). Die
Kaliumkonzentration im Serum steigt proportional zum Energiedefizit der Zelle,
vermutlich durch ATP-Mangel und Reduktion der Na+-K+-ATPase-Aktivität. Die
Kaliumkonzentration steigt im Verlauf von Trächtigkeit und Laktation (BICKHARDT u.
KÖNIG 1985) mit sinkender Energieversorgung der Zellen. Bei Glucosebelastung und
im HEC fällt die extrazelluläre Kaliumkonzentration bei tragenden und laktierenden
Schafen stärker als bei güsten Schafen (SCHLUMBOHM et al. 1997). Dadurch könnte
die Glucose-induzierte Insulinausschüttung vermindert werden, da niedrige
extrazelluläre Kaliumkonzentrationen mit Hyperpolarisation der Zellen einhergehen.
Bei Menschen mit Diabetes und Hypokaliämie wird die Glucosetoleranz durch
Normalisierung des Kaliumspiegels verbessert (TOURNIAIRE et al. 1988); bei Gabe
von Diuretika mit renalen Kalium-Verlusten ohne Kalium-Substitution sinkt die
Glucose-Toleranz (HEIDENREICH u. FÜLGRAFF 1992).
In vitro Untersuchungen mit isolierten ß-Zellen und Insulin-Zielzellen zeigten, dass
die Insulinfreisetzung (PANZIG et al. 1985; KOMATSU et al. 1989) und die
rezeptorvermittelte Insulinwirkung (PERSHADSINGH et al. 1987) Calcium-abhängig
sind (DRAZNIN et al. 1987). Beim Schaf hemmt eine Hypocalcämie sowohl die
2. Schrifttum Seite 35
Insulinfreisetzung als auch die Insulin-Clearance (SCHLUMBOHM et al. 1997). Bei
hochtragenden Schafen verschärft eine Hypocalcämie die periphere Insulinresistenz,
da neben vermindertem Glucoseabstrom in periphere Gewebe der Glucoseeinstrom
durch hepatische Gluconeogenese durch eine Hypocalcämie gehemmt wird (BÖHLE
1997).
2.3.1.6. Einfluss des Reproduktionsstadiums auf Insulin-Response und
Insulin-Sensitivität
Bei Kühen in Trächtigkeit und Laktation ändern sich Nährstoffumsatz und -verteilung
drastisch (BINES u. HART 1982; COLLIER et al. 1984). Die homöorrhetische
Stoffwechselanpassung erlaubt durch Änderung der relativen Fähigkeit der Gewebe,
auf homöostatische Faktoren wie Insulin zu reagieren, eine Umverteilung der
Nährstoffe zur Milchdrüse (BAUMAN u. CURRIE 1980). So stehen die
Blutkonzentrationen von Glucagon, GH und Insulin der Milchkühe mit der
Milchproduktion in Verbindung (HERBEIN et al. 1985; SARTIN et al. 1985 b).
Trächtigkeit
In der Spätträchtigkeit ist der erhöhte Nährstoffbedarf des wachsenden Fetus mit
chronischen Änderungen der mütterlichen Nährstoffverteilung verbunden. Diese
werden durch Änderung der Hormonsekretion und der Response der Zielgewebe
reguliert (BAUMAN u. CURRIE 1980). Wichtiger Teil der homöorrhetisch regulierten
Anpassungen scheint bei Wiederkäuern die Entwicklung einer Insulinresistenz in der
Leber und in den extrahepatischen Geweben zu sein (LETURQUE et al. 1987). Dies
ist für den tragenden Uterus von Vorteil, da die uterine Aufnahme und der placentäre
Glucosetransport von maternalem Insulin relativ unbeeinflusst sind (HAY et al. 1984).
Ähnliche Änderungen der hormonellen Konstellation gravider Frauen (KUHL 1979),
Ratten (FLINT et al. 1979) und Hasen (GILBERT et al. 1984) sind verbunden mit
Glucoseintoleranz und Insulinresistenz (HAUGUEL et al. 1987).
Seite 36 2. Schrifttum
Die endogenen Glucoseproduktion in der Leber (EGP) ist beim Schaf unabhängig von
der Futteraufnahme, sie wird jedoch durch die Trächtigkeit stimuliert (STEEL u. LENG
1973; WILSON et al. 1983) und durch Insulin beeinflusst. Die graviditätsbedingte
Erhöhung der Glucoseeintrittsrate (GER) ist erheblich, da mangelernährte, tragende
Schafe 13 % weniger Futter aufnehmen als gefütterte, nicht tragende Schafe, aber
eine 40 % höhere basale GER haben. Ursache dieses graviditätsbedingten Effekts
könnte eine erhöhte Utilisation des Propionats für die Gluconeogenese in der Leber
sein (WILSON et al. 1983), wahrscheinlicher ist aber die Nutzung zusätzlicher
glucogener Substrate endogenen Ursprungs für die Gluconeogenese, wie
Aminosäuren, Lactat und Glycerol (PETTERSON et al. 1993).
In der Hochträchtigkeit ändert sich die Glucoseverteilung. Etwa 30 % des
Glucoseabstroms aus dem Plasma gelangen insulinunabhängig durch die Placenta
(HAY et al. 1983), während etwa 70 % für die maternalen Gewebe verbleiben
(MESCHIA et al. 1967). Unter basalen Konditionen erniedrigt Trächtigkeit die
Glucoseutilisation in insulinsensitiven Geweben, wie Muskulatur und Fettgewebe
(BELL 1993), da die Anzahl der Insulinrezeptoren dort sinkt (VERNON et al. 1981).
Trächtigkeit ist zwar nicht notwendigerweise mit einem erniedrigten
Glucoseverbrauch des maternalen nicht-uterinen Gewebes verbunden, aber durch
Unterfütterung kommt es zu einer deutlich reduzierten maternalen Glucoseutilisation,
um die hohe Rate des uterinen Verbrauchs aufrechtzuerhalten (PETTERSON et al.
1993). So verlieren tragende Schafe bei Unterfütterung an Gewicht, nicht aber der
Fetus, d. h. trotz 24 % niedrigerer maternaler Glucoseproduktion kann die
Glucosemenge für den Uterus erhalten werden, indem sich der Stoffwechsel auf die
verstärkte Nutzung der NEFA stützt und im maternalen Gewebe durch die
Entwicklung einer Insulinresistenz Glucose eingespart wird (PETHICK u. DUNSHEA
1993). Diese Interpretation basiert darauf, dass Glucose der erste limitierende
Nährstoff für fetales Wachstum ist (BATTAGLIA u. MESCHIA 1988; BELL 1993) und
bei unterversorgten tragenden Schafen deutlich erhöhte NEFA-Konzentrationen
vorliegen (PETTERSON et al. 1990).
2. Schrifttum Seite 37
Insgesamt hat insulinabhängiges maternales Gewebe, wie Muskulatur und
Fettgewebe, über den physiologischen Bereich der Insulinkonzentrationen einen
kompetetiven Nachteil gegenüber dem großen, insulinunabhängigen Uterus. Dies
sichert eine Glucoseverteilung, die die Frucht begünstigt. Diese Anpassung scheint
bei moderater Unterfütterung übertrieben, da sie eine unveränderte uterine
Glucoseaufnahme trotz Reduktion der Glucoseproduktion erlaubt. Bei schwerer
Unterfütterung (HAY et al. 1983) sind die maternalen metabolischen Optionen
zwingend und die uterine Glucoseaufnahme ist direkt proportional zur maternalen
Glucosemenge. Insulin scheint die fetale Glucoseaufnahme zu supprimieren, so dass
die Erniedrigung der peripheren Response bei hochträchtigen Fleischrindern den
Fetus vor Hypoglycämie schützen könnte (SANO et al. 1991).
HECs an tragenden Schafen zeigten, dass die Trächtigkeit mit einer Verminderung
der Insulin-induzierbaren Stimulation der Glucoseutilisation maternaler extrauteriner
Gewebe und einem Insulineffekt auf die EGP einhergeht (HAY et al. 1988). Die
Fähigkeit von Insulin, die EGP zu unterdrücken, ist beim tragenden Schaf größer als
beim nicht tragenden, gefütterten Schaf (HAY et al. 1988). Es können verschiedene
Änderungen in der Wirkung von Insulin auf periphere Gewebe (Glucoseverbrauch)
und die Leber (Glucoseproduktion) gleichzeitig vorkommen (HAY et al. 1988).
Ursache könnte eine reduzierte Glucagonbindung und eine erhöhte Insulinbindung an
die Hepatozyten bei tragenden Schafen sein, da ein erhöhtes Verhältnis zwischen
Insulin- und Glucagon Insulineffekte, wie die Unterdrückung der EGP-Rate, fördert
(GILL u. HART 1982). Im Gegensatz dazu wurde von anderen Untersuchern weder
eine Beeinflussung der maximalen Response der EGP auf Insulin noch der Sensitivität
der EGP durch Trächtigkeit beschrieben; die maximale Insulin-induzierte
Unterdrückung der EGP ist verglichen mit nicht tragenden Tieren nicht niedriger
(PETTERSON et al. 1993). Möglicherweise sind die Unterschiede durch
unterschiedliche Fütterungsniveaus verursacht, da bei Mangelernährung eine größere
Response auf Insulin gefunden wurde. Die verstärkte Nutzung glucogener Substrate
für die Lebergluconeogenese könnte die größere Response der EGP auf Insulin
Seite 38 2. Schrifttum
tragender (HAY et al. 1988) und auch restriktiv gefütterter Schafe (PETTERSON et al.
1993) erklären, da die periphere Mobilisation und Leberutilisation endogener
Substrate, wie Lactat, endogene Aminosäuren und Glycerol eine größere Response
auf Insulin haben (BROCKMAN 1986), während die Gluconeogenese aus Propionat
nicht durch Insulin beeinflusst wird (BROCKMAN 1990).
Zusammenfassend gilt, dass die Mehrzahl der vorliegenden Studien darauf schließen
lässt, dass bei tragenden Wiederkäuern die periphere Insulin-Response und die
Insulin-Sensitivität vermindert ist. Die hepatische Insulin-Response ist demgegenüber
erhöht.
Laktation
Die basale Glucoseumsatzrate und die EGP sind bei laktierenden Schafen dreimal so
hoch wie bei nicht laktierenden Tieren (FAULKNER u. POLLOCK 1990). Der
Glucoseabstrom in das insulinunabhängige Euter steigt in der Frühlaktation, während
der extramammäre Glucoseverbrauch vermindert ist (HOVE 1978 a; BAUMANN u.
CURRIE 1980; LAARVELD et al. 1981; HART 1983).
In der Laktation scheinen viele Gewebe unabhängig vom Fütterungsniveau weniger
sensitiv auf eine Insulinstimulation zu reagieren. Dies ist ein homöorrhetischer
Mechanismus, der die Milchproduktion unterstützt, da dadurch der Milchdrüse eine
große Menge Glucose und möglicherweise auch Aminosäuren zu Verfügung stehen
(METCALF 1988). Bei laktierenden Ratten ist die Fettsäuresynthese im Fettgewebe
weniger insulinsensitiv als bei nicht laktierenden Ratten (BURNOL et al. 1983).
Dagegen ist die Sensitivität des Glucosestoffwechsels des ganzen Körpers auf Insulin
bei laktierenden Ratten erhöht (BURNOL et al. 1986) und wird einer erhöhten
Insulin-Sensitivität des Milchdrüsengewebes zugeschrieben. Eine derartige
Sensitivitätserhöhung ist beim Wiederkäuer aufgrund der Insulinunempfindlichkeit
des Euters nicht zu erwarten (HOVE 1978 a).
2. Schrifttum Seite 39
In vitro Untersuchungen zeigten eine weniger insulinsensitive Glucoseaufnahme der
Fettzellen von laktierenden als von nicht laktierenden Schafen (VERNON u. TAYLOR
1988). Fettgewebe ist vermutlich keine signifikante Seite für eine reduzierte Insulin-
Response, da beim Wiederkäuer Acetat der Vorläufer der langkettigen Fettsäuren ist.
Trotzdem ist bei laktierenden Schafen die Fähigkeit von Insulin, die Glucoseutilisation
in Fettgewebe und Muskulatur zu stimulieren, reduziert (VERNON 1985; VERNON u.
TAYLOR 1988). Insulin senkt die Konzentrationen freier Fettsäuren und von Glycerol
(BERGMAN 1968; BROCKMAN u. LAARVELD 1985; FAULKNER u. POLLOCK 1990). Bei
Insulininfusionsraten von 2 mU/kg/min sind die NEFA-Konzentrationen laktierender
Schafe höher als bei nicht laktierenden Schafen; offenbar ist die Insulin-Sensitivität
im Fettgewebe vermindert (FAULKNER u. POLLOCK 1990). Die Insulin-Sensitivität
des Leberstoffwechsels erscheint dagegen unverändert. So könnte die fallende
Ketonkörperproduktion während der Insulininfusion eine Konsequenz der Stimulation
der Re-Veresterung der Fettsäuren in der Leber sein. Darauf weisen auch die
steigenden Triacylglycerolkonzentrationen in der Leber hin. Eine unveränderte
Plasmakonzentration im HEC laktierender Tiere läßt einen höheren Umsatz vermuten
(TOOPING u. MAYES 1972; KAZUMI et al. 1986). Die Insulin-stimulierte
Triacylglycerolsynthese in der Leber laktierender Schafe ist jedoch nicht mit einer
veränderten Utilisation verbunden (FAULKNER u. POLLOCK 1990).
Niedrigere Aminosäurekonzentrationen laktierender Schafe im HEC sprechen für eine
reduzierte Sensitivität der Muskulatur gegenüber Insulin (FAULKNER u. POLLOCK
1990). Im Hinblick auf die Glucoseutilisation ist die periphere Insulin-Sensitivität
laktierender Schafe erhöht, da die Insulinkonzentrationen im Plasma laktierender
Tiere niedriger sind, während der Glucoseumsatz und die Glucoseproduktion
vergleichbar mit nicht laktierenden Schafen sind (FAULKNER u. POLLOCK 1990).
Dagegen wurde im HEC bei Insulininfusionsraten von bis zu 5 mU/kg/min eine
verminderte Insulin-induzierte maximale Glucosenutzung der insulinsensitiven
Gewebe bei laktierenden verglichen mit güsten Schafen beschrieben. Bei
Insulininfusionsraten von 10 mU/kg/min steigt der Glucoseumsatz der laktierenden
Seite 40 2. Schrifttum
Schafe weiter an, während bei güsten und tragenden Tieren der Glucoseumsatz nur
noch mäßig gesteigert wird (SCHLUMBOHM et al. 1997).
Auch andere Untersucher beschreiben bei Milchkühen in der Frühlaktation eine
verminderte periphere Glucoseutilisation im Vergleich zu trockenstehenden Kühen
sowie Kühen in einem späteren Laktationsstadium (GIESECKE 1987; STAUFENBIEL et
al. 1992), während die Insulin-Sensitivität weitgehend konstant bleibt (GRIZARD et
al. 1988). Es ist deshalb zu vermuten, dass die verminderte Response von
laktierenden Tieren auf einem Effekt des Postrezeptor-Levels beruht (VERNON u.
SASAKI 1991). Andere Untersucher beschreiben bei spätlaktierenden Kühen im
Vergleich zu frühlaktierenden Kühen einen reduzierten Glucoseumsatz (SECHEN et al.
1989, 1990; ROSE et al. 1996). In vergleichenden Untersuchungen an Kühen in der
9. und 19. Laktationswoche bei Fütterung von pansengeschützten kristallinen Fetten,
freien Fettsäuren oder stärkereicher Rationen war weder ein Effekt des
Laktationsstadiums noch der Fütterung auf die Insulinsekretion oder die
insulinabhängige Glucoseutilisation nachweisbar (BLUM et al. 1999). Ebenfalls keine
Unterschiede in der Glucoseutilisation nach Insulingabe bestanden zwischen Früh- (2.
Laktationswoche) und Hochlaktation (17. bis 26. Laktationswoche) bei zwei Gruppen
von Kühen, denen in den Labmagen Rapsöl infundiert wurde (GAGLIOSTRO et al.
1991).
Während der Laktation scheint es eine erhöhte Sensitivität der Gluconeogenese auf
niedrige Insulinkonzentrationen zu geben (METCALF u. WEEKES 1988).
Frühlaktierende Ziegen zeigen im Vergleich zu trockenstehenden Ziegen eine
stärkere Hemmung der Glucoseproduktion und eine erhöhte Stimulation des
Glucoseumsatzes im HEC, die durch verminderte Sensitivität in insulinsensitiven
Geweben verursacht sein könnte (DEBRAS et al. 1989).
Zusammenfassend gilt, dass die periphere Insulin-Response laktierender
Wiederkäuer niedriger ist als die nicht laktierender Wiederkäuer. Bezogen auf die
2. Schrifttum Seite 41
hepatische und periphere Insulin-Sensitivität variieren die Aussagen der
verschiedenenen Autoren in Abhängigkeit von Versuchsdurchführung, Fütterung,
Versuchstierart und Laktationsstadium.
2.3.1.7. Rasseunterschiede
Bei laktierenden Holstein-Kühen wurde eine unveränderte Insulin-Response bei
verminderter Insulinausschüttung im Vergleich zu nicht laktierenden Tieren
nachgewiesen (SANO et al. 1993). Entsprechende Ergebnisse liegen für Schafe und
Ziegen vor (DEBRAS et al. 1989; FAULKNER u. POLLOCK 1990).
Bei japanischen Shorthorn-Fleischrindern wurde ein Anstieg der Insulin-Response,
gemessen anhand der Glucoseinfusionsrate im hyperinsulinämisch, euglycämischen
Clamp, von nicht tragenden Kühen über hochtragende zu laktierenden Tieren
festgestellt; ebenso stieg die Insulinausschüttung nach Glucoseinfusion im
hyperglykämischen Clamp (SANO et al. 1991). Die Effekte der Laktation bei
Milchkühen unterscheiden sich von den Ergebnissen, die bei Fleischrindern gemessen
wurden. Die genetische Selektion von Fleisch- bzw. Milchrassen wird als mögliche
Erklärung angesehen. Ein weiterer Faktor könnte die Energieaufnahme sein
(METCALF u. WEEKES 1990; TERASHIMA et al. 1991). Die Energiebilanz ist bei
Fleischrindern während der Laktation ausgeglichen, während sie bei Milchkühen
zunächst negativ ist (BINES et al. 1983; SARTIN et al. 1985 a, b). Eine weitere
Erklärung für rassebedingte Unterschiede bieten die Hormonkonzentrationen; bei
hochleistenden Holstein-Friesian ist die GH-Konzentration höher und die
Prolaktinkonzentration niedriger als bei Hereford-Kreuzungskühen mit geringerer
Milchleistung (HART et al. 1978; BINES et al. 1983).
2.3.1.8. Einfluss der Umgebungstemperatur
Bei niedriger Umgebungstemperatur sind die Insulinkonzentrationen im Plasma von
Schafen während der HECs niedriger als bei neutraler Umgebungstemperatur; die
Seite 42 2. Schrifttum
Insulin-Response ist bei unveränderter Sensitivität erhöht (WEEKES et al. 1983).
Kälte erhöht insgesamt die Glucosestoffwechselrate.
2.3.1.9. Hormoneller Einfluss
Bei Ratten hemmt Dexamethason die Glucoseoxidation, indem es den
Hexosetransport hemmt (CARTER-SU u. OKAMOTO 1985). Die Zugabe von
Dexamethason zu Insulin-stimulierten Zellen bewirkt eine Erniedrigung der
Transportaktivität und der Anzahl der Glucosetransporter in der Plasmamembran
(CARTER-SU u. OKAMOTO 1987). Möglicherweise sind Glucocorticoide an der
Insulinresistenz der Wiederkäuer beteiligt, da die Insulinresistenz in Fettzellen des
Schafes durch eine verminderte GLUT-4-Kapazität, verglichen mit Ratten, bedingt zu
sein scheint (SASAKI 1990). Bei Katzen (WILLS 1988; FELDMAN u. NELSON 1996 a)
und Hunden (CAMPBELL u. LATIMER 1984; PETERSON 1984) begünstigt eine
Langzeittherapie mit Corticosteroiden die Entwicklung von Adipositas und Diabetes
und erniedrigt die Insulin-Sensitivität.
Es wird diskutiert, ob Wachstumshormon, das die Insulinwirkung antagonisiert, die
Unterschiede in der Insulin-Response zwischen laktierenden und nicht laktierenden
Wiederkäuern erklären kann (GARBER et al. 1976). Die GH-Konzentrationen liegen
bei laktierenden Tieren, besonders bei Milchkühen, höher (HART et al. 1978; BINES
et al. 1983). GH reduziert die Insulinwirkung auf insulinsensitive Gewebe und
begünstigt damit die Umverteilung der Glucose für Laktation und Wachstum
(McDOWELL et al. 1987).
Bei laktierenden, mit bovinem GH-behandelten Kühen vermindert sich der mittlere
Glucoseumsatz; die Insulinresistenz peripherer Gewebe ist erhöht (SECHEN et al.
1989, 1990), ohne dass GH die Insulin-Sensitivität und die EGP verändert (JANES et
al. 1985 b; ROSE et al. 1996). Während der Spätlaktation erniedrigen erhöhte GH-
Konzentrationen die Response peripherer Gewebe auf hohe Insulinkonzentrationen,
dagegen scheint GH in der Frühlaktation nur einen kleinen Effekt auf die Insulin-
2. Schrifttum Seite 43
Response zu haben (ROSE et al. 1996). Bei wachsenden Schweinen bzw. Bullen
induziert GH dagegen eine verminderte Insulin-Sensitivität ohne Änderung der
maximalen Response (BOISCLAIR et al. 1989; EISEMANN 1989; WRAY-CAHEN et al.
1990). GH verhindert die Aktivierung der Acetyl-CoA-Carboxylase, dem
Schlüsselenzym der Lipogenese, das durch Insulin und Dexamethason stimuliert wird
(VERNON et al. 1988). Erhöhte GH-Konzentrationen erniedrigen die Response
peripherer Gewebe auf hohe Insulinkonzentrationen während der Spätlaktation,
haben aber scheinbar nur einen kleinen Effekt während der Frühlaktation (ROSE et
al. 1996).
2.3.1.10. Insulinresistenz bei Ketose, Leberverfettung und
Labmagenverlagerung
Es ist bekannt, dass Ketose (HOVE 1978 b; GIESECKE et al. 1983) und
Labmagenverlagerung (VAN MEIRHAEGHE et al. 1988 b; HOLTENIUS u. TRÅVÉN
1990) bei hochleistenden Kühen mit einer Insulinresistenz einhergehen. Die Rolle von
Insulin in der Pathogenese dieser Syndrome ist unklar (VAN MEIRHAEGHE 1988).
Verglichen mit nicht-ketotischen Kühen haben laktierende ketotische Kühe niedrigere
basale Glucose- und Insulinspiegel, gepaart mit verminderter Insulin-Response im
intravenösen Glucosetoleranztest (HOVE 1978 b; GIESECKE et al. 1983; VAN
MEIRHAEGHE et al. 1988 b), die auf eine verminderte ß-Zellfunktion hinweisen
könnten, sowie eine verminderte periphere Insulinwirkung (BECK et al. 1983).
Niedrige Insulinkonzentrationen hochleistender Kühe sind physiologisch, um die
Umverteilung der Glucose in das Euter zu begünstigen, wodurch sich wiederum die
Glucosekonzentration erniedrigt (FROBISH u. DAVIS 1977). Bei akutem
Glucosemangel kommt es jedoch zu exzessiver Lipolyse, Ketose und Leberverfettung
(VAN MEIRHAEGHE 1988 b).
Die bei Kühen mit Labmagenverlagerung relativ hohen Glucoseserumspiegel und
Insulinkonzentrationen (VAN MEIRHAEGHE et al. 1988 b; HOLTENIUS u. TRÅVÉN
1990) können durch eine Insulinresistenz bedingt sein. Seit gezeigt wurde, dass hohe
Seite 44 2. Schrifttum
Plasma-Insulinkonzentrationen eine abomasale Atonie provozieren können (VAN
MEIRHAEGHE et al. 1988 a) wird spekuliert, dass die hohen Insulinkonzentrationen
in der Pathogenese der Labmagenverlagerung eine Rolle spielen (BREUKINK 1990).
Möglicherweise ist aber die Insulinresistenz lediglich eine Konsequenz der
Labmagenverlagerung (VAN MEIRHAEGHE et al. 1988 b; HOLTENIUS u. TRÅVÉN
1990).
Andere Untersucher favorisieren die bei labmagenverlagerten Tieren häufig
anzutreffende, hochgradige Leberverfettung als Ursache der Insulinresistenz
(REHAGE 1996). Eine Insulinresistenz ist auch von Monogastriern mit schweren
Leberschäden bekannt (KAY et al. 1994; SHMUELI et al. 1994). Bei Patienten mit
Leberinsuffizienz kommt als Ursache der verminderten Insulin-Sensitivität der
Gewebe zudem ihr erhöhter Glucocorticoidspiegel in Frage (VERNON u. FINLAY 1986,
1988; SAAD et al. 1995).
2.3.2. Mögliche Ursachen der Insulinresistenz
2.3.2.1. Insulinbindung
Die für den Wiederkäuer vorhandenen Kenntnisse beruhen überwiegend auf
Rezeptorstudien mit isolierten Adipocyten und Hepatozyten (SASAKI 1990; VERNON
u. SASAKI 1991) einerseits und auf Studien mit nicht laktierenden bzw. laktierenden
Schafen und Ziegen andererseits (METCALF 1988; HAY et al. 1988, 1989; FAULKNER
u. POLLOCK 1990; TESSERAUD et al. 1991; PETTERSON et al. 1993; LARBAUD et al.
1996; SCHLUMBOHM et al. 1997). Demnach ändern sich Anzahl und Affinität der
Insulinrezeptoren in der Hochlaktation, verglichen mit der Trockenstehzeit, nicht
wesentlich (GILL u. HART 1980; METCALF 1988). Die Bindung des Insulins an den
Rezeptor ist vermutlich nicht in die Insulinresistenz des Wiederkäuers involviert
(VERNON et al. 1985; SASAKI u. WATANABE 1986). Die in der Laktation erniedrigte
Response auf Insulin im Vergleich zu nicht laktierenden Tieren scheint somit auf
2. Schrifttum Seite 45
einer Beeinflussung der intrazellulären Signalverarbeitung zu beruhen (KAHN 1980;
METCALF et al. 1987; GRIZARD et al. 1988; VERNON u. SASAKI 1991).
Dagegen wird für eine Insulinresistenz mit verminderter Insulin-Sensitivität bei
adipösen Schafen eine abnehmende Insulinbindung an den Hepatozyten angesehen
(GRIZARD u. SZCZYGIEL 1983).
2.3.2.2. Glucosetransporter (GLUT)
Für die Glucoseaufnahme in Fett- und Muskelzellen ist vor allem der GLUT-4-
Transporter verantwortlich (EPSTEIN 1999). Im Stadium der Insulinresistenz, wie bei
Adipositas und Typ-2-Diabetes des Menschen, ist die GLUT-4-Dichte im Fettgewebe,
nicht aber im Muskel, reduziert (DeFRONZO 1997; OLSON et al. 2001; ABEL et al.
2001). Möglicherweise wird ein lösliches Molekül von Fettzellen mit verminderter
Glucoseaufnahme freigesetzt und reduziert so die Insulin-Sensitivität im Muskel
(ABEL et al. 2001). Basal und Insulin-stimuliert sind die Glucosetransportraten beim
Schaf im Vergleich zur Ratte signifikant niedriger. Demnach sind Adipocyten des
Schafes insulinresistent auf dem Niveau des Glucosetransportes, da der maximal
Insulin-stimulierbare Transport von 3-O-Methylglucose in die Fettzellen 20 %
niedriger ist als in die Fettzellen der Ratte (SASAKI 1990).
Die geringere Wirkung des Insulins auf den Glucosetransport beim Schaf ist durch
eine reduzierte maximale Geschwindigkeit (Vmax) bedingt (SASAKI 1990). Eine
niedrige Vmax kann durch eine Verminderung der Anzahl der Glucosetransporter oder
durch eine Verminderung der Transporteranzahl, die in die Plasmamembran
transloziert werden, verursacht werden (SASAKI 1990).
Seite 46 2. Schrifttum
2.3.2.3. Aspekte der molekularen Beziehung zwischen Adipositas und
Insulinresistenz
Der molekulare Mechanismus hinter der Adipositas-assozierten Insulinresistenz bei
Monogastriern ist unbekannt. Verschiedene Hypothesen werden diskutiert.
Der Tumor Nekrose Faktor (TNFα) ist ein Cytokin mit suppressiver Wirkung auf
die Insulineffekte in Muskel- und Fettzellen. Die TNF-Konzentrationen sind bei fetten
Tieren erhöht (HOTAMISLIGIL u. SPIEGELMAN 1994). Durch monoklonale Antikörper
kann die TNF-Aktivität neutralisiert und die Insulin-Sensitivität verbessert werden
(HOTAMISLIGIL et al. 1993; HUBE et al. 1999).
Leptin ist ein Produkt der sogenannten ob-Gene und an der Regulation von
Körpergewicht, Futteraufnahme und Energieverbrauch beteiligt (FRIEDMAN u.
HALAAS 1998). Die Leptinkonzentration ist bei Adipositas erhöht und proportional
zum Körperfettgehalt bei Menschen (LONNQVIST et al. 1995; CONSIDINE et al.
1996), Nagern und Katzen. Bei Katzen wurde eine strenge Beziehung zwischen
zirkulierendem Plasmaleptin und Insulinresistenz gefunden. Ein direkter Effekt des
Leptins ist zwar fraglich (APPLETON et al. 2002), doch eine erhöhte Leptinsekretion
wird als Mechanismus postuliert, durch den eine Gewichtszunahme eine
Insulinresistenz verursacht (TAYLOR et al. 1996). An isolierten Fettzellen von Ratten
hemmt Leptin wichtige Effekte des Insulins, einschließlich Glucosetransport,
Glycogensynthese, Fett- und Proteinsynthese; wenige Stunden nach Verbrauch des
Leptins haben die Fettzellen wieder die volle Insulin-Sensitivität (MULLER et al.
1997). Leptin hemmt auch die Insulinrezeptoren an Fettzellen (WALDER et al. 1997).
Leptinrezeptoren wurden an den ß-Zellen des Pankreas gefunden; das könnte
bedeuten, dass Leptin einen direkten Effekt auf die Insulinsekretion hat (KIEFFER et
al. 1996).
Adipokine sind von Adipocyten sezernierte Signalmoleküle. Sie spielen eine
regulatorische Rolle im Fettstoffwechsel, bei der Futterverwertung, der
2. Schrifttum Seite 47
Energiebalance und bei der Glucosehomöostase, einschließlich der Insulin-
Sensitivität. Plasminogen-Aktivator-Inhibitor (PAI-1), Adipsin und Interleukin-6 (IL-6)
wirken in geringem Maß auch auf die Insulinresistenz und die Glucosetoleranz.
Adiponectin (APM 1) ist ein Adipokin, das die Insulin-Sensitivität und die
Glucosetoleranz verbessert (BERG et al. 2001; SALTIEL 2001; FASSHAUER et al.
2002). Es erhöht die Oxidation freier Fettsäuren im Muskel (YAMAUCHI et al. 2001;
FASSHAUER et al. 2002), erhöht die Clearance freier Fettsäuren aus dem Plasma
(FRUEBIS et al. 2001) und hemmt die Glucosefreisetzung aus den Leberzellen (BERG
et al. 2001). Chronische Insulingaben bei Mäusen senken die
Adiponectinkonzentration deutlich (FASSHAUER et al. 2002). Im Spätstadium des
Typ-2-Diabetes scheint TNF für die dann typische niedrige Adiponectinkonzentration
verantwortlich zu sein. (FASSHAUER et al. 2002). Adiponectin reduziert auch die
TNF-Konzentration (MAEDA et al. 2002); diese kompetive Hemmung kann mit der
strukturellen Ähnlichkeit zusammmenhängen, die es den beiden Molekülen erlaubt an
Rezeptoren der Fettzellen zu binden (MAEDA et al. 2002). Die Ernährung beeinflusst
die Adiponectinkonzentration direkt, so haben mit fettreicher Diät gefütterte Mäuse
niedrigere Adiponectinkonzentrationen und höhere TNF-Konzentrationen als Mäuse
nach kohlenhydratreicher Fütterung (YAMAUCHI et al. 2001), d. h. fetthaltige
Fütterung ist prädisponierend für eine Insulinresistenz durch Reduktion der
Adiponectinkonzentration. Eine Insulinresistenz ist durch physiologische Dosen von
Adiponectin und Leptin umkehrbar; wird Adiponectin oder Leptin allein verabreicht,
kann die Insulinresistenz nur teilweise aufgehoben werden (YAMAUCHI et al. 2001).
Adiponectin könnte zur Vorbeuge oder Therapie bei Insulinresistenz und Typ-2-
Diabetes von Nutzen sein.
Resistin ist im Jahr 2000 als neues Molekül identifiziert worden und könnte in die
hormonelle Beziehung zwischen Adipositas und Insulinresistenz involviert sein
(STEPPAN et al. 2001). Troglitizone ist eine Insulin-sensibilisierende Droge, die die
Glucoseaufnahme in Muskelzellen erhöht; sie ist nur effektiv, wenn auch Fettzellen
Seite 48 2. Schrifttum
vorhanden sind. Bei fetten Mäusen wurden erhöhte Plasma-Resistinkonzentrationen
gefunden, Resistin scheint bei Nagern ein wichtiger Faktor für die Insulinresistenz zu
sein. Eine Neutralisation des Resistineffektes durch anti-Resistin-Immunglobulin-γ
(Ig-G) reduziert die Hyperglycämie und verbessert die Insulin-Sensitivität fetter
Mäuse (STEPPAN u. LAZAR (2002). Resistingabe vermindert die Glucosetoleranz und
die Insulinwirkung bei normalgewichtigen Mäusen. Resistin antagonisiert die Insulin-
stimulierte Glucoseaufnahme in Fettzellkulturen. Muskel- und Fettzellen des
Menschen weisen nur wenig oder kein Resistin auf. Die Resistinkonzentration in
Fettzellen von krankhaft fettsüchtigen Individuen sind verglichen mit mageren
Menschen erhöht (SAVAGE et al. 2001). Es gibt jedoch keine Korrelation zwischen
dem Body-Mass-Index (BMI) und der Resistinkonzentration (SAVAGE et al. 2001),
demnach ist Resistin offenbar nicht entscheidend für die Beziehung zwischen
Adipositas und Insulinresistenz des Menschen.
Ob in die Insulinresistenz der Wiederkäuer, verglichen mit Monogastriern, TNF,
Leptin, Adipokinine oder Resistin involviert sind, ist noch völlig offen. Möglicherweise
spielen diese Faktoren in der Entwicklung einer größeren Insulinresistenz adipöser
Wiederkäuer, verglichen mit normalgewichtigen Wiederkäuern, eine gewisse Rolle.
2.4. Stoffwechselsituation in der (Früh-) Laktation
2.4.1. Energiebedarf der Hochleistungskuh
Schon während der Hochträchtigkeit, besonders aber mit dem Einsetzen der
Laktation, nimmt der Energiebedarf der Milchkuh deutlich zu: in der peripartalen
Übergangsphase steigt der Glucoseumsatz auf das Zwei- bis Dreifache, wobei die
Futteraufnahme in der letzten Woche der Hochträchtigkeit - vermutlich v. a. bedingt
durch ansteigende Östrogenspiegel - um 10 - 50 % abnimmt (THILSTED 1985;
GERLOFF 2000; DRACKLEY 2002). Zu Beginn der Laktation können die begrenzte
2. Schrifttum Seite 49
Kapazität des Pansens und die endogene Regulation der Futteraufnahme eine
Störung der Energieversorgung verursachen (GIESECKE 1987). Die Futteraufnahme
kann durch die wichtigsten Pansenmetaboliten Acetat und Propionat und durch das
bei hohen Kraftfuttergaben entstehende Lactat über spezifische Chemorezeptoren
additiv gehemmt werden (FORBES 1986). Auch Insulin und Wachstumshormone
scheinen den Futterverzehr zu beeinflussen (FORBES 1980). Der häufig im Anschluss
an die Abkalbung erhöhte Sympathikotonus bedingt eine Depression der
motorischen, sekretorischen und resorptiven Funktionen des Magen-Darm-Traktes
und führt zu einem Rückgang der Futteraufnahme (SOMMER 1969).
Bei einer täglichen Milchleistung von mehr als 35 kg FCM (fat corrected milk) ergibt
sich für die Mehrzahl der Kühe eine energetische Unterversorgung (STÖBER u.
DIRKSEN 1981; PIATKOWSKI 1990). Während die maximale Milchleistung und damit
der maximale Energiebedarf bereits in der 2. - 5. Woche post partum erreicht
werden, steigt die Trockensubstanzaufnahme relativ langsam bis zu einem Maximum
in der 8. - 11. Laktationswoche (Roberts et al. 1981).
2.4.2. Anpassung an eine negative Energiebilanz
Bereits ab der 3. Woche vor der Abkalbung und ebenso in den ersten
Laktationswochen werden Körperreserven mobilisiert, um die Imbalanz zwischen
Energieaufnahme und -bedarf auszugleichen (REID u. COLLINS 1980; REID u.
ROBERTS 1982, 1983, REID et al. 1986). Die Mobilisation von Fettgewebe und
Muskulatur führt zu einer Reduktion des Körpergewichtes (REID et al. 1977;
ROBERTS u. REID 1986; WEST 1989). Um einen übermäßigen Proteinabbau zu
vermeiden, mobilisiert der Organismus vermehrt Fett aus subcutanen und
abdominalen Depots als Energielieferant (HERDT 2000 b).
Seite 50 2. Schrifttum
2.5. Leberverfettung und Leberinsuffizienz bei der Milchkuh
2.5.1. Vorkommen der Leberverfettung
Eine Leberverfettung stellt die häufigste Veränderung des Leberparenchyms
hochleistender Milchkühe dar. In den ersten drei Wochen post partum tritt eine
mittel- bis hochgradige Leberverfettung bei 50 - 60 % der laktierenden Kühe auf
(REID 1980; GERLOFF et al. 1984; JOHANNSEN et al. 1993). In Abhängigkeit vom
Laktationsstadium zeigt die Leberverfettung bei Milchkühen eine erhebliche Dynamik
(REID 1980; REID u. ROBERTS 1982). Die hepatogene Fetteinlagerung beginnt mit
einer gewissen Verzögerung nach Einsetzen der Lipolyse gegen Ende der
Trockenstehperiode. Das Maximum wird zwischen dem Zeitpunkt der Abkalbung und
etwa drei Wochen p. p. beobachtet; danach nimmt der Leberfettgehalt bis zur
Laktationsmitte wieder ab (ROBERTS et al. 1981; GERLOFF et al. 1984; JOHANNSEN
et al. 1991; FÜRLL et al. 1992; STUDER et al. 1993; VAZQEZ-AÑON et al. 1994).
2.5.2. Ursachen der Leberverfettung
Eine Verfettung der Leber ist eine häufige und unspezifische Antwort der Leberzelle
auf Schädigung oder metabolische Störung (BOGIN et al. 1988), die durch
intrazellulären Energiemangel, Hypoxie oder toxische Noxen (Mycotoxine,
Endotoxine) ausgelöst werden können (STAUFENBIEL et al. 1990).
Hauptursache für die Entwicklung einer Leberverfettung ist die Mobilisation von
peripherem Körperfett (VAN DEN TOP et al. 1995); da die Neosyntheserate
langkettiger Fettsäuren in der Leber gering ist (DUNSHEA et al. 1989; PETHICK u.
DUNSHEA 1993), die Rationen von Wiederkäuern i. d. R. nur maximal 5 % Fett
enthalten (bezogen auf die Trockensubstanz) und weniger als 10 % der langkettigen
Fettsäuren des Portalblutes von den Leberzellen aufgenommen werden (DUNSHEA et
al. 1989; PETHICK u. DUNSHEA 1993).
2. Schrifttum Seite 51
Bei massiver Lipomobilisation steigen die NEFA-Konzentrationen im Plasma. Die
Aufnahme der NEFA durch die Hepatozyten erfolgt konzentrationsabhängig
(HEITMANN et al. 1987). Entsprechend stehen bei starkem NEFA-Anstieg im Plasma
in den Hepatozyten vermehrt NEFA für eine Reveresterung im Cytoplasma sowie zur
intramitochondralen ß-Oxidation zur Verfügung.
Folgende Faktoren begünstigen die Entstehung einer peripartalen Leberverfettung:
Verminderte Futteraufnahme
• Die Abnahme der Futteraufnahme um etwa 30 % während der letzten zwei
Wochen ante partum (BERTICS et al. 1992) ist als physiologish anzusehen
und wird auf einen Anstieg der Östrogene plazentären Ursprungs und den
massiven Abfall des Progesterons zurückgeführt.
• Die Futteraufnahme ist peripartal, insbesondere bei adipösen Kühen,
vermindert. Offensichtlich ergibt sich aus dem Vorliegen großer Fettdepots
eine endokrine Situation, die additiv in Verbindung mit den endokrinen
Signalen aus dem Fettgewebe (VERNON u. HOUSEKNECHT 2000) vorzeitig
eine Sättigung auslöst (FORBES u. PROVENZA 2000).
• Erkrankungen in der Frühlaktation (beispielsweise Endometritis, Mastitis,
Hypocalcämie, Labmagenverlagerung) gehen mit Inappetenz einher und
können durch die Verstärkung der negativen Energiebilanz zu einer exzessiven
Lipomobilisation und damit zu einer Leberverfettung beitragen (STÖBER u.
DIRKSEN 1981; MERTENS 1992). Bei Milchkühen steigt der
Lebertriglyceridgehalt nach Futterkarenz innerhalb von 4 - 6 Tagen auf das
Fünf- bis Zehnfache der Ausgangskonzentration (GERLOFF u. HERDT 1984;
JOHANNSEN et al. 1993). FÜRLL et al. (1993) wiesen eine Verdopplung des
Leberfettgehalts bei Hochleistungskühen nach Nahrungsentzug über 2 - 3
Tage nach.
Seite 52 2. Schrifttum
Peripartale hormonelle Konstellation
• Für den schon präpartal festgestellten Anstieg des Lebertriglyceridgehaltes
werden hohe Plasma-Östrogenspiegel verantwortlich gemacht, die zu erhöhter
Lipomobilisation, erhöhter Reveresterungsrate der Triglyceride in den
Hepatozyten und zu verminderter Ausschleusung über VLDL aus den
Hepatozyten führen (GRUMMER et al. 1990).
• Eine Senkung der Lipogenese im Fettgewebe, bei gleichzeitiger Steigerung der
Lipogenese in der Milchdrüse, wird durch den peripartal erhöhten
Sympaticotonus und die Wirkung des Prolaktins erklärt (BAUMANN u. CURRIE
1980; VERNON 1981; BAIRD 1982; CHILLIARD 1987).
• Die peripartal erhöhte Catecholaminkonzentration im Blut begünstigt die
Lipomobilisation und damit die Leberverfettung (BAUMANN u. CURRIE 1980;
BINES u. HART 1982).
• Die peripartal niedrigen Konzentrationen von Insulin und die hohen
Somatrotropin- und Östrogenkonzentrationen begünstigen eine
Leberverfettung durch ihre stimulierende Wirkung auf die Lipolyse (HART et
al. 1980; VERNON et al. 1985; GIESECKE 1987; GIESECKE 1990). In-vitro-
Untersuchungen zeigen andererseits, dass diese Hormone die Raten der
Oxidation bzw. Reveresterung von Fettsäuren im Hepatozyten nicht
beeinflussen (EMMISON et al. 1991).
Reduzierte Triglyceridausschleusung aus der Leber
• Bei Wiederkäuern ist die Rate, mit der die Triglyceride als VLDL aus der Leber
ausgeschleust werden, deutlich niedriger als bei anderen Spezies. So ist die
von Ratten-Hepatozyten gebildete VLDL-Menge etwa 25fach höher als die von
Ziegen-Hepatozyten freigesetzte Menge (KLEPPE et al. 1988). Da in den
Hepatozyten der Wiederkäuer das für die Proteinsynthese zuständige raue
2. Schrifttum Seite 53
endoplasmatischen Retikulum (rER) in geringerer Konzentration vorliegt (REID
et al. 1986; ROBERTS u. REID 1986), werden weniger Carrier-Apolipoproteine
produziert. Dies könnte phylogenetisch erklärbar sein: bei Wiederkäuern ist
die hepatische Lipogenese niedrig (DUNSHEA et al. 1989; PETHICK u.
DUNSHEA 1993), als Konsequenz kann auch die VLDL-Sekretion niedrig sein.
Spezies, wie beispielsweise das Huhn, bei denen die Leber die Hauptrolle für
die Lipogenese spielt, besitzen eine hohe Ausschleusungskapazität für
Triglyceride (PULLEN et al. 1990).
• Die Produktion von Lipoproteinen ist bei leberverfetteten Kühen geringer als
bei Kühen ohne Leberverfettung. Ursache könnte der niedrigere
Cholesterolserumspiegel bei Kühen mit mittelgradiger oder schwerer
Leberverfettung sein, da Cholesterol ein wesentlicher Bestandteil der
Lipoproteine zur Ausschleusung der reveresterten Triglyceride ist (HOLTENIUS
1989).
• Störungen in der Phospholipidsynthese können ebenfalls durch einen Mangel
an Methionin und Serin sowie durch ungenügende Verfügbarkeit von Cholin
und Inositol verursacht werden (ROSSOW u. STAUFENBIEL 1983; KELLY
1985).
2.5.3. Biochemischer Hintergrund der Leberverfettung
Das in den Adipocyten in Form von Triglyceriden gespeicherte Körperfett wird im
Rahmen der Lipolyse in unveresterte Fettsäuren (NEFA) und Glycerin gespalten und
gelangt auf dem Blutweg in die Leber (STÖBER u. DIRKSEN 1981; HERDT 2000 b).
Das Glycerin dient als Substrat für die Gluconeogenese, während die NEFAs
entweder oxidiert und zur Energiegewinnung genutzt, in Ketonkörper verwandelt
oder aber in Triglyceride zurückverestert werden (STÖBER u. DIRKSEN 1981; HERDT
2000 b). Welchen dieser Stoffwechselwege die Leber im Einzellfall favorisiert, lässt
sich bis heute nicht zuverlässig vorhersagen oder erklären (DRACKLEY 1999; HERDT
Seite 54 2. Schrifttum
2000 b). Die NEFA werden mittels Carriern über die sinusoide Zellmembran in das
Cytosol der Hepatozyten aufgenommen. Die hepatozelluläre Aufnahme der NEFA
wird kompetetiv durch Bilirubin gehemmt (WEISIGER et al. 1982). Die Fettsäuren
werden durch eine Thiokinase in ihre aktive Form Acyl-CoA überführt. Da Acyl-CoA
die mitochondrale Innenmembran nicht passieren kann, wird es durch einen Carnitin-
Shuttle, der durch die Carnitin-Palmityl-Transferase-1 (CPT-1) katalysiert wird, in die
Mitochondrien transportiert. Unter physiologischen Bedingungen wird Acyl-CoA
mittels ß-Oxidation zu Acetyl-CoA gespalten und nach Kondensation mit Oxalacetat in
den Citratzyklus eingeschleust (KREBS 1961, 1966; BAIRD 1982; LOMAX 1992).
Aufgrund der hormonellen Konstellation im Hungerstoffwechsel steht die
Gluconeogenese aus Oxalacetat im Vordergrund (WEEKES 1991), so dass für die
Einschleusung der C2-Bruchstücke in den Citratcyclus nicht ausreichend Substrat
(Oxalacetat) zur Verfügung steht. Infolgedessen wird das Acetyl-CoA in dem
alternativen Stoffwechselweg der Ketogenese zu Ketonkörpern (Aceton, Acetacetat,
ß-Hydroxybutyrat) metabolisiert (KREBS 1966). Die im Blut zirkulierenden
Ketonkörper hemmen wiederum die Lipolyse im Fettgewebe.
Bei einem Energieüberschuss läuft der Citratcyclus verlangsamt ab. Es kommt zu
einer intramitochondralen Akkumulation von Citrat, das über ein Transportsystem im
Austausch mit Malat in das Cytosol befördert und dort in Oxalacatat und Acetyl-CoA
gespalten wird. Das Acetyl-CoA wird zu Malonyl-CoA carboxyliert und dem
Fettsäureaufbau zugeführt. Der Carnitin-Shuttle (CPT-1), über den die NEFA in die
Mitochondrien gelangen, wird dann gehemmt. Bei einer energetischen
Unterversorgung ist die Malonyl-Konzentration niedrig, so dass der CPT-1 aktiviert ist
und die NEFA rasch in das Mitochondrium gelangen. Ein Teil der NEFA wird im
Cytosol der Hepatozyten an der Membran des glatten endoplasmatischen Retikulums
zu Triglyceriden reverestert (LOMAX 1992). Die Triglyceride werden in den Vesikeln
des Golgiapparates hauptsächlich an very low density lipoprotein (VLDL) gebunden
und über das intrazelluläre Membransystem an das Blut abgegeben (SPARKS u.
SPARKS 1985). Die Syntheserate der Carrier-Apolipoproteine ist jedoch beim
2. Schrifttum Seite 55
Wiederkäuer niedrig, so dass es zu einer intrahepatischen Deposition der Triglyceride
kommt (HERDT 1988; KLEPPE et al. 1988; MAZUR et al. 1989; HOLTENIUS u. HJORT
1990; MAZUR et al. 1992).
2.5.4. Nachweis der Leberverfettung
Der Grad der Leberverfettung ist an Leberbioptaten histologisch und biochemisch
durch Bestimmung des Trigyceridgehalts quantifizierbar. Die Ergebnisse sind auf
Grund der relativ gleichmäßigen Verteilung des Fettes innerhalb der Leber auch
aussagefähig (GAAL u. HUSVETH 1983; REHAGE 1996).
Die biochemische Bestimmung des Triglyceridgehaltes (TGL) der Leber erfolgt nach
einer vollenzymatischen Methode durch Abspaltung des Glycerinanteils (WAHLEFELD
1974 modifiziert nach BICKHARDT et al. 1988). Eine Leberverfettung wird bei < 50
mg TGL/g Frischgewebe (FG) als geringgradig bezeichnet, 50 - 100 mg TGL/g gelten
als mittelgradige und > 100 mg TGL/g FG als hochgradige Leberverfettung (REID u.
ROBERTS 1983; GERLOFF et al. 1984, 1986; REID et al. 1986).
Die histologische Beurteilung von Leberschnitten (KARSAI u. SCHÄFER 1984; REID et
al. 1986) korreliert eng mit dem biochemischen Nachweis der Triglyceride. Bei
geringgradiger Leberverfettung stellen sich < 20 % der Bildfläche als Fett dar, bei
mittelgradiger sind es 20 - 45 % und bei hochgradiger Leberverfettung ist > 45 %
der Bildfläche Fett.
Der Gesamtlipidgehalt der Leber liegt etwa um 50 % höher als der Triglyceridgehalt
(REID u. ROBERTS 1983; REID et al. 1986; HERDT 1988).
2.5.5. Konsequenzen der Leberverfettung
Die Konsequenzen der Leberverfettung werden bislang kontrovers diskutiert. Der
Zusammenhang zwischen dem Grad der Leberverfettung und der Leberfunktion
Seite 56 2. Schrifttum
wurde durch Messungen der Aktivität von m. o. w. leberspezifischen Enzymen (AST,
ALT, GGT, GLDH, u.a.) (HOLTENIUS u. HJORDT 1990), durch die Bestimmung der
Konzentration von Substraten, die in der Leber verstoffwechselt werden (konjugiertes
Bilirubin, Albumin, Cholesterin, Glucose u.a.) (UHLIG et al. 1988; VEENHUIZEN et al.
1992), durch Leberfunktionstests (Bromsulphthaleintest, Propionatbelastungstest)
(HERDT et al. 1982; GRÖHN 1985) und durch die Messung hepatisch synthetisierter
Blutgerinnungsfaktoren (KRAMER 1992; LENZ 1992) geprüft. Die Ergebnisse dieser
Untersuchungen belegen übereinstimmend, dass keine enge Korrelation zwischen
Leberfunktion und Synthesekapazität, Integrität und Ausscheidungsfunktion der
Hepatozyten besteht. Dennoch korreliert der Triglyceridgehalt der Leber positiv mit
dem Risiko einer Leberinsuffizienz (REHAGE 1996). Mit zunehmendem Grad der
Leberverfettung erhöht sich somit das Risiko einer passageren oder terminalen
Leberinsuffizienz (REHAGE 1996).
Andererseits soll eine hochgradige Leberverfettung die hepatische
Gluconeogenesekapazität vermindern (VEENHUIZEN et al. 1992; CADÓRNIGA-
VALIÑO et al. 1997). In vitro ist auch die Synthesekapazität von Harnstoff bei
verfetteten Hepatozyten vermindert, dies würde eine Akkumulation von Ammoniak
begünstigen (STRANG et al. 1998). Dieser vermindert sekundär die hepatische
Glucosesynthese aus Propionat. Dadurch kann eine bei Energiemangel eintretende
Lipomobilisation über eine konsekutive Deposition von Triglyzeriden in der Leber den
Glucosemangel noch verschärfen (GRUMMER 1993; DRACKLEY 1999) und die
Entstehung einer Ketose begünstigen. Die entstehende Hypoglycämie würde
wiederum die Lipomobilisation forcieren (HERDT 2000 b).
2.5.6. Klinische Bedeutung der Leberverfettung
Die Futteraufnahme leberverfetteter Kühe ist niedriger als die normaler
Vergleichstiere (WEST 1990; MERTENS 1992). Dadurch verstärkt sich die negative
Energiebilanz oder wird zumindest länger unterhalten, und es entsteht ein Circulus
vitiosus, der die Leberverfettung unterhält.
2. Schrifttum Seite 57
Die Mehrzahl der Leberverfettungen verläuft jedoch subklinisch, klinische
Erscheinungen im Sinne eines “fat cow syndrome” treten selten auf (ROBERTS u.
REID 1986). Die Veränderungen in der Leber scheinen in subklinischen und milden
Fällen reversibel zu sein, die Leberfunktion nicht zu beeinträchtigen und keinen
erkennbaren Leberschaden zu hinterlassen. Die subklinische Leberverfettung
begünstigt eine Reihe von Erkrankungen der Milchkuh im peripartalen Zeitraum
(ROBERTS u. REID 1986; WEST 1989). Es wurden Korrelationen zwischen dem Grad
der Leberverfettung und der Inzidenz von Fruchtbarkeitsstörungen, Endometritiden,
Mastitiden, Lahmheiten, hypocalcämischen Gebärparesen und
Labmagenverlagerungen nachgewiesen (GERLOFF et al. 1986). Dabei ist bislang
unklar, ob diese Gesundheitsstörungen durch verfettungsbedingte Funktionsausfälle
der Leber induziert werden oder ob eine energetische Unterversorgung, eventuell in
Verbindung mit einer erhöhten Ketogenese, die pathogenetisch wichtigere Rolle
spielt. So ist das Risiko ketosekranker Kühe, an einer Labmagenverlagerung zu
erkranken, um das 39fache höher als das Risiko bei nicht-ketotischen Kühen (ROBB
et al. 1986). Das erhöhte Risiko für infektiöse Erkrankungen scheint durch eine
verminderte zellgebundene Immunantwort bedingt zu sein (SATO et al. 1995).
Zudem wird bei Leberverfettungen eine verminderte humurale Immunantwort
vermutet, da durch verminderte Sekretion von Lipoproteinen ein immunsuppressiver
Effekt hervorgerufen wird (HERDT et al. 1983; HERDT 1991). Die Ursache der
negativen Beziehung zwischen Fettleber und Fruchtbarkeit ist bislang ungeklärt
(HERDT 1991). Möglicherweise reagieren Kühe in einer negativen Energiebilanz mit
einer adaptiven Zykluspause (ZUREK et al. 1995). Andererseits scheint die
Progesteronsynthese der Ovarien während der Frühlaktation durch verminderte
Cholesterinbereitstellung gehemmt zu werden (HERDT 1991; HERDT et al. 1992).
Cholesterin ist Bestandteil der Lipoproteine, deren Bildung in der verfetteten Leber
vermindert ist (HERDT et al. 1983). Die Inzidenz einer hypocalcämischen
Gebärparese ist bei Kühen mit Leberverfettung erhöht (REID u. ROBERTS 1983;
GERLOFF et al. 1986). Die Ursache ist unbekannt, vorstellbar wäre ein gestörter
Seite 58 2. Schrifttum
Vitamin D-Stoffwechsel im Zusammenhang mit einer Leberverfettung (MASON u.
ROSENBERG 1994).
Ein Rückschluss allein vom Grad der Leberverfettung auf die Leberfunktion ist zwar
nicht möglich, dennoch repräsentiert der Triglyceridgehalt der Leber einen
bedeutsamen Risikofaktor für das Auftreten einer Leberinsuffizienz. So steigt das
relative Risiko für die Entwicklung einer Leberinsuffizienz bei Kühen mit
mittelgradiger Leberverfettung um den Faktor 3, bei Kühen mit hochgradiger sogar
um den Faktor 6, jeweils im Vergleich zu nichtleberverfetteten Kühen (REHAGE
1996).
2.5.7. Symptomatik und Diagnostik der Leberinsuffizienz
Eine Leberinsuffizienz manifestiert sich klinisch durch zentralnervöse
Ausfallerscheinungen (hepatische Encephalopathie). Zunächst fallen lediglich
Appetitverlust und ein gedämpftes Sensorium auf, später zeigen sich Ataxien und die
Tiere kommen komatös zum Festliegen (REHAGE 1996). Die frühen Symptome sind
wenig charakteristisch für das Vorliegen einer Leberinsuffizienz.
Labordiagnostisch sind die wichtigsten Parameter der Erkennung der
Leberinsuffizienz bei Milchkühen u. a. eine erhöhte Ammoniakkonzentration im
Plasma sowie im Liquor; Ursache der erhöhten Werte bei leberinsuffizienten Tieren
scheint eine verminderte Ammoniumentgiftung über Harnstoff- und
Glutaminsynthese zu sein (REHAGE 1996). Außerdem ist bei leberinsuffizienten
Kühen ein Abfall des Aminosäurenindexes (ASI) - definiert als der Quotient der
Plasmakonzentrationen verzweigtkettiger Aminosäuren zu aromatischen Aminosäuren
- nachweisbar. Bei Kühen mit manifester Leberinsuffizienz werden die
verzweigtkettigen Aminosäuren (Valin, Leucin, Isoleucin) vor allem in den
extrahepatischen Organen metabolisiert, während die aromatischen Aminosäuren
(Phenylalanin, Tyrosin) primär in der Leber oxidiert werden. Im Zusammenhang mit
einer Leberinsuffizienz ist bedingt durch die Inappetenz von einer katabolen Situation
2. Schrifttum Seite 59
auszugehen. Entsprechend läuft bei leberinsuffizienten Tieren die Metabolisierung
der verzweigtkettigen Aminosäuren weiter, während die Konzentration der
aromatischen Aminosäuren konstant bleibt. Der Aminosäurenindex nimmt somit ab.
Eine klare Unterscheidung zwischen Tieren mit unkomplizierter Leberverfettung und
leberinsuffizienten Tieren bleibt aufgrund relativ großer Streuungen, auch bei der
Verwendung der venösen Ammoniakkonzentration und des Aminosäurenindexes,
schwierig (REHAGE 1996).
2.5.8. Glucosehomöostase bei Leberinsuffizienz
Im Unterschied zu gesunden Tieren weisen Kühe mit manifester Leberinsuffizienz
eine Hyperinsulinämie auf, die eventuell auf eine unzureichende hepatische
Clearance zurückzuführen ist (TAYLER et al. 1985; PETRIDES u. STROHMEIER 1986;
REHAGE 1996). Gleichzeitig ist die Blutglucosekonzentration bei leberinsuffizienten
Tieren erhöht; demzufolge ist von einer Insulinresistenz auszugehen (VERNON u.
SASAKI 1991; REHAGE 1996). Als Ursachen der Insulinresistenz bei Kühen mit
Leberinsuffizienz kommen vor allem der erhöhte Glucocorticoidspiegel und/oder die
extrem niedrigen IGF-1-Plasmakonzentrationen in Frage (VERNON u. FINLEY 1986,
1988; HUSSAIN et al. 1994; REHAGE 1996).
2.6. Ketose
Eine Ketose ist eine subakut bis chronisch verlaufende Stoffwechselstörung, die
gehäuft in der 2. bis 6. Laktationswoche auftritt. Der Ketose liegt häufig eine Störung
des Energiestoffwechsels zugrunde, sie ist durch eine niedrige
Blutglucosekonzentration bei Überproduktion von Ketonkörpern gekennzeichnet
(DREPPER 1976). Erhöhte Serumkonzentrationen an Beta-Hydroxybuttersäure (ß-
HB), Acetacetat (AcAc) und Aceton (BAIRD 1982; STÖBER u. DIRKSEN 1981) treten
bei 30 % der frühlaktierenden Milchkühe auf (BAIRD 1982; REID et al. 1983).
Seite 60 2. Schrifttum
Eine erhöhte Ketonkörperkonzentration im Blut kann ruminogenen und hepatogenen
Ursprungs sein. Die ruminogene Ketogenese erfolgt im Pansenepithel aus Butyrat
(EMMANUEL 1980), sie ist durch kurzfristige postprandiale Hyperketonämie ohne
erhöhte NEFA-Konzentrationen, Lipolyse, Hypoglycämie, Fettleber und mit einer
Tendenz zu erhöhter Insulinsekretion gekennzeichnet. Diagnostisch ist sie an einem
weiten Verhältnis (> 10) von ß-HB und Acetacetat im Blut zu erkennen (ROSSOW u.
BOLDUAN 1994).
Erhöhte Ketonkörperkonzentrationen sind zunächst Ausdruck der Anpassungsreaktion
an das postpartale Energiedefizit bei Hochleistungsmilchkühen. Die Ketogenese
laktierender Kühe ist 10 bis 15fach höher als bei nicht laktierenden Tieren (BAIRD et
al. 1975; BAIRD 1977; HEITMANN et al. 1987).
Die in der Leber und im Pansenepithel synthetisierten Ketonkörper (BAIRD et al.
1975) stellen alternative Substrate für die Energiegewinnung der peripheren Gewebe
(ROBINSON u. WILLIAMSON 1980; HEITMANN et al. 1987), Herz, Niere,
Skelettmuskulatur und laktierende Milchdrüse dar (BELL 1981; LAARVELD et al.
1985) und haben andererseits einen glucosesparenden Effekt an diesen Geweben
(SOLING u. KLEINECKE 1976; HEITMANN et al. 1987).
Wesentliche Ursachen für die Entstehung einer Ketose (KRONFELD 1982) sind:
• primärer Energiemangel aufgrund einer qualitativ bzw. quantitativ
ungenügenden Futterversorgung der Tiere;
• sekundärer Energiemangel aufgrund der Erkrankung eines Tieres, die zu
verminderter Futteraufnahme (trotz qualitativ und quantitativ ausreichendem
Angebot) führt;
• alimentäre Ketose aufgrund ketogener Inhaltsstoffe der Ration;
2. Schrifttum Seite 61
• spontane Ketose trotz eines qualitativ und quantitativ adäquaten
Futterangebotes (die Pathogenese ist bislang noch nicht eindeutig geklärt).
Primäre Ketose und Leberverfettung treten häufig zusammen auf (STÖBER 1978;
GRÖHN et al. 1983). Die Leberverfettung ist jedoch schon zum Zeitpunkt der
Abkalbung nachweisbar, bevor die Ketonkörperkonzentration ansteigt. Dagegen ist
die Prävalenz für eine Ketose etwa drei Wochen post partum am höchsten.
Untersuchungen an finnischen Ayrshire Kühen zeigten eine Inzidenz der Ketose bei
Kühen mit Leberverfettung von 30 %, bei Kühen ohne Leberverfettung nur von 10 %
(GRÖHN et al. 1987).
2.6.1. Symptome der Ketose
Die subklinische Ketose bezeichnet einen präklinischen Zustand, der durch
überdurchschnittliche Lebendmasseabnahme und verminderte Futteraufnahme
gekennzeichnet ist (ROSSOW u. BOLDUAN 1994).
Klinisch werden eine digestive und eine zentralnervöse Verlaufsform der Ketose
unterschieden. Symptome der klinischen Ketose sind neben Appetitverlust, rapidem
Verlust des Körpergewichts, Standunsicherheit, auch ein gedämpftes Sensorium,
Lethargie oder auch zentralnervöse Ausfallserscheinungen in Form von
Übererregbarkeit (SCHULTZ 1968; STÖBER 1978). Die Ursachen für die
zentralnervöse Symptomatik sind bis heute nicht geklärt (ANDERSSON 1984; LOMAX
1992). Die Ketonkörper selbst könnten für die zentralnervösen Ausfallserscheinungen
verantwortlich sein (BAIRD 1982), da das Gehirn von Wiederkäuern Ketonkörper
scheinbar nicht verstoffwechseln kann (JONES et al. 1975; LINDSAY u. SETCHELL
1976). Auch eine erhöhte Konzentration von Isopropylalkohol, einem Spaltprodukt
von ß-Hydroxybuturat im Gehirn, wird als Auslöser der zentralnervösen Symptomatik
diskutiert (ROSSOW u. BOLDUAN 1994).
Seite 62 2. Schrifttum
2.6.2. Biosynthese und Verwertung der Ketonkörper
Als Ketonkörper werden Acetacetat, sein Reduktionsprodukt 3-Hydroxybutyrat und
das Decarboxylierungsprodukt Aceton, das als Stoffwechselendprodukt metabolisch
nicht weiter verwertet werden kann, bezeichnet. Die Biosynthese erfolgt im Lynen-
Cyclus aus zwei Molekülen Acetyl-CoA in den Mitochondrien der Leber. Das
entstandene Acetacetyl-CoA verbindet sich mit einem weiteren Acetyl-CoA unter
Katalyse der ß-Hydroxy-ß-Methylglutaryl-CoA-Synthase (HMG-CoA-Synthase); in
einer weiteren Reaktion wird wieder ein Acetyl-CoA unter Freisetzung von Acetacetat
durch die HMG-CoA-Lyase abgespalten. Acetacetat wird durch eine NADH-abhängige
D-ß-Hydroxybutyrat-Dehydrogenase, die außer in der Leber in vielen anderen
Geweben vorkommt, zu D-ß-Hydroxybutyrat reduziert (LÖFFLER u. PETRIDES 1997).
In extrahepatischen Geweben wird ß-HB zunächst zu Acetacetat oxidiert. Das Enzym
Succinyl-CoA-Acetacetyl-CoA-Transferase katalysiert eine Transacylierung, bei der
der Succinylrest eines Succinyl-CoA (aus dem Citratcyclus) gegen Acetacetat
ausgetauscht wird. Das gebildete Acetacetyl-CoA kann in die ß-Oxidation
eingeschleust werden (LÖFFLER u. PETRIDES 1997).
2.6.3. Labordiagnostische Hinweise auf eine Ketose
Wichtige Metaboliten für die Beurteilung der Stoffwechselbelastung sind die NEFA-
Konzentrationen im Plasma, die direkt mit der Lipomobilisation korrelieren und die
Ketonkörperkonzentrationen. Insbesondere ß-HB ist ein wichtiger Parameter, der aus
den NEFA der Lipolyse, aus Butyrat (ruminale und hepatogene Ketogenese) und zu
einem kleinen Anteil aus Isovaleriat und ketoplastischen Aminosäuren entstehen
kann (GIESECKE 1987). Bei subklinischen Ketosen werden ß-HB-Konzentrationen im
Plasma zwischen 1,0 (STÖBER 1978) und 1,5 mmol/l (HORBER et al. 1980)
gemessen. Bei Werten über 1,0 - 1,5 mmol/l (STÖBER 1978) sind klinische Ketosen
häufig. Erhöhte Ketonkörper sind nur ein bestimmtes Merkmal und können je nach
individueller Belastbarkeit für die einzelnen Tiere eine unterschiedliche Bedeutung
2. Schrifttum Seite 63
haben (DIRKSEN 1986). Untersuchungen an Schafen haben einen linearen Anstieg
der Oxidationsrate von ß-HB bis zu einer Plasmakonzentration von 1,0 mmol/l und
darüber hinaus einen stark verlangsamten Anstieg gezeigt.
Des weiteren werden bei klinischer Ketose meist niedrige Glucosekonzentrationen im
Serum (< 2,0 mmol/l), erhöhte Acetacetatkonzentrationen (> 0,65 mmol/l), erhöhte
Leberfettgehalte (> 100 g TGL/kg FG), verringerte Leberglycogengehalte und
Hypoinsulinämie beschrieben (BAIRD 1982).
Unter Feldbedingungen erhobene Daten an Rindern lieferten Hinweise, dass niedrige
Calcium-Konzentrationen eine Ketoseentstehung begünstigen (BLUM et al. 1973;
BENDIXEN et al. 1987).
2.6.4. Pathogenese der Ketose
In der Frühlaktation ist bei Kühen ein niedriges Insulin/Glucagon-Verhältnis und eine
negative Energiebilanz typisch (HERBEIN et al. 1985; DE BOER et al. 1985). Es
stehen dann aufgrund gesteigerter Lipolyse im Cytoplasma der Hepatozyten mehr
NEFA zur Verfügung, so dass durch den vermehrten Eintritt der NEFA in die
Mitochondrien die ß-Oxidation unverhältnismäßig stimuliert wird. Der Mangel an
Oxalacetat vermindert die Einschleusung des entstehenden Acetyl-CoAs in den
Citratcyclus (BAIRD et al. 1968). Das anfallende Acetyl-CoA wird über Acetacetyl-CoA
zu Acetacetat und ß-HB reduziert (KREUTZIG 1988), die vermutlich carriergebunden
aber energiefrei über Mitochondrien- und Zellmembran in das Blut gelangen (KANTE
et al. 1990). Gleichzeitig wird Oxalacetat vermehrt zu Malat hydriert und steht so der
Citratsynthese mit Acetyl-CoA nicht mehr zu Verfügung. Zusätzlich scheinen hohe
Acetyl-CoA-Konzentrationen die Citratsynthese zu hemmen (BELL 1981).
Entscheidende Bedeutung für die Pathogenese der Ketose dürfte das Verhältnis der
hepatischen Triglyceridmenge zur Glycogenmenge in der Leber haben: dieser
Quotient liegt bei ketotischen Kühen bei > 2, während nicht-ketotische Kühe ein
Seite 64 2. Schrifttum
Verhältnis von < 0,5 aufweisen (DRACKLEY et al. 1992). Das Verhältnis der
Verfügbarkeit von lipogenen Substraten für die Milchproduktion zu der Verfügbarkeit
von glucoplastischen Substraten scheint entscheidend für die Entstehung einer
Ketose zu sein (KRONFELD 1982). Dieses Verhältnis könnte in dem Quotienten von
Lebertriglyceriden zu Glycogen zum Ausdruck kommen (GRUMMER 1993).
Eine andere Hypothese geht von zwei unterschiedlichen Formen der Pathogenese der
Ketose aus (HOLTENIUS u. HOLTENIUS 1996):
Typ I-Ketose: Diese Bezeichnung wurde in Anlehnung an den Typ I-Diabetes
mellitus des Menschen für Ketoseformen gewählt, bei denen die
Insulinkonzentrationen im Plasma niedrig sind. Ein Substratmangel für die
Gluconeogenese bei maximaler Stimulation der gluconeogenetischen Enzyme führt zu
einem Glucosemangel, dadurch sinkt der Insulinspiegel. Es resultiert eine verstärkte
Aktivität der Carnitin-Palmityl-Transferase I des Carnitin-Shuttles, entsprechend
kommt es zu gesteigerter NEFA-Aufnahme in Mitochondrien und letztendlich zu
verstärkter Ketogenese und hohen Ketonkörperkonzentrationen im Blut. Die massive
Nutzung der NEFA für die Ketonkörperproduktion verhindert eine exzessive
Reveresterung der NEFA zu Triglyceriden und damit eine Leberverfettung. Der Typ I
tritt hauptsächlich drei bis sechs Wochen post partum etwa zum Zeitpunkt des
Laktationsmaximums auf.
Typ II-Ketose: In Anlehnung an den Typ II-Diabetes mellitus des Menschen soll im
Frühstadium dieser Ketoseform eine Hyperinsulinämie, Hyperglykämie und
Insulinresistenz vorkommen, bevor klinische Symptome auftreten (RUKKWAMSUK et
al. 1999). Im späteren Stadium manifestiert sich eine klinische Erkrankung, die durch
niedrige Insulinspiegel in Verbindung mit einer massiven Insulinresistenz
charakterisiert ist. Diese soll für die ungenügende Stimulation der hepatischen
Gluconeogenese trotz der hohen NEFA-Konzentrationen, die in Verbindung mit
massiver Lipolyse auftreten, verantwortlich sein. Da die Gluconeogenese wenig aktiv
2. Schrifttum Seite 65
ist, werden trotz übermäßiger NEFA-Anflutung in die Leber wenig NEFA in
Mitochondrien aufgenommen. Es findet wenig Ketogenese statt und es resultiert eine
hohe Triglyceridsyntheserate (Reveresterung) im Cytosol. Die geringe
Synthesekapazität des Rindes für VLDL führt zu einem geringem Abtransport der
Triglyceride, so dass die Entstehung einer Leberverfettung begünstigt wird.
2.7. Linksseitige Labmagenverlagerung
Die Labmagenverlagerung (LMV) ist eine in den letzten Jahren immer häufiger
auftretende Erkrankung, insbesondere von Hochleistungstieren in den ersten Wochen
nach der Abkalbung (MANUSS 1984; CONSTABLE et al. 1992).
2.7.1. Ätiologie der Labmagenverlagerung
Als wesentliche Faktoren, die an der Entstehung einer Labmagenverlagerung beteiligt
sind, wird eine Gasansammlung im Labmagen, die das Organ nach dorsal zieht und
eine Atonie des Labmagens, wodurch das enthaltene Gas nicht abtransportiert
werden kann, angesehen (DIRKSEN 1967; GEISHAUSER 1995 b). Die
Gasansammlung könnte durch hohe Kraftfuttergaben, die zu einer schnelleren
Ingestapassage aus dem Pansen führen, verursacht werden (SVENDSON 1969;
COPPOCK et al. 1972). Andererseits könnte auch die Atonie selbst Ursache für die
Gasansammlung sein (CONSTABLE et al. 1992; GEISHAUSER et al. 1998 a). Für die
Entstehung einer Atonie des Labmagens werden entweder eine hohe Anflutung
kurzkettiger Fettsäuren (SVENDSON 1969), eine Hypocalcämie (DIRKSEN 1961;
HULL u. WASS 1973; DANIEL 1983), eine Insulinresistenz (VAN MEIRHAEGE et al.
1988 a) oder Endotoxine (durch eine Retentio secundinarum oder Endometritis)
(VLAMINCK et al. 1985; ROHRBACH et al. 1999) verantwortlich gemacht.
Seite 66 2. Schrifttum
Prädisponierende Faktoren für die Entstehung einer Labmagenverlagerung sind:
• großrahmige Tiere (STÖBER u. SARATSIS 1974) und große Bewegungsfreiheit
des Labmagens (HULL u. WASS 1973);
• ein geringes Pansenflüssigkeitsvolumen (CONSTABLE et al. 1992; ROHRBACH
et al. 1999);
• Ketose (DIRKSEN 1962; MARKUSFELD 1986; ROHRBACH et al. 1999),
• eine negative Energiebilanz (LOTTHAMMER 1992);
• ein geringer Rohfaseranteil in der Ration (DIRKSEN 1962; CONSTABLE et al.
1992);
• auch ein erhöhter Plasmaglucosespiegel stellt ein potentielles Risiko in der
Pathogenese der linksseitigen Labmagenverlagerung dar, da eine
Hyperglycämie die abomasale Ausflussrate reduziert und den pH-Wert der
abomasalen Flüssigkeit bei Milchkühen erhöht (HOLTENIUS et al. 2000).
2.7.2. Folgen der Labmagenverlagerung
Die Labmagenmotorik ist durch die Verlagerung herabgesetzt (KUIPER 1991;
GEISHAUSER 1995 a; GEISHAUSER et al. 1998 a) und die Ingestapassage
verlangsamt sich oder sistiert. Durch die Passagestörung tritt häufig ein abomasaler
Reflux auf (BREUKINK u. KUIPER 1976), der zu einem Anstieg der
Chloridkonzentration im Pansensaft und zu einem Abfall der Chloridkonzentration im
Blut führt (Hypochlorämie). Die Konsequenz ist eine metabolische Alkalose und
Hypokaliämie.
Zusätzlich bedingt eine Passagestörung bei einer Labmagenverlagerung eine längere
Retention der Salzsäure im Labmagen. Hierdurch kann es zu Entzündungen der
Labmagenschleimhaut kommen (BREUKINK 1990; KUIPER 1991). Das bei über 90 %
der Kühe mit Labmagenverlagerung gefundene okkulte Blut im Kot wird als Indiz für
das Vorliegen einer Abomasitis gewertet (STOLLE-BRÜERS 1989). Bei länger
2. Schrifttum Seite 67
bestehender Labmagenverlagerung kann eine Abomasitis zu Ulzera und
Perforationen der Labmagenwand führen, die wiederum eine generalisierte Peritonitis
hervorrufen können (DIRKSEN 1967; GEISHAUSER 1995 b).
Die Kühe mit linksseitiger Labmagenverlagerung sind bei immer noch relativ hoher
Milchleistung appetitlos und mobilisieren folglich exzessiv Körperfett (STÖBER u.
DIRKSEN 1981; HERDT et al. 1982). Infolge der hochgradigen Lipomobilisation sind
etwa zwei Drittel der Kühe mit Labmagenverlagerung ketotisch (STÖBER u. DIRKSEN
1981). Die Prävalenz gering-, mittel- und hochgradiger Leberverfettungen ist normal
verteilt (HERDT et al. 1982; REHAGE et al. 1996). Bei hochgradiger Leberverfettung
wird eine verzögerte Rekonvaleszenz beobachtet, in einem Teil der Fälle ist sogar in
Folge einer massiven Leberinsuffizienz mit dem Tod der Tiere zu rechnen (STÖBER u.
DIRKSEN 1981; REHAGE et al. 1996).
2.8. Methoden zur Untersuchung von Glucoseumsatz und
Insulinresistenz in vivo
2.8.1. Glucosetoleranztest
Der intravenöse Glucosetoleranztest (IVGTT) ermöglicht die Beurteilung der Reaktion
des Organismus auf eine Glucose-Bolusinjektion. Bei allen Modifikationen dieser
Methode wird einerseits die Eliminationsgeschwindigkeit der Glucose und
andererseits die induzierte Insulinsekretion bestimmt. Zusätzlich kann unter
Berücksichtigung der injizierten Glucosemenge, durch Extrapolation des
Konzentrationsabfalls auf die Ordinate zum Zeitpunkt Null, der Verteilungsraum der
Glucose bestimmt werden. Als Glucosetoleranz wird die Geschwindigkeit des
Konzentrationsabfalls bezeichnet; sie ist von der hepatischen und peripheren
Glucoseaufnahme, der hepatischen Gluconeogenese und der renalen
Glucoseelimination abhängig (KRETZ 1984). Eine herabgesetzte Glucosetoleranz ist
Seite 68 2. Schrifttum
durch niedrige Eliminationskonstanten und damit durch eine lange Halbwertszeit der
Glucose charakterisiert. Da bei Bolusinjektionen keine steady-state-Bedingungen
erreicht werden, ist die Interpretation der Ergebnisse aufgrund sich ständig
verändernder Insulinspiegel schwierig. Eine verminderte Glucosetoleranz wurde bei
verschiedenen Diabetesformen des Hundes (MATTHEEUWS et al. 1984), bei
experimentellem Diabetes von Ziegen und, nach längerem Futterentzug, bei Schafen
und Ziegen nachgewiesen (BECK et al. 1983).
2.8.2. Hyperglykämischer Clamp
Die hyperglykämische Clamp-Technik wurde 1979 für den Menschen beschrieben
(DeFRONZO et al. 1979) und bereits mehrfach am Rind angewandt (u. a. SANO et al.
1991, 1993; HOSTETTLER-ALLEN et al. 1993, 1994; McGUIRE et al. 1995; HUGI et
al. 1998; BLUM et al. 1999; HOLTENIUS et al. 2000). Im hyperglykämischen Clamp
wird der Anstieg der endogenen pankreatischen Insulinausschüttung während einer
mehrstündigen Glucoseinfusion gemessen. Den Versuchstieren werden zwei
großlumige venöse Zugänge gelegt und Blutproben zur Bestimmung der Basalwerte
entnommen. Über einen Venenkatheter wird Glucose als Dauerinfusion verabreicht.
Ein Steady-state wird innerhalb von etwa 60 Minuten erreicht. In kurzen
Zeitabständen werden aus dem anderen Venenkatheter Blutproben entnommen, um
die Konzentrationsveränderungen von Insulin, Glucose und NEFA zu erfassen. Die
pankreatische Response auf Glucose kann so quantifiziert werden („Prä-Rezeptor-
Level”) (DeFRONZO et al. 1979; BERGMAN et al. 1985).
2.8.3. Hyperinsulinämischer, euglycämischer Clamp
Auch diese Methode wurde zunächst 1979 für den Menschen beschrieben
(DeFRONZO et al. 1979) und wiederholt am Wiederkäuer angewandt (WEEKES et al.
1983; GRIZARD et al. 1988; BERGMAN et al. 1989; FAULKNER u. POLLOCK 1990;
SANO et al. 1993; McGUIRE et al. 1995 b; KASKE et al. 2001). Die Methode dient der
Quantifizierung der Ansprechbarkeit peripherer Gewebe auf Insulin (DeFRONZO et al.
2. Schrifttum Seite 69
1979) und erlaubt eine quantitative Abschätzung der Effekte verschiedener steady-
state-Insulinkonzentrationen auf die periphere Glucoseutilisation und die Hemmung
der Lipolyse. Durch eine konstante Insulininfusion wird ein absolut
supraphysiologischer Insulinspiegel im Blut induziert, der die endogene
Glucoseproduktion möglichst vollständig supprimieren und die periphere
Glucoseutilisation maximal stimulieren soll (JANES et al. 1985 b).
In der erstmaligen Beschreibung wurden die Probanden täglich über drei Tage vor
Versuchsbeginn mit 200 g Kohlenhydraten versorgt und hungerten dann 12 Stunden
bis zum Versuchsanfang am folgenden Tag um 08.00 Uhr. Zur Blutprobenentnahme
wurde die A. brachialis katheterisiert, ein zweiter Katheter in der V. antecubitalis
diente der Glucose- und Insulininfusion. Das Insulininfusat bestand aus kristallinem,
porcinem Insulin, und zwar 300 mU/ml gelöst in isotoner Kochsalzlösung mit je 2 ml
Blut des Menschen pro 50 ml Infusat, um der Absorption von Insulin an Glas und
Plastikoberflächen vorzubeugen. In den ersten 10 Minuten der Infusion wurde Insulin
zunächst in hohen Dosen verabreicht, von Minute zu Minute wurde die Konzentration
logarithmisch reduziert, um letztlich die Plasma-Insulinkonzentration etwa um 100
µU/ml über die basale Konzentration anzuheben. Zwischen der 10. und 120. Minute
wurde Insulin mit konstanter Infusionsrate von 40 mU/m2 Oberfläche infundiert. Die
variable Glucoseinfusionsrate begann frühestens 4 Minuten nach
Insulininfusionsbeginn und wurde mit Hilfe der zuvor gemessenen
Blutglucosekonzentrationen berechnet (DeFRONZO et al. 1979).
2.8.3.1. Abwandlungen der Methode des hyperinsulinämischen,
euglycämischen Clamps (HEC)
In Abhängigkeit von Spezies und Fragestellung wurde die Methode des
hyperinsulinämischen, euglycämischen Clamps in vielfältiger Weise modifiziert:
Seite 70 2. Schrifttum
• Verlängerung der Versuchsdauer
Beispielsweise wurde die Infusionsdauer auf sechs Stunden mit konstanter
Insulininfusionsrate (6 mU/kg/min) verlängert, um den Einfluss der
Propionatsupplementation auf die periphere Insulin-Response beim Schaf zu
untersuchen (SANO u. TERASHIMA 1998). Untersuchungen der Insulinwirkung auf
die Milchproteinsynthese und die Milchleistung bei Kühen, nach ruminaler Casein
oder Casein- und Aminosäuren-Gabe, erforderten Insulininfusionen über vier Tage
(GRIINARI et al. 1997; MACKLE et al. 1999). Eine Langzeitstudie mit konstanter
Insulininfusionsrate wurde auch bei der Untersuchung der Insulineffekte auf die
Plasmakonzentration der IGF und ihrer Bindungsproteine bei laktierenden Kühen
durchgeführt. Es wurde keine Änderung der peripheren Insulin-Response bei einer
viertägigen Insulininfusion festgestellt, da die Glucoseinfusionsrate stabil beibehalten
werden konnte (McGUIRE et al. 1995 b).
• Aufeinanderfolgende Insulininfusionsperioden mit unterschiedlichen
Insulininfusionsraten
Ein einzelner Insulininfusionsspiegel erlaubt nicht per se eine exakte Abschätzung der
peripheren Insulin-Response (KAHN 1978). Es wurden deshalb aufeinanderfolgende
Insulininfusionen mit unterschiedlichen Insulinkonzentrationen durchgeführt, um die
maximale Insulin-Response und -Sensitivität zu erfassen (JANES et al 1985 b; SANO
et al. 1993). Erfolgen die Insulininfusionen mit verschiedenen Infusionsraten
unmittelbar aufeinanderfolgend, sind nur geringe Unterschiede im Vergleich zu
einzelnen, in größeren Intervallen durchgeführten Insulininfusionen, nachweisbar
(RIZZA et al. 1981). Eine beim Schaf durchgeführte einzelne Insulininfusionsperiode
mit 6 mU Insulin/kg/min und aufeinanderfolgende Insulininfusionsperioden mit 0,2,
0,5, 1 und 6 mU Insulin/kg/min über je zwei Stunden ergaben für 6 mU/kg/min nur
geringe Unterschiede in der SSGIR. Diese wurden den geringen Unterschieden der
basalen Plasma-Glucosekonzentration zugeschrieben (JANES et al. 1985 b).
2. Schrifttum Seite 71
• Einsatz Tracer-markierter Glucose im HEC
Die hepatische Glucoseproduktion wird durch Insulin zwar unterdrückt, wird aber
weniger durch Insulin beeinflusst als der Glucoseumsatz oder die metabolische
Glucose-Clearancerate (WEEKES et al. 1983). Der Glucoseumsatz des Organismus
kann durch vier Variablen beschrieben werden:
• steady-state Glucoseinfusionsrate (SSGIR), als Summe der Insulin-induzierten
Hemmung der Gluconeogenese und der Insulin-induzierten Erhöhung der
Glucoseutilisation (JANES et al. 1985 b).
• Rate des Glucose-Auftretens (RA), als Gesamtsumme aus enteraler
Resorption, EGP und SSGIR. Die km des Glucose-Auftretens ist nach Abzug der
SSGIR, nur auf die Gluconeogenese zurückzuführen und stellt die Sensitivität
der Leber auf Insulin dar (METCALF u. WEEKES 1990).
• Metabolische Clearance-Rate der Glucose (Glu.-MCR), als Ausdruck des
basalen und Insulin-stimulierten Glucoseumsatzes. Maximale Änderungen der
Glu.-MCR dienen als Indikator für jede Änderung in der Response auf Insulin
und beschreiben eine Änderung der Kapazität des Tieres auf Insulin zu
reagieren (WEEKES et al. 1983). Die km der Glu.-MCR spiegelt eine Änderung
der Insulin-Sensitivität in bestimmten dominanten Geweben wieder (METCALF
u. WEEKES 1990).
• Insulinabhängiger Glucoseumsatz (IAG) in insulinsensitiven Geweben
(PETTERSON et al. 1993).
Zur detaillierten Glucosestoffwechseluntersuchung und zur Untersuchung der
Glucose-Kinetik wurde zusätzlich Tracer-markierte Glucose über 2 - 6 Stunden vor
dem eigentlichen Clamp und während des Clamps infundiert (JANES et al. 1985 b;
HAY et al. 1988; METCALF u. WEEKES 1990; FAULKNER u. POLLOCK 1990;
PETTERSON et al. 1993; HOSTETTLER-ALLEN et al. 1993, 1994; DUNSHEA et al.
Seite 72 2. Schrifttum
1995; ROSE et al. 1996; ROSE u. OBARA 1996; HUGI et al. 1998; GELARDI et al.
1999). Die Messung der Glucosekinetik erfordert dabei eine Blutprobenentnahme aus
Arterien. Da die Insulininfusion das (gemischte) Glucose-Pool-Volumen des Schafes
nicht beeinflusst (WEEKES et al. 1983), kann, durch die Messung der spezifischen
Aktivität der Glucose, die metabolische Clearance-Rate der Glucose berechnet
werden. Die basale Glucoseumsatzrate wird durch Division der Tracer-
Glucoseinfusionsrate durch die spezifische Aktivität auf dem Plateau berechnet. Die
metabolische Clearance-Rate der Glucose während der Insulininfusion ergibt sich aus
der Glucoseumsatzrate dividiert durch die Plateau-Glucose-Konzentration (JANES et
al. 1985 b).
• HEC mit und ohne Initialdosis
Die zuerst beim Menschen angewandte Insulininfusionstechnik bestand aus der Gabe
einer hohen Initialdosis („priming dose“) in der ersten Minute, die in den folgenden
neun Minuten reduziert wurde und einer konstanten Insulindosis von der 10. bis zur
180. Minute (DeFRONZO et al. 1979). Vergleichbar wurde an Schafen über die ersten
10 Minuten in logarithmisch sinkender Art und Weise eine Initialdosis verabreicht, die
in der ersten Minute etwa eineinhalb mal höher als die sich anschließende konstante
Insulininfusionsrate war (WEEKES et al. 1983). Andere Untersucher benutzten
deutlich höhere initiale Dosen (DUNSHEA et al. 1995; LARBAUD et al. 1996; HAY et
al. 1989; STERNBAUER et al. 1998), um die Plasma-Insulinkonzentration möglichst
schnell auf ein höheres Niveau zu bringen. Bei aufeinanderfolgenden
Insulininfusionen mit unterschiedlichen Konzentrationen wurde die jeweilige
Initialdosis in den letzten Infusionen reduziert, um den additiven Effekt der
vorherigen Infusion auf die Plasma-Insulinkonzentration zu vermindern (JANES et al.
1985 b).
Eine andere Infusionstechnik wurde in Untersuchungen an adulten Fleisch- und
Milchkühen angewandt. Es wurde keine Initialdosis verabreicht, sondern Insulin
wurde mit konstanter Rate über zwei Stunden infundiert (SANO et al. 1991; BLUM et
2. Schrifttum Seite 73
al. 1999). Der Anstieg der Plasma-Insulinkonzentration verläuft dabei nicht so steil
wie bei Studien mit Initialdosis, aber die steady-state Insulinkonzentration wird im
zweistündigen Infusionsintervall ebenso erreicht.
• Unterschiede in der Insulindosis und in der Herkunft des Insulins
Bei Infusionen über mehrere Tage werden meist niedrigere Insulindosen gewählt als
bei kurzen Infusionsperioden (McGUIRE et al. 1995 b; MACKLE et al. 1999; GRIINARI
et al. 1997). Bei aufeinanderfolgenden Infusionen wird zuerst die niedrigste Insulin-
Dosis infundiert, die gerade noch einen minimalen Effekt erwarten lässt (FAULKNER
u. POLLOCK 1990; SANO et al. 1992).
In Untersuchungen an Kälbern (STERNBAUER et al. 1998) wurde eine Insulin-Dosis
gewählt (Initialdosis: 3 mU/kg/min; anschließend: 1 mU/kg/min), die zunächst bei
Menschen angewandt wurde (POLLARE et al. 1990). Beim Monogastrier ist die
hepatische Glucoseproduktion insulinsensitiver als beim Wiederkäuer (RIZZA et al.
1981; BROCKMAN 1983 a; WEEKES et al. 1983). Bei Kälbern wurden mit
Insulininfusionen von 2mU/kg/min nur 82 % der hepatischen Glucose-Produktion
gehemmt (HOSTETTLER-ALLEN et al. 1994). In Studien an Ratten und Menschen
wurden maximale Effekte von Insulin auf den Glucosestoffwechsel und die Lipolyse
bei Plasma-Insulinkonzentrationen von 200-700 µU/ml (RIZZA et al. 1981; KRAEGEN
et al. 1985) erreicht, während beim Schaf Konzentrationen von über 1000 µU/ml
(WEEKES et al. 1983; BERGMAN et al. 1989) nötig waren. Daher müssen beim
Wiederkäuer vergleichsweise hohe Insulininfusionsraten von 6 mU/kg/min (GELARDI
et al. 1999; BLUM et al. 1999) eingesetzt werden, um die EGP vollständig zu
unterdrücken (JANES et al. 1985 b) und um maximale Effekte von Insulin auf den
Glucoseumsatz des ganzen Körpers zu erreichen (JANES et al. 1985 b; PETTERSON
et al. 1993).
In vielen Untersuchungen wurde artverschiedenes Insulin infundiert, beispielsweise
porcines Insulin bei Schafen (SANO et al. 1992). Die Insulin-Bindungsregion wurde
Seite 74 2. Schrifttum
auf der Oberfläche des Insulin-Monomers identifiziert (PULLEN et al. 1976); die
jeweiligen Aminosäuren in der A- und B-Kette, die die Haupt-Bindungs-
Determinanten repräsentieren (MYNARCIK et al. 1997), sind bei Insulin von Schwein,
Pferd und Kamel identisch (DANHO 1972; TRENKLE 1972). In vitro Untersuchungen
zeigten, dass die Insulin-induzierte Unterdrückung der Lipolyse in Adipocyten von
Schafen und Kamelen bei Verwendung von equinem, porcinem, ovinem und bovinem
Insulin vergleichbar ist (ELMAHDI et al. 1998).
• Kaliumzugabe im HEC
Eine Insulininfusion kann eine Hypokaliämie induzieren. Dieser Effekt beruht auf
einer Stimulation der Na+-K+-ATPase durch Insulin (WANG et al. 1996). Häufig wird
Kalium der Insulininfusionslösung zugegeben, um eine insulinvermittelte
Hypokaliämie zu verhindern (WEEKES et al. 1983; HOSTETTLER-ALLEN et al. 1994).
Niedrige extrazelluläre Kaliumkonzentrationen verursachen eine Hyperpolarisation der
Zellen, in deren Folge es potentiell zu neuromuskulären (Apathie, Parese),
gastrointestinalen (Inappetenz), cardiovaskulären (Tachycardie, Extrasystolen) sowie
renalen Symptomen (hypokaliämische Nephropathie) kommen kann.
Bei zweistündigen Untersuchungen an Bullenkälbern mit Insulininfusionsraten von
1mU/kg/min verringerte sich die Plasma-Kaliumkonzentration jedoch nur wenig, so
dass eine Kaliumsubstition nicht notwendig war (STERNBAUER et al. 1998). Ähnliche
Ergebnisse liegen auch für den Menschen vor (POLLARE et al. 1990). Es ist aber
möglich, dass bei länger als zwei Stunden dauernden Insulininfusionen die Plasma-
Kaliumkonzentration stärker abfällt und eine Kaliumzugabe zur Insulininfusions-
Lösung notwendig wird.
Die Zugabe von Blut, Plasma oder bovinem Albumin zur Insulininfusionslösung soll
zudem der Absorption von Insulin an Glas- und Plastikoberflächen vorbeugen
(DeFRONZO et al. 1979; JANES et al. 1985 b; HOSTETTLER-ALLEN et al. 1993; ROSE
et al. 1996; HOLTENIUS et al.2000).
2. Schrifttum Seite 75
• Hyperglycämischer Clamp und HEC; hypo- und hyperglycämischer,
hyperinsulinämischer Clamp
Einige Untersucher führen vor dem hyperinsulinämischen, euglycämischen Clamp
noch einen hyperglycämischen Clamp (HC) durch, um an einem Individuum neben
der peripheren Insulin-Response auch die pankreatische Insulin-Response auf
Glucose ermitteln zu können (TSUDA et al. 1989; SANO et al. 1991, 1993, 1996;
HOSTETTLER-ALLEN et al. 1994; HUGI et al. 1998; SANO u. TERASHIMA 1998;
BLUM et al. 1999). Dabei variiert der Abstand beider Untersuchungen zwischen 4
Tagen (SANO u. TERASHIMA 1998) und 2 Stunden (SANO et al. 1993). Ein Einfluss
der HCs auf die Ergebnisse des HECs durch höhere basale Glucosekonzentrationen
kann bei kurzen Abständen beider Versuche nicht ausgeschlossen werden.
Um den Effekt der Plasmaglucose auf die abomasale Funktion bei Milchkühen zu
untersuchen, wurden neben HECs hyperinsulinämisch-hyperglycämische und -
hypoglycämische Clamps durchgeführt. Dabei wurde die basale Plasma-
Glucosekonzentration um 2 mmol/l gegenüber der basalen Konzentration erhöht bzw.
erniedrigt.
• Unterschiede in der Vorbereitung der Probanden bezogen auf
Fütterung
In den meisten Studien ist dem HEC eine etwa 12-stündige Periode vorgeschaltet, in
der die Probanden hungern. Fütterungsbedingte Schwankungen der
Glucosekonzentration sollen so vermieden werden. Fütterungen beeinflusssen die
basalen Insulin- und Glucosekonzentration im Plasma des Wiederkäuers (TRENKLE
1970; BASSETT 1972), zudem wird die mittlere Insulinkonzentration während eines
Tages durch häufigere Fütterung beim Schaf erhöht (MINEO et al. 1990).
Um explizit den Fütterungseinfluss auf die Insulin-Response zu untersuchen, erhalten
die Tiere ihre Rationen jedoch über die gesamte Infusionsdauer, und zwar möglichst
Seite 76 2. Schrifttum
in stündlich gleichen Portionen, um postprandiale Effekte auf den Glucosespiegel zu
minimieren (GRIINARI et al. 1997).
2.8.3.2. Mittels HEC erfassbare Parameter
Die SSGIR entspricht der Glucoseaufnahme in alle Gewebe des Körpers (DeFRONZO
et al. 1979). Damit ist die SSGIR ein Maß für die Ansprechbarkeit peripherer Gewebe
auf exogenes Insulin (DeFRONZO et al. 1979; WEEKES et al. 1983; BLUM et al.
1999). Da bei hohen Insulininfusionsraten die hepatische Gluconeogenese vollständig
supprimiert wird (JANES et al. 1985 b; WEEKES 1991; SANO et al. 1993), kann der
maximale Insulin-stimulierbare Glucoseumsatz (SANO et al. 1991) bestimmt werden.
Indikator für die Sensitivität der peripheren Gewebe auf Insulin ist die
Insulinkonzentration bei halbmaximaler SSGIR (SANO et al. 1992).
Die Insulinwirkung auf die Lipolyse manifestiert sich in einer Abnahme der NEFA-
Plasmakonzentration während der Insulininfusion. Durch Berechnung der
Ratenkonstanten, die den Abfall der NEFA-Konzentrationen beschreiben, können
verschiedene Versuchstiergruppen verglichen werden.
Mit Dosis-Wirkungskurven („dose-response-curve“) kann die Insulinwirkung näher
charakterisiert werden.
Die metabolische Clearance Rate von Insulin [mU/kg/min] wird durch Division
der Insulininfusions-Rate [mU/kg/min] durch die Plateau-Insulinkonzentration
[µU/ml], abzüglich der basalen Insulinkonzentration [µU/ml], berechnet (JANES et al.
1985 b). Da Insulin nach Körpergewicht infundiert wird, dürften keine Unterschiede
in der Plasma-Insulin-Clearance der einzelnen Tiere auftreten (HOLTENIUS et al.
2000). Wird die endogene Insulin-Sekretion durch hohe Insulinkonzentrationen
vollständig gehemmt, so entspricht die Infusionsrate der Insulinelimination
(SCHLUMBOHM et al. 1997).
2. Schrifttum Seite 77
Die Insulin-Eliminationsrate kann durch Erfassung des Verlaufs der
Insulinkonzentrationen in weiteren Plasmaproben nach Beendigung der
Insulininfusion mittels iterativer Anpassung der Konzentrationen an die
monoexponentielle Funktion y = a . e-k.tx bestimmt werden. Dabei repräsentiert k die
Ratenkonstante, tx den Zeitpunkt nach Beendigung der Insulininfusion und y die
aktuelle Insulinkonzentration zum Zeitpunkt tx.
In der Humanmedizin wird die Sensitivität auf Insulin durch den Index M/I
beschrieben. Der M/I-Index ist definiert als Menge der metabolisierten Glucose (als
insulinvermittelte Glucose-Beseitigung [µmol/kg/min]) pro Einheit Plasmainsulin [als
mittlere Insulinkonzentration der 60. - 120. Minute] + 100 (POLLARE et al. 1990).
Seite 78 3. Material und Methoden
3. Material und Methoden
3.1. Versuchstiere
Die experimentellen Untersuchungen wurden von Januar 2000 bis Dezember 2001 an
40 Kühen der Rasse Deutsche Schwarzbunte in der Klinik für Rinder der
Tierärztlichen Hochschule Hannover durchgeführt. Zweiunddreißig Versuchstiere
waren zur stationären Behandlung in die Klinik für Rinder eingeliefert worden. Grund
der Einweisung war bei 22 Tieren eine Dislocatio abomasi sinistra, die operativ
(DIRKSEN 1967) behandelt wurde. Neun Tiere wurden mit Lahmheiten
unterschiedlicher Genese eingestellt. Ein Tier kam zur Spaltung eines kleineren
Nabelabszesses. Ein klinisch und labordiagnostisch gesundes Tier war Eigentum der
Klinik für Rinder. Aus dem Bestand des Lehr- und Forschungsgutes Ruthe der
Tierärztlichen Hochschule Hannover wurden vier klinisch und labordiagnostisch
gesunde, in Laktation stehende Tiere für die Untersuchungen herangezogen. Drei
klinisch und labordiagnostisch gesunde, trächtige Tiere wurden von einem
Privatbetrieb zur Verfügung gestellt.
Das Tierversuchsvorhaben wurde gemäß § 8 Abs. 1 des Tierschutzgesetzes vom
17.02.1993 bei der Bezirksregierung Hannover angemeldet und genehmigt (Az: 509i-
42502-98/113 vom 29.10.1998).
3.1.1. Selektionskriterien
Grundsätzlich durften die Tiere nicht innerhalb der letzten sieben Tage mit
Corticosteroiden behandelt worden sein. Eine eventuelle Behandlung mit
glucoplastischen Substanzen wie Propylen-Glycol musste mindestens 24 Stunden
zurückliegen.
Als klinisch gesund wurden multipare Kühe mit ungestörtem Allgemeinbefinden und
ungestörter Futteraufnahme bezeichnet. Bei diesen Tieren lagen keine mittel- oder
3. Material und Methoden Seite 79
hochgradigen Organerkrankungen (z. B. Mastitiden oder Endometritiden) vor. Eine
vorhandene Lahmheit durfte maximal Grad II betragen (ROSENBERGER 1990). Die
ß-Hydroxybutyrat (ß-HB)-Konzentration im Serum musste 1,5 mmol unterschreiten.
Zusätzlich mussten am Vortag des Experimentes vier der fünf labordiagnostischen
Parameter Gesamtbilirubin (GB), Aspartat-Aminotransferase (AST), Glutamat-
Dehydrogenase (GLDH), Cholesterol (Chol) im Serum und Ammonium (NH4+) im
Plasma im Referenzbereich liegen.
Als leberverfettet wurden Kühe eingestuft, wenn vier der angegebenen fünf
Parameter (GB, AST, GLDH, Cholesterol, Ammonium) außerhalb der angegebenen
Grenzwerte lagen. Der Grad der Leberverfettung wurde bei allen Versuchstieren
durch biochemische Untersuchung eines transkutan gewonnenen Leberbioptats
objektiviert.
Die Zuordung der Kühe in die Gruppen erfolgte gemäß Tabelle 1.
Vier Tiere konnten mit Hilfe der Selektionskriterien keiner der Gruppen zugeordnet
werden. Bei zwei klinisch gesunden, laktierenden Kühen lagen drei der fünf
labordiagnostischen Leberparameter außerhalb des Referenzbereichs, ein drittes Tier
wies zusätzlich mit einem ß-HB > 1,5 mmol/l eine Ketose auf. Eine Kuh zeigte eine
hochgradige Störung des Allgemeinbefindens und die klinische Symptomatik einer
hepatischen Encephalopathie.
Vier weitere Tiere dienten der Einarbeitung in die Versuchsabläufe und der
Ermittlung sinnvoller Insulininfusionsraten. Die Ergebnisse dieser Vorversuche flossen
nicht in die Auswertung ein.
Seite 80
3. Material und M
ethoden
Tab. 1: Selektionskriterien und Gruppenzuordnung
Gruppe Kurz-bezeichnung
Spezielle Selektionskriterien
Gemeinsame Selektionskriterien
Laborbefunde
I klinisch gesund trockenstehend
trockenstehend
II klinisch gesund laktierend (2./3. LW)
Milchleistung ≥ 25 Liter/Tag leistungsbezogene Fütterung mit Futter aus dem Heimatstall
III klinisch gesund laktierend (2./3. LW) nach LMV-OP
Operation einer Dislocatio abomasi sinistra (DIRKSEN 1967) mindestens 4 Tage vor Versuchdurchführung komplikationslose Rekonvaleszenz (täglich steigende Futteraufnahme)
IV klinisch gesund laktierend (4. – 10. LW)
Milchleistung ≥ 25 Liter/Tag
keine Färsen labordiagnostisch lebergesund
im Serum: Gesamtbilirubin (GB) < 10 µmol/l Aspartat-Aminotransferase (AST) < 50 U/l Glutamat-Dehydrogenase (GLDH) < 12 U/l Cholesterol (Chol) > 2 mmol/l im Plasma: Ammonium (NH4
+) < 20 µmol/l 4 von 5 Parametern im Referenzbereich
V Leberverfettung LMV-OP laktierend
gering- bis mittelgradig gestörtes Allgemeinbefinden verminderte Futteraufnahme keine Ketose (ß–HB < 1,5 mmol/l)
VI
Leberverfettung Ketose LMV-OP laktierend (2./3. LW)
Ketose (ß-HB > 1,5 mmol/l)
Dislocatio abomasi sinistra; chirurgische Reposition und Omentopexie (DIRKSEN 1967)mindestens drei Tage vor Versuchsdurchführung labordiagnostische Hinweise auf eine Leberverfettung
GB > 20 µmol/l AST > 100 U/l, bei einer Creatinin-Kinase (CK) < 400 U/l GLDH > 30 U/l Chol < 2,0 mmol/l NH4
+ > 35 µmol/l 4 von 5 Parametern außerhalb der Grenzwerte
VII Labmagen- verlagerung laktierend (2./3. LW)
Dislocatio abomasi sinistra keine Färsen BCS: 2,5 bis 3,0
3. Material und Methoden Seite 81
3.1.2. Status praesens am Tag der Versuchsdurchführung
Das Durchschnittsalter der klinisch gesunden, trockenstehenden Tiere betrug 6,0
Jahre (xmin - xmax: 5 - 7 Jahre), das mittlere Körpergewicht lag bei 639 kg (xmin - xmax:
533 - 698 kg). Die trockenstehenden Tiere befanden sich im Mittel 25 Tage ante
partum (xmin - xmax: 15 - 36 Tage).
Die klinisch gesunden, laktierenden Tiere 8 - 21 Tage p. p. ohne bzw. nach
Operation einer linksseitigen Labmagenverlagerung waren im Mittel 5,1 Jahre (xmin -
xmax: 4 - 8 Jahre) bzw. 4,7 Jahre alt (xmin - xmax: 3,3 - 5,6 Jahre) und wogen 623 kg
(xmin - xmax: 512 - 697 kg) bzw. 543 kg (xmin - xmax: 453 - 650 kg). Die Abkalbung lag
im Durchschnitt 18 Tage (xmin - xmax: 15 - 21 Tage) bzw. 16 Tage (xmin - xmax: 11 - 21
Tage) zurück.
Die klinisch gesunden, in Laktation stehenden Tiere 22 bis 70 Tage p. p. hatten ein
mittleres Alter von 6,2 Jahren (xmin - xmax: 5 - 8 Jahre) und ein Körpergewicht von
519 kg (xmin - xmax: 463 - 564 kg). Die Abkalbung lag im Schnitt 46 Tage (xmin - xmax:
26 - 64 Tage) zurück.
Das mittlere Alter der leberverfetteten Tiere lag bei 4,4 Jahren (xmin - xmax: 2,6 - 6
Jahre); ein Tier dieser Gruppe war eine Färse. Das durchschnittliche Gewicht betrug
558 kg (xmin - xmax: 440 - 620kg). Die Versuche wurden im Mittel 26 Tage (xmin - xmax:
15 - 42 Tage) post partum durchgeführt.
Die Tiere der ketotischen, leberverfetteten Gruppe waren im Durchschnitt 5,8 Jahre
alt (xmin - xmax: 5 - 6 Jahre), das Körpergewicht betrug 639 kg (xmin - xmax: 595 - 686
kg). Diese Kühe kalbten 13 Tage (xmin - xmax: 10 - 19 Tage) vor der
Versuchsdurchführung.
Seite 82 3. Material und Methoden
Die Tiere mit bestehender Labmagenverlagerung waren im Mittel 4,8 Jahre (xmin -
xmax: 4 - 5 Jahre) alt und hatten ein Körpergewicht von 561 kg (xmin - xmax: 528 - 606
kg). Die Abkalbung lag 15 Tage (xmin - xmax: 10 - 19 Tage) zurück.
3.1.3. Haltung und Fütterung
Die Kühe wurden in der Klinik für Rinder der Tierärztlichen Hochschule in
Anbindehaltung auf Gummimatten mit Stroheinstreu gehalten. Die Fütterung erfolgte
täglich um 06.30 h und 14.00 h mit Heu und Kraftfutter (Ergänzungsfutter für
Milchkühe, Energiestufe III; Raiffeisen Hauptgenossenschaft eG, Hannover). Wasser
stand über Selbsttränken ad libitum zur Verfügung.
Trockenstehende Tiere erhielten zweimal täglich 1 kg Kraftfutter sowie Heu zur freien
Verfügung.
Laktierende Tiere mit ungestörtem Allgemeinbefinden wurden leistungsgerecht mit
Kraftfutter und Heu ad libitum versorgt. Tiere mit einer Milchleistung über 30 l/Tag
bekamen das Kraftfutter auf drei Rationen verteilt (06.30 h, 14.30 h, 20.00 h). In
Anlehnung an die übliche Fütterungspraxis wurde davon ausgegangen, dass das
Grundfutter den Erhaltungsbedarf und den Energiebedarf für 10 l Milch deckt, für die
darüber hinausgehende Milchleistung wurde 1 kg Kraftfutter für 2 l Milch zugeteilt.
Die klinisch gesunden Tiere aus dem Lehr- und Forschungsgut Ruthe erhielten als
Grundfutter eine Mischung von Mais- und Grassilage sowie 1 kg hofeigenes
Ergänzungsfutter (Gerste, Soja, Mineralstoffe). Die Kraftfuttermenge orientierte sich
am individuellen Bedarf entsprechend der Milchleistung.
Die Tiere, bei denen eine chirurgische Reposition des Labmagens (DIRKSEN 1967)
durchgeführt wurde, erhielten am ersten Tag post operationem morgens und abends
je 1 kg Kraftfutter. Am zweiten Tag wurden jeweils 2 kg Kraftfutter angeboten, am
dritten Tag 3 kg. Inappetenten Tieren wurde zusätzlich Weizenkleie, Getreideschrot
3. Material und Methoden Seite 83
und gequetschter Hafer vorgelegt. Heu und Wasser standen stets ad libitum zur
Verfügung.
Die tatsächlich aufgenommene Kraftfuttermenge wurde zweimal täglich durch die
Wiegen der in der Krippe verbliebenen Restmenge erfasst.
Die Tiere wurden zweimal täglich (07.00 h und 14.00 h) gemolken und die
Milchmenge durch Wiegen der Melkeimer erfasst [kg/d].
3.2. Experimentelles Design
3.2.1. Vorbereitung der Versuchstiere
Am Vortag des Versuches wurden die Tiere auf einer Viehwaage gewogen. Für jedes
Tier wurde zusätzlich der Body Condition Score (BCS) bestimmt (EDMONSON et al.
1989). Der BCS beschreibt subjektiv die Fettreserven von Rindern anhand der
Ausprägung von Fettpolstern an festgelegten Lokalisationen der Unterhaut (DeKRUIF
et al. 1998). Die Tiere wurden in einem Untersuchungsstall einzeln aufgestallt. Die
letzte Kraftfuttergabe erfolgte 14 Stunden vor Versuchsbeginn am Abend (18.00 h).
Heu und Wasser standen den Tieren weiterhin und auch während der
Versuchsdurchführung ad libitum zur Verfügung.
Der klinische Status der Tiere, am Vortag der Versuche und der laborklinische Status
am Tag der Versuche, ist in Tabelle 2 dargestellt.
Seite 84 3. Material und Methoden
Tab. 2: Klinischer Status der Tiere am Vortag der Versuche und laborklinischer
Status vor Versuchsbeginn (Mittelwert ± SD)
Mittelwerte mit unterschiedlichen Buchstaben einer Zeile unterschieden
sich statistisch signifikant (p < 0,05).
p. p.: post partum, a. p.: ante partum, LW: Laktationswoche
LMV-OP: Operation einer linksseitigen Labmagenverlagerung
klinisch gesund
trocken -stehend
klinisch gesund
lakt. (2./3. LW)
klinischgesund
lakt. (2./3. LW)LMV-OP
klinisch gesund
lakt. (4. - 10. LW)
Leber-verfettung
lakt. LMV-OP
(2./3. LW)
Leber-verfettung
Ketose lakt.
LMV-OP (2./3. LW)
vor LMV-OP
lakt. (2./3. LW)
N 5 4 4 5 6 4 4 Alter [Jahre]
6,0 a ± 0,7
5,1 a ± 1,9
4,7 a ± 1,3
6,2 a
± 1,3 4,4 a ± 1,5
5,8 a ± 0,5
4,8 a ± 0,5
Körper-gewicht [kg]
639 a ± 64
623 a ± 90
543 a ± 82
519 a ± 43
558 a ± 63
639 a ± 47
561 a ± 34
BCS 3,05 ab ± 0,10
2,75 ac ± 0,35
2,63 bc ± 0,14
2,45 c ± 0,33
3,13 ab ± 0,41
3,38 a ± 0,43
2,75 ac ± 0,00
Tage p. p. bzw. a. p.
25 ± 9
18 b ± 3
16 b ± 5
46 a
± 16 26 b ± 10
13 b ± 4
15 b ± 4
Milchleistung [kg/d] 0 37,3 a
± 5,5 17,5 b ± 4,7
26,9 c ± 4,2
9,2 b ± 4,7
15,5 b ± 4,7
10,6 b ± 7,1
Kraftfutter-aufnahme [kg/d]
2,4 a ± 0,9
8,3 b ± 1,6
6,0 d ± 0,0
7,6 b ± 0,9
0,7 c ± 0,5
1,5 ac ± 1,3
0,6 c ± 0,5
Tage nach LMV-OP 5 a
± 1 8 b ± 3
4 a ± 1
GB im Serum [µmol/l]
4,3 a ± 1,2
5,6 a ± 2,6
6,9 a ± 3,4
7,1 a ± 1,3
33,3 b ± 6,6
32,9 b ± 34,4
19,2 ab ± 10,5
AST im Serum [U/l]
34 a ± 14,7
49ab ± 12
47 ab ± 9
47 ab ± 13
91 ac ± 19
140 c ± 68
107 cb ± 60
GLDH im Serum [U/l]
5,4 a ± 1,7
46,1 a
± 66,2 8,9 a ± 2,4
8,9 a ± 5,5
38,6 a ± 10,2
56,6 a ± 64,2
62,6 a ± 59,8
Cholesterin im Serum [mmol/l]
2,9 ab ± 0,7
3,9 bc ± 1,3
2,1 ad ± 0,5
4,4 c ± 1,0
1,3 d ± 0,4
1,3 d ± 0,2
1,8 ad ± 0,9
NH3
im Plasma [µmol/l]
25,8 a ± 10,3
30,0 a ± 8,5
25,8 a ± 12,9
26,9 a ± 14,9
42,4 a ± 16,9
63,9 a ± 44,6
38,6 a ± 8,4
3. Material und Methoden Seite 85
Glucose im Vollblut [mmol/l]
2,4 a ± 0,1
2,1 a ± 0,2
2,3 a ± 0,3
2,4 a ± 0,5
2,4 a ± 0,5
1,3 b ± 0,2
2,5 a ± 0,5
ß-HB im Plasma [mmol/l]
0,62 a ± 0,28
0,63a ± 0,16
0,59 a ±0,28
0,63 a ± 0,22
1,15 a ± 0,31
3,68 b ± 1,35
1,73 a ± 1,12
3.2.2. Katheterisierung der Vv. jugulares externae
Es wurden zwei venöse Zugänge in beide Vv. jugulares externae gelegt. Dazu wurde
das obere Halsdrittel der rechten und linken Halsseite im Bereich der Drosselrinne
großflächig rasiert (15 x 15 cm), die Haut mit Äthanol (96 %) entfettet und
anschließend jodiert (alkoholische Jodlösung, 10 % w/v). Die Vene wurde mit einer
Staukette gestaut und ein Venenverweilkatheter (2,7 x 80 mm, Vygon, Aachen)
herzwärts eingeführt. Durch den Verweilkatheter wurde ein dampfsterilisierter
Polyethylenschlauch (30 cm, Außendurchmesser 2,08 mm, Innendurchmesser 1,57
mm; Kleinfeld, Gehrden) geschoben. Zum Schutz des dünnen Polyethylenschlauches
wurde der Verweilkatheter in der Vene belassen und der außerhalb der Vene
liegende Teil mit einem weiteren Schlauch (Clinico, Bad Hersfeld) überzogen. Auf das
Ende des Polyethylenschlauches wurde eine abgeschliffene Kanüle (1,8 x 40 mm,
Luer-Lock, Erhard, Geislingen) gesteckt und an dieser ein Dreiwegehahn (Variostop®;
Clinico, Bad Hersfeld) befestigt. Der Venenverweilkatheter und der
Polyethylenschlauch wurden mit je einem Hautheft im Halsbereich fixiert. Der
Katheter wurde mit 10 ml einer heparinisierten, physiologischen Kochsalzlösung
(25.000 I.E. Heparin/l NaCl 0,9 %; Ratiopharm, Ulm) gespült. Nach der
Katheterisierung der zweiten V. jugularis externa wurden beide Katheter durch einen
Peha-Haft® Verband (12,5 cm; Hartmann, Heidenheim) geschützt.
3.2.3. Leberbiopsie
Die Leberbiopsie erfolgte als Blindbiopsie am Vortag des Versuchs im Anschluss an
die Katheterisierung. Auf der rechten Körperseite wurde im Bereich des 11.
Intercostalraumes, etwa eine handbreit unterhalb der Brustwirbelquerfortsätze
Seite 86 3. Material und Methoden
(MERTENS 1992) ein 7 x 7 cm großes Hautfeld rasiert, mit Äthanol entfettet und mit
alkoholischer Jodlösung desinfiziert. Nach Lokalanästhesie (5 ml Isocain 2 %) wurde
die Haut mit einer weitlumigen Kanüle perforiert. Diese Kanüle wurde in der Haut
belassen und diente als Leitschiene für die eigentliche Biopsiekanüle (14 G 2.1 x 152;
Dispomed Witt oHG, Geinhausen). Diese wurde in craniodorsaler Richtung auf das
gegenüberliegende Ellbogengelenk, durch Intercostalmuskulatur und Peritoneum, bis
zur spürbaren Leberoberfläche vorgeschoben (SCHOLZ et al. 1989; DIRKSEN 1990).
Die Einstichtiefe variierte in Abhängigkeit von der Dicke des subkutanen Fettgewebes
und der Intercostalmuskulatur zwischen sieben und fünfzehn Zentimetern. Es wurden
10 - 12 Bioptate gewonnen und unmittelbar nach der Entnahme in Eppendorf-Cups
(2 ml; Eppendorf, Hamburg) bei -68 °C bis zur Analyse asserviert (Tiefkühlschrank
UF 80-450 S; Colora, Lorch).
Die Entnahme der Leberbioptate verlief bei allen Tieren komplikationslos. In
zurückliegenden Versuchen war bei Tieren, die euthanasiert und anschließend im
Institut für Pathologie seziert wurden, lediglich reiskorngroße subkapsuläre
Blutungen im Bereich der Stichkanäle zu finden. Die Durchstichstelle im Peritoneum
war durch einen etwa einen Millimeter großen rötlichen Punkt erkennbar (HERZOG
2001).
3.2.4. Vorbereitung der Infusionslösungen
Die Herstellung der Insulinstammlösungen erfolgte durch Zugabe von Aqua bidest zu
dem kristallinen Insulinpulver (bovines Insulin, 250 mg; Sigma-Aldrich Chemie
GmbH, Steinheim). Bedingt durch die schwere Löslichkeit des Insulinpulvers musste
die Lösung zunächst mit 1 n HCL (Merck) bis zu einem pH-Wert von 2,65 angesäuert
werden, um eine klare Stammlösung zu erhalten. Zur Anhebung des pH-Wertes
wurde ein Puffergemisch aus Kaliumdihydrogenphosphat (0,1 mol/l; Riedel de Haen)
und Natronlauge (0,1 mol/l) (pH-Wert 6,5, Mischungsverhältnis von 3,17:1)
zugesetzt, bis die Stammlösung gerade noch klar blieb und ein pH-Wert von 4,5
erreicht wurde. Die Insulinstammlösung wurde portioniert, bei -20 °C in
3. Material und Methoden Seite 87
Weichplastikflaschen aufbewahrt und bei Bedarf über 12 Stunden bei
Raumtemperatur aufgetaut.
Aus der Stammlösung wurden die Insulininfusionslösungen für die Insulingaben von
0,1, 0,5, 2, 5 und 10 mU/kg/min entsprechend des Körpergewichts und der
biologischen Aktivität der jeweiligen Insulincharge angesetzt. Den Insulinlösungen
mit 2, 5 und 10 mU/kg/min wurde Kaliumchlorid (Grüssing GmbH Diagnostika
Analytika, Filsum) zugesetzt (1 mmol KCl/min/Tier bei 2 mU/kg/min bzw. 2 mmol
KCl/min/Tier bei 5 und 10 mU/kg/min). Die Infusionlösungen wurden in
Erlenmeyerkolben gefüllt, mit Parafilm abgedeckt und bei 4 °C bis zum nächsten Tag
aufbewahrt.
3.2.5. Ablauf des hyperinsulinämischen, euglycämischen Clamptests
Alle Versuche begannen um 08.00 Uhr, um circadiane Einflüsse auf die Ergebnisse
auszuschließen (Tab. 3). Zur Erfassung des laborklinischen Status wurde aus dem
linken Venenkatheter 20 ml Vollblut entnommen (Serum-, Lithium-Heparin- und
EDTA-Röhrchen). Im Anschluss wurden die basalen Insulin- und NEFA-
Konzentrationen durch Entnahme von drei Blutproben in Lithium-Heparin-Monovetten
(Kabevette®, 9 ml; Kabe Labortechnik, Nümbrecht-Elsenroth) in Intervallen von 10
Minuten erfasst. Zeitgleich wurde mit einer 2 ml Spritze 1 ml Vollblut entnommen,
um die basale Glucosekonzentration direkt zu bestimmen. Nach jeder
Blutprobenentnahme wurde der Katheter mit 2 ml Kochsalzlösung (0,9 %; B. Braun,
Melsungen), der 25.000 I.E. Heparin/l zugesetzt worden waren, gespült.
Anschließend wurde die Insulininfusionslösung mittels Infusionspumpe (Meredos-SP
G 30; Junkeit, Nörten-Hardenberg) über einen 4,5 m langen sterilisierten
Polyethylenschlauch (Innendurchmesser 2 mm, Außendurchmesser 4 mm,
Wandstärke 1 mm) über den rechten Venenkatheter infundiert. Für jeweils zwei
Stunden wurde 0,1, 0,5, 2, 5 und 10 mU Insulin/kg/min infundiert. Die
Pumpenleistung und damit die Infusionsrate wurde durch wiederholtes Wiegen (M
Seite 88 3. Material und Methoden
1000; Satorius AG, Göttingen) des Erlenmeyerkolbens mit der Insulinlösung
kontrolliert. Zur späteren Bestimmung der Plasma-Insulin- und -NEFA-
Konzentrationen im jeweiligen steady-state wurden 10, 20, 30, 60, 90, 100, 110 und
120 Minuten nach jedem Infusionsbeginn Blutproben (Lithium-Heparin-Monovetten)
aus dem rechten Venenkatheter entnommen.
Der Blutglucosespiegel wurde im Abstand von 10 Minuten aus dem Vollblut
bestimmt. Über eine zweite Infusionspumpe (Minipuls 2®; Abimed, Düsseldorf)
wurde, in Abhängigkeit vom jeweils gemessenen Glucosespiegel, genau soviel
Glucoselösung (Glucose-Lösung 40 % ad us. vet.; Bela-pharm GmbH, Vechta)
infundiert, so dass der basale Glucosespiegel konstant blieb. Die Glucoselösung
wurde dem Tier über einen 4,5 m langen, sterilisierten Polyethylenschlauch
(Innendurchmesser 4 mm) in die rechte V. jugularis verabreicht. Glucose- und
Insulininfusionsschlauch waren über einen Ypsilonverbinder mit einem 15 cm langen
Polyethylenschlauch (Innendurchmesser 4 mm), der an dem Dreiwegehahn des
Jugularkatheters angeschlossen war, verbunden. Die Glucoseinfusionsrate wurde
ständig über das Gewicht der Glucoselösung kontrolliert. Etwa in der zweiten Hälfte
einer jeden zweistündigen Insulininfusionsperiode wurde für die Glucose ein steady-
state erreicht, so dass die steady-state-Glucoseinfusionsrate (SSGIR) nicht mehr
verändert werden mußte.
Die Kaliumkonzentration im Blutplasma wurde stündlich mittels Na+/K+-Analyzer (M
614 Na+/K+-Analyzer®; Ciba Corning, Fernwald) kontrolliert.
Im Versuchsverlauf entnommene Blutproben wurden für die spätere Analyse des
Insulins und der NEFA zunächst auf Eis gekühlt und dann bei 12 °C für 17 min bei
3000 x g zentrifugiert (Hettich Zentrifuge Rotina 48 R; Hettich). Das Plasma wurde in
Eppendorf-Cups (Eppendorf, Hamburg) pipettiert und bei -20 °C eingefroren.
3. Material und Methoden Seite 89
An die Insulin-Infusionsperiode (fünfmal jeweils 2 Stunden) schloss sich eine
vierstündige Phase der Nachkontrolle an, in der zunächst weiterhin Glucoselösung
infundiert wurde und Blutproben zwecks Glucose-, Insulin- und NEFA-Bestimmung in
zeitlich immer größeren Intervallen (5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80, 100, 120, 150,
180, 210, 240 min nach Ende der Insulininfusion) entnommen wurden.
In den folgenden zwölf Stunden wurde den Tieren eine Glucoselösung (600 g
Glucose, 117 g NaCl bzw. bei niedrigen basalen Kaliumwerten 600 g Glucose, 99 g
NaCl, 23 g KCl ad 13 l Aqua dest.) intravenös per Dauertropf verabreicht, um den
basalen Glucosespiegel auch weiterhin aufrecht zu halten.
Die verbleibenden Insulininfusionslösungen wurden zur Kontrolle der Infusionsmenge
gewogen, das Restvolumen bestimmt und die pH-Werte mittels pH-Meter gemessen.
Die Kalium- und Chloridkonzentrationen der Insulininfusionslösungen mit 2, 5 und 10
mU/kg/min wurden im Na+/K+- und im Cl--Analyzer (M 925 Chloride Analyzer®; Ciba
Corning, Fernwald) bestimmt. Anschließend wurden die Lösungen bei -20 °C in
Polysterolröhrchen asserviert.
Am Folgetag des Versuchs wurden nach erneuter Blutprobenentnahme die
Jugularkatheter entfernt.
Seite 90 3. Material und Methoden
Tab. 3: Zeitlicher Ablauf der hyperinsulinämisch, euglycämischen Clamp-Tests
Uhrzeit Versuchszeit [min] Maßnahmen
08.00 h Klinische Allgemeinuntersuchung Bestimmung des BCS
08.30 h Kontrolle der Jugularkatheter Aufbau des Versuchs (Infusionslösungen, -schläuche, Monovetten, Protokolle)
09.00 h Blutentnahme zur Erfassung des laborklinischen Status
09.30 h -30 Bestimmung des Glucose-Basalwertes und Probennahme zur späteren Bestimmung der Basalwerte von Insulin und NEFA
10.00 h 0
Beginn der Insulininfusion mit 0,1 mU/kg/min Glucoseinfusion entsprechend der gemessenen Glucosekonzentration Entnahme von Blutproben
12.00 h 120 Beginn der Insulininfusion mit 0,5 mU/kg/min Glucoseinfusion Blutprobenentnahmen
14.00 h 240 Beginn der Insulininfusion mit 2,0 mU/kg/min Glucoseinfusion Blutprobenentnahmen
16.00 h 360 Beginn der Insulininfusion mit 5,0 mU/kg/min Glucoseinfusion Blutprobenentnahmen
18.00 h 480 Beginn der Insulininfusion mit 10 mU/kg/min Glucoseinfusion Blutprobenentnahmen
20.00 h 600 Ende der Insulininfusionen Weitere Blutprobenentnahmen und Glucoseinfusion
22.00 h 720 2 kg Kraftfutter
24.00 h 840
Ende der Glucoseinfusion Ende der Blutprobenentnahme Weiterhin Kontrolle der Glucosekonzentration Anlegen eines Dauertropfes Laborarbeiten (Blutproben, Insulinlösungen)
02.00 h 960 2 kg Kraftfutter letzte Kontrolle der Glucosekonzentration
08.00 h 1320 Blutprobenentnahme zur Konzentrationsbestimmung der Glucose, Insulin, NEFA, GB, AST, GLDH, Chol, ß-HB, NH4
+, K 12.00 h Entfernen der Jugularkatheter
3. Material und Methoden Seite 91
3.3. Analysen
3.3.1. Glucose
Die Glucosekonzentration im Vollblut wurde während der Versuche mit einem
Glucometer (Glucometer®-DEXTM; Bayer Diagnostics GmbH, München) innerhalb von
30 Sekunden aus dem Vollblut bestimmt. Das Blut wird dabei durch Kapillarwirkung
in die Reaktionskammer des Sensors (Glucometer®-DexTM Sensoren Disc; Bayer Vital
GmbH, Leverkusen) gesaugt. Durch die Glucoseoxidase des Sensors wird die
Blutglucose zu Gluconolacton oxidiert und dehydriert. Die hierbei abgegebenen
Elektronen werden vom Mediator Kaliumhexacyanoferrat (III) aufgenommen, dabei
reduziert und an der Elektrode des Sensors wieder oxidiert. Der hierbei entstehende
elektrische Strom wird vom Glucometer gemessen und ist proportional zur
Glucosekonzentration in der Probe.
Um Glucosebestimmungen aus dem Vollblut mit dem Glucometer®-DEXTM mit
Glucosemessungen aus dem Serum und aus dem Fluoridplasma vergleichen zu
können, wurden bei einem Tier 10 Blutproben innerhalb von 2 Minuten entnommen
und die Glucosekonzentration aus dem Vollblut, dem Serum und dem Fluoridplasma
bestimmt. Innerhalb von 30 Minuten nach Entnahme wurden die Proben zentrifugiert
(3000 x g, 12 min bei 12 °C) und die Glucosekonzentration im Serum bzw. Plasma
mittels automatisiertem Analysesystem (Cobas-Mira®, Hoffmann, La-Roche, Basel,
Schweiz) bestimmt. Es ergaben sich folgende Mittelwerte mit Standardabweichung:
• Glucose im Vollblut: 1,94 ± 0,26 mmol/l
• Glucose im Serum: 2,94 ± 0,32 mmol/l
• Glucose im Plasma: 3,05 ± 0,24 mmol/l
Die Werte aus dem Serum lagen im Mittel um 53,5 % , die aus dem Fluoridplasma
um 59,4 % über den Messungen mit dem Glucometer®-DEXTM aus dem Vollblut.
Seite 92 3. Material und Methoden
Zur Überprüfung der Reproduzierbarkeit (Validität) der Messergebnisse mit dem
Glucometer®-DEXTM wurden bei einem Tier in zweiminütigem Abstand zwölf
Blutproben entnommen und unmittelbar nach der Entnahme gemessen. Es ergab
sich ein Variationskoeffizient von 6,4 % für das Glucometer®-DEXTM.
3.3.2. Insulin
Die Insulinkonzentrationen im Plasma wurden mit einem kommerziellen Festphasen-
Radioimmunoassay zur quantitativen Bestimmung von Insulin im Serum (Coat-A-
Count®, Insulin-RIA; Biermann, Bad Nauheim) gemessen.
Das Probandenplasma (200 µl) wurde in ein Polypropylen-Röhrchen, dessen Wand
mit Insulin-Antikörpern beschichtet war, pipettiert. Nach maximal 60 Minuten wurde 125J-markiertes humanes Insulin (1 ml) hinzugefügt und der Inhalt des Röhrchens
mittels Wirbelmischer gemischt. Das Probandeninsulin und das 125J-markierte
humane Insulin konkurrierten um die Insulinantikörper-Bindungsplätze des
Röhrchens. Nach einer Inkubationszeit von 18 - 24 h bei Raumtemperatur wurde
nicht gebundenes Insulin des Probandenplasmas und nicht gebundenes, radioaktiv
markiertes Insulin abgesaugt. Die Restaktivität wurde in einem Gamma-Zähler (1282
Compugamma; LKB, Turku, Finnland) gemessen. Enthielt das Probandenplasma viel
Insulin, konnte weniger 125J-markiertes Insulin binden, somit sank die gemessene
Aktivität.
Mit den im Test enthaltenen Insulin-Standards in humaner Serummatrix mit
chargenspezifischen Konzentrationen (ca. 5, 15, 50, 100, 200 und 400 µU/ml) und
einem Nullstandard aus humaner, Insulin-freier Serum-Matrix wurden für jeden
Testansatz Eichkurven erstellt.
Der Standardbereich des Tests lag bei 5 - 400 µU/ml, bei einer analytischen
Sensitivität von 1,2 µU/ml.
3. Material und Methoden Seite 93
Da in einigen Proben (letzte Probe während der Insulininfusion mit 2,0 mU/kg/min
bis zur Probe 60 min nach Infusionsende) Insulinwerte oberhalb des
Standardmessbereichs zu erwarten waren, wurden diese Proben mit dem
Nullstandard 1:4 verdünnt. Die Anfangs- und Endproben der verdünnten Messung
wurden zusätzlich noch unverdünnt gemessen.
Um die Präzision der Methode zu kontrollieren, wurde von einem klinisch und
labordiagnostisch gesunden Tier Plasma gewonnen, in Eppendorf-Cups portioniert
und bei -80 °C asserviert. Der Variationskoeffizient (VK) in Serie lag bei zwölf
Messungen des Plasmas bei 7,22 %. Der VK von Tag zu Tag des Plasmas lag bei
19,2 %, des Plasmas, verdünnt mit Nullstandard (1:1) bei 14,3 % und des Plasmas,
verdünnt mit Insulinstandard (100 bzw. 200 µU/ml, 1:1) bei 2,1 bzw. 7,4 %.
3.3.3. Nicht-veresterte Fettsäuren
Die Konzentrationen der nicht-veresterten Fettsäuren (NEFA) im Plasma wurden mit
einem enzymatischen Farbtest (Freie Fettsäuren; Wako Chemicals GmbH, Neuss) in
einem Analysenautomaten (Cobas Mira®; Hoffmann La-Roche, Basel, Schweiz)
bestimmt:
Acyl-CoA-Synthetase (ACS) katalysiert den Aufbau von Acyl-CoA (Fettsäure-Coenzym
A) aus den NEFA (R-COOH) des Probandenplasmas bei Anwesenheit von
Adenosintriphosphat und Coenzym-A-SH.
R-COOH + ATP + CoA-SH ---ACS---> Acyl-CoA + AMP +PPi
Acyl-CoA wird bei Anwesenheit von Sauerstoff durch Acyl-CoA-Oxidase (ACOD) zu
Enoyl-CoA (ungesättigte Fettsäure) oxidiert.
Acyl-CoA + O2 ---ACOD---> 2,3-trans-Enoyl-CoA + H2O2
Seite 94 3. Material und Methoden
Durch Peroxidase (POD) reagiert das entstandene Wasserstoffperoxid mit 4-
Aminophenazon und 3-Methyl-N-ethyl-N-(ß-hydroxyethyl)anilin (MEHA) zu einem
roten Farbstoff.
2 H2O2 + 4-Aminophenazon + MEHA ----POD----> Chinonimin-Farbstoff + 4 H2O
Die Intensität des roten Farbstoffes ist proportional der Konzentration nicht-
veresterter Fettsäuren in der Probe. Der Wasserstoffdonator Ascorbinsäure wird
durch Ascorbat-Oxidase aus der Probe entfernt. Die Messung erfolgt photometrisch
bei Raumtemperatur gegen einen Reagenzienleerwert. Das Extinktionsmaximum liegt
bei einer Wellenlänge von 550 nm, gemessen wird die Extinktionszunahme. Der Test
eignet sich für NEFA-Konzentrationen bis zu 2000 µmol/l.
Die Variationskoeffizienten bei Messungen in Serie (N = 10) und von Tag zu Tag
lagen unter 5 %.
3.3.4. Trigyceride
Der Triglyceridgehalt der Leberbioptate wurde nach vollenzymatischer Methode
durch Abspaltung des Glycerinanteils bestimmt (WAHLEFELD 1974, modifiziert nach
BICKHARDT et al. 1988). Für die Untersuchung wurde ein kommerzieller Test-Kit
(Triglycerides UV; Sigma-Aldrich Vertriebs GmbH Diagnostics, Deisenhofen) benutzt:
Die Triglyceride (TGL) werden durch Lipase zu Glycerin und Fettsäuren hydrolysiert.
TGL + 3 H2O ---Lipase---> Glycerin + 3 - COOH
Glycerin wird durch Adenosintriphosphat (ATP) phosphoryliert, und durch
Glycerokinase (GK) entstehen Glycerin-1-Phosphat und Adenosindiphosphat (ADP).
Glycerin + ATP ---GK ---> Glycerin-1-phosphat + ADP
3. Material und Methoden Seite 95
ADP reagiert mit Phosphoenolpyruvat (PEP) unter katalytischer Wirkung der
Pyruvatkinase zu Pyruvat und ATP.
ADP + PEP --- PK---> Pyruvat + ATP
Pyruvat wird zu Lactat reduziert , während gleichzeitig äquimolare Mengen NADH +
H+ in Anwesenheit von Lactatdehydrogenase (LDH) zu NAD+ oxidiert werden.
Pyruvat + NADH + H+ ---LDH---> Lactat + NAD+
Nach Auftauen der tiefgefrorenen Leberbioptate wurden Gefäße und Fettgewebe
separiert, Blut wurde durch dreimaliges Drehen jeder Probe auf einem Zellstofftuch
entfernt. Von dem verbliebenen Leberparenchym wurden 20 - 30 mg mittels einer
Analysenwaage eingewogen. Die Proben wurden zum Enteiweißen bzw. zur
Freisetzung des proteingebundenen Glycerins mit 1 ml 0,33 n Perchlorsäure (Roche
Diagnostic GmbH, Mannheim) versetzt und in einem Homogenisator-Rundkolbenglas
mit Hilfe eines Homogenisators (Modell Potter S; Braun, Melsungen) 2 min bei 1000
U/min unter Kühlung im Eiswasser homogenisiert. Es wurden 3 ml Reagenz A (ATP,
LDH, Lipase, NADH, PEP, PK, Puffer) und 0,1 ml 0,3 n NaOH (Na-Hydroxid Plätzchen
z. A.; Merck KGaA, Darmstadt) zur Neutralisation (pH-Optimum von Lipase und
Esterase bei 7,0 - 8,0) in einem Polysterolröhrchen vorgelegt. Dann wurde 0,1 ml
Homogenat zugefügt und 90 min bei 37 °C unter Bewegung inkubiert. Dabei wurde
freies Pyruvat durch das Hilfsenzym LDH reduziert und konnte so die spätere
Messung nicht beeinflussen. Anschließend wurde der Ansatz bei 2200 x g für 10 min
bei 12 °C zentrifugiert, um den Eiweiß-Perchlorat-Niederschlag und Reste der
homogenisierten Leber zu entfernen. Der klare Überstand wurde in Küvetten
überführt und mit einem Spektralphotometer (Helios ß UV-Visible Spectrometer v
1.08, Unicam) bei einer Wellenlänge von 340 nm photometrisch gemessen. Es wurde
die Absorption der Proben und des Leerwertes, der anstelle des Homogenates 0,1 ml
A. bidest enthielt, gegen A. bidest als Referenz registriert (Initialwerte). Dann wurde
dem Leerwert und den Proben je 0,01 ml Reagenz B (Glycerokinase) zugegeben und
Seite 96 3. Material und Methoden
die Küvetten wurden auf dem Wirbelmischer gemischt. Nach 20 und 30 min wurde
die Extinktionsabnahme von NADH gemessen (Finalwerte).
Die Triglyceridkonzentration wurde berechnet als
3
Netto A 885 3,21mg TGL / ml Homogenat Netto A 4,596
6,22 10 0,1 1∆ ⋅ ⋅
= = ∆ ⋅⋅ ⋅ ⋅
Netto ∆A Extinktion der Initialabsorption der Probe - Finalabsorption der Probe -
Absorptionsdifferenz des Leerwertes
885 Molekulargewicht der Triglyceride ausgedrückt als Triolen
3,21 Gesamtvolumen [ml]
6,22 x 103 molare Absorptionsfähigkeit von NADH bei 340 nm
0,1 Probenvolumen [ml]
1 Schichtdicke der Küvette [cm]
Die Umrechnung in mg Triglyceride pro g Leberfrischgewebe erfolgte durch Division
des berechneten Ergebnisses durch die jeweilige Einwaage in [g] (Tab. 4).
Bei jeder Messreihe von 6 Proben wurde ein Universal-Kontrollserum zur Präzisions-
und Richtigkeitskontrolle mitgeführt (Precinorm® U; Boehringer, Mannheim). Bei der
Messung des Kontrollserums in Serie (N = 10) ergab sich ein Variationskoeffizient
von 4,1 %, bei den Messungen von Tag zu Tag (N = 11) lag der VK bei 5,7 %.
Mit dem Test-Kit können Triglyceridkonzentrationen von 10 bis 500 mg/dl erfasst
werden, übertragen auf das Leberhomogenat sind in einer Homogenatmenge von 1
ml Triglyceridkonzentrationen von 0,002 bis maximal 1 mg messbar. Die
Triglyceridkonzentration des Homogenates ist abhängig von der Lebereinwaage.
Daher war die Lebereinwaage ein wichtiges Kriterium für die Anwendbarkeit der
Methode. Es wurden Vorversuche mit unterschiedlichen Lebereinwaagen
3. Material und Methoden Seite 97
durchgeführt. Dazu wurde die Leber eines Tieres, das aus anderen Gründen
euthanasiert und im Institut für Pathologie seziert wurde, verwendet. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 4 dargestellt.
Tab. 4: Triglyceridgehalte einer Testleber bei unterschiedlichen Einwaagen
(Mittelwert ± SD) und der Variationskoeffizient der Serienansätze
Einwaage [mg] Anzahl der Einwaagen [N]
TGL [mg/g FG]
Variationskoffizient [%]
120 - 130 mg 7 40,1 ± 0,4 2,5 95 - 105 mg 7 50,9 ± 0,3 1,6 70 - 80 mg 7 64,6 ± 0,8 3,2
40 mg 3 51,6 ± 2,3 7,6 30 mg 3 52,3 ± 1,4 4,8 20 mg 3 55,3 ± 2,4 7,6 15 mg 3 51,8 ± 3,5 11,8 15 mg
(tatsächliche Einwaage von 30 mg, die im Ansatz 1:2
mit NaCl (0,9 %) verdünnt wurde)
3 52,5 ± 0,9 2,8
7,5 mg (tatsächliche Einwaage von 30 mg, die im Ansatz 1:4
mit NaCl (0,9 %) verdünnt wurde)
3 45,6 ± 1,1 4,1
6,94 mg (tatsächliche Einwaage von 125 mg, die im Ansatz 1:18 mit NaCl (0,9 %) verdünnt
wurde)
3 39,4 ± 1,2 5,1
Bei Einwaagen von mehr als 70 mg sank der Triglyceridgehalt mit zunehmender
Einwaage, ein vollständiger linearer Umsatz der Triglyceride war offenbar nicht mehr
möglich. Einwaagen von weniger als 20 mg ergaben ebenfalls niedrigere
Triglyceridgehalte. Die Einwaage war so klein, dass der Einfluss von Restblut und
Seite 98 3. Material und Methoden
Lebergefäßen auf die Einwaage zu groß wurde. Daher wurden größere Mengen
eingewogen und mit isotoner Kochsalzlösung (1:1) verdünnt. Bei höheren
Reihenverdünnungen stieg allerdings der Verdünnungsfehler. Einwaagen von 20 bis
30 mg erwiesen sich als geeignet, um den Messbereich der zu erwartenden
Ergebnisse abzudecken.
3.3.5. Aminosäurenindex
Die Aminosäurenkonzentration im Lithium-Heparin-Plasma wurde mittels eines HPLC-
Gradientensystems in Anlehnung an GODEL et al. (1984) und GRASER et al. (1985)
bestimmt.
Als interner Standard der Aminosäurenanalyse wurde D-Norvalin (0,02 ml; 4,9
molare Lösung; Reinsubstanz: Sigma, Deisenhofen) dem Probandenplasma (1,78 ml)
zugefügt. Die noch in der Lösung befindlichen Proteine und Peptide wurden durch
Zugabe von 5-Sulfosalicylsäure (0,02 ml; 30 %, v/v; Sigma, Deisenhofen) aus dem
Plasma entfernt, ohne dass die gefällten Proteine in weitere Aminosäuren
hydrolysiert wurden. Nach kräftigem Schütteln wurden die Proben 30 min bei 4 °C im
Kühlschrank aufbewahrt und anschließend bei 30.000 x g und 4 °C für 20 min
zentrifugiert (BHG ZK401; Hermle, Gosheim). Der enteiweißte Überstand wurde
abpipettiert und zur Analyse eingesetzt.
Das enteiweißte Probenplasma (0,1 ml) wurde mit Kalium-Boratpuffer (0,9 ml;
Pierce, USA, über Bender und Hobein, Ismaning) versetzt. Mittels Autoinjektor (Auto-
Injector SIL-9A; Shimadzu Europa GmbH, Duisburg) wurden 500 µl Probengemisch
mit 500 µl ortho-Phthaldialdehyd (OPA; Pierce, USA, über Bender und Hobein,
Ismaning) in einer Probenschleife derivatisiert. Das OPA reagierte im alkalischen
Milieu (pH 9,5 - 10,5) mit primären Aminen unter Zugabe von Thiol als Hilfsreagenz
zu fluoreszierenden, unbeständigen Indolderivaten.
3. Material und Methoden Seite 99
Das OPA-Proben-Addukt wurde nach Ablauf der Reaktionszeit von 1 min auf das
HPLC-System (HPLC-Ausstattung: LKB 2150 HPLC-Pump und LKB 2152 LC Controller;
Pharmacia LKB, Freiburg) gepumpt und mit abgestuft konzentrierten
Elutionsflüssigkeiten fraktioniert getrennt (HPLC-Säulen: Vorsäule: Sperisorb ODS II
5 µm 4,6 x 10 mm, Trennsäule: Sperisorb ODS II 3 µm 4,6 x 125 mm; Grom,
Herrenberg).
Die Messungen wurden mit einem Fluoreszenzdetektor (Fluoreszenzdetektor RF-535;
Shimadzu Europa GmbH, Duisburg) durchgeführt. Die Maxima des UV-
Absorptionsspektrums der OPA-Aminosäure-Addukte liegen bei Wellenlängen von
235 und 330 nm. Die höhere Selektivität bei der Fluoreszenzanregung bzw. -
erzeugung wird bei 330 nm erreicht. Das von ihnen ausgestrahlte Licht hat sein
Emissionsmaximum bei 450 nm. Die Signalauswertung erfolgte mit einem Integrator
(Integrator C-R4A; Shimadzu Europa GmbH, Duisburg).
Die Fluoreszenzausbeute der einzelnen Aminosäuren wurde mit Hilfe eines geeichten
externen Standards (Amino acid standard solution; Sigma, Deisenhofen) bestimmt.
Zu Beginn eines Analysenlaufes von jeweils 16 Proben wurde ein Standardlauf
durchgeführt. Die Variationskoeffizienten der Präzisionskontrolle mit dem externen
Standard in der Serie (N = 13) lagen nach Korrektur mit dem internen Standard
Norvalin bei allen untersuchten Aminosäuren unter 5 % (VAL: 2,4 %, LEU: 0,5 %,
ILE: 2,5 %, LYS: 1,7 %, PHE: 1,3 %, TYR: 1,0 %, GLU: 1,1 %, GLN: 4,2 %, TRYP:
0,9 %) mit Ausnahme von ASP (VK: 5,6 %) und SER (VK: 18,5 %). Der
Variationskoeffizient der Aminosäuren des externen Standards lag bei der Messung
von Tag zu Tag, abgesehen von SER (VK: 23,2 %), unter 5 %. Der
Variationskoeffizient des internen Standards Norvalin lag bei Messungen von Tag zu
Tag bei 3,2 %.
Seite 100 3. Material und Methoden
Der Aminosäurenindex (ASI) wurde durch Bildung des Quotienten aus der Summe
der Plasmakonzentrationen in [µmol/l] der verzweigtkettigen Aminosäuren und
denen der aromatischen Aminosäuren berechnet (FISCHER et al. 1976):
([LEU] [ILE] [VAL])ASI
([PHE] [TYR])+ +
=+
3.3.6. Weitere Parameter
Die Bestimmung weiterer Blutparameter am Vortag und am Tag der Versuche
erfolgte im Labor der Klinik für Rinder mit einem automatischen Analysensystem
(Cobas Mira®, Hoffmann La-Roche, Basel, Schweiz). Die Untersuchung der Parameter
wurde aus dem Serum vorgenommen, mit Ausnahme der Ammonium- und der
Kaliumbestimmung, die aus Lithium-Heparin-Plasma analysiert wurden. Beta-
Hydroxybutyrat wurde zusätzlich aus Lithium-Heparin-Plasma bestimmt (Tab. 5).
Nach der Blutentnahme wurden die Serumröhrchen für 15 min in einen
Wärmeschrank (37 °C) gestellt und anschließend für 17 min bei 12 °C und 3000 x g
zentrifugiert (Hettich Zentrifuge Rotina 48R). Das Serum wurde in Polysterolröhrchen
abpipettiert. Die Lithium-Heparin-Röhrchen zur Bestimmung der
Ammoniumkonzentration wurden sofort nach der Entnahme auf Eis gekühlt, 15 min
bei 4 °C und 3000 x g zentrifugiert (BHG Z360K; BHG Hermle, Gosheim) und
innerhalb von 60 min analysiert.
3. Material und Methoden Seite 101
Tab. 5: Übersicht der angewandten Methoden und Testkits zur Bestimmung
klinischer Parameter unter Angabe des Variationskoeffizienten (VK) der
Präzision in Serie (modifiziert nach REHAGE 1996);
Bestimmungen erfolgten gemäß den jeweiligen Arbeitsanleitungen
Parameter Methode Hersteller VK [%] (N=10)
Gesamtbilirubin (GB)
Jandrassik/Grof-Reaktion
Roche1, Art. 0710032 3,9
Aspartat-Aminotransferase
(AST)
Optische Methode der DGKC2
Roche, Art. 0714410 0,9
Gamma-Glutamyltransferase
(GGT) Kinetischer Farbtest Roche,
Art. 0712345 2,3
Glutamat-Dehydrogenase (GLDH)
Optische Methode der DGKC
Boehringer3, Art. 123320 0,9
Glucose (Glu.) Hexokinase-Methode Roche,
Art. 0715182 2,1
Cholesterin (Chol) Enzymatischer Farbtest Roche,
Art. 0713260 2,2
Beta-Hydoxybutyrat (ß-HB) Enzymatischer UV-Test Sigma4,
Art. 310-A 1,2
Ammonium (NH4
+) Enzymatischer UV-Test Sigma, Art. 170-UV 1,7
1Roche: Hoffmann La-Roche, Basel, Schweiz 2DGKC: Deutsche Gesellschaft für klinische Chemie 3Boehringer: Boehringer Mannheim Gmbh, Mannheim 4Sigma: Sigma Diagostics, Deisenhofen
Die Kaliumkonzentration aus dem Lithium-Heparin-Plasma während der Versuche
wurde mit einem Na+/K+-Analyzer (M 614 Na+/K+-Analyzer®; Ciba Corning, Fernwald)
kontrolliert.
Seite 102 3. Material und Methoden
Die Kalium- und Chloridkonzentrationen der Insulininfusionslösungen mit 2, 5 und 10
mU/kg/min wurden im Na+/K+- und im Cl--Analyzer (M 925 Chloride Analyzer®; Ciba
Corning, Fernwald) bestimmt.
3.4. Berechnungen
3.4.1. Steady-state Glucose-Infusionsrate (SSGIR)
Die SSGIR [µmol/kg/min] wurde als arithmetisches Mittel aus der Gewichtsänderung
der infundierten Glucoselösung (40 %) während der letzten 30 Minuten jeder
zweistündigen Insulininfusionsphase bestimmt. Bei der Mehrzahl der Versuche wurde
die SSGIR bereits 80 Minuten nach Beginn einer jeden Insulininfusion erreicht, so
dass die Glucoseinfusionsrate während der letzten 30 Minuten nicht mehr geändert
werden mußte.
3.4.2. Steady-state Insulinkonzentration
Für jede der fünf Insulininfusionsperioden wurde die steady-state Konzentration des
Insulins [µU/ml] im Plasma als arithmetisches Mittel aus den Insulinkonzentrationen
während der letzten 30 Minuten der jeweiligen Infusionsperiode errechnet.
3.4.3. Steady-state NEFA-Konzentration
Die Konzentration der NEFA [µmol/l] wurde als arithmetisches Mittel aus den NEFA-
Konzentrationen der letzten 30 Minuten (steady-state) einer jeden
Insulininfusionsperiode berechnet.
Die relativen steady-state NEFA-Werte [%] der fünf Insulininfusionsperioden ergaben
sich als prozentualer Anteil der steady-state NEFA-Konzentration von der basalen
NEFA-Konzentration.
3. Material und Methoden Seite 103
Für einen Vergleich unter den Gruppen wurden die mittleren Ratenkonstanten
berechnet, die den Abfall der NEFA-Konzentrationen beschrieben.
3.4.4. Insulineliminationsrate
Die Insulin-Eliminationsrate wurde berechnet, indem die Insulinkonzentrationen nach
Beendigung der Insulininfusion an die Funktion y = a . e-k.tx + b angepasst wurden.
Dabei entspricht a [µU/ml] dem Schnittpunkt mit der Ordinate als
Ausgangsinsulinwert zum t0, b [µU/ml] der basalen Insulinkonzentration und tx [min]
der Zeit der Probenentnahme nach Beendigung der Insulininfusion. k [min-1]
repräsentiert die Ratenkonstante für die Insulinelimination.
3.4.5. Insulin-Dosis-Wirkungsbeziehung
Die graphische Darstellung der Insulineffekte erfolgte mittels Dosis-Wirkungskurven.
Der Kurvenverlauf wurde mit folgender Funktionsgleichung beschrieben:
⋅ ⋅
⋅ ⋅= ++
2 (x-b) c
2 (x-b) c
e -1f(x) a
e 1
Der Wendepunkt stellte den halbmaximalen biologischen Effekt (km) des Insulins,
gemessen am Glucoseverbrauch [µmol/kg/min], dar.
Diese Funktion führte bei der Berücksichtigung der basalen Insulinwerte zu
Änderungen in der Steilheit des Kurvenverlaufes und damit zu Änderungen des
Wendepunktes (km). Daher wurde auf folgende Funktionsgleichung zurückgegriffen,
um die Beziehung der steady-state Insulinkonzentration zur SSGIR darzustellen:
k k( )
(x a) a= +
+f x
Seite 104 3. Material und Methoden
Dabei entsprach f(x) der infundierten Glucosemenge im jeweiligen steady-state
[µmol/kg/min] und x der dabei gemessenen steady-state Insulinkonzentration
[µU/ml]. Die Parameter a und k wurden mittels nicht-linearer Regression ermittelt.
Die km -Werte (x) wurden nach Umformung der Gleichung berechnet, dazu wurde für
f(x) die halbmaximal mögliche Insulin-stimulierbare Glucoseutilisation eingesetzt. Der
Vergleich der Mittelwerte der halbmaximalen Insulinwirkungen, dargestellt als Hälfte
des maximalen Glucoseverbrauch mit den zugehörigen Insulinkonzentrationen (km),
ermöglichte die Einschätzung der Insulin-Response und Insulin-Sensitivität.
Um für alle Tiere die theoretisch mögliche maximale Antwort auf das zugeführte
Insulin zu bestimmen, wurde die maximale Glucoseinfusionsrate einheitlich bei einer
hypothetischen Insulinkonzentration von 1500 µU/ml bestimmt. Der halbmaximale
Effekt des Insulins auf den Glucosestoffwechsel entspricht der Hälfte der maximal
möglichen Insulin-stimulierbaren Glucoseutilisation im steady-state der letzten
Insulininfusionsperiode mit 10 mU/kg/min. Die dabei erreichte Insulinkonzentration
(km-Wert) wurde mit Hilfe der umgeformten Funktionsgleichung der hypothetischen
Dosis-Wirkungskurve x = - a2 . y / (a . y - k) berechnet. Dabei ist x der zu
berechnende km-Wert [µU/ml], die Parameter a und k wurden zuvor mit linearer
Regression ermittelt, y [µmol/kg/min] stellt die halbmaximal mögliche Insulin-
stimulierbare Glucoseutilisation dar.
Zur Berechnung des maximalen Effektes, halbmaximalen Effektes und des km-Wertes
von Insulin auf die Lipolyse, wurde der Mittelwert aus den absoluten und relativen
NEFA-Konzentrationen der letzten drei Infusionsperioden verwandt. Die
halbmaximalen NEFA-Konzentrationen beschreiben den halbmaximalen NEFA-Abfall
als Differenz aus Basalwert und Mittelwert der letzten drei Konzentration dividiert
durch zwei plus Mittelwert der letzten drei Konzentrationen. Da die basalen NEFA-
Konzentrationen der Tiere der verschieden Gruppen unterschiedlich waren, wurde
zusätzlich der relative NEFA-Abfall als prozentualer Anteil der Basalwerte berechnet.
3. Material und Methoden Seite 105
3.5. Statistik
Die statistische Auswertung der erfassten Daten erfolgte mit Hilfe des
Statistikprogramms SIGMASTAT (Version 1.1. JANDEL SCIENTIFIC Corp., Los
Angeles).
Die allgemeinen Versuchstierdaten, die laboranalytischen Daten und die Ergebnisse
der Clampversuche der Gruppen wurden mit dem Kolmogorov-Smirnov-Test auf
Normalverteilung geprüft. Lagen keine Abweichungen von der Normalverteilung vor,
wurden die Ergebnisse als arithmetischer Mittelwert mit Standardfehler oder
Standardabweichung angegeben. War eine Normalverteilung der geprüften Daten
nicht nachweisbar, wurde der Kruskal-Wallis-Test verwandt. Da die Ergebnisse
jedoch weit überwiegend normalverteilt waren, wurden sie einheitlich als Mittelwerte
mit Standardabweichung dargestellt.
Unterschiede zwischen normalverteilten Mittelwerten wurden varianzanalytisch
mittels multiplem Mittelwertsvergleich mit dem Student-Newman-Keuls-Test auf
Signifikanz geprüft; für signifikante Unterschiede der Medianwerte wurde der
Dunn`s-Test angewandt. Zur Prüfung auf statistisch signifikante Unterschiede
zwischen den Tieren in zwei Gruppen wurde der t-Test eingesetzt. Bei einer
Irrtumswahrscheinlichkeit von weniger als 5 % (p < 0,05) wurden Unterschiede als
statistisch signifikant betrachtet.
Signifikante Unterschiede der Ergebnisse in einer Gruppe bei mehrfach gemessenen
Parametern (Insulin- und NEFA-Konzentrationen während der fünf
Insulininfusionsperioden), wurden varianzanalytisch als wiederholte Messungen mit
dem Student-Newman-Keuls-Test geprüft.
Präzisionskontrollen der Untersuchungsmethoden wurden durch wiederholte
Messungen in Reihe und von Tag zu Tag durchgeführt. Die angegebenen
Seite 106 3. Material und Methoden
Variationskoeffizienten wurden als prozentualer Anteil der Standardabweichung vom
arithmetischen Mittelwert errechnet.
Korrelationen wurden nach Pearson berechnet oder über die lineare Regression als
Korrelationskoeffizient bestimmt.
4. Ergebnisse Seite 107
4. Ergebnisse
4.1. Basale Konzentrationen der Blutparameter,
Aminosäurenindices und Lebertriglyceridgehalte
Die basalen Konzentrationen von Glucose, Insulin, nicht-veresterteten Fettsäuren
(NEFA), Beta-Hydroxybutyrat (ß-HB) und die Triglyceridgehalte der Leber (TGL) vor
Beginn der Insulininfusion sind in Tabelle 6 dargestellt.
Tab. 6: Basale Konzentrationen von Glucose, Insulins, NEFA, ß-HB und die
Triglyceridgehalte der Leber (Mittelwerte ± SD)
Mittelwerte mit unterschiedlichen Buchstaben einer Zeile unterschieden
sich statistisch signifikant (p < 0,05).
FG: Frischgewicht, LW: Laktationswochen, LMV-OP: Operation einer
linksseitigen Labmagenverlagerung nach DIRKSEN (1967)
klinisch gesund
trocken -stehend
klinisch gesund
lakt. (2./3. LW)
klinisch gesund
lakt. (2./3. LW)LMV-OP
klinisch gesund
lakt. (4.-10. LW)
Leber-verfettung
lakt. LMV-OP
(2./3. LW)
Leber-verfettung
Ketose lakt.
LMV-OP (2./3. LW)
vor LMV-OP
lakt. (2./3. LW)
N 5 4 4 5 6 4 4 Glucose im Vollblut [mmol/l]
2,4 a ± 0,1
2,1 a ± 0,2
2,3 a ± 0,3
2,4 a ± 0,5
2,4 a ± 0,5
1,3 b ± 0,2
2,5 a ± 0,5
Insulin im Plasma [µU/ml]
8,9 ab ± 2,4
2,1 c ± 1,4
3,8 dc ± 2,2
7,6 ad ± 1,5
11,6 b ± 3,8
5,1 ac ± 1,2
6,5 ac ± 3,4
NEFA im Plasma [µmol/l]
391 a ± 203
848 ab ± 552
802 ab ± 325
876 ab ± 345
1104 b ± 288
1655 c ± 336
869 ab ± 329
ß-HB im Plasma [mmol/l]
0,62 a ± 0,28
0,63 a ± 0,16
0,59 a ±0,28
0,63 a ± 0,22
1,15 a ± 0,31
3,68 b ± 1,35
1,73 a ± 1,12
Leber-TGL [mg/g FG]
13,9 a ± 9,2
71,8 b ± 28,8
47,0 ab ± 19,1
36,0 ab ± 24,7
157,0 c ± 21,0
137,4 c ± 26,9
80,4 b ± 42,2
Seite 108 4. Ergebnisse
4.1.1. Basale Glucosekonzentration im Vollblut
Die mittlere basale Blutglucosekonzentration der leberverfetteten Tiere mit Ketose
(1,3 ± 0,2 mmol/l) lag signifikant niedriger als die der Tiere in den Gruppen der
klinisch gesunden, trockenstehenden Tiere (2,4 ± 0,1 mmol/l), der gesunden Tiere in
den verschiedenen Laktationsstadien (2,1 - 2,4 mmol/l) sowie der leberverfetteten
Tiere (2,4 ± 0,5 mmol/l) und der Tiere mit bestehender Labmagenverlagerung (2,5
± 0,5 mmol/l).
4.1.2. Basale Insulinkonzentration im Plasma
Die mittlere basale Insulinkonzentration im Plasma der klinisch gesunden,
trockenstehenden Tiere (8,9 ± 2,4 µU/ml) war signifikant höher als die der klinisch
gesunden Tiere in der zweiten bis dritten Laktationswoche ohne bzw. mit
Labmagenoperation (2,1 - 3,8 µU/ml). Sie unterschied sich nicht signifikant von den
Insulinkonzentrationen der gesunden Tiere der 4. - 10. Laktationswoche, der
leberverfetteten Tiere mit und ohne Ketose und der Tiere mit bestehender
Labmagenverlagerung (5,1 - 11,6 µU/ml).
Die mittleren Insulinkonzentrationen der gesunden Tiere der zweiten bis dritten
Laktationswoche, ohne und mit Labmagenoperation (2,1 ± 1,4 µU/ml und 3,8 ± 2,2
µU/ml), unterschieden sich nicht signifikant voneinander, sie wiesen jedoch deutlich
niedrigere Insulinkonzentrationen als die gesunden Tiere in der vierten bis zehnten
Laktationswoche auf (7,6 ± 1,5 µU/ml).
Die leberverfetteten Tiere (11,6 ± 3,8 µU/ml) wiesen signifikant höhere mittlere
basale Insulinkonzentrationen als alle klinisch gesunden, laktierenden Tiere (2,1 - 7,6
µU/ml), als die leberverfetteten Tiere mit Ketose (5,1 ± 1,2 µU/ml) und die Tiere mit
bestehender Labmagenverlagerung (6,5 ± 3,4 µU/ml) auf.
4. Ergebnisse Seite 109
Die Mittelwerte der Plasma-Insulinkonzentrationen der leberverfetteten, ketotischen
Tiere (5,1 ± 1,2 µU/ml) und der Tiere mit bestehender Labmagenverlagerung (6,5 ±
3,4 µU/ml) unterschieden sich statistisch nicht voneinander, es gab keinen
signifikanten Unterschied dieser beiden Gruppen zu den Gruppen der klinisch
gesunden, laktierenden Tiere (2,1 - 7,6 µU/ml).
4.1.3. Basale NEFA-Konzentration im Plasma
Die mittleren basalen NEFA-Konzentrationen im Plasma der Tiere der klinisch
gesunden, trockenstehenden und laktierenden Gruppen (391 - 876 µmol/l) und der
Gruppe der Tiere mit bestehender Labmagenverlagerung (869 ± 329 µmol/l)
unterschieden sich statistisch nicht voneinander.
Die mittleren NEFA-Konzentrationen der Tiere in der Gruppe mit Leberverfettung
(1104 ± 288 µmol/l) unterschied sich nicht signifikant von den Konzentrationen der
Tiere in den Gruppen der gesunden, laktierenden Tiere (802 - 876 µmol/l), sie lag
signifikant höher als die mittleren Konzentrationen der gesunden, trockenstehenden
Tiere (391 ± 203 µmol/l) und niedriger als die der leberverfetteten Tiere mit Ketose
(1655 ± 336 µmol/l).
4.1.4. Basale ß-Hydroxybutyrat-Konzentration im Plasma
Die mittleren basalen Beta-Hydroxybutyrat-Konzentrationen im Plasma der Tiere der
leberverfetteten, ketotischen Gruppe (3,68 ± 1,35 mmol/l) lagen signifikant über den
Konzentrationen der Tiere aller anderen Gruppen (0,59 - 1,73 mmol/l), zwischen
denen statistisch kein Unterschied nachweisbar war.
4.1.5. Plasmaaminosäuren und Aminosäurenindex
Bei den klinisch gesunden Tieren und bei den leberverfetteten, ketotischen Tieren
war die Summe der Plasmaspiegel der verzweigtkettigen Aminosäuren Valin (VAL),
Leucin (LEU) und Isoleucin (ILE) höher als die Summe der Konzentrationen der
Seite 110 4. Ergebnisse
aromatischen Aminosäuren Tyrosin (TYR) und Phenylalanin (PHE). Die Plasmaspiegel
der verzweigtkettigen und der aromatischen Aminosäuren der leberverfetteten Tiere
war im Vergleich zu den Tieren der genannten Gruppen niedriger. Bei den Tieren mit
bestehender Labmagenverlagerung lag die Konzentration der verzweigtkettigen
Aminosäuren noch niedriger. Somit war der Aminosäurenindex im Gruppenmittel bei
den Tieren mit bestehender Labmagenverlagerung (3,1 ± 0,8) signifikant niedriger
als bei den Tieren der klinisch gesunden, trockenstehenden und laktierenden
Gruppen (5,2 - 6,0) sowie bei den Tieren der leberverfetteten Gruppen mit und ohne
Ketose (5,2 - 6,4) (Tab. 7).
Tab. 7: Plasmakonzentrationen der freien Aminosäuren und der daraus
errechnete Aminosäurenindex (Mittelwerte ± SD)
Unterschiedliche Buchstaben einer Zeile kennzeichnen signifikante
Unterschiede (p < 0,05).
LW: Laktationswochen, LMV-OP: Operation einer linksseitigen
Labmagenverlagerung nach DIRKSEN (1967)
klinisch gesundtrocken-stehend
klinisch gesund
lakt. (2./3. LW)
klinisch gesund
lakt. (2./3. LW)LMV-OP
klinisch gesund
lakt. (4.-10. LW)
Leber-verfettung
lakt. LMV-OP
(2./3. LW)
Leber-verfettung
Ketose lakt.
LMV-OP (2./3. LW)
vor LMV-OP
lakt. (2./3. LW)
N 5 4 4 5 6 4 4 Valin [µmol/l]
242 a ± 64
209 ac ± 34
283 a ± 43
297 a ± 24
147 bc ± 63
288 a ± 114
99,2 b ± 41,2
Leucin [µmol/l]
136 ab ± 42
106 b ± 27
151 ab ± 28
137 ab ± 21
119 ab ±31
184 a ± 91
73,3 b ± 27,3
Isoleucin [µmol/l]
112 ac ± 37
96,0 ab ± 21,8
131 a ± 30
139 a ± 26
61,8 bc ± 23,4
133 a ± 60
47,6 b ± 29,6
Phenylalanin [µmol/l]
51,1 ab
± 11,238,1 b ± 8,9
65,0 a ± 6,7
56,0 ab ± 9,9
43,7 b ± 13,7
63,8 a ± 7,6
48,6 ab ± 6,0
Tyrosin [µmol/l]
41,3 a ± 9,3
31,1 ab ± 7,5
43,6 a ± 8,2
40,8 a ± 7,8
20,0 b ± 8,6
29,3 ab ± 3,4
21,9 b ± 6,3
Aminosäuren- index (ASI)
5,3 a ± 0,8
6,0 a ± 0,6
5,2 a ± 0,7
6,0 a ± 0,8
5,2 a ± 0,9
6,4 a ± 2,2
3,1 b ± 0,8
4. Ergebnisse Seite 111
4.1.6. Lebertriglyceride
Die mittleren Lebertriglyceridgehalte der Tiere der klinisch gesunden,
trockenstehenden Gruppe (13,9 ± 9,2 mg/g FG) waren signifikant niedriger als die
der klinisch gesunden Tiere in der zweiten bis dritten Laktationswoche ohne
Labmagenoperation (71,8 ± 28,8 mg/g FG) und der Tiere mit bestehender
Labmagenverlagerung (80,4 ± 42,2 mg/g FG). Zu den Tieren der Gruppen der
gesunden Tiere in der zweiten bis dritten Laktationswoche nach Labmagenoperation
(47,0 ± 19,1 mg/g FG) und in der vierten bis zehnten Laktationswoche (36,0 ± 24,7
mg/g FG) war kein statistischer Unterschied nachweisbar. Die leberverfetteten Tiere
mit und ohne Ketose (137,4 -157,0 mg/g FG) wiesen statistisch signifikant höhere
Lebertriglyceridkonzentrationen als die Tiere der Gruppen der klinisch gesunden,
trockenstehenden und laktierenden Tiere (13,9 - 71,8 mg/g FG) und auch der Tiere
mit bestehender Labmagenverlagerung (80,4 mg/g FG) auf (Abb. 2).
Seite 112 4. Ergebnisse
Versuchstiergruppen0 1 2 3 4 5 6 7 8
TGL
[ m
g/g
Lebe
rfri
schg
eweb
e ]
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
a
ab
c
c
ab
b
b
klinisch gesundtrockenstehend(N=5)
klinisch gesundlaktierend(2./3. LW) (N=4)
klinisch gesund,laktierendLMV-OP(2./3. LW) (N=4)
klinisch gesundlaktierend(4. - 10. LW) (N=5)
LeberverfettunglaktierendLMV-OP(2./3. LW) (N=6)
LeberverfettungKetoselaktierendLMV-OP(2./3. LW) (N=4)
bestehende LMVlaktierend(2./3. LW) (N=4)
Abb. 2: Triglyceridkonzentrationen der Leber, dargestellt als Mittelwerte mit
Standardabweichung der Tiere in den Gruppen, verschiedene
Buchstaben über den Balken symbolisieren statistisch signifikante
Unterschiede (p < 0,05).
LMV-OP: Operation einer linksseitigen Labmagenverlagerung nach
DIRKSEN (1967), LW: Laktationswochen
4. Ergebnisse Seite 113
4.2. Ergebnisse der hyperinsulinämischen, euglycämischen
Clampversuche
4.2.1. Steady-state Glucoseinfusionsrate (SSGIR)
Verlauf der SSGIR der Tiere innerhalb der Gruppen während der Insulininfusion
Die steady-state Glucoseinfusionsraten (SSGIR) stiegen während der
aufeinanderfolgenden Insulininfusionsperioden bei den Tieren in allen Gruppen
signifikant an (Abb. 3, Tab. 8).
Bei den Tieren der klinisch gesunden, trockenstehenden Gruppe wurde die
Glucoseinfusionsrate von 3,4 ± 2,2 µmol/kg/min über 11,6 ± 2,1 µmol/kg/min auf
23,4 ± 5,6 µmol/kg/min in der dritten Insulininfusionsperiode mit 2,0 mU
Insulin/kg/min signifikant erhöht. Die SSGIR der vierten Infusionsperiode (26,0 ± 4,3
µmol/kg/min) unterschied sich statistisch nicht von der SSGIR der dritten (23,4 ± 2,2
µmol/kg/min) und fünften Infusionsperiode (28,2 ± 3,3 µmol/kg/min), während die
SSGIR der fünften Infusionsperiode deutlich höher lag als die der dritten
Infusionsperiode.
Die mittlere SSGIR der gesunden Tiere in der zweiten bis dritten Laktationswoche
stieg von 5,3 ± 0,5 µmol/kg/min über 17,3 ± 4,4 µmol/kg/min auf 29,3 ± 7,2
µmol/kg/min in der dritten Infusionsperiode signifikant an und blieb in den folgenden
Infusionsperioden mit 33,3 ± 9,2 µmol/kg/min und 35,3 ± 7,3 µmol/kg/min
konstant.
Bei den gesunden, laktierenden Tieren in der zweiten bis dritten Laktationswoche
nach Labmagenoperation und den Tieren in der vierten bis zehnten Laktationswoche
war ein statistisch absicherbarer Anstieg der mittleren SSGIR der ersten bis vierten
Insulininfusionsperiode (2,0 ± 0,0 µmol/kg/min und 1,0 ± 0,0 µmol/kg/min auf 32,8
± 1,0 µmol/kg/min und 37,2 ± 7,0 µmol/kg/min) nachzuweisen.
Seite 114 4. Ergebnisse
Die leberverfetteten Tiere zeigten über alle fünf Insulininfusionsperioden einen
deutlichen Anstieg der mittleren SSGIR (2,7; 7,7; 16,7; 19,2 und 21,5 µmol/kg/min),
während die SSGIR der leberverfetteten Tiere mit Ketose bis zur dritten
Infusionsperiode mit 2,0 mU Insulin/kg/min sichtbar anstieg (2,8; 7,3 und 11,3
µmol/kg/min) und statistisch kein Unterschied zwischen der dritten, vierten und
fünften Periode (11,3; 12,8 und 13,5 µmol/kg/min) nachweisbar war.
Bei den Tieren mit bestehender Labmagenverlagerung unterschieden sich die
statistisch gleichen SSGIR der ersten beiden Insulininfusionsperioden (4,8 ± 3,0
µmol/kg/min und 7,3 ± 2,6 µmol/kg/min) signifikant von den vergleichbaren SSGIR
der letzten drei Perioden (13,0 ± 2,9 µmol/kg/min; 16,8 ± 2,6 µmol/kg/min; 20,0 ±
2,9 µmol/kg/min).
Vergleich der SSGIR der Gruppen
In der ersten Insulininfusionsperiode mit 0,1 mU Insulin/kg/min gab es keinen
statistisch signifikanten Unterschied der SSGIR zwischen den klinisch gesunden,
trockenstehenden Tieren (3,4 ± 2,2 µmol/kg/min), den laktierenden Tieren in der
zweiten bis dritten Laktationswoche nach Labmagenoperation (2,0 ± 0,0
µmol/kg/min) und den leberverfetteten Tieren mit und ohne Ketose (2,8 ± 0,5
µmol/kg/min und 2,7 ± 0,8 µmol/kg/min). Die SSGIR der klinisch gesunden Tiere in
der vierten bis zehnten Laktationswoche (1,0 ± 0,0 µmol/kg/min) lag signifikant
niedriger als die SSGIR der klinisch gesunden Tiere in der zweiten bis dritten
Laktationswoche (5,3 ± 0,5 µmol/kg/min) und der Tiere mit bestehender
Labmagenverlagerung (4,8 ± 3,0 µmol/kg/min), die sich statistisch nicht voneinander
unterschieden.
Die mittlere SSGIR der zweiten Insulininfusionsperiode der gesunden Tiere in der
zweiten bis dritten Laktationswoche (17,3 ± 4,4 µmol/kg/min) war signifikant höher
als die SSGIR der gesunden, trockenstehenden Tiere, der gesunden Tiere im gleichen
Laktationsstadium nach Labmagenoperation und der statistisch nicht
4. Ergebnisse Seite 115
unterschiedlichen Gruppen der leberverfetteten Tiere mit und ohne Ketose und der
Tiere mit bestehender Labmagenverlagerung (7,3 - 11,6 µmol/kg/min). Die SSGIR
der gesunden Tiere in der vierten bis zehnten Laktationswoche (13,6 ± 4,0
µmol/kg/min) unterschied sich nicht signifikant von der SSGIR der gesunden,
trockenstehenden Tiere (11,6 ± 2,1 µmol/kg/min) und der der gesunden Tiere in der
zweiten bis dritten Laktationswoche mit und ohne Labmagenoperation (10,3 ± 3,5
µmol/kg/min und 17,3 ± 4,4 µmol/kg/min).
Bei der Insulininfusion von 2,0 mU Insulin/kg/min war die mittlere SSGIR der klinisch
gesunden Tiere unabhängig vom Reproduktionsstadium und vorangegangener
Labmagenoperation (23,4 - 29,3 µmol/kg/min) statistisch nicht unterschiedlich. Die
SSGIR der klinisch gesunden Tiere lag statistisch signifikant höher als die SSGIR der
leberverfetteten Tiere mit und ohne Ketose und der Tiere mit bestehender
Labmagenverlagerung (11,3 - 16,7 µmol/kg/min), die sich statistisch voneinander
nicht unterschieden.
In der vierten Insulininfusionsperiode mit 5,0 mU Insulin/kg/min lag die mittlere
SSGIR der gesunden, trockenstehenden Tiere (26,0 ± 4,3 µmol/kg/min) signifikant
niedriger als die mittlere SSGIR der gesunden Tiere in der vierten bis zehnten
Laktationswoche (37,2 ± 7,0 µmol/kg/min). Die SSGIR der Tiere beider Gruppen
unterschied sich nicht signifikant von der SSGIR der gesunden, laktierenden Tiere der
zweiten bis dritten Laktationswoche mit und ohne Labmagenverlagerung (32,8 ± 1,0
µmol/kg/min und 33,3 ± 9,2 µmol/kg/min), die sich statistisch nicht voneinander
unterschieden. Bei den leberverfetteten Tieren mit und ohne Ketose und den Tieren
mit bestehender Labmagenverlagerung war kein signifikanter Unterschied
nachweisbar. Die SSGIR der Tiere dieser Gruppen (12,8 - 19,2 µmol/kg/min) war
statistisch sicher niedriger als die SSGIR aller klinisch gesunden Tiere, unabhängig
vom Reproduktionsstadium und von einer Labmagenoperation (26,3 - 37,2
µmol/kg/min).
Seite 116 4. Ergebnisse
Während der Insulininfusion mit 10 mU Insulin/kg/min war zwischen den SSGIR der
klinisch gesunden Tiere (28,2 - 36,6 µmol/kg/min) kein absicherbarer Unterschied
nachweisbar. Die SSGIR der leberverfetteten Tiere (21,5 ± 3,3 µmol/kg/min) war
signifikant höher als die der leberverfetteten Tiere mit Ketose (13,5 ± 4,0
µmol/kg/min). Die Tiere in beiden Gruppen wiesen keinen signifikanten Unterschied
zu den Tieren der Gruppe mit bestehender Labmagenverlagerung (20,0 ± 2,9
µmol/kg/min) auf.
Tab. 8: Steady-state Glucoseinfusionsraten (SSGIR) [µmol/kg/min] (Mittelwerte
± SD) der Tiere in den Gruppen während der fünf
Insulininfusionsperioden
Unterschiedliche Buchstaben einer Zeile kennzeichnen signifikante
Unterschiede (p < 0,05).
LW: Laktationswochen, LMV-OP: Operation einer linksseitigen
Labmagenverlagerung nach DIRKSEN (1967)
klinisch gesund
trocken -stehend
klinisch gesund
lakt. (2./3. LW)
klinischgesund
lakt. (2./3. LW)LMV-OP
klinisch gesund
lakt. (4.-10. LW)
Leber-verfettung
lakt. LMV-OP
(2./3. LW)
Leber-verfettung
Ketose lakt.
LMV-OP (2./3. LW)
vor LMV-OP
lakt. (2./3. LW)
N 5 4 4 5 6 4 4 0,1 mU Insulin/kg/min
3,4 ab ± 2,2
5,3 a ± 0,5
2,0 ab ± 0,0
1,0 b ± 0,0
2,7 ab ± 0,8
2,8 ab ± 0,5
4,8 a ± 3,0
0,5 mU Insulin/kg/min
11,6 bc ± 2,1
17,3 a ± 4,4
10,3 bc ± 3,5
13,6 ac ± 4,0
7,7 b ± 1,8
7,3 b ± 2,6
7,3 b ± 2,6
2,0 mU Insulin/kg/min
23,4 a ± 5,6
29,3 a ± 7,2
28,3 a ± 1,7
28,2 a ± 4,5
16,7 b ± 1,8
11,3 b ± 3,2
13,0 b ± 2,9
5,0 mU Insulin/kg/min
26,0 a ± 4,3
33,3 ab ± 9,2
32,8 ab ± 1,0
37,2 b ± 7,0
19,2 c ± 1,7
12,8 c ± 2,5
16,8 c ± 2,6
10 mU Insulin/kg/min
28,2 a ± 3,3
35,3 a ± 7,3
31,3 a ± 1,0
36,6 a ± 8,0
21,5 c ± 3,3
13,5 b ± 4,0
20,0 bc ± 2,9
4. Ergebnisse Seite 117
4.2.2. Steady-state Insulin-Konzentrationen im Plasma (SSIK)
Verlauf der SSIK der Tiere innerhalb der Gruppen während der Insulininfusion
Die steady-state Insulinkonzentration stieg bei den Tieren in allen Gruppen von der
ersten bis zur fünften Insulininfusionsperiode signifikant an (Tab. 9). In der ersten
und zweiten Insulininfusionsperiode war die Plasma-Insulinkonzentration innerhalb
der Tiere einer Gruppe bei allen Gruppen im Mittel statistisch nicht unterschiedlich.
Bei den klinisch gesunden, trockenstehenden Tieren, den gesunden Tieren in der
vierten bis zehnten Laktationswoche und den leberverfetteten Tieren mit bzw. ohne
Ketose kam es in der dritten Infusionsperiode zu einem signifikanten Anstieg der
Insulinkonzentration, der sich in der vierten und fünften Periode fortsetzte. Bei den
gesunden Tieren in der zweiten bis dritten Laktationswoche mit und ohne
Labmagenverlagerung und den Tieren mit bestehender Labmagenverlagerung
erhöhte sich die Insulinkonzentration signifikant in der vierten und weiter in der
fünften Insulininfusionsperiode.
Vergleich der SSIK der Gruppen
Die steady-state Insulinkonzentrationen in der ersten Insulininfusionsperiode (0,1 mU
Insulin/kg/min) lagen bei den gesunden, trockenstehenden Tieren und den
statistisch vergleichbaren gesunden Tieren in der vierten bis zehnten
Laktationswoche (11 ± 1 µU/ml und 10 ± 1 µU/ml) signifikant höher als bei den
laktierenden Tieren in der zweiten bis dritten Laktationswoche mit und ohne
Labmagenoperation (4 ± 2 µU/ml und 4 ± 1 µU/ml) (Tab. 9). Zu den Tieren der
anderen Gruppen (8 - 13 µU/ml) lag kein statistisch absicherbarer Unterschied vor.
Die leberverfetteten Tiere (13 ± 2 µU/ml) wiesen signifikant höhere
Insulinkonzentrationen als die leberverfetteten, ketotischen Tiere und die Tiere mit
bestehender Labmagenverlagerung (9 ± 2 µU/ml und 8 ± 3 µU/ml) auf.
In der zweiten Insulininfusionsperiode war die mittlere steady-state
Insulinkonzentration der Tiere der klinisch gesunden Gruppe in der zweiten bis
Seite 118 4. Ergebnisse
dritten Laktationswoche nach Labmagenoperation (16 ± 4 µU/ml) signifikant
niedriger als die Insulinkonzentrationen aller anderen Gruppen (24 - 32 µU/ml).
Während der dritten Insulininfusionsperiode wurden bei den Tieren in den Gruppen
der gesunden, trockenstehenden, der leberverfetteten und der labmagenverlagerten
Tiere signifikant höhere Insulinkonzentrationen (145 - 159 µU/ml) gemessen als bei
den gesunden Tieren in der zweiten bis dritten Laktationswoche nach
Labmagenoperation und in der vierten bis zehnten Laktationswoche (92 µU/ml). Die
Tiere dieser Gruppen wiesen keinen deutlichen Unterschied zu den mittleren
Insulinkonzentrationen der gesunden Tiere in der zweiten bis dritten
Laktationswoche (120 ± 17 µU/ml) und der leberverfetteten, ketotischen Tiere (117
± 15 µU/ml) auf.
Die gesunden, trockenstehenden Tiere und die leberverfetteten Tiere mit Ketose
wiesen in der vierten Insulininfusionsperiode signifikant höhere
Insulinkonzentrationen (427 und 425 µU/ml) als die gesunden Tiere in der vierten bis
zehnten Laktationswoche (287 ± 24 µU/ml) auf, in der fünften Infusionsperiode
waren keine deutlichen Unterschiede nachweisbar. Die Insulinkonzentrationen in der
vierten und fünften Insulininfusionsperiode der gesunden Tiere in der zweiten bis
dritten Laktationswoche, der leberverfetteten und der labmagenverlagerten Tiere
(461 - 511 µU/ml und 978 - 1011 µU/ml) lag signifikant über den
Insulinkonzentrationen der Tiere im gleichen Laktationsstadium nach
Labmagenoperation (321 ± 44 µU/ml und 621 ± 103 µU/ml) und der Tiere in der
vierten bis zehnten Laktationswoche (287 ± 24 µU/ml und 686 ± 17 µU/ml).
4. Ergebnisse Seite 119
Tab. 9: Steady-state Insulin-Konzentrationen (SSIK) [µU/ml] (Mittelwerte ± SD)
der Tiere in den Gruppen während der fünf Insulininfusionsperioden
Unterschiedliche Buchstaben einer Zeile kennzeichnen signifikante
Unterschiede (p < 0,05).
LW: Laktationswochen, LMV-OP: Operation einer linksseitigen
Labmagenverlagerung nach DIRKSEN (1967)
klinisch gesund
trocken -stehend
klinisch gesund
lakt. (2./3. LW)
klinischgesund
lakt. (2./3. LW)LMV-OP
klinisch gesund
lakt. (4.-10. LW)
Leber-verfettung
lakt. LMV-OP
(2./3. LW)
Leber-verfettung
Ketose lakt.
LMV-OP (2./3. LW)
vor LMV-OP
lakt. (2./3. LW)
N 5 4 4 5 6 4 4 0,1 mU Insulin/kg/min
11 ab ± 1
4 c ± 1
4 c ± 2
10 ab ± 1
13 b ± 2
9 a ± 2
8 a ± 3
0,5 mU Insulin/kg/min
27 a ± 2
26 a ± 6
16 b ± 4
24 a ± 3
32 a ± 6
27 a ± 5
30 a ± 10
2,0 mU Insulin/kg/min
145 a ± 27
120 ab ± 17
92 b ± 11
92 b ± 10
155 a ± 19
117 ab ± 15
159 a ± 52
5,0 mU Insulin/kg/min
427 ab ± 21
511 a ± 101
321 bc ± 44
287 c ± 24
461 a ± 52
425 ab ± 58
490 a ± 136
10 mU Insulin/kg/min
791 ab ± 69
999 a ± 215
621 b ± 103
686 b ± 17
1011 a ± 150
891 ab ± 82
978 a ± 273
Abb. 3: Dosis-Wirkungskurven: Die fünf Symbole jeder Kurve repräsentieren die Mittelwerte (± SD) der steady-state
Plasma-Insulinkonzentrationen und die jeweils zur Aufrechterhaltung der basalen Glucosekonzentrationen
erforderlichen steady-state Glucoseinfusionsraten für die fünf aufeinanderfolgenden Infusionsperioden mit
steigenden Insulindosen (0,1, 0,5, 2, 5, 10 mU/kg/min).
LMV-OP: Operation der linksseitigen Labmagenverlagerung nach DIRKSEN (1967), LW: Laktationswochen
steady-state Insulinkonzentration [ µU/ml ]
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
Glu
cose
infu
sion
srat
e [
µm
ol/k
g/m
in ]
0
5
10
15
20
25
30
35
40
klinisch gesundtrockenstehend(N=5)
klinisch gesundlaktierend(2./3. LW) (N=4)
Leberverfettungund Ketosenach LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=4)
Leberverfettungnach LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=6)
klinisch gesundnach LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=4)
klinisch gesundlaktierend(4. - 10 LW) (N=5)
vor LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=4)
Seite 120
4. Ergebnisse
4. Ergebnisse Seite 121
4.2.3. Steady-state NEFA-Konzentrationen (absolut und relativ)
Verlauf der steady-state NEFA-Konzentration der Tiere innerhalb der Gruppen
während der Insulininfusion
Im Verlauf der Insulininfusionsperioden sank die NEFA-Konzentration bei den Tieren
in allen Gruppen signifikant ab. Der Abfall bei den gesunden, trockenstehenden
Tieren, den gesunden Tieren in der vierten bis zehnten Laktationswoche und den
leberverfetteten Tieren mit Ketose war in den ersten beiden Infusionsperioden am
deutlichsten und änderte sich in den letzten drei Infusionsperioden mit 2, 5 und 10
mU Insulin/kg/min nur noch marginal. Bei den gesunden Tieren in der zweiten bis
dritten Laktationswoche fielen die NEFA-Konzentrationen in der ersten
Infusionsperiode ab und blieben in den folgenden Perioden statistisch konstant. Bei
den Tieren in der gleichen Laktationswoche nach Labmagenoperation wie auch bei
den Tieren mit bestehender Labmagenverlagerung sanken die NEFA-Konzentrationen
verzögert in der zweiten Insulininfusionsperiode, in den folgenden Infusionsperioden
war statistisch kein Unterschied nachweisbar. Die absoluten Veränderungen waren
bei den leberverfetteten Tieren am deutlichsten, die NEFA-Konzentrationen sanken
von der ersten bis zur dritten Insulininfusionsperiode (Abb. 4, Tab. 10).
Vergleich der absoluten steady-state NEFA-Konzentrationen der Gruppen
In der ersten Insulininfusionsperiode mit 0,1 mU Insulin/kg/min unterschieden sich
die mittleren NEFA-Konzentrationen der klinisch gesunden, trockenstehenden Tiere
(216 ± 140 µmol/l), der klinisch gesunden Tiere der zweiten bis dritten und der
vierten bis zehnten Laktationswoche (500 ± 337 µmol/l und 440 ± 161 µmol/l) nicht
voneinander. Die leberverfetteten, ketotischen Tiere (1146 ± 436 µmol/l) wiesen
signifikant höhere NEFA-Konzentrationen auf. Zu den klinisch gesunden Tieren in der
zweiten bis dritten Laktationswoche nach Labmagenoperation, den leberverfetteten
Tieren und den Tieren mit bestehender Labmagenverlagerung (624 - 793 µmol/l) ließ
sich statistisch kein Unterschied nachweisen.
Seite 122 4. Ergebnisse
In der zweiten Infusionsperiode war zwischen den NEFA-Konzentrationen der
gesunden, trockenstehenden Tiere (98 ± 48 µmol/l) und der gesunden, laktierenden
Tiere (189 - 306 µmol/l) statistisch kein Unterschied absicherbar. Die NEFA-
Konzentration der Tiere in der Gruppe der leberverfetteten, ketotischen Tiere (566 ±
188 µmol/l) lag signifikant höher als die Konzentrationen der Tiere in den Gruppen
der klinisch gesunden Tiere, unabhängig von ihrem Reproduktionsstadium (98 - 306
µmol/l). Die gesunden, trockenstehenden Tiere (98 ± 48 µmol/l) wiesen deutlich
niedrigere NEFA-Konzentrationen als die leberverfetteten Tiere (399 ± 118 µmol/l)
und die Tiere mit bestehender Labmagenverlagerung (448 ± 202 µmol/l) auf.
Die mittleren NEFA-Konzentrationen der folgenden Insulininfusionsperiode der Tiere
in der gesunden, trockenstehenden Gruppe (40 ± 10 µmol/l) und in den Gruppen der
gesunden, laktierenden Tiere in der ersten bis zehnten Laktationswoche ohne
Labmagenoperation (91 ± 43 µmol/l und 87 ± 40 µmol/l) lagen statistisch niedriger
als die der Tiere in der leberverfetteten Gruppe (213 ± 48 µmol/l) und der Gruppe
mit bestehender Labmagenverlagerung (243 ± 123 µmol/l). Die absoluten NEFA-
Konzentrationen der gesunden Tiere in der zweiten bis dritten Laktationswoche nach
Labmagenoperation (134 ± 45 µmol/l) unterschieden sich statistisch nicht von den
Konzentrationen der Tiere in diesen Gruppen. Die leberverfetteten Tiere mit Ketose
(528 ± 121 µmol/l) hatten im Vergleich zu allen anderen Tiergruppen signifikant
höhere NEFA-Konzentrationen.
Die mittleren NEFA-Konzentrationen der Tiere in der Gruppe der leberverfetteten
Tiere mit Ketose (545 ± 177 µmol/l) lagen auch in der vierten Infusionsperiode
signifikant höher als die Konzentrationen der Tiere in allen anderen Gruppen (43 -
209 µmol/l), die statistisch keine Unterschiede aufwiesen.
Während der Insulininfusionsrate mit 10 mU Insulin/kg/min wiesen die klinisch
gesunden, trockenstehenden und laktierenden Tiere (34 - 76 µmol/l) niedrigere
NEFA-Konzentrationen als die Tiere mit bestehender Labmagenverlagerung (228 ±
4. Ergebnisse Seite 123
95 µmol/l) auf. Die leberverfetteten Tiere (142 ± 40 µmol/l) unterschieden sich
statistisch von diesen Gruppen nicht. Die NEFA-Konzentrationen der leberverfetteten
ketotischen Tiere (582 ± 183 µmol/l) waren deutlich höher als die der anderen Tiere.
Tab. 10: Steady-state NEFA-Konzentrationen [µmol/l] (Mittelwerte ± SD) im
Plasma der Tiere in den Gruppen während der fünf
Insulininfusionsraten
Unterschiedliche Buchstaben einer Zeile kennzeichnen signifikante
Unterschiede (p < 0,05).
LW: Laktationswochen, LMV-OP: Operation einer linksseitigen
Labmagenverlagerung nach DIRKSEN (1967)
klinisch gesund
trocken -stehend
klinisch gesund
lakt. (2./3. LW)
klinischgesund
lakt. (2./3. LW)LMV-OP
klinisch gesund
lakt. (4.-10. LW)
Leber-verfettung
lakt. LMV-OP
(2./3. LW)
Leber-verfettung
Ketose lakt.
LMV-OP (2./3. LW)
vor LMV-OP
lakt. (2./3. LW)
N 5 4 4 5 6 4 4 0,1 mU Insulin/kg/min
216 a ± 140
500 a ± 337
624 ab ± 256
440 a ± 161
757 ab ± 264
1146 b ± 436
793 ab ± 293
0,5 mU Insulin/kg/min
98 a ± 48
189 ab ± 97
306 ab ± 85
233 ab ± 134
399 bc ± 118
566 c ± 188
448 bc ± 202
2,0 mU Insulin/kg/min
40 a ± 10
91 a ± 43
134 ab ± 45
87 a ± 40
213 b ± 48
528 c ± 121
243 b ± 123
5,0 mU Insulin/kg/min
43 a ± 18
84 a ± 32
91 a ± 27
76 a ± 50
183 a ± 66
545 b ± 177
209 a ± 129
10 mU Insulin/kg/min
34 a ± 12
76 a ± 30
73 a ± 22
47 a ± 27
142 ab ± 40
582 c ± 183
228 b ± 95
Seite 124
4. Ergebnisse
Abb. 4: Dosis-Wirkungskurven: Die fünf Symbole jeder Kurve repräsentieren die Mittelwerte (± SD) der steady-state
Plasma-Insulinkonzentrationen und der jeweiligen steady-state NEFA-Konzentrationen für die fünf
aufeinanderfolgenden Infusionsperioden mit steigenden Insulindosen (0,1, 0,5, 2, 5, 10 mU/kg/min).
LMV-OP: Operation der linksseitigen Labmagenverlagerung nach DIRKSEN (1967), LW: Laktationswochen
steady-state Insulinkonzentration [ µU/ml ]
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100stea
dy-s
tate
NEF
A-K
onze
ntr
atio
n [
mm
ol/l
]
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
Klinisch gesundtrockenstehend(N=5)
Klinisch gesundlaktierend(4. - 10. LW) (N=5)
Leberverfettungund Ketosenach LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=4)
Leberverfettungnach LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=6)
Klinisch gesundnach LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=4)
vor LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=4)
Klinisch gesundlaktierend(2./3. LW) (N=4)
4. Ergebnisse Seite 125
Vergleich der relativen steady-state NEFA-Konzentrationen der Tiere in den Gruppen
Die relativen Änderungen der NEFA-Konzentrationen (Abb. 5) zeigten, dass die
NEFA-Konzentrationen am Ende der fünf Insulininfusionsperioden der Tiere in den
Gruppen der gesunden, trockenstehenden und laktierenden Tieren bis auf etwa zehn
Prozent (5,2 - 10,4 %) des Ausgangswertes abnahmen. Die relative Abnahme der
NEFA-Konzentration erfolgte bei den Tieren in diesen Gruppen, mit Ausnahme der
Tiere der Gruppe der gesunden Tiere in der zweiten bis dritten Laktationswoche, bis
zur dritten Insulininfusionsperiode und blieb in den folgenden Infusionsperioden
statistisch unverändert. Die prozentuale Abnahme der NEFA-Konzentrationen der
Tiere in der Gruppe der gesunden Tiere in der zweiten bis dritten Laktationswoche
endete bereits in der zweiten Infusionsperiode. Die Konzentrationen der NEFA bei
den leberverfetteten Tieren sank auf 13,9 %, statistisch war nach der dritten
Infusionsperiode keine weitere Abnahme der NEFA-Konzentration nachweisbar. Bei
den leberverfetteten, ketotischen Tieren und den Tieren mit bestehender
Labmagenverlagerung nahmen die NEFA-Konzentrationen um etwa 65 % ab. Der
relative Abfall der NEFA-Konzentrationen während der Insulininfusion erfolgte bei
den Tieren mit bestehender Labmagenverlagerung im Vergleich zu den
leberverfetteten, ketotischen Tieren verzögert. In der ersten Infusionsperiode nahm
die NEFA-Konzentration um 8,2 % nicht signifikant im Vergleich zu einer
signifikanten Verminderung der NEFA-Konzentration der leberverfetteten, ketotischen
Tiere (32,5 %) ab. Die NEFA-Konzentrationen der Tiere mit Labmagenverlagerung
nahmen bis zur dritten Infusionsperiode, die der leberverfetteten, ketotischen Tiere
bis zur zweiten Periode ab und blieben im Anschluss statistisch konstant.
Abb. 5: Dosis-Wirkungskurven: Die fünf Symbole jeder Kurve repräsentieren die Mittelwerte (± SD) der steady-state
Plasma-Insulinkonzentrationen und der jeweiligen relativen steady-state NEFA-Konzentrationen für die fünf
aufeinanderfolgenden Infusionsperioden mit steigenden Insulindosen (0,1, 0,5, 2, 5, 10 mU/kg/min).
LMV-OP: Operation der linksseitigen Labmagenverlagerung nach DIRKSEN (1967), LW: Laktationswochen
steady-state Insulinkonzentration [ µU/ml ]
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
NEF
A-K
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n, r
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iv [
% ]
0
20
40
60
80
100
klinisch gesundtrockenstehend(N=5)
klinisch gesundlaktierend(4. - 10. LW) (N=5)
Leberverfettungund Ketosenach LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=4)
Leberverfettungnach LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=6)
klinisch gesundnach LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=4)
vor LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=4)
klinisch gesundlaktierend(2./3. LW) (N=4)
Seite 126
4. Ergebnisse
4. Ergebnisse Seite 127
4.2.4. Ketonkörperkonzentration im Versuchsverlauf
Der Verlauf der ß-HB-Konzentration im Plasma während der Insulininfusion wurde bei
den Tieren in der Gruppe der leberverfetteten Tiere mit Ketose verfolgt. Die mittlere
ß-HB-Konzentration der ersten Infusionsperiode von 3,53 ± 1,44 mmol/l sank in der
zweiten Periode auf 2,27 ± 1,11 mmol/l und in der dritten Periode signifikant auf
1,27 ± 0,70 mmol/l ab und blieb in der dritten, vierten (1,02 ± 0,55 mmol/l) und
fünften Periode (0,75 ± 0,40 mmol/l) statistisch konstant (Abb. 6).
Vergleichsweise wurde die ß-HB-Konzentration während der Insulininfusion bei zwei
leberverfetteten Tieren, zwei Tieren mit bestehender Labmagenverlagerung sowie
bei einem klinisch gesunden Tier in der vierten bis zehnten Laktationswoche
gemessen. Es wurden die Tiere ausgesucht, deren Werte im Bereich von 1,0 bis 1,5
mmol/l lagen bzw. die in ihrer Gruppe die höchsten Werte aufwiesen. Bei den
leberverfetteten Tieren sank die Ketonkörperkonzentration in der ersten, zweiten und
dritten Infusionsperiode (1,43; 0,72; 0,32 mmol/l) signifikant ab und blieb
anschließend statistisch unverändert (0,27; 0,30 mmol/l). Die Tiere mit bestehender
Labmagenverlagerung und das klinisch gesunde Tier in der vierten bis zehnten
Laktationswoche wiesen während der Insulininfusion keinen signifikanten Abfall der
ß-HB-Konzentration auf (von 1,52 und 0,76 mmol/l auf 0,20 und 0,12mmol/l).
Der Vergleich der ß-HB-Konzentrationen der Tiere der leberverfetteten Gruppe mit
Ketose mit den Tieren der Gruppe ohne Ketose ergab im t-test in allen fünf
Infusionsperioden statistisch signifikante Unterschiede. Die ß-HB-Konzentrationen in
der ersten Infusionsperiode der leberverfetteten Tiere mit Ketose (3,68 ± 1,37
mmol/l) lagen deutlich über den ß-HB-Konzentrationen der nicht ketotischen Tiere
(1,44 ± 0,52 mmol/l). Bis zur letzten Insulininfusionsperiode waren die ß-HB-
Konzentrationen der Tiere mit Ketose (0,88 ± 0,48 mmol/l) signifikant höher als die
der Tiere ohne Ketose (0,22 ± 0,11 mmol/l). Die Insulinkonzentrationen (Km(ß-HB)-
Wert), bei denen die ß-HB-Konzentration halbmaximal abgefallen war der
Seite 128 4. Ergebnisse
leberverfetteten Tiere mit Ketose (35,3 ± 14,6 mU/ml) und der Tiere ohne Ketose
(33,4 ± 35,7 mU/ml) unterschieden sich nicht voneinander.
Die relativen Änderungen der ß-HB-Konzentration zeigten, dass die
Ketonkörperkonzentration am Ende der fünf Insulininfusionsperioden in der Gruppe
der leberverfetteten Tiere mit Ketose im Mittel bis auf etwa 21 % (8,3 - 28,3 %) des
Ausgangswertes abnahm. Vergleichbar war die Abnahme der leberverfetteten Tiere
(14,3 und 25,9 %), während der prozentuale Anteil der Ketonkörper der Tiere mit
bestehender Labmagenverlagerung und des gesunden Tieres in der vierten bis
zehnten Woche der Laktation im Mittel bis auf 12 % (10,8 - 13,9 % und 11,9 %)
sank. Insgesamt fiel bei den Tieren ohne Ketose der Anteil der ß-HB auf etwa 15 %
des Ausgangswertes (15,4 %) ab. Ein statistischer Unterschied in der relativen
Änderung der ß-HB-Konzentration zwischen den Tieren mit Ketose (27,1 ± 4,7 %)
und den Tieren ohne Ketose (16,1 ± 9,6 %) konnte für die vierte
Insulininfusionsperiode abgesichert werden.
Abb. 6: Dosis-Wirkungskurven: Die fünf Symbole jeder Kurve repräsentieren die Mittelwerte (± SD) der steady-state
Plasma-Insulinkonzentrationen und der jeweiligen steady-state Plasma-ß-HB-Konzentrationen für die fünf
aufeinanderfolgenden Infusionsperioden mit steigenden Insulindosen (0,1, 0,5, 2, 5, 10 mU/kg/min).
LMV-OP: Operation der linksseitigen Labmagenverlagerung nach DIRKSEN (1967), LW: Laktationswochen
4. Ergebnisse
Seite 129
steady-state Insulinkonzentration [ µU/ml ]0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
ß-H
B [
mm
ol/l
]
0
1
2
3
4
5
6
Keine Ketoselaktierendklinisch gesundoderLeberverfettungodervor LMV-OP(2./3. LW) (N=5)
Leberverfettungund Ketosenach LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=4)
Seite 130 4. Ergebnisse
4.2.5. Verlauf der Aminosäuren und des Aminosäurenindexes (ASI)
Für die klinisch gesunden Tiere der zweiten bis dritten Laktationswoche wurden die
freien Plasmaaminosäuren und der Aminosäurenindex zusätzlich am Vortag der
Versuche, während des Versuchs und am Folgetag ermittelt (Tab. 11). Die
verzweigtkettigen Aminosäuren lagen vor Insulininfusion (230 - 86 µmol/l) signifikant
höher als während und kurz nach der Insulininfusion (53 - 19 µmol/l). Am Tag nach
den Untersuchungen (134 - 57 µmol/l) lagen die Konzentrationen weiter signifikant
unter den Werten vor Versuch, aber schon deutlich über den Konzentrationen
während und kurz nach der Insulininfusion. Die aromatischen Aminosäuren sanken
während der Insulininfusion (von 43 - 31 µmol/l auf 22 - 16 µmol/l) signifikant ab,
erreichten aber am Tag nach den Untersuchungen signifikant nicht unterschiedliche
Werte (37 - 43 µmol/l) im Vergleich zu den Konzentrationen vor den
Insulininfusionen.
Der Aminosäurenindex (ASI) lag am Vortag der Versuche (Versuchszeit: -1320 min)
mit 4,59 ± 0,78 signifikant niedriger als der ASI direkt vor Versuchsbeginn
(Versuchszeiten: -30, 10, 0 min) mit 5,99 ± 0,61; 5,91 ± 0,58; 5,90 ± 0,51. Am
Ende der Insulininfusionsperiode (590 min) und nach Ablauf der Kontrollzeit (840
min) fiel der ASI auf Werte von 2,76 ± 0,22 und 2,69 ± 0,21 statistisch signifikant
ab. Am Folgetag (1320 min) lag der ASI mit 3,32 ± 0,45 weiterhin deutlich unter den
Werten vor Versuchsbeginn.
4. Ergebnisse Seite 131
Tab. 11: Verlauf der Plasmakonzentrationen der freien Aminosäuren und der
daraus errechnete Aminosäurenindex der klinisch gesunden Tiere in der
zweiten bis dritten Laktationswoche (Mittelwerte ± SD)
Mittelwerte mit unterschiedlichen Hochzeichen einer Zeile unterschieden
sich statistisch signifikant (p < 0,05).
LW: Laktationswochen, LMV-OP: Operation einer linksseitigen
Labmagenverlagerung nach DIRKSEN (1967)
Vortag der Versuche -1320 min
basale Probe
-30 min
basale Probe
-10 min
basale Probe 0 min
Ende der Insulin-
infusionen590 min
Ende der Kontroll -
phase 840 min
Folgetag der Versuche1320 min
Valin [µmol/l]
195 a ± 50
209 a ± 34
230 a ± 37
226 a ± 29
47 b ± 7
53 b ± 11
134 c ± 13
Leucin [µmol/l]
99 a ± 26
106 a ±27
123 a ± 16
120 a ± 7
23 b ±3
31 b ± 6
72 c ± 3
Isoleucin [µmol/l]
86 a ± 17
96,0 a ± 22
112 a ± 22
109 a ± 15
19 b ± 3
26 b ± 5
57 c ± 5
Phenylalanin [µmol/l]
43 a ± 3
38 a ± 9
43 a ± 7
42 a ± 5
16 b ± 1
22 b ± 5
37 a ± 2
Tyrosin [µmol/l]
40 a ± 8
31 a ± 8
37 a ± 10
36 a ± 7
16 b ± 1
19 b ± 4
43 a ± 8
Amino -säurenindex (ASI)
4,6 a ± 0,8
6,0 b ± 0,6
5,9 b ± 0,6
5,9 b ± 0,5
2,8 c ± 0,2
2,7 c ± 0,2
3,3 c ± 0,5
4.3. Insulinelimination
Nach Ende der Insulininfusion unterschied sich die mittlere Insulinkonzentration im
Plasma der gesunden, trockenstehenden Tiere (788 µU/ml ± 66) statistisch nicht von
der Insulinkonzentration der Tiere in allen anderen Gruppen (632 - 998 µU/ml). Die
Ausgangsinsulinkonzentration der Insulinelimination der gesunden Tiere in der
zweiten bis dritten Laktationswoche (998 µU/ml ± 201) lag signifikant höher als die
der gesunden Tiere im gleichen Laktationsstadium nach Labmagenoperation (632
µU/ml ± 100) und der gesunden Tiere in der vierten bis zehnten Laktationswoche
Seite 132 4. Ergebnisse
(678 µU/ml ± 48), zu den Tieren der anderen Gruppen ließ sich kein Unterschied
nachweisen. Die gesunden Tiere in der zweiten bis dritten Laktationswoche nach
Labmagenoperation wiesen deutlich niedrigere Insulinkonzentrationen auf als die
Tiere in den Gruppen der leberverfetteten Tiere ohne und mit Ketose (967 µU/ml ±
112 und 902 µU/ml ± 119) und der Tiere mit bestehender Labmagenverlagerung
(944 µU/ml ± 239). Für die gesunden Tiere in der vierten bis zehnten
Laktationswoche lagen ebenso signifikant niedrigere Insulinkonzentrationen als bei
den leberverfetteten Tieren und den Tieren mit bestehender Labmagenverlagerung
vor. Im Vergleich zu den leberverfetteten Tieren mit Ketose konnte kein statistischer
Unterschied abgesichert werden.
Die Ratenkonstante k der Insulinelimination der klinisch gesunden, trockenstehenden
Tiere (0,0271 ± 0,0035) und der gesunden Tiere in der vierten bis zehnten
Laktationswoche (0,0266 ± 0,0016) schien tendenziell höher zu sein als die der
gesunden Tiere in der zweiten bis dritten Laktationswoche (0,0233 ± 0,0018) und
die der leberverfetteten Tiere mit und ohne Ketose (0,0226 ± 0,0021 und 0,0225 ±
0,0035) (Abb. 7). Die Insulinelimination der gesunden Tiere in der zweiten bis dritten
Laktationswoche nach Labmagenoperation (0,0315 ± 0,0071) und der Tiere mit
bestehender Labmagenverlagerung (0,0314 ± 0,0084) könnte schneller erfolgen als
bei den anderen Tieren, da die Eliminationskonstanten (k-Werte) tendenziell höher
lagen. Bei der statistischen Auswertung ließen sich aber keine signifikanten
Unterschiede der Ratenkonstanten der Insulinelimination ermitteln.
Vier Stunden nach Ende der Insulininfusion lag die mittlere Insulinkonzentration der
Tiere in allen Gruppen noch deutlich höher als die Basalwerte vor Insulininfusion
(736 - 119 % vom Basalwert). Insgesamt sank die Insulinkonzentration 4 Stunden
nach Ende der Insulininfusion in allen Gruppen bis auf etwa 2 % des Ausgangswertes
der Insulinelimination ab (1,19 - 3,23 %). Die Tiere der leberverfetteten Gruppe
wiesen signifikant höhere Insulinkonzentrationen (28,4 µU/ml ± 8,75) 240 Minuten
nach Ende der Insulininfusion auf, als die Tiere der klinisch gesunden Gruppen in der
4. Ergebnisse Seite 133
zweiten bis dritten Laktationswoche mit und ohne Labmagenoperation (15,1 µU/ml ±
1,7 und 16,4 µU/ml ± 6,26) und als die Tiere mit bestehender Labmagenverlagerung
(11,2 µU/ml ± 4,12). Zu den Tieren der gesunden, trockenstehenden Gruppe (21,0
µU/ml ± 4,67), der gesunden Gruppe in der vierten bis zehnten Laktationswoche
(22,2 µU/ml ± 8,95) und der leberverfetteten Gruppe mit Ketose (20,8 µU/ml ±
3,06) ließ sich kein Unterschied feststellen.
Seite 134 4. Ergebnisse
Versuchstiergruppen
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Rat
enko
nsta
nte
k [
min
-1 ]
der
Insu
linel
imin
atio
n
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
0,035
0,040
0,045 klinisch gesundtrockenstehend(N=5)
klinisch gesundlaktierend(4. - 10. LW)(N=5)
Leberverfettungund Ketosenach LMV-OPlaktierend(2./3. LW)(N=4)
Leberverfettungnach LMV-OPlaktierend(2./3. LW)(N=6)
klinisch gesundnach LMV-OPlaktierend(2./3. LW)(N=4)
a
a
vor LMV-OPlaktierend(2./3. LW)(N=4)
klinisch gesundlaktierend(2./3. LW)(N=4)
a
a
aa
a
Abb. 7: Ratenkonstante k der Insulinelimination (Mittelwerte ± SD)
LMV-OP: Operation der linksseitigen Labmagenverlagerung nach
DIRKSEN (1967), LW: Laktationswoche
4. Ergebnisse Seite 135
4.3.1. Biologische Wirkung des Insulins auf den Glucosestoffwechsel
Die maximale Antwort des Glucosestoffwechsels auf das von extern zugeführte
Insulin spiegelt sich in der maximalen steady-state Glucoseinfusionsrate wieder
(4.2.1. SSGIR). Die dabei erreichten Plasma-Insulinkonzentrationen waren
unterschiedlich (4.2.2. SSIK) (Abb. 3).
Die berechnete maximal Insulin-stimulierbare Glucoseutilisation der gesunden,
trockenstehenden Tiere (29,2 µmol/kg/min ± 4,1) lag signifikant niedriger als die der
gesunden, laktierenden Tiere in der vierten bis zehnten Laktationswoche (40,3
µmol/kg/min ± 8,6) (Abb. 8). Der maximale Glucoseverbrauch der Tiere in den
gesunden, laktierenden Gruppen der zweiten bis dritten Laktationswoche ohne und
mit Labmagenoperation (35,2 µmol/kg/min ± 9,3 und 34,5 µmol/kg/min ± 1,9)
unterschied sich nicht signifikant von dem Glucoseverbrauch der Tiere in den beiden
anderen, gesunden Gruppen. Die Tiere der leberverfetteten Gruppen ohne und mit
Ketose und der Gruppe mit bestehender Labmagenverlagerung wiesen einen
signifikant niedrigeren berechneten Glucoseverbrauch (21,9 - 13,6 µmol/kg/min) auf,
als die Tiere der gesunden, trockenstehenden und laktierenden Gruppen (29,2 - 40,3
µmol/kg/min).
Die Insulinkonzentration, bei der die halbmaximale Wirkung erreicht wurde,
unterschied sich zwischen den gesunden, trockenstehenden Tieren (50,7 µU/ml ±
22,6) und den gesunden, laktierenden Tiere in der vierten bis zehnten
Laktationswoche (46,9 µU/ml ± 14,1) nicht. Die Insulinkonzentrationen der Tiere in
den gesunden, laktierenden Gruppen der zweiten bis dritten Laktationswoche ohne
und mit Labmagenoperation lagen mit 25,7 µU/ml ± 9,2 bzw. 32,1 µU/ml ± 13,9
tendenziell niedriger als bei den Tieren der gesunden, trockenstehenden und später
laktierenden Gruppen (50,7 und 46,9 µmol/kg/min). Im t-Test waren die
Insulinkonzentrationen der gesunden Tiere der zweiten bis dritten Lakatationswoche
signifikant niedriger als die der Tiere in der vierten bis zehnten Lakationswoche (p =
0,037). Die halbmaximale Insulinkonzentration der leberverfetteten Tiere schien mit
Seite 136 4. Ergebnisse
65,1 µU/ml ± 26,5 über der Insulinkonzentration aller anderen Tiergruppen zu
liegen, die der leberverfetteten Tiere mit Ketose war tendenziell am niedrigsten (27,4
µU/ml ± 10,4). Für die leberverfetteten Tiere mit Ketose ergaben sich im t-Test
signifikant niedrigere halbmaximale Insulinkonzentrationen als für die
leberverfetteten Tiere (p = 0,028). Die Tiere mit bestehender Labmagenverlagerung
schienen mit einer halbmaximalen Insulinkonzentration von 54,8 µU/ml ± 32,7
vergleichbar mit den klinisch gesunden, trockenstehenden Tieren und den Tieren in
der vierten bis zehnten Laktationswoche zu sein.
Insgesamt konnte für die Insulinkonzentration, mit der die halbmaximale Wirkung
erzielt wurde, bei Vergleich der Tiere in allen Gruppen, kein statistisch signifikanter
Unterschied nachgewiesen werden (Tab. 12).
Die Insulinkonzentrationen, bei denen die halbmaximalen Effekte des Insulins
erreicht wurden, korrelierten signifikant mit den basalen Insulinwerten. Je höher die
basalen Insulinkonzentrationen desto höher waren die Insulinkonzentrationen, bei
denen das Insulin seine halbmaximale Wirkung erzielte; r = 0,64 für die gesunden,
laktierenden Tiere; r = 0,75 für die kranken, leberveränderten Tiere mit
Irrtumswahrscheinlichkeiten von p = 0,0188 und 0,0019 (Abb. 9).
4. Ergebnisse Seite 137
Tab. 12: Theoretische maximale und halbmaximale Glucoseutilisation
[µmol/kg/min] und km-Werte [µU/ml] der Tiere in den Gruppen
(Mittelwerte ± SD).
Unterschiedliche Buchstaben einer Zeile kennzeichnen signifikante
Unterschiede (p < 0,05).
LW: Laktationswochen, LMV-OP: Operation einer linksseitigen
Labmagenverlagerung nach DIRKSEN (1967)
klinisch gesund
trocken -stehend
klinisch gesund
lakt. (2./3. LW)
klinischgesund
lakt. (2./3. LW)LMV-OP
klinisch gesund
lakt. (4.-10. LW)
Leber-verfettung
lakt. LMV-OP
(2./3. LW)
Leber-verfettung
Ketose lakt.
LMV-OP (2./3. LW)
vor LMV-OP
lakt. (2./3. LW)
N 5 4 4 5 6 4 4 maximale Insulin-stimulierbare Glucose -utilisation [µmol/kg/min]
29,2 a ± 4,1
35,2 ab ± 9,3
34,5 ab ± 1,9
40,3 b ± 8,6
21,9 c ± 2,8
13,6 c ± 3,5
18,8 c ± 2,2
halbmaximale Glucose-utilisation (max/2) [µmol/kg/min]
14,6 a ± 2,1
17,6 ab ± 4,6
17,3 ab ± 0,9
20,1 b ± 4,3
10,9 c ± 1,4
6,8 c ± 1,8
9,4 c ± 1,1
Insulin- konzentration, bei der der halbmaximale Effekt erreicht wird (km) [µU/ml]
50,7 a ± 22,6
25,7 a ± 9,2
32,1 a ± 13,9
46,9 a ± 14,1
65,1 a ± 26,5
27,4 a ± 10,5
54,8 a ± 32,7
Seite 138 4. Ergebnisse
Versuchstiergruppen
0 1 2 3 4 5 6 7 8
max
imal
er E
ffek
t de
s In
sulin
s(G
luco
seve
rbra
uch
[ µm
ol/k
g/m
in ]
)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55 klinisch gesundtrockenstehend(N=5)
klinisch gesundlaktierend(4. - 10. LW) (N=5)
Leberverfettungund Ketosenach LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=4)
Leberverfettungnach LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=6)
klinisch gesundnach LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=4)
vor LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=4)
klinisch gesundlaktierend(2./3. LW) (N=4)
ab
c
aba
c
c
b
Abb. 8: Maximaler Effekt des Insulins auf den Glucosestoffwechsel, dargestellt
als SSGIR [µmol/kg/min] (Mittelwerte ± SD).
Unterschiedliche Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede (p
< 0,05). LMV-OP: Operation der linksseitigen Labmagenverlagerung
nach DIRKSEN (1967), LW: Laktationswoche.
4. Ergebnisse Seite 139
Basale Insulinkonzentration [ µU/ml ]
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718
k m-W
erte
[ µ
U/m
l ]
0102030405060708090
100110120130140150
klinisch gesundlaktierend(4. - 10. LW) (N=5)
Leberverfettungund Ketosenach LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=4)
Leberverfettungnach LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=6)
klinisch gesundnach LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=4)
vor LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=4)
klinisch gesundlaktierend(2./3. LW) (N=4)
Abb. 9: Positive Korrelation zwischen der basalen Insulinkonzentration [µU/ml]
und der Insulinkonzentration, bei der die halbmaximale Insulinwirkung
erreicht wurde (km-Wert); r = 0,64 bzw. 0,75, p = 0,0188 bzw. 0,0019,
y = 3,2 . x + 20,5 und y = 5,1 . x + 9,2.
Mittelwerte der einzelnen Tiere der gesunden, laktierenden und der
kranken Gruppen, die farblich verschieden dargestellt wurden.
4.3.2. Biologische Wirkung des Insulins auf den Fettstoffwechsel
Alle klinisch gesunden Tiere, unabhängig vom Laktationsstadium (38,8 - 83,6
mmol/l), unterschieden sich nicht voneinander. Die absoluten NEFA-Konzentrationen
der leberverfetteten Tiere (179,1 mmol/l ± 45,5) lagen signifikant höher als die der
gesunden, trockenstehenden Tiere (38,8 mmol/l ± 10,7) (Abb. 4, Tab. 13). Die
gesunden Tiere wiesen signifikant niedrigere NEFA-Konzentrationen auf als die Tiere
Seite 140 4. Ergebnisse
mit bestehender Labmagenverlagerung (226,5 mmol/l ± 109,0), die sich nicht von
den Konzentrationen der leberverfetteten Tiere unterschieden.
Die mittleren Konzentrationen der NEFA der leberverfetteten Tiere mit Ketose (551,6
mmol/l ± 145,1) lagen signifikant höher als die Konzentrationen aller anderen Tiere.
Tab. 13: Maximale und halbmaximale absolute NEFA-Konzentrationen [µmol/l],
km-Werte [µU/ml] und Ratenkonstanten (k) der Tiere in den Gruppen
(Mittelwerte ± SD)
Unterschiedliche Buchstaben einer Zeile kennzeichen signifikante
Unterschiede (p < 0,05).
LW: Laktationswochen, LMV-OP: Operation einer linksseitigen
Labmagenverlagerung nach DIRKSEN (1967)
klinisch gesund
trocken -stehend
klinisch gesund
lakt. (2./3. LW)
klinischgesund
lakt. (2./3. LW)LMV-OP
klinisch gesund
lakt. (4.-10. LW)
Leber-verfettung
lakt. LMV-OP
(2./3. LW)
Leber-verfettung
Ketose lakt.
LMV-OP (2./3. LW)
vor LMV-OP
lakt. (2./3. LW)
N 5 4 4 5 6 4 4 maximale NEFA-Konzentration [µmol/l] (MW aus 3., 4. und 5. IIP)
38,8 a ± 10,7
81,8 ab ± 23,6
83,6 ab ± 33,4
69,9 ab
± 37,6 179 bc ± 45,5
552 d ± 145
227 c ± 109
halbmaximale NEFA-Konzentration [µmol/l]
215 a ± 103
466 ab ± 292
442 ab ± 169
481 ab ± 199
641 b ± 150
1103 c ± 237
548 ab ± 186
km-NEFA [µU/ml]
13,6 ab ± 3,6
5,3 a ± 4,2
13,4 ab ± 10,2
14,0 ab ± 6,3
20,2 ab ± 8,5
8,5 ab ± 3,5
24,9 b
± 16,0 Ratenkonstante der NEFA-Elimination (kNEFA-Wert)
0,096 a ± 0,052
0,260 a ± 0,206
0,083 a ± 0,040
0,191 a ± 0,135
0,083 a ± 0,044
0,256 a ± 0,167
0,064a ± 0,050
4. Ergebnisse Seite 141
Die relativen NEFA-Konzentrationen am Ende der Insulininfusionsperiode (Abb. 5;
Tab. 14) ergaben signifikant niedrigere Konzentrationen der leberverfetteten Kühe
mit Ketose (31,1 % ± 4,0) und der Kühe mit bestehender Labmagenverlagerung
(28,6 % ± 13,3) im Vergleich zu den Kühen aller anderen Gruppen (7,8 % - 17,5
%), die sich nicht voneinander unterschieden. Der halbmaximale Insulin-
stimulierbare NEFA-Abfall lag ebenfalls bei den leberverfetteten Tieren mit Ketose
(66,5 % ± 1,9) und den labmagenverlagerten Tieren (64,3 % ± 6,6) deutlich über
den relativen Konzentrationen der Tiere in allen anderen Gruppen (53,9 % - 58,6
%), die sich nicht unterschieden. Die Insulinkonzentrationen (km-NEFA), die nötig
waren, um den halbmaximalen Effekt von Insulin auf die Lipolyse zu erreichen,
unterschieden sich nicht signifikant zwischen den Tieren aller Gruppen. Die mittlere
Ratenkonstante des NEFA-Abfalls (kNEFA-Wert) während der Insulininfusionen war bei
den Kühen in allen Gruppen gleich.
Seite 142 4. Ergebnisse
Tab. 14: Maximale und halbmaximale relative NEFA-Konzentrationen [%], km-
Werte [µU/ml] und Ratenkonstanten (k) der Tiere in den Gruppen
(Mittelwerte ± SD)
Unterschiedliche Buchstaben einer Zeile kennzeichnen signifikante
Unterschiede (p < 0,05).
LW: Laktationswochen, LMV-OP: Operation einer linksseitigen
Labmagenverlagerung nach DIRKSEN (1967)
klinisch gesund
trocken -stehend
klinischgesund
lakt. (2./3. LW)
klinischgesund
lakt. (2./3. LW)LMV-OP
klinisch gesund
lakt. (4.-10. LW)
Leber-verfettung
lakt. LMV-OP
(2./3. LW)
Leber-verfettung
Ketose lakt.
LMV-OP (2./3. LW)
vor LMV-OP
lakt. (2./3. LW)
N 5 4 4 5 6 4 4 maximale relative NEFA-Konzentration [%] (MW aus 3., 4. und 5. IIP)
11,5 a ± 5,7
11,3 a ± 3,1
13,3 a ± 5,0
7,8 a ± 1,9
17,5 a ± 5,5
33,1 b ± 4,0
28,6 b ± 13,3
halbmaximale relative NEFA-Konzentration [%]
55,8 a ± 2,8
55,7 a ± 1,5
56,7 a ± 2,5
53,9 a ± 1,0
58,6 a ± 2,8
66,5 b ± 1,9
64,3 b ± 6,6
km-NEFA-% [µU/ml]
18,5 a ± 6,7
16,6 a ± 11,0
27,1 a ± 31,6
16,6 a ± 8,2
26,7 a ± 5,6
9,0 a ± 2,7
26,6 a ± 14,0
Ratenkonstante der NEFA-Elimination (kNEFA-Wert)
0,0909 a ± 0,057
0,1613 a
± 0,2010,0650 a
± 0,0380,1420 a
± 0,105 0,0479 a
± 0,0130,2566 a ± 0,167
0,057 a ± 0,049
4. Ergebnisse Seite 143
4.4. Korrelationen einiger Parameter klinisch gesunder und kranker
Kühe
Für einige der Selektionskriterien, basale Laborparameter und Ergebnisse des HECs
wurden Korrelationen berechnet (Tab. 15). Es wurden die klinisch gesunden,
laktierenden Kühe und die kranken Kühe, die an Leberverfettung, Ketose und
Labmagenverlagerung litten, zu je einer Gruppe zusammengefasst. So können die
Beziehungen der Parameter zueinander zwischen gesundem und krankem Stadium
unterschieden werden.
Tab. 15: Korrelationen einiger Parameter nach Pearson, Angabe des Korrelationskoeffizienten r und der
Irrtumswahrscheinlichkeit p (p < 0,05 > 0,01 = *; p < 0,01 > 0,001 = **; p < 0,001 = ***).
Schwarze Diagonale trennt: unten links = klinisch gesunde, laktierende Tiere (N=13); oben rechts = kranke
Tiere (N=14), Grün unterlegte Zellen: positive Korrelation der Parameter, rot unterlegt: negative
Korrelationen, IP: Infusionsperiode, km: Insulinkonzentration der halbmaximalen SSGIR, p. p.: post partum
BCS KGW Tage p. p.
TGL ß-HBbas.
Glu. bas.
Ins.bas.
NEFAbas.
SSGIR (5. IP)
km SSIK(5. IP)
Ins. -elim.(k)
NEFAabs.
(5. IP)
NEFA-Abfall[%]
GB Chol AST
BCS 0,623 0,017
*
-0,115 0,696
0,2270,435
0,4960,071
-0,228 0,434
0,3120,278
0,360 0,206
-0,143 0,627
0,0110,970
0,081 0,783
-0,2150,460
0,353 0,215
-0,0620,834
-0,1120,703
-0,3180,269
-0,239 0,410
KGW 0,6680,013
* -0,171
0,559 -0,1380,638
0,4700,090
-0,211 0,470
-0,2960,305
0,183 0,531
-0,338 0,238
-0,2090,474
-0,3490,221
0,0520,861
0,5330,049
*
-0,4860,078
-0,1410,630
-0,4230,136
-0,157 0,592
Tage p. p.
-0,6110,027
*
-0,333 0,267
0,5470,043
*
-0,4100,146
0,169 0,564
0,3880,170
-0,0670,819
0,385 0,174
0,2110,469
0,185 0,526
-0,0520,861
-0,4060,150
0,3900,168
0,3450,227
-0,1390,636
0,002 0,994
TGL 0,7030,007
**
0,651 0,016
-0,543 0,055 -0,017
0,953-0,307 0,286
0,1880,521
0,5340,049
*
0,101 0,731
-0,1510,607
0,210 0,472
-0,7090,005
**
-0,0100,972
0,4650,094
0,5950,025
*
-0,1340,647
0,414 0,141
ß-HB bas.
0,2190,472
0,042 0,891
-0,109 0,723
0,3280,274
-0,7986,3*10-4
***
-0,4230,131
0,523 0,055
-0,802 5,6*10-4
***
-0,5290,052
-0,0560,849
-0,1800,538
0,8371,9*10-4
***
-0,6070,021
*
-0,1880,520
0,1420,627
0,354 0,214
Glu. bas.
0,1510,623
-0,101 0,743
0,319 0,288
-0,3990,177
-0,1260,681 0,502
0,068
-0,6820,007
**
0,711 0,004
**
0,6930,00**
0,048 0,871
0,3380,237
-0,7050,005
**
0,2690,352
-0,0570,847
-0,2180,455
-0,572 0,037
*
Ins. bas.
-0,3240,281
-0,591 0,033
*
0,532 0,061
-0,3860,192
-0,0590,849
0,348 0,244 -0,212
0,466
0,579 0,030
*
0,7520,002
**
0,436 0,119
0,0620,834
-0,5040,066
0,4570,101
0,1350,645
-0,0850,774
-0,427 0,128
Seite 144
4. Ergebnisse
BCS KGW Tage p. p.
TGL ß-HBbas.
Glu. bas.
Ins.bas.
NEFAbas.
SSGIR (5. IP)
km SSIK(5. IP)
Ins. -elim.(k)
NEFAabs.
(5. IP)
NEFA-Abfall[%]
GB Chol AST
NEFA bas.
0,5170,070
0,555 0,049
*
-0,032 0,917
0,6090,027
*
0,3760,205
-0,161 0,598
-0,1940,524
-0,562 0,036
*
-0,4910,075
0,031 0,917
-0,3860,173
0,6570,011
*
0,0770,793
0,4360,119
-0,0300,918
0,559 0,037
*
SSGIR (5. IP)
-0,6830,010
*
-0,532 0,062
0,377 0,204
-0,5900,034
*
-0,3220,283
0,012 0,690
0,4080,166
-0,7580,003
**
0,6360,015
*
0,155 0,596
0,0390,893
-0,8971,4*10-5
***
0,5700,033
*
-0,0350,906
-0,0990,738
-0,494 0,073
km -0,6620,014
*
-0,620 0,023
*
0,600 0,030
*
-0,5780,039
*
-0,2040,504
-0,030 0,921
0,6390,019
*
-0,3960,180
0,622 0,023
* 0,263
0,363 0,2970,303
-0,5180,058
0,1530,602
0,1360,644
0,0390,894
-0,340 0,234
SSIK (5. IP)
0,4180,155
0,637 0,019
*
-0,262 0,387
0,7020,008
**
0,2550,401
-0,311 0,300
-0,4890,090
0,361 0,226
-0,421 0,152
-0,5360,059 -0,053
0,856-0,1260,668
0,2500,388
0,3790,182
0,7110,004
*
0,243 0,402
Ins.- elim. (k)
-0,2890,338
-0,573 0,041
*
-0,136 0,657
-0,4820,096
-0,2980,323
-0,027 0,930
0,2200,470
-0,3740,208
0,142 0,644
0,4800,097
-0,6050,029
* -0,210
0,472 -0,0770,792
-0,3360,240
0,1880,520
-0,257 0,375
NEFA abs. (5. IP)
0,6920,009
**
0,653 0,016
*
-0,377 0,204
0,6370,019
*
0,4460,127
-0,059 0,848
-0,5670,043
*
0,681 0,010
*
-0,913 1,4*10-4
***
-0,7020,008
**
0,494 0,087
-0,3360,261
-0,6540,011
*
0,1370,640
-0,0080,978
0,435 0,120
NEFA-Abfall [%]
-0,2820,350
-0,062 0,840
0,549 0,052
-0,1360,658
-0,0960,754
-0,041 0,895
0,4680,107
0,426 0,146
0,126 0,682
0,3910,187
-0,1420,643
-0,0080,980
-0,3110,301 0,180
0,537-0,0170,954
-0,134 0,648
GB 0,2230,464
0,330 0,270
0,222 0,467
0,3030,314
-0,0170,955
-0,045 0,885
0,0980,749
0,571 0,042
*
-0,210 0,492
0,1390,651
-0,1410,647
-0,1790,558
0,255 0,401
0,4390,133 0,152
0,604
0,647 0,012
*
Chol -0,3330,266
0,151 0,622
0,619 0,024
*
0,8120,792
-0,0120,969
-0,198 0,516
0,0810,793
0,327 0,275
0,086 0,780
0,2360,437
0,343 0,251
-0,4410,131
-0,1090,723
0,5300,062
0,1440,640 0,512
0,061
AST 0,1090,724
0,243 0,423
0,149 0,628
0,4530,120
0,4920,088
-0,273 0,367
-0,2980,323
0,657 0,015
*
-0,607 0,028
**
-0,1660,588
0,430 0,143
-0,2370,435
0,661 0,014
*
0,0770,802
0,3100,302
0,4430,129
4. Ergebnisse
Seite 145
Seite 146 5. Diskussion
5. Diskussion
Gegenstand der vorliegenden Arbeit war es, mit hyperinsulinämischen,
euglycämischen Clamps (HECs) die Insulinresistenz von Milchkühen näher zu
charakterisieren. Hierzu wurde die periphere Insulin-Response und -Sensitivität des
Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsels auf Infusionen von ansteigenden Insulindosen
geprüft. Zunächst sollten die Ergebnisse klinisch gesunder Kühe in Abhängigkeit vom
Reproduktionsstadium verglichen werden. Entsprechend wurden Gruppen mit
trockenstehenden und laktierenden Kühen in unterschiedlichen Laktationsstadien
gebildet. Zusätzlich sollten die Einflüsse von Leberverfettung, Ketose und linksseitiger
Labmagenverlagerung (LMV) auf die Insulinresistenz untersucht werden. Dazu
wurden die Versuche an leberverfetteten Kühen mit und ohne Ketose, sowie an
Kühen mit bestehender Labmagenverlagerung durchgeführt.
5.1. Diskussion der Methodik
5.1.1. Versuchstiere
Versuchsergebnisse tierexperimenteller Studien lassen sich um so präziser
auswerten, je homogener das Tiermaterial ist und je größer die Gruppen sind. Die
Selektionskriterien für die Auswahl von Probanden mussten in dieser Studie teilweise
unter Berücksichtigung der Verfügbarkeit von Versuchstieren aufgestellt werden. Als
Vergleichsgruppe wären klinisch gesunde, nicht laktierende, nicht tragende Tiere
wünschenswert gewesen, da sich durch Trächtigkeit und Laktation der hormonelle
Status ändert und daher ein Einfluss auf die Insulinresistenz zu erwarten ist.
Allerdings ist für multipare Milchkühe ein nicht trächtiger, nicht laktierender Zustand
sehr selten. Für alle klinisch gesunden Kühe galt, dass sie einmal gekalbt haben
mussten, da sich der Insulinstatus zwischen Färsen und Kühen erheblich
unterscheidet (McCLARY et al. 1988). Für die Interpretation der Ergebnisse wären
5. Diskussion Seite 147
sicherlich größere Tierzahlen in den Gruppen vorteilhaft gewesen, aber aufgrund der
umfangreichen Versuche und der hohen finanziellen Aufwendungen musste die
Anzahl der Tiere begrenzt werden.
5.1.1.1. Trächtigkeitsdauer und Laktationsstadium
Die Trockenstehperiode wird entsprechend des metabolischen und
endokrinologischen Status der Kühe in die “far-off period” (acht bis drei Wochen ante
partum) und die “close-up period” (drei Wochen ante partum bis zur Abkalbung)
eingeteilt (DRACKLEY 1999). Diese Einteilung ergibt sich aus dem unterschiedlichen
Nährstoffbedarf des Föten und berücksichtigt besonders die rasante
Gewichtsentwicklung in den letzten Wochen vor Geburt. In dieser Studie lagen die
Tiere der trockenstehenden Gruppe mit 15 bis 36 Tagen a. p. zwischen beiden
Perioden. Dennoch kann von einem einheitlichen metabolischen Status der
Versuchstiere ausgegangen werden, da eine signifikante Änderung der
Konzentrationen von Glucose, NEFA und ß-HB erst ab der zweiten Woche bis zur
Geburt zu erwarten ist (GIESECKE 1987).
Die Übergangsperiode (“transition period”, GRUMMER 1995; DRACKLEY 1999) drei
Wochen a. p. bis drei Wochen p. p., ist für Milchkühe besonders kritisch. In dieser
Zeit erfolgen erhebliche metabolische und endokrinologische Umstellungen, speziell
im Hinblick auf den Lipidstoffwechsel. Entsprechend befanden sich auch in dieser
Studie die Tiere mit Ketose und/oder Leberverfettung, mit bestehender
Labmagenverlagerung und die klinisch gesunden Tiere nach Labmagenverlagerung in
den ersten drei Wochen der Frühlaktation. Zum Vergleich dazu wurden klinisch
gesunde Tiere in den ersten drei Wochen der Frühlaktation herangezogen. Um
Unterschiede der Insulinresistenz zwischen klinisch gesunden Kühen in
unterschiedlichen Abschnitten der Frühlaktation zu prüfen, wurden klinisch gesunde
Tiere in der 4. - 10. Laktationswoche (LW) untersucht. Es wäre wünschenswert
gewesen, Kühe aus einem noch engeren Intervall der Laktation zu beproben (z. B.
Seite 148 5. Diskussion
nur 8. - 10. LW); dies war jedoch aufgrund der ungenügenden Verfügbarkeit von
Probanden nicht möglich.
5.1.1.2. Milchleistung
Für die klinisch gesunden, laktierenden Tiere ohne Operation einer
Labmagenverlagerung wurde eine Milchleistung von mehr als 25 l pro Tag gefordert,
da zwischen Milchleistung und Insulingehalt im Plasma eine gesicherte reziproke
Beziehung besteht (WALSH et al. 1980). Durch die Auswahl von hochleistenden
Tieren innerhalb eines Laktationsstadiums sollten leistungsbedingte Unterschiede der
Insulinresistenz vermieden werden.
5.1.1.3. Ernährungszustand
Signifikante Unterschiede des Body condition score (BCS) waren zwischen den
trockenstehenden und den laktierenden Tieren in der 4. - 10. Laktationswoche
nachweisbar, während der BCS der laktierenden Tiere in der 2./3. Woche dem der
trockenstehenden Tiere entsprach. Der BCS der leberverfetteten Tiere mit und ohne
Ketose lag über dem der klinisch gesunden, laktierenden Tiere. Zahlreiche
Untersuchungen an verschiedenen Spezies haben gezeigt, dass Adipositas mit
Insulinresistenz einhergeht (RIZZA et al. 1981), dies wurde auch für Wiederkäuer
nachgewiesen (McCANN et al. 1986). Es scheint auch bei adipösen Kühen im
Vergleich zu normalgewichtigen Tieren zu Tendenzen einer größeren Insulinresistenz,
höheren Insulin- und Glucosespiegeln zu geben (GIESECKE 1987). Andererseits ist
eine Abnahme des BCS in der Frühlaktation um 0,5 - 1,0 im Zusammenhang mit der
Mobilisierung von Körperreserven für die Milchproduktion typisch für
Hochleistungskühe (STUDER 1998). Damit erlauben die Versuchsergebnisse der
eigenen Studie Rückschlüsse auf die in der Praxis typischen Gegebenheiten.
5. Diskussion Seite 149
5.1.2. Terminologie
Der Terminus “klinisch gesund” bei trockenstehenden und laktierenden Tieren wurde
gewählt, obwohl einige Tiere unter Lahmheiten litten oder einige Tage vor dem HEC
aufgrund einer Labmagenverlagerung operiert worden waren. Die Bezeichnung
erscheint dennoch korrekt, da die Lahmheiten stets geringgradig waren (es handelte
sich überwiegend um Tiere, die etwa 2 Wochen nach einer initialen Therapie für
einen Verbandswechsel in die Klinik eingeliefert wurden) und die Tiere frühestens
drei Tage nach der Labmagenoperation untersucht wurden. So zeigten
Untersuchungen der Auswirkungen der operativen Reposition der linksseitigen
Labmagenverlagerung nach DIRKSEN (1967) auf den Energiestoffwechsel bei
Milchkühen, dass die Operation einen signifikanten Anstieg von Cortisol, Glucose,
NEFA und Lactat im Blut hervorruft (MUDRON et al. 1994). Diese für eine
Stresssituation typischen Veränderungen waren 24 h nach der Operation jedoch nicht
mehr nachweisbar. Demnach stellt die operative Reposition einer
Labmagenverlagerung eine komplexe, aber nur kurzfristige metabolische Belastung
für die Milchkuh dar (MUDRON et al. 1994), so dass drei Tage nach Operation keine
Auswirkungen auf die Insulinresistenz zu erwarten waren. So waren die Ergebnisse
der gesunden, laktierenden Kühe in der 2./3. Laktationswoche, ohne und nach
Labmagenoperation, nicht unterschiedlich und bestätigten diese Vermutung. Zudem
zeigten alle Tiere ein ungestörtes Allgemeinbefinden und eine unbeeinträchtigte
Futteraufnahme.
Der Terminus “Leberverfettung” wurde gewählt, obwohl eine geringgradige
Leberverfettung auch bei einigen der klinisch gesunden, laktierenden Tiere
nachweisbar war (Tab. 6). Demnach handelt es sich nicht um eine quantitative,
sondern um eine qualitative Aussage, die zum Ausdruck bringen soll, dass der Grad
der Leberverfettung der leberverfetteten Tiere signifikant erhöht war gegenüber den
klinisch gesunden, laktierenden Tieren. Zusätzlich war bei den leberverfetteten
Tieren das Allgemeinbefinden gestört und die Futteraufnahme vermindert.
Seite 150 5. Diskussion
5.1.3. Durchführung der Versuche
Alle Kühe wurden leistungsgerecht gefüttert. Am Morgen des Versuchstages wurde
jedoch kein Kraftfutter angeboten, um eine konsekutive Beeinflussung der
Glucosehomöostase zu vermeiden. Über den Einfluss einer Hungerperiode liegen
unterschiedliche Angaben vor: die periphere Insulin-Response ist bei gefütterten
Wiederkäuern höher als bei Tieren, die über 24 h hungerten (HAY et al. 1988 b) und
bei kraftfutterreicher Fütterung höher als bei rohfaserreicher Fütterung (SANO et al.
1992); kein Einfluss der Fütterung auf die Insulin-Response im Hinblick auf die SSGIR
wurde hingegen bei Insulin-Infusionsraten von 6 mU/kg/min beschrieben (JANES et
al. 1985 b). Die Versuchstiere in dieser Studie konnten vor und während der
Versuche Raufutter aufnehmen. Infolge der langsameren mikrobiellen Verdauung
von Raufutter waren unmittelbare Auswirkungen auf die Glucosehomöostase so nicht
zu erwarten. Dieses Vorgehen erscheint als tragbarer Kompromiss zwischen
absolutem Hungern und normaler Fütterung.
Die Tiere wurden am Vortag der Versuche katheterisiert, die Leberbiopsie
entnommen und in den Versuchsstall verbracht, um eine ausreichende Beruhigungs-
und Gewöhnungsphase zu sichern. Während der Versuche wurde jegliche physische
und psychische Erregung der Tiere - soweit möglich - vermieden, um die Ergebnisse
nicht durch Stress und eine resultierende erhöhte sympatico-adrenerge Aktivität zu
verfälschen.
5.1.3.1. Hyperinsulinämischer, euglycämischer Clamp
Die Versuchstiere wurden kontinuierlich über je zwei Stunden aufeinanderfolgend mit
fünf ansteigenden Konzentrationen bovinen Insulins intravenös infundiert.
Die Reaktion auf das infundierte Insulin war an der Glucoseinfusionsrate in der
jeweiligen Insulininfusionsphase ablesbar. Nach Durchführung erster Vorversuche
zeigte sich anhand der Glucoseinfusionsraten in den jeweiligen
5. Diskussion Seite 151
Insulininfusionsphasen, dass die zunächst vorgesehenen Insulininfusionsraten von
0,5, 2, 5 und 10 mU/kg KGW/min nicht ausreichend waren. Bei der niedrigsten
Insulinkonzentration war die Glucoseinfusionsrate mit 11,5 ± 6,8 mmol/kg/min (N =
4) schon so hoch, dass die Gefahr bestand, geringe biologische Insulinwirkungen
nicht genau erfassen zu können. Daraufhin wurden weitere Vorversuche (N = 3) mit
Insulininfusionsraten von 0,05, 0,1 und 0,2 mU/kg/min durchgeführt, um die
niedrigste sinnvolle Insulininfusionsrate festzulegen. Um diese Versuche mit den
vorangegangenen vergleichen zu können, schloss sich eine Infusionsphase mit einer
Insulinrate von 0,5 mU/kg/min an. Anhand dieser Ergebnisse wurden für die
weiteren Versuche Insulininfusionsraten mit 0,1, 0,5, 2, 5 und 10 mU/kg/min für
jeweils zwei Stunden festgelegt. In den höchsten Insulininfusionsraten sollten die
maximalen Effekte von Insulin auf den Glucosestoffwechsel und die Lipolyse erreicht
werden. Da bekannt ist, dass beim Wiederkäuer Insulininfusionsraten von
mindestens 6 mU/kg/min notwendig sind, um die endogene Glucoseproduktion (EGP)
vollständig zu unterdrücken (JANES et al. 1985 b; BLUM et al. 1999 ), wurde eine
Infusionsrate von 5 mU/kg/min gewählt, bei der zu erwarten war, dass die EGP noch
nicht vollständig unterdrückt wurde und eine Infusionsrate von 10 mU/kg/min, bei
der von einer vollständigen Suppression der hepatischen Gluconeogenese
auszugehen war (BLUM et al. 1999).
Auf eine initiale Bolusinjektion in der ersten Minute und eine in den folgenden neun
Minuten logarithmisch abfallende Insulininjektion bis zur konstanten Infusionsdosis
wurde in dieser Untersuchung verzichtet (DeFRONZO et al. 1979; JANES et al. 1985
b). Der Plasma-Insulin-Anstieg war nicht so steil wie in Studien mit Initialdosis (SANO
et al. 1991; BLUM et al. 1999), aber die steady-state Insulinkonzentration wurde in
der ausreichend langen Versuchsperiode spätestens nach 80 Minuten erreicht.
In diesen Untersuchungen wurde keine Tracer-markierte Glucose eingesetzt, die zur
detaillierten Untersuchung des Glucosestoffwechsels und der Glucosekinetik sicherlich
wünschenswert gewesen wäre. Der Einsatz markierter Glucose wurde angesichts der
Seite 152 5. Diskussion
benötigten Mengen, der zeitlichen Dauer der Untersuchungen, der zusätzlich
benötigten räumlichen Einrichtungen und der geplanten weiteren Nutzung der Kühe
für nicht durchführbar erachtet.
Insgesamt ließen sich die Untersuchungen an allen Tieren ohne Zwischenfälle
durchführen und die Intervalle zwischen den Blutentnahmen erwiesen sich als
ausreichend.
5.1.3.2. Infusionslösungen
Zur Aufrechterhaltung der Euglycämie wurde den Tieren Glucoselösung (40 % w/v)
in Abhängigkeit vom Blutglucosespiegel infundiert. Dabei ist die hohe Osmolarität
(2220 mosm/l) der Glucoselösung zu berücksichtigen. Bei schneller intravenöser
Injektion stark hypertoner Lösungen (6800 mosm/l) resultiert eine durch die
Osmoläritätserhöhung induzierte, periphere Vasodilatation (GAZITUA et al. 1971) mit
systemischem Blutdruckabfall und eine vagal vermittelte Bradycardie (DEYRUP u.
WALCOTT 1948). Diese Auswirkungen sind bei Rindern nicht zu erwarten, wenn bei
einer Osmolarität der Lösung von 2400 mosm/l weniger als 4-5 ml/kg/min innerhalb
von 4 Minuten injiziert werden (CONSTABLE 1999). In den eigenen Untersuchungen
wurde eine derartig hohe Infusionsrate stets deutlich unterschritten. Bei
stichprobenmäßigen Untersuchungen wurden keine Auswirkungen der Infusion auf
das Herz-Kreislauf-System festgestellt.
5.1.3.3. Infusionsvolumen, Blutentnahmevolumen
Während des gesamten HECs und der sich anschließenden Kontrollperiode wurde
etwa 1 l Blut im Rahmen der Blutprobenentnahmen benötigt; angesichts eines
Gesamtblutvolumen von 30 - 40 l entspricht dies nur ca. 2 - 4 %. Das gesamte
Infusionsvolumen betrug maximal 4861 ml in 10 h, so dass eine gerichtete
Beeinflusssung der zu messenden Parameter nicht zu erwarten war.
5. Diskussion Seite 153
5.1.3.4. Methodik zur Ermittlung der Glucosekonzentration
Die Glucosekonzentrationen wurden im Vollblut innerhalb von 1 Minute nach der
Blutentnahme bestimmt. Das eingesetzte Gerät (Glucometer Dex®, Bayer,
Leverkusen) arbeitete bei guter Validität zuverlässig (3.3.1). Das Gerät erwies sich
auch in der Kleintiermedizin über einen weiten Messbereich (1,4 - 33 mmol/l) als gut
geeignet für Stichproben und Verlaufsuntersuchungen (WESS u. REUSCH 2000).
Im Rahmen eines Vorversuches wurden die Unterschiede zwischen der
Glucosekonzentration im Vollblut, Serum und Plasma geprüft (3.3.1.). Zwischen den
Mittelwerten der Ergebnisse aus den Serum- und Plasmamessungen war kein
Unterschied feststellbar. Dies lässt sich auf die schnelle Zentrifugation der Proben
nach Entnahme zurückführen, da bei verzögerter Zentrifugation die
Blutglucosekonzentration aufgrund des enzymatischen Abbaus binnen einer Stunde
um 7 % sinkt, so dass im Serum niedrigere Werte gemessen werden (KRAFT u.
DÜRR 1995). Der enzymatische Abbau kann nur bei Zugabe von Natriumfluorid als
Gerinnungshemmer weitgehend vermieden werden. Da Glucose nur extrazellulär im
Blut in messbaren Konzentrationen vorhanden ist, führt der Hämatokrit im Vollblut zu
einem Verdünnungseffekt und damit zu niedrigeren Glucosewerten im Vollblut als im
Plasma oder Serum. Die hier ermittelte Differenz von 1 mmol/l zwischen Vollblut- und
Serum- bzw. Plasma-Glucosekonzentrationen entspricht den bekannten Werten aus
der Literatur (KRAFT u. DÜRR 1995). Prinzipiell eignet sich Serum besser als Vollblut
für die exakte Bestimmung der Glucosekonzentration, da die Serumkonzentration
nicht wie Vollblut durch die Höhe des Hämatokrit beeinflusst wird. In der
durchgeführten Studie waren die Hämatokritwerte der Versuchstiere jedoch stets im
Normbereich und wurden durch die Versuchsdurchführung nicht beeinflusst. Zudem
war es für die Versuche notwendig, die Glucosekonzentration innerhalb von maximal
1 Minute zu bestimmen.
Seite 154 5. Diskussion
5.2. Diskussion der Ergebnisse
5.2.1. Basalwerte der trockenstehenden, laktierenden,
leberverfetteten, ketotischen und labmagenverlagerten Kühe
5.2.1.1. Basale Glucosekonzentration
Referenzwerte für Blutglucosekonzentrationen im Serum von Kühen werden mit 2,4 -
3,8 mmol/l angegeben (STÖBER u. GRÜNDER 1990; SCHOLZ 1990). Im Vergleich zu
Messungen im Serum oder Plasma liegen die Glucosekonzentrationen im Vollblut
niedriger (KRAFT u. DÜRR 1995). Entsprechend stimmen die hier gemessenen
basalen Konzentrationen mit Literaturangaben überein (HART et al. 1978; SARTIN et
al. 1985 b; FUHRMANN et al. 1989).
VEITINGER (1983), THEVIS (1983) und REINICKE (1993) beschrieben höhere basale
Glucosespiegel trockenstehender Kühe verglichen mit laktierenden Kühen. Bei
frühlaktierenden Kühen (5. bzw. 9. Laktationswoche; 3,62 mmol/l bzw. 3,60 mmol/l)
wurden im Vergleich zu spätlaktierenden Kühen (28. bzw. 19. Laktationswoche; 3,81
mmol/l bzw. 3,82 mmol/l) niedrigere basale Glucosekonzentrationen gemessen
(ROSE et al. 1996; BLUM et al. 1999). Unterschiede der Glucosekonzentration in
Abhängigkeit vom Reproduktions- und Laktationsstadium zeichnen sich auch in der
vorliegenden Studie tendenziell ab, waren aber aufgrund der geringen Tierzahl nicht
statistisch abzusichern.
Die insgesamt etwas niedrigeren Glucosekonzentrationen im Vergleich zu anderen
Untersuchungen (GIESECKE 1987; SANO et al. 1993; ROSE et al. 1996; BLUM et al.
1999) lassen sich eventuell durch den Kraftfutterentzug für 14 Stunden vor Messung
der basalen Glucosekonzentrationen erklären, denn in Hungerperioden sinkt die
Blutglucosekonzentration beim Wiederkäuer durch verminderte Substratverfügbarkeit
und resultierend reduzierte Gluconeogeneserate (SCHMIDT u. KEITH 1983). Die
5. Diskussion Seite 155
Kühe in den anderen Untersuchungen wurden dagegen beispielsweise durch
automatische Fütterung zwölfmal täglich (ROSE et al. 1996), 90 Minuten vor
Probenentnahme (SANO et al. 1993) oder zu den stallüblichen Futterzeiten
(GIESECKE 1987) mit Kraftfutter versorgt.
Bei leberverfetteten Kühen wurde im Vergleich zu klinisch gesunden Kontrolltieren
über geringere Glucosekonzentrationen im Serum berichtet (2,2 - 2,8 mmol/l;
STÖBER u. DIRKSEN 1981; REHAGE 1996). Bei Stressbelastung können die Werte
aber auch normal oder erhöht sein, solange noch ausreichend Leberglycogen
vorhanden ist (STÖBER u. DIRKSEN 1981). Bei Kühen mit manifester
Leberinsuffizienz ist eine Hyperglycämie bekannt (REHAGE 1996). In dieser Studie
unterschieden sich die Glucosekonzentrationen der leberverfetteten Kühe nicht von
denen der klinisch gesunden Kühe.
Bei ketotischen Kühen sind niedrige Serumglucosekonzentrationen häufig (HOVE
1978 b; BAIRD 1982; GIESECKE et al. 1983; VAN MEIRHAEGHE et al. 1988 b). Die in
dieser Untersuchung gefundenen signifikant niedrigeren Blutglucosekonzentrationen
der Kühe mit Leberverfettung und Ketose im Vergleich zu allen anderen Gruppen
bestätigen dies und lassen sich als Ausdruck der energetischen Unterversorgung und
Lipomobilisation werten.
Bei Tieren mit Labmagenverlagerung wurde häufig eine Hyperglycämie (DeCUPERE
et al. 1991; ITOH et al. 1998; MUYLLE et al. 1990) mit basalen
Glucosekonzentrationen nachgewiesen, die mehr als 1,5 mmol/l über den
Konzentrationen klinisch gesunder Tiere im gleichen Laktationsstadium lagen
(MUYLLE et al. 1990). Signifikante Unterschiede zwischen den
Glucosekonzentrationen der labmagenverlagerten Tiere (2,5 ± 0,5 mmol/l) im
Vergleich zu den klinisch gesunden Tieren im gleichen Laktationsstadium (2,1 ± 0,2
mmol/l) waren zwar in der vorliegenden Studie nicht nachweisbar; bei Betrachtung
der Einzeltiere fiel jedoch auf, dass nur ein labmagenverlagertes, ketotisches Tier
Seite 156 5. Diskussion
eine basale Glucosekonzentration von 1,7 mmol/l aufwies, während die anderen
Tiere mit 2,8; 2,8 und 2,6 mmol/l deutlich höhere Blutglucosekonzentrationen
hatten.
5.2.1.2. Basale Insulinkonzentration
Bei jungen Fleischrindern wurden keine Änderung der basalen Insulinkonzentrationen
während der Trächtigkeit und der Laktation gefunden (CHANG et al. 1984; SANO et
al. 1991). Bei Milchkühen hingegen sind die basalen Insulinspiegel während der
Laktation niedriger als während der Trockenstehperiode (LOMAX et al. 1979;
VASILATOS u. WANGSNESS 1981; SARTIN et al. 1985 b, 1988). Milchkühe in der
Frühlaktation wiesen im Vergleich zu trockenstehenden Kühen sowie Kühen in
späteren Laktationsstadien niedrigere basale Plasma-Insulinkonzentrationen auf
(GIESECKE 1987; STAUFENBIEL et al. 1992). Milchkühe haben nach der Kalbung
eine niedrige Insulinkonzentration im Plasma, die während der Laktation wieder
ansteigt (VERNON u. FLINT 1983; TREVESI et al. 1997). Dies ermöglicht eine
vermehrte Energiebereitstellung durch forcierte Lipolyse und begünstigt die
Verfügbarkeit von Nährstoffen für die Milchsynthese (FAULKNER u. POLLOCK 1990).
Dazu tragen auch in der Hochlaktation niedrige Plasmakonzentrationen von IGF-1
und T3 und relativ hohe Konzentrationen von bGH, Glucagon und Cortisol bei
(BAUMANN u. CURRIE 1980; KELLY et al. 1991; BALDWIN u. KIM 1993).
Übereinstimmend wurden auch in dieser Studie signifikant höhere basale Plasma-
Insulinkonzentrationen der trockenstehenden Tiere verglichen mit den
frühlaktierenden Tieren mit und ohne Labmagenoperation gemessen. Ebenso waren
niedrigere Insulinkonzentrationen bei den gesunden Kühen in der 2./3.
Laktationswoche verglichen mit Kühen in der 4. - 10. Laktationswoche nachweisbar.
Die Tiere mit Leberverfettung wiesen in dieser Studie signifikant höhere basale
Insulinkonzentrationen als alle Tiere der klinisch gesunden, laktierenden Gruppen
auf. Im Gegensatz dazu stehen Ergebnisse anderer Untersuchungen, die bei Kühen
mit unkomplizierter Leberverfettung signifikant niedrigere Werte verglichen mit
5. Diskussion Seite 157
gesunden Kontrolltieren gemessen haben (REHAGE 1996). Kühe mit manifester
Leberinsuffizienz wiesen eine Hyperinsulinämie auf (REHAGE 1996). Diese
Beobachtungen sind auch von Menschen mit schweren Leberschäden bekannt und
werden auf eine unzureichende hepatische Insulin-Clearance zurückgeführt
(CREUTZFELD et al. 1983; TAYLER et al. 1985; PETRIDES u. STROHMEYER 1986).
Gemäß des Aminosäurenindex (ASI) liegt bei den leberverfetteten Kühen dieser
Studie jedoch keine Leberinsuffizienz vor.
Verglichen mit nicht-ketotischen Kühen im gleichen Laktationsstadium haben
laktierende ketotische Kühe häufig niedrigere basale Insulinspiegel (HOVE u. HALSE
1978; HOVE 1978 b; GIESECKE et al. 1983; VAN MEIRHAEGHE et al. 1988 b).
Niedrige Insulinkonzentrationen hochleistender Kühe sind offenbar eine
Voraussetzung, um der Umverteilung der Glucose für die Milchdrüse Priorität zu
verleihen. Bei akutem Glucosemangel kommt es zu übertriebenem Fettkatabolismus
mit Ketose und nachfolgender Leberverfettung (VAN MEIRHAEGHE 1988). Im
Gegensatz dazu wurden in dieser Studie keine signifikanten Unterschiede der basalen
Insulinkonzentrationen der ketotischen Tiere mit Leberverfettung (5,1 ± 2,0 µU/ml)
im Vergleich zu den klinisch gesunden Kühen, unabhängig vom
Reproduktionsstadium (2,1 - 8,9 µU/ml), nachgewiesen.
Die bei Kühen mit linksseitiger Labmagenverlagerung häufig gefundenen hohen
Plasma-Insulinspiegel (VAN MEIRHAEGHE et al. 1988 b; HOLTENIUS u. TRÅVÉN
1990; MUYLLE et al. 1990; DeCUPERE et al. 1991; ITOH et al. 1998) deuten sich
auch in dieser Untersuchung an. Die basalen Insulinkonzentrationen der
labmagenverlagerten Kühe lagen zwar mit 6,5 ± 3,4 µU/ml absolut höher, waren
jedoch statistisch nicht unterschiedlich gegenüber den Konzentrationen von 2,1 ± 1,4
µU/ml bzw. 3,8 ± 2,2 µU/ml der klinisch gesunden, laktierenden Tieren ohne bzw.
nach Labmagenoperation im gleichen Laktationsstadium.
Seite 158 5. Diskussion
Die insgesamt höheren Messergebnisse der basalen Insulinkonzentrationen anderer
Untersuchungen im Vergleich zu dieser Studie sind u. U. durch unterschiedliche
Messtechniken des Insulins verursacht. Während hier 125J-markiertes humanes
Insulin, Insulin-Standards in humaner Serummatrix und Verdünnungen mit humaner
Insulin-freier Serum-Matrix verwandt wurden, nutzen andere Untersucher Anti-
bovines Schweineserum als Antiserum und bovines Insulin als Standard (SANO et al.
1993). Zudem wurden im Unterschied zur vorliegenden Studie die Kühe in den
anderen Untersuchungen vor oder während der Untersuchung mit Kraftfutter
versorgt (GIESECKE 1987; SANO et al. 1993; ROSE et al. 1996).
5.2.1.3. Basale NEFA-Konzentration
Die Konzentration nicht-veresterter Fettsäuren (NEFA) gilt als zuverlässiger Indikator
der Energieversorgung der Kuh. Als anzustrebende Richtwerte für adäquat versorgte,
gesunde Milchkühe gelten (GRUMMER et al. 1993; DRACKLEY 1999):
• 200 - 300 µmol/l ante partum (a. p.)
• 800 - 1200 µmol/l in der Woche der Abkalbung
• < 700 µmol/l ab der zweiten Woche post partum (p. p.)
• < 300 µmol/l ab der dritten Woche p. p.
Bei wiederholten Bestimmungen der NEFA zur Errechnung des Basalwertes zeigten
sich teilweise erhebliche Streuungen der Einzelwerte. Ursache dieser Schwankungen
dürfte eher ein recht hoher methodischer Fehler bei der Analyse sein (MILES u.
JENSEN 1991), als eine teilweise erhöhte Catecholaminkonzentration, da versucht
wurde, jegliche Stresseinwirkung zu vermeiden.
Insgesamt lagen die mittleren NEFA-Konzentrationen der klinisch gesunden,
laktierenden und auch der tragenden Kühe geringfügig über den angegebenen
Richtwerten. Möglicherweise liegen die gemessenen Konzentrationen der NEFA etwas
5. Diskussion Seite 159
oberhalb der tatsächlich vorhandenen Konzentrationen, da die Messung aus dem
Lithium-Heparin-Plasma erfolgte und Heparin die an der Oberfläche der VLDL
vorhandene Lipoproteinlipase aktiviert. Zusätzlich könnte der 14-stündige Entzug des
Kraftfutters vor dem HEC zu einer gesteigerten Lipomobilisation bei den
Versuchstieren beigetragen haben.
In der Laktation sind aufgrund gesteigerter Lipolyse und verminderter Lipogenese im
Fettgewebe höhere NEFA-Konzentrationen (CHILLIARD et al. 1978; VERNON et al.
1981) zu erwarten. So lagen in dieser Studie die basalen NEFA-Konzentrationen der
laktierenden Kühe mit 802 - 876 µmol/l zwar absolut höher, aufgrund der geringen
Tierzahlen konnte jedoch statistisch kein Unterschied gegenüber den tragenden
Tieren mit 391 ± 203 µmol/l nachgewiesen werden.
Die Kühe mit Leberverfettung wiesen in Übereinstimmung mit der Literatur
signifikant höhere NEFA-Konzentrationen auf, die der leberverfetteten Kühen mit
Ketose waren nochmals höher. Dies ist als Ausdruck der massiven Lipomobilisation,
die im Zusammenhang mit der Inappetenz auftrat und mit Leberverfettung
einherging, zu werten.
Obwohl die labmagenverlagerten Tiere bezogen auf Futteraufnahme und
Milchleistung und damit der energetischen Versorgung den leberverfetteten Tieren
ähnlich waren, lagen die basalen NEFA-Konzentrationen der labmagenverlagerten
Tiere niedriger und waren mit den Konzentrationen der klinisch gesunden,
laktierenden Tiere vergleichbar. Das könnte bedeuten, dass bei diesen Tieren die
Lipomobilisation noch nicht so stark eingesetzt hat, da die Futteraufnahme aufgrund
der Labmagenverlagerung erst kurze Zeit vermindert war. Die leberverfetteten Tiere
hatten demgegenüber deutlich länger weniger Futter aufgenommen.
Seite 160 5. Diskussion
5.2.1.4. Basale ß-HB-Konzentration
Bei Kühen in der 9. Laktationswoche wurden im Vergleich zur 19. Laktationswoche
höhere ß-HB-Konzentrationen beschrieben (BLUM et al. 1999). Für die klinisch
gesunden Tiere dieser Studie wurde eine ß-HB-Konzentration im Plasma von unter
1,5 mmol/l in den Auswahlkriterien gefordert und mit Konzentrationen von 0,59 -
0,63 mmol/l eingehalten, so dass kein Unterschied der ß-HB-Konzentration bezogen
auf das Reproduktionsstadium oder das Laktationsstadium nachweisbar war.
Die signifikant höheren ß-HB-Konzentrationen der leberverfetteten Kühe mit Ketose
sind Ausdruck einer massiven energetischen Unterversorgung. Dies steht im Einklang
mit den signifikant niedrigeren basalen Glucose- und Insulinkonzentrationen sowie
den signifikant höheren NEFA-Konzentrationen dieser Tiere im Vergleich zu den
nicht-ketotischen, leberverfetteten Tieren. Da Insulin die Carnitin-Palmityl-
Transferase-1 (CPT-1) und die Ketonkörperbildung aus Acetyl-CoA hemmt, könnten
die deutlich höheren basalen Insulinkonzentration die leberverfetteten Tiere vor einer
Ketose schützen.
Die basale ß-HB-Konzentration der labmagenverlagerten Tiere mit 1,73 ± 1,12
mmol/l lag über dem Grenzwert von < 1,5 mmol/l. Übereinstimmend beschreiben
andere Untersucher, dass etwa zwei Drittel der Kühe mit Labmagenverlagerung
infolge der hochgradigen Lipomobilisation ketotisch sind (STÖBER u. DIRKSEN 1981).
5.2.1.5. Konzentration der Plasmaaminosäuren und Aminosäurenindex
Die unterschiedlichen Plasmakonzentrationen freier Aminosäuren in Abhängigkeit von
Laktationsstadium und Fütterung lassen sich durch ein ungleiches Angebot in der
Nahrung, Nutzung von Muskelprotein zur Energiegewinnung bei kataboler
Stoffwechsellage sowie den unterschiedlichen Aminosäurenbedarf der Milchdrüse
erklären (SEYMOUR et al. 1990; HANIGAN et al. 1991; METCALF et al. 1991; CANT
et al. 1993; CHRISTENSEN et al. 1994; MEIJER et al. 1995). Die im venösen Plasma
5. Diskussion Seite 161
gemessenen Konzentrationen einzelner Aminosäuren (Tab. 7) der klinisch gesunden
Tiere stimmen mit den Ergebnissen anderer Untersucher überein (CASPER et al.
1990; SEYMOUR et al. 1990; HANIGAN et al. 1991; CANT et al. 1993; CHRISTENSEN
et al. 1994; MEIJER et al. 1995; REHAGE 1996).
Der Aminosäurenindex als Verhältnis der Summe der Plasmakonzentrationen der
verzweigtkettigen Aminosäuren zur Summe der aromatischen Aminosäuren wird bei
klinisch gesunden Tieren weder von Laktationsstadium (MEIJER et al. 1995; REHAGE
1996), Fütterung (CASPER et al. 1990; SEYMOUR et al. 1990; CANT et al. 1993;
CHRISTENSEN et al. 1994) noch Transportstress (WARISS et al. 1995; REHAGE
1996) beeinflusst. In dieser Untersuchung lag der ASI (Tab. 6) der klinisch gesunden
Tiere unabhängig von Reproduktions- und Laktationsstadium mit 5,2 - 6,0 im
Referenzbereich für klinisch gesunde Kühe von 4,3 - 8,0 (CASPER et al. 1990;
SEYMOUR et al. 1990; HANIGAN et al. 1992; CANT et al. 1993; CHRISTENSEN et al.
1994; MEIJER et al. 1995; REHAGE 1996).
Bei energetischer Unterversorgung werden vermehrt freie Aminosäuren des Plasmas
zur Energiegewinnung herangezogen (KELLY et al. 1993); so werden bis zu 50 % der
Gluconeogenese in der Leber aus glucoplastischen Aminosäuren als Vorläufersubstrat
bestritten (BERGMAN u. HEITMANN 1978; LOMAX u. BAIRD 1983; REYNOLDS et al.
1988 a, b). Während die verzweigtkettigen Aminosäuren hauptsächlich in der
Milchdrüse (BROCKMAN 1986; CASPER et al. 1990) und der Muskulatur (BROCKMAN
1986; HUNTINGTON u. EISEMANN 1988; KELLY et al. 1993) metabolisiert und kaum
von der Leber aus dem Plasma aufgenommen werden (KELLY et al. 1993;
REYNOLDS et al. 1994), werden die aromatischen Aminosäuren ausschließlich in der
Leber oxidiert (BOISCLAIR et al. 1988; HARRIS et al. 1989; HARRIS u. LOBLEY
1991). Das Verhältnis der Plasmakonzentrationen verzweigtkettiger zu aromatischen
Aminosäuren wird selbst bei erheblicher Leberverfettung in einem engen Rahmen
konstant gehalten und fällt erst bei manifester Leberinsuffizienz durch niedrigere
Konzentrationen verzweigtkettiger Aminosäuren auf Werte unter 4,3 ab (REHAGE
Seite 162 5. Diskussion
1996). In dieser Untersuchung lagen die ASIs der leberverfetteten Kühe mit und
ohne Ketose mit 5,2 - 6,4 im physiologischen Bereich; somit ergab sich kein Hinweis
auf eine Leberinsuffizienz bei diesen Kühen.
Der ASI der Kühe mit manifester LMV lag mit 3,1 ± 0,8 unterhalb der Referenzwerte
für lebergesunde Tiere. Ursache sind die niedrigeren Konzentrationen der
verzweigtkettigen Aminosäuren, die mit einer intensiveren Metabolisierung in den
extrahepatischen Organen bei linkseitiger Labmagenverlagerung und verminderter
enteraler Resorption in Zusammenhang stehen könnten. Ein erhöhter Verbrauch
verzweigtkettiger Aminosäuren in der Milchdrüse kann aufgrund der niedrigen
Milchleistung ausgeschlossen werden. Ebenso ist eine vom Monogastrier bekannte
Hemmung der Freisetzung aus der Muskulatur durch Insulin (HÄUSSINGER u. GEROK
1986) unwahrscheinlich, da die basalen Insulinkonzentrationen niedrig waren. Die
Ergebnisse stehen im Widerspruch zu den Resultaten einer anderen Studie
(QUALMANN 1995), die bei Kühen mit Labmagenverlagerung und unterschiedlich
ausgeprägter Leberverfettung keine niedrigeren Aminosäureindices und nicht
annähernd so niedrige verzweigtkettige Aminosäurekonzentrationen fanden.
5.2.1.6. Triglyceridkonzentrationen der Leber
Die mittleren Lebertriglyceridgehalte (Tab. 6) der klinisch gesunden Tiere in der 2./3.
Laktationswoche waren signifikant höher als die der trockenstehenden Tiere und
weisen auf eine verstärke Lipomobilisation mit Einsetzen der Laktation hin. Die
Lebertriglyceridkonzentrationen (TGL) der Kühe in der 2./3. Laktationswoche nach
Labmagenoperation mit unkomplizierter Rekonvaleszenz waren vergleichbar mit
denen der zuvor nicht operierten Kühe derselben Laktationswochen. Es ist bekannt,
dass die hepatogene Fetteinlagerung mit einer gewissen Verzögerung nach Einsetzen
der Lipolyse gegen Ende der Trockenstehperiode beginnt. Das Maximum wird
zwischen dem Zeitpunkt der Abkalbung und etwa drei Wochen p. p. beobachtet,
danach nimmt der Leberfettgehalt bis zur Laktationsmitte wieder ab (ROBERTS et al.
1981; GERLOFF et al. 1984; JOHANNSEN et al. 1991; FÜRLL et al. 1992; STUDER et
5. Diskussion Seite 163
al. 1993; VAZQEZ-AÑON et al. 1994). Entsprechend wich auch in diesen
Untersuchungen die mittelgradige Leberverfettung (REID u. ROBERTS 1983;
GERLOFF et al. 1984, 1986; REID et al. 1986) der laktierenden Tiere in der 2./3.
Laktationswoche im Verlauf der Laktation einer geringgradigen Leberverfettung bei
den Tieren in der 4. - 10. Laktationswoche.
Verglichen mit den klinisch gesunden Tieren wurden bei den Tieren der
leberverfetteten und der ketotischen, leberverfetteten Gruppe signifikant höhere
TGL-Konzentrationen gemessen. Die Tiere dieser Gruppen litten an hochgradiger
Leberverfettung (REID u. ROBERTS 1983; GERLOFF et al. 1984, 1986; REID et al.
1986); sie waren frühestens drei Tage vor Untersuchung an einer linksseitigen
Labmagenverlagerung operiert worden. Es ist bekannt, dass eine
Labmagenverlagerung häufig mit hochgradiger Leberverfettung einhergeht (HERDT
et al. 1982; HOLTENIUS u. NISKANEN 1985; MERTENS 1992; REHAGE et al. 1996).
Bei hochgradiger Leberverfettung wird eine verzögerte Rekonvaleszenz beobachtet,
in einem Teil der Fälle ist sogar in Folge einer entstehenden massiven
Leberinsuffizienz mit dem Tod der Tiere zu rechnen (STÖBER u. DIRKSEN 1981;
REHAGE et al. 1996). Auch in dieser Studie mussten drei von zehn hochgradig
leberverfetteten Tieren mit beginnendem hepatoenzephalen Syndrom euthanasiert
werden. Histologisch wurde eine hochgradige degenerative Verfettung der Leber
sowie eine hochgradige Hepatodystrophie diagnostiziert.
Die Kühe mit Labmagenverlagerung wiesen eine mittelgradige Leberverfettung auf,
die Leber-TGL-Konzentrationen unterschieden sich nicht signifikant von denen der
klinisch gesunden, laktierenden Tiere. Entsprechend ist die Mobilisation von
körpereigenem Fettgewebe trotz der nutritiven Unterversorgung bei
Futteraufnahmen von 0,6 ± 0,5 kg/Tag und Milchleistungen von 10,6 ± 7,1 l/Tag als
moderat anzusehen, damit stimmen auch die gemessenen NEFA-Konzentrationen
überein.
Seite 164 5. Diskussion
5.2.1.7. Leberverfettung - Leberinsuffizienz
Die Kühe der leberverfetteten Gruppen wurden einerseits nach klinischen
Symptomen, wie einer gering- bis mittelgradig gestörten Rekonvaleszenz nach
Operation einer linksseitigen Labmagenverlagerung selektiert, andererseits sollten die
als lebergesund definierten Grenzen der Serumspiegel der Leberparameter
überschritten werden. Auf die durch die Triglyceridbestimmung gesicherte
Leberverfettung dieser Tiere wies auch der höhere BCS, die höheren NEFA-
Konzentrationen und die im Vergleich zu klinisch gesunden Tieren deutlich
niedrigeren Cholesterol-Konzentrationen hin. Da Cholesterol ein wesentlicher
Bestandteil der Lipoproteine zur Ausschleusung der reveresterten Triglyceride aus
der Leber ist (HOLTENIUS 1989), geht eine niedrige Cholesterolkonzentration
leberverfetteter Tiere mit einer verminderten Lipoproteinsekretion und damit mit
einer Triglyceridakkumulation einher.
Gleichzeitig scheinen Inappetenz, signifikant höhere Gesamtbilirubinkonzentrationen
der leberverfetteten Tiere im Vergleich zu klinisch gesunden Tieren, höhere AST-,
GLDH- und Ammoniumkonzentrationen und auch höhere Insulinkonzentrationen
Hinweise auf eine verminderte Leberfunktion zu geben. Insgesamt nehmen Kühe mit
schwerer Leberverfettung wenig Futter auf (WEST 1989 u. 1990; REHAGE et al.
1996). Dieser niedrige Appetit wird als eines der ersten Zeichen einer hepatischen
Encephalopathie, die sich bei Kühen mit Leberversagen entwickelt, interpretiert
(MEIER 1992; SCHOLZ et al. 1992). Die Wiederkäuerleber ist aufgrund ihrer
permanenten Ammoniumbelastung durch ruminale NH3-Bildung und -Resorption
befähigt die Plasma-Ammoniumkonzentration auch bei hohem Proteingehalt und
kataboler Stoffwechsellage auf einem konstant niedrigen Niveau zu halten
(SYMONDS et al. 1981). Als Referenzbereiche für klinisch gesunde Kühe der Rasse
Deutsche Schwarzbunte wurde unabhängig vom Laktationsstadium und Fütterung
eine Ammonium-Obergrenze von 29 µmol/l im venösen Plasma vorgeschlagen
(REHAGE 1996). Die Leber entgiftet im Katabolismus anfallendes Ammonium über
die Harnstoffsynthese sowie Glutaminbildung (GEROK u. HÄUSSINGER 1984). Bei
5. Diskussion Seite 165
leberinsuffizienten Kühen scheint die hepatische Entgiftungskapazität für die
Umwandlung von Ammonium zu Harnstoff überschritten zu sein (REHAGE 1996).
Zwischen Plasma-Ammoniumkonzentration und Plasma-ASI wurde eine enge
Korrelation beschrieben, beide voneinander abhängigen Parameter zeigen das
Vorliegen eines Leberversagens an (REHAGE 1996). Mit zunehmender
energieliefernder Oxidation von Aminosäuren fällt vermehrt Ammonium an (GEROK
u. HÄUSSINGER 1984; KELLY et al. 1993), das dann wiederum die Leber belastet.
Die in diesen Untersuchungen gemessenen Ammoniumkonzentrationen der
leberverfetteten Tiere lagen zwar oberhalb der Referenzwerte, unterschieden sich
aber nicht signifikant von den Konzentrationen der klinisch gesunden, laktierenden
Tiere. Die ASI-Konzentrationen lagen innerhalb der Referenzwerte für lebergesunde
Kühe und unterschieden sich nicht von denen der klinisch gesunden Kühen. Diese
Befunde zeigten, dass die leberverfetteten Tiere sicher eine hochgradige
Leberverfettung aufwiesen, eine deutliche Leberfunktionsstörung jedoch nicht
vorhanden war.
5.2.2. Hyperinsulinämischer, euglycämischer Clamp
5.2.2.1. Steady-state Glucoseinfusionsrate (SSGIR)
Die hier gemessene SSGIR kann nur Auskunft über die Summe der Insulin-
induzierten Hemmung der endogenen Glucoseproduktion und der Insulin-induzierten
Erhöhung der Glucoseutilisation geben (JANES et al. 1985 b).
Eine vollständige Suppression der endogenen Glucoseproduktion durch Insulin ist nur
bei Insulininfusionen von über 6.0 mU/kg/min zu erwarten (JANES et al. 1985 b;
BLUM et al. 1999). Andere Untersucher berichten, dass es selbst mit 6 mU/kg/min
bei Kälbern nicht möglich ist, die EGP vollständig zu unterdrücken (HOSTETTLER-
ALLEN et al. 1993; HUGI et al. 1998; GELARDI et al. 1999).
Seite 166 5. Diskussion
Die SSGIR der trockenstehenden Kühe lag in allen Insulininfusionsperioden (Tab. 8)
tendenziell, jedoch nicht signifikant niedriger als die SSGIR in den entsprechenden
Insulininfusionsperioden der klinisch gesunden, laktierenden Tiere. Auch SANO et al.
(1993) fanden eine ähnliche SSGIR (17,8 µmol/kg/min) trockenstehender Holstein-
Kühe im Vergleich zu laktierenden Kühen (144 ± 26 Tage p. p.). Ebenso wie in der
vorliegenden Studie fanden ROSE et al. (1996) und BLUM et al. (1999) keinen
signifikanten Einfluss der Laktationswochen auf die SSGIR. Auffallend war allerdings,
dass die von diesen Autoren ermittelten SSGIRs bei maximaler Insulinkonzentration
deutlich niedriger lagen als in dieser Studie (bei 6 bzw. 10 mU/kg/min: 20 - 23 µmol
Glucose/kg/min). Eine Erklärung könnte sein, dass Kühe verschiedener Rassen
(BLUM et al. 1999) verwendet wurden. Es ist bekannt, dass Fleischrinder eine
geringere Insulin-Sensitivität als Milchkühe (SANO et al. 1991, 1993) haben. So liegt
die SSGIR bei Fleischrindern bei Insulininfusionsraten von 6.0 mU/kg/min bei 12,8
mmol/kg/min (SANO et al. 1991), während von den gleichen Autoren bei Milchkühen
bei gleicher Versuchsdurchführung eine SSGIR von 17,8 mmol/kg/min (SANO et al.
1993) ermittelt wurde. So wurde bei laktierenden Fleischrindern (12,8 µmol/kg/min)
im Gegensatz zu Milchkühen bei Insulininfusionsraten von 6.0 mU/kg/min eine
signifikant höhere SSGIR als bei tragenden Kühen (9,4 µmol/kg/min) gefunden,
deren SSGIR der der nicht tragenden, nicht laktierenden Tieren (11,1 µmol/kg/min)
entsprach (SANO et al. 1991). Die Ergebnisse der vorliegenden Studie lassen somit
nicht auf wesentliche Unterschiede der peripheren Insulin-Response in Abhängigkeit
von Gravidität und Laktation schließen.
Die SSGIR der leberverfetteten Kühe erwies sich als signifikant niedriger als die der
gesunden Tiere. Die Insulinwirkung in Form der Hemmung der endogenen
Glucoseproduktion und der Steigerung des Glucoseaufnahme in periphere Gewebe ist
somit bei den leberverfetteten Tieren verglichen mit den gesunden Tieren
vermindert. Der periphere Insulin-vermittelte Glucoseumsatz der leberverfetteten,
ketotischen Tiere erwies sich als noch geringer als der der leberverfetteten Kühe.
Entsprechend ist davon auszugehen, dass die Energieversorgung der Zellen bei
5. Diskussion Seite 167
ketotischen Kühen besonders prekär ist, was sich auch in den signifikant niedrigeren
Glucosekonzentrationen verglichen mit allen anderen Tiergruppen manifestiert.
Die SSGIR der Tiere mit bestehender Labmagenverlagerung lag zwischen den
Werten der leberverfetteten und der leberverfetteten, ketotischen Kühe, zu denen es
keine signifikanten Unterschiede gab. Entsprechend war auch bei diesen Tieren
verglichen mit klinisch gesunden Tieren, unabhängig von Reproduktions- und
Laktationsstadium, die Insulinwirkung deutlich reduziert.
Die SSGIR der klinisch gesunden Tiere nach Labmagenverlagerung unterschied sich
nicht von der der klinisch gesunden Tiere im gleichen Laktationsstadium. Demnach
scheint die Wirkung von Insulin bei klinisch rekonvaleszenten Tieren 3 - 5 Tage nach
einer Labmagenoperation vergleichbar mit derjenigen bei klinisch gesunden,
laktierenden Tieren zu sein. Eine wesentliche Ursache dürfte die bei diesen Tieren
bereits wieder deutlich angestiegene Futteraufnahme spielen.
5.2.2.2. Steady-state Insulinkonzentration
Insulininfusionen heben die basale Insulinkonzentration an, bis sich nach einer
gewissen Infusionsdauer ein Gleichgewicht zwischen Insulininfusion, pankreatischer
Insulinsekretion und Insulin-Clearance eingestellt hat und eine steady-state
Insulinkonzentration (SSIK) für die jeweilige Insulininfusionskonzentration erreicht
ist. Unter den Konditionen der steady-state Insulinkonzentration korrespondiert die
Insulininfusionsrate mit der metabolischen Clearancerate von Insulin (MCR-Insulin),
sofern die endogene Insulin-Sekretion unterdrückt ist (BLUM et al. 1999).
Die maximale SSIK ist nicht vom Reproduktionsstadium abhängig, da sich die SSIK
der trockenstehenden Kühe nicht von der SSIK der gesunden, laktierenden Kühe
unterschied. Die Laktation scheint demgegenüber die SSIK zu beeinflussen, denn die
SSIK der laktierenden Kühe in der 2./3. Laktationswoche lag im Vergleich zu den
laktierenden Kühen in der 4. - 10. Laktationswoche bei höheren Insulininfusionsraten
höher. Zu ähnlichen Ergebnissen kamen auch ROSE et al. (1996): bei höheren
Seite 168 5. Diskussion
Insulininfusionsraten von 6.0 mU/kg/min stieg die SSIK der frühlaktierenden Tiere (5.
LW: 1326 µU/ml) stärker als die der spätlaktierenden Tiere (28. LW: 1156 µU/ml).
Dagegen wurde bei Insulininfusionsraten von 6.0 mU/kg/min bei Kühen in der 9.
Laktationswoche (1868 µU/ml) von niedrigeren mittleren maximale
Insulinkonzentrationen als bei Tieren in der 19. Laktationswoche (2498 µU/ml)
berichtet, obwohl die metabolische Clearancerate von Insulin nicht signifikant höher
war (BLUM et al. 1999). Kühe in der 21. Laktationswoche (1291 µU/ml) zeigten im
Vergleich mit nicht laktierenden Kühen (1843 µU/ml) signifikant niedrigere mittlere
Plasma-Insulinerhöhungen und eine höhere metabolische Insulinclearancerate (SANO
et al. 1993). Auch bei laktierenden (1751 µU/ml) und tragenden (1955 µU/ml)
Fleischrindern wurden niedrigere Plateauinsulinkonzentrationen bei
Insulininfusionsraten von 6.0 mU/kg/min gemessen als bei nicht tragenden, nicht
laktierenden Kühen (2604 mU/ml) (SANO et al. 1991). Die widersprüchlichen
Ergebnisse in der Literatur, inwieweit die SSIK in Abhängigkeit vom
Laktationsstadium beeinflusst wird, lassen auch sich auch mittels der Ergebnisse
dieser Studie nicht eindeutig klären.
Obwohl die Insulininfusion auf Basis der Körpergewichtes für alle Tiere gleich war,
unterschieden sich die SSIKs. Als Ursache sind Unterschiede in der Plasma-Insulin-
Clearance in den unterschiedlichen physiologischen Stadien zu vermuten (DEBRAS et
al. 1989). Dies könnte mit der Insulinaufnahme durch die laktierende Milchdrüse
(FAULKNER u. POLLOCK 1990) oder durch den tragenden Uterus in Beziehung
stehen. Die Abnahme des zirkulierenden Insulins ist bei laktierenden Schafen höher.
Dies sichert eine niedrigere Insulinkonzentration im Plasma während der Laktation
(FAULKNER u. POLLOCK 1990). Das wurde auch bei Ziegen (GRIZARD et al. 1988),
Kühen (HART et al. 1980) und Ratten (JONES et al. 1984) beobachtet und mag
wenigstens zum Teil der Insulinaufnahme durch die Milchdrüse zugeschrieben
werden. Als weitere Möglichkeit wird die veränderte Insulinaufnahme durch die Leber
(LOMAX et al. 1979) während Trächtigkeit und Laktation diskutiert (SANO et al.
1991).
5. Diskussion Seite 169
Die SSIK der leberverfetteten Kühe mit und ohne Ketose ist mit der SSIK der klinisch
gesunden Tiere im gleichen Laktationsstadium vergleichbar. Die Leberverfettung und
auch die Ketose scheinen somit weder die Insulinkonzentration im Steady-state noch
die metabolische Insulinclearance in der Leber zu beeinflussen. Auch eine manifeste
Labmagenverlagerung hatte keinen nachweisbaren Einfluss auf die SSIK. Warum
jedoch die SSIK der klinisch gesunden Kühe nach Labmagenoperation signifikant
niedriger war als die der klinisch gesunden Tiere im gleichen Laktationsstadium, kann
nicht schlüssig erklärt werden.
5.2.2.3. Steady-state NEFA-Konzentrationen
Insulininfusionen senken die Plasma-NEFA-Konzentrationen (BERGMAN 1968;
BROCKMAN u. LAARVELD 1985). Wenn unterstellt wird, dass unter den Bedingungen
des HECs die NEFA-Konzentrationen den Grad der Lipolyse repräsentieren (BAIRD et
al. 1979), kann auf die Insulin-induzierte Lipolysehemmung und damit auf die
periphere Insulinwirkung auf den Fettstoffwechsel rückgeschlossen werden.
Die NEFA-Konzentration im Plasma nahm bei allen klinisch gesunden Kühen im
Verlauf des HECs um ca. 90 % ab. Die prozentuale Abnahme erfolgte bei den Kühen
in der 2./3. Laktationswoche besonders schnell und erreichte das minimale Niveau
bereits während der ersten Insulininfusionsperiode. Demnach wurde die
Lipomobilisation dieser Kühe bereits durch niedrigere Insulinkonzentrationen
schneller gehemmt. Bei den trockenstehenden und den Kühen in der 4. - 10.
Laktationswoche war dagegen bis zur dritten Insulininfusionsperiode ein signifikanter
Abfall zu verzeichnen. Die diesbezüglichen Ergebnisse anderer Studien sind
widersprüchlich: keinen Unterschied in der Abnahme der NEFA-Konzentrationen früh-
und spätlaktierender Kühe bei Langzeitinsulininfusion fanden TREVISI et al. (1997).
BLUM et al. (1999) beschrieben hingegen, dass die steady-state NEFA-
Konzentrationen bei Tieren in der 9. Laktationswoche höher als bei Kühen in der 19.
Laktationswoche lagen.
Seite 170 5. Diskussion
Der Abfall der NEFA-Konzentration der leberverfetteten Kühe war vergleichbar mit
dem Abfall der klinisch gesunden Tiere im gleichen Laktationsstadium. Insgesamt
scheint die Leberverfettung die Hemmung der Lipolyse durch Insulin nicht zu
verhindern. Die leberverfetteten Kühe mit Ketose wiesen dagegen sowohl absolut als
auch relativ signifikant höhere steady-state NEFA-Konzentrationen als die anderen
Tiergruppen auf. Demnach kann die massive Lipomobilisation ketotischer Kühe auch
durch supraphysiologische Insulinkonzentrationen nicht weiter vermindert werden.
Die Labmagenverlagerung verursacht offenbar keine verminderte Insulinwirkung
bezogen auf den Fettstoffwechsel.
Auch vier Stunden nach Ende der Insulininfusionen erreichten die NEFA-
Konzentrationen bei keinem der Tiere die basalen Werte, das verdeutlicht die lange
Wirkung von Insulin (KASKE et al. 2001) auf die Hemmung der Lipolyse und
Stimulation der Lipogenese, die in einer Abnahme der Plasma-NEFA-Konzentration
resultiert (SAKOU et al. 1986; FAULKNER u. POLLOCK 1990).
5.2.2.4. Verlauf der freien Aminosäuren im Plasma und des
Aminosäurenindex
Für die klinisch gesunden Kühe in der 2./3. Laktationswoche wurde die
Aminosäurenkonzentration im Plasma am Vortag der Versuche, kurz vor, während
und kurz nach den Insulininfusionen sowie am Tag nach den Versuchen untersucht
(Tab. 11). Nach Abschluss der Insulininfusionen nahm der Aminosäurenindex als
berechnetes Verhältnis der verzweigtkettigen zu den aromatischen Aminosäuren ab.
Insulin bewirkt eine erhöhte Proteinsynthese in der Skelettmuskulatur (HORN et al.
1983), da der Aminosäuretransport in die Muskelzellen durch insulinabhängige
Induktion der für die einzelnen Aminosäuren spezifischen Transportsysteme erhöht
wird (WEEKES 1991; LÖFFLER u. PETRIDES 1997; HERDT 2000 b).
Insulin hemmt außerdem die Proteolyse, so dass niedrigere Konzentrationen
verzweigtkettiger Aminosäuren auch auf gehemmter Freisetzung aus der Muskulatur
5. Diskussion Seite 171
ins Plasma durch Insulin beruhen können (HÄUSSINGER u. GEROK 1986). Ein
möglicher Mechanismus der antiproteolytischen Wirkung von Insulin könnte ein
Insulin-induzierter erniedrigter Ubiquitin-mRNA-Spiegel in der Skelettmuskulatur sein,
ohne dass der mRNA-Spiegel von Cathepsin D, m-Calpain und anderen Komponenten
des Ubiquitin-abhängigen Proteolyse-Stoffwechsels reduziert wird (LARBAUD et al.
1996). So waren die mRNA-Spiegel von Kathepsin D (lysosomale Proteinase), m-
Calpain (Ca2+-abhängige Proteinase) und Ubiquitin in der Haut, der Leber und im
Dünndarm im hyperinsulinämisch, hyperaminoacidämischen Clamp bei Ziegen
unverändert (LARBAUD et al. 1996).
Es stellt sich bei laktierenden Tieren die Frage, ob Insulin die Aufnahme von
Aminosäuren in die Milchdrüse fördert. Für die Glucoseaufnahme und die
Lactosesekretion der Milchdrüse von Ziegen (HOVE 1978 a) und Kühen (LAARVELD
et al. 1981) ergaben sich keine Änderungen, wenn die Insulin-induzierte
Hypoglycämie durch Glucoseinfusion ausgeglichen wird. Ohne Ausgleich resultierten
eine reduzierte Milchleistung und niedrigere Milchlactosegehalte (LINZELL 1967). Für
laktierende Kühe wurde eine erhöhte Aufnahme von Asparaginsäure, Leucin,
Isoleucin und Tyrosin in die Milchdrüse durch Insulin beschrieben (LAARVELD et al.
1981). In hyperinsulinämischen, euglycämischen Clamps an Milchkühen sank die
Konzentration zirkulierender essentieller Aminosäuren bis auf 41 % (GRIINARI et al.
1997). So steigerte sich die Milchproteinleistung im Langzeit-HEC an Milchkühen bei
abomasaler Wasserinfusion um 15 %, bei abomasaler Casein- und kurzkettiger
Aminosäureninfusion sogar um 25 %. Die Erhöhung resultierte zu gleichen Teilen aus
Erhöhung der Milchproteinkonzentration und der Milchleistung (MACKLE et al. 1999).
Die Abnahme des ASIs am Ende des HECs resultiert demnach aus einem verstärkten
Aminosäure-Transport zu Muskulatur und Leber, verminderter Proteolyse sowie einer
verstärkte Aufnahme in die Milchdrüse.
Seite 172 5. Diskussion
5.2.2.5. Insulinelimination
Die Ratenkonstanten der Insulinelimination nach Ende der Insulininfusionen
unterschieden sich zwischen den Tieren der verschiedenen Gruppen nicht. Trotz
teilweise verschiedener steady-state Insulinkonzentrationen in den einzelnen
Insulininfusionsphasen scheint die Insulinelimination weder durch das Reproduktions-
und Laktationsstadium noch durch eine Leberverfettung, eine ketotische
Stoffwechsellage noch durch eine Labmagenverlagerung beeinflusst zu werden.
5.2.3. Biologische Wirkung des Insulins auf den Glucose- und
Fettstoffwechsel - Insulin-Response und Insulin-Sensitivität -
5.2.3.1. Vergleich der klinisch gesunden Kühe verschiedener
Reproduktions- und Laktationsstadien
Insulin-Response
Bei der maximalen Insulininfusionsrate von 10 mU/kg/min kann davon ausgegangen
werden, dass die EGP bei allen Kühen unterdrückt wurde, so dass die gemessene
maximale SSGIR allein die Insulinwirkung auf die Glucoseumsatzrate insulinsensitiver
peripherer Gewebe wiederspiegelt.
Entsprechend der Ergebnisse der HECs weisen trockenstehende Kühe im Vergleich zu
laktierenden Kühen in der 4. - 10. Laktationswoche eine statistisch tendenziell
geringere periphere Insulin-Response auf den Glucoseumsatz auf. Gleiche Ergebnisse
wurden für Fleischrinder (SANO et al. 1991), Schafe (METCALF u. WEEKES 1990)
und Ziegen (TAUVERNON et al. 1995) beschrieben. Die Insulin-Response des
Fettstoffwechsels trockenstehender Kühe war nicht reduziert, da die Hemmung der
Lipolyse durch Insulin gleich der der gesunden, laktierenden Kühen war. Die
trockenstehenden und die laktierenden Kühe in der 4. - 10. Laktationswoche
unterschieden sich abgesehen vom Reproduktionsstadium nur durch einen höheren
5. Diskussion Seite 173
BCS der trockenstehenden Kühe. Als Ursache der niedrigeren Insulin-Response
trockenstehender Kühe ist eine Aktivitätsverminderung der Insulinrezeptoren, wie sie
von spättragenden Kaninchen bekannt ist (VERNON et al. 1981) auszuschließen, da
im Vergleich keine negative Korrelation zwischen zirkulierender Insulinkonzentration
und Insulin-Sensitivität (ETHERTON 1982; DeFRONZO 1988) gefunden wurde.
Entspechend könnte die verminderte Response trockenstehender Kühe auf
Störungen der intrazellulären Signalübertragung nach Bindung des Insulins am
Rezeptor (“Postrezeptor-Level”) (KAHN 1978; SASAKI u. WATANABE 1990; VERNON
u. SASAKI 1991) oder auf einer Depletion des GLUT-4 (BERGER et al. 1989; SASAKI
und WATANABE 1990) beruhen. Wahrscheinlicher erscheint, dass die Insulinresistenz
der trockenstehenden Wiederkäuer durch hormonelle Änderungen ausgelöst wird.
Die hohen Progesteronkonzentrationen der trockenstehenden Kühe könnten durch
erhöhte Stimulation der GH-Produktion Auslöser für die Entwicklung einer
Insulinresistenz sein, vergleichbar mit dem humanen Gestationsdiabetes oder dem
Diöstrus der Hündinnen mit ähnlichem Hormonprofil (JOHNSTON 1980; EIGENMANN
et al. 1983; CONCANNON et al. 1989; FELDMAN u. NELSON 1996 b). Auch bei
laktierenden, mit bovinem GH-behandelten Kühen erniedrigt sich die
Glucoseresponse auf Insulingaben (SECHEN et al. 1989, 1990), ohne dass GH die
Insulin-Sensitivität und die EGP verändert (JANES et al. 1985; ROSE et al. 1996). Die
Entwicklung einer Insulinresistenz in der Trächtigkeit (LETURQUE et al. 1987; HAY et
al. 1988; PETTERSON et al. 1993) fördert die Nährstoffverteilung in Richtung Uterus
und schützt den Fetus vor Unterversorgung (SANO et al. 1991). Dass die Glucose,
nicht aber die NEFAs, der erste limitierende Nährstoff für das fetales Wachstum ist
(BATTAGLIA u. MESCHIA 1988; BELL 1993) könnte eine Erklärung sein, warum die
periphere Insulin-Response auf den Glucoseumsatz, nicht aber auf den
Fettstoffwechsel bei trockenstehenden Kühen vermindert ist.
Über den Verlauf der Frühlaktation scheint sich die Insulin-Response nicht zu
verändern, da sich die Insulin-Response der laktierenden Kühe in der 2./3.
Laktationswoche mit und ohne Operation einer Labmagenverlagerung nicht von der
Seite 174 5. Diskussion
Response in der 4. - 10. Laktationswoche unterschied. Dagegen wurde über den
Verlauf der Laktation bei spätlaktierenden Milchkühen eine abnehmende Insulin-
Response beschrieben (TREVISI et al. 1997). Übereinstimmend mit der höheren
Insulin-Response laktierender Kühe ergaben detaillierte Stoffwechseluntersuchungen
an laktierenden Schafen verglichen mit nicht laktierenden Schafen, dass die
Glucoseutilisation und der Leberstoffwechsel generell genauso oder noch
empfindlicher, der Fettstoffwechsel und die Proteinsynthese in extrahepatischen
Geweben aber weniger sensitiv auf die Erhöhung der Insulinkonzentration reagieren
(FAULKNER u. POLLOCK 1990). Die erhöhte Insulin-Response könnte demnach
einem erhöhtem Glucoseumsatz während der Laktation zugeschrieben werden (SANO
et al. 1991). Auch eine größere Insulin-stimulierbare Gewebemenge ist denkbar, so
dass bei Kopplung mit größerer Sensitivität weniger Insulin für einen speziellen Effekt
gebraucht wird (METCALF u. WEEKES 1990).
Insulin-Sensitivität
Die periphere Insulin-Sensitivität bezogen auf die Glucoseumsatzrate und die
Lipolysehemmung der klinisch gesunden, trockenstehenden sowie der laktierenden
Kühe war nicht unterschiedlich. Weder das Reproduktions- noch das
Laktationsstadium scheinen die Insulin-Sensitivität von Muskulatur und Fettgewebe
zu beeinflussen. Auch eine Labmagenverlagerung mit unkomplizierter
Rekonvaleszenz beeinflusste die Insulin-Sensitivität offenbar nicht.
Da in dieser Studie mit vielen Gruppen und relativ geringen Tierzahlen gearbeitet
wurde, wurde neben dem multiplen Mittelwertsvergleich noch ein paarweiser t-Test
durchgeführt. Dabei ergab sich ein signifikanter Unterschied zwischen laktierenden
Kühen in der 2./3. und 4. - 10. Laktationswoche (p = 0,037). Die laktierenden Kühe
in der 2./3. Laktationswoche wären somit bezogen auf den Glucoseumsatz als
insulinsensitiver anzusehen als die Kühe in der 4. - 10. Laktationswoche.
5. Diskussion Seite 175
5.2.3.2. Insulin-Response und Insulin-Sensitivität bei Leberverfettung
Leberverfettete Kühe wiesen verglichen mit klinisch gesunden, trockenstehenden und
laktierenden Kühen eine signifikant niedrigere maximale periphere Insulin-Response
bezogen auf den Glucoseumsatz auf. In der Hemmung der Lipolyse im Fettgewebe
durch Insulin ließ sich dagegen kein Unterschied zwischen den leberverfetteten und
den klinisch gesunden Kühen feststellen. Der Glucoseumsatz in Muskulatur und
Fettgewebe leberverfetteter Kühe scheint somit resistenter gegenüber hohen
Insulinkonzentrationen zu sein, während die Lipolyse im Fettgewebe bei hohen
Insulinkonzentrationen genauso empfindlich gehemmt wird wie bei klinisch gesunden
Kühen. Die Sensitivität peripherer Gewebe auf Insulin der leberverfetteten Kühe
unterschied sich nicht von der Sensitivität klinisch gesunder Kühe.
Die Insulinresistenz leberverfetteter Kühe wird demnach von einer reduzierten
peripheren Insulin-Response des Glucoseumsatzes, nicht aber durch eine reduzierte
Insulin-Response des Fettgewebes und eine verminderte Insulin-Sensitivität
verursacht.
5.2.3.3. Insulin-Response und Insulin-Sensitivität bei Leberverfettung
und Ketose
Der Insulin-stimulierte Glucoseumsatz und die Hemmung der Lipolyse im peripheren
Gewebe ist bei leberverfetteten Kühen mit Ketose im Vergleich zu klinisch gesunden,
trockenstehenden und laktierenden Kühen stark reduziert Die Insulin-Response
ketotischer Kühe mit Leberverfettung ist noch niedriger als die der leberverfetteten
Kühe. Die Sensitivität von Muskulatur und Fettgewebe auf hohe
Insulinkonzentrationen ist verglichen mit klinisch gesunden, laktierenden Kühen nicht
reduziert, im Vergleich zu leberverfetteten Kühen sogar erhöht.
Ursache der Insulinresistenz leberverfetteter Kühe mit Ketose ist demnach eine
verminderte Insulin-Response bei unveränderter Sensitivität. Es ist bekannt, dass
Seite 176 5. Diskussion
Kühe mit Ketose im Vergleich zu nicht ketotischen Kühen eine verminderte periphere
Gewebsaffinität zu Insulin haben (BECK et al. 1983). Ursache könnten die hohen
NEFA-Konzentrationen bei den ketotischen Kühen sein, da NEFAs die Insulin-
stimulierte Glucoseaufnahme hemmen können (BODEN et al. 1991; KELLEY et al.
1993; SALORANTA et al. 1993). Ähnlich reduziert beim Menschen die Infusion von
NEFAs im HEC die Glucoseaufnahme dosisabhängig von 50 µmol/kg/min auf 22
µmol/kg/min (BODEN et al. 1994).
5.2.3.4. Insulin-Response und Insulin-Sensitivität bei
Labmagenverlagerung
Die maximale periphere Insulin-Response des Glucoseumsatzes und des
Fettstoffwechsels war bei Kühen mit bestehender Labmagenverlagerung verglichen
mit klinisch gesunden, trockenstehenden und laktierenden Tieren reduziert. Die
Insulin-Sensitivität war nur bezogen auf die absolute Lipolysehemmung im Vergleich
zu klinisch gesunden Tieren in den gleichen Laktationswochen unterschiedlich.
Kühe mit Labmagenverlagerung sind demnach insulinresistenter als klinisch gesunde
Kühe, da sie eine reduzierte Insulin-Response der peripheren Gewebe bezogen auf
Glucoseumsatzrate und Lipolysehemmung aufweisen, nicht aber eine verringerte
Insulin-Sensitivität. Auch im Vergleich zu leberverfetteten Kühen sind sie
insulinresistenter, da ihre verminderte Insulin-Response Glucose- und
Fettstoffwechsel umfasst. Dagegen sind sie nicht so insulinresistent wie
leberverfettete Kühe mit Ketose. Dieser Umstand erkärt sich durch die Betrachtung
der Einzeltiere der labmagenverlagerten Gruppe: zwei der vier Tiere wiesen eine
Leberverfettung auf und zwei Tiere zeigten mit ß-HB-Konzentrationen über 1,5
mmol/l eine Ketose. Somit kann die Labmagenverlagerung als solche als
entscheidender Faktor der Insulinresistenz nicht unbedingt betrachtet werden.
5. Diskussion Seite 177
5.2.4. Korrelationen einiger Parameter klinisch gesunder und kranker
Kühe
In der Gruppe der klinisch gesunden Kühe, wie auch in der Gruppe der
leberverfetteten, ketotischen und labmagenverlagerten Kühe, ergibt sich eine
positive Beziehung zwischen BCS und Körpergewicht (Tab. 15). In der Gruppe der
klinisch gesunden Kühe korrelierte der BCS negativ mit den Tagen post partum,
während sich eine positive Beziehung zwischen BCS und Triglyceridgehalt der Leber
zeigte. Dies ist verständlich, da während der Trockenstehzeit eine Zunahme des BCS
erfolgt (STUDER 1998), während der BCS im Laufe der Frühlaktation in
Zusammenhang mit der Lipomobilisation wieder abnimmt. Folglich sinkt mit
zunehmender Laktation der BCS durch Mobilisation von Körperreserven, während
gleichzeitig die TGL-Akkumulation in der Leber durch den verstärkten Fettabbau
steigt. Dies wird auch an der positive Beziehung zwischen basaler NEFA-
Konzentrationen und TGL-Gehalt der Leber in beiden Gruppen, sowie an der
steigenden basalen NEFA-Konzentration bei hohem Körpergewicht der gesunden
Tiere deutlich. Die positive Beziehung zwischen AST- und NEFA-Konzentration in
beiden Gruppen könnte die Belastung der Leber bei massiver NEFA-Anflutung
anzeigen. Die basale Glucosekonzentration der kranken Kühe korreliert negativ mit
den basalen ß-HB- und NEFA-Konzentrationen, niedrige Glucosekonzentrationen
gehen einher mit einer massiven Mobilisation von Körpergewebe, die auf die enorme
energetische Unterversorgung in dieser Gruppe hinweisen.
In der Gruppe der gesunden Kühe waren negative Beziehungen des BCS und der
TGL zu der maximalen SSGIR und der halbmaximalen Insulinkonzentration
nachweisbar. Mit steigendem Verfettungsgrad des Organismus bzw. der Leber
scheint somit die maximale Insulin-Response der peripheren Gewebe, bezogen auf
den Glucoseumsatz, vermindert, die Insulin-Sensitivität dagegen erhöht zu sein. Dies
belegt, dass es auch für den Wiederkäuer eine Beziehung zwischen Verfettungsgrad
und Insulinresistenz gibt, wie es vom adipösen Monogastrier bekannt ist (RIZZA et
al. 1981).
Seite 178 5. Diskussion
In der Gruppe der leberverfetten Tiere korreliert die maximale SSGIR mit der basalen
Glucose- und Insulinkonzentration positiv und mit der basalen ß-HB- und NEFA-
Konzentration negativ. Demnach ist die Insulin-Response um so geringer, je
niedriger die basalen Glucose- und Insulinkonzentrationen und je höherdie ß-HB- und
NEFA-Konzentrationen sind. Dazu passen Hinweise aus der Literatur, dass
Unterernährung mit niedrigeren Glucose- und Insulinkonzentrationen sowie höheren
ß-HB und NEFA-Konzentrationen zu einer verminderten Insulin-Response führen
(HAY et al. 1988; SANO et al. 1990, 1992; PETTERSON et al. 1993). Ebenso ist
bekannt, dass hohe NEFA-Konzentrationen die Insulin-stimulierte Glucoseaufnahme
hemmen (BODEN et al. 1991; KELLEY et al. 1993; SALORANTA et al. 1993). Dies
scheint ein wichtiger Aspekt zu sein, da auch bei den gesunden Kühen die negative
Korrelation zwischen basalen NEFA-Konzentrationen und SSGIR nachweisbar war.
Die Abnahme der relativen NEFA-Konzentration am Ende der höchsten
Insulininfusion steht in negativer Beziehung zu den ß-HB-Konzentrationen der
leberverfetteten Tiere, entsprechend weisen ketotische Kühe eine verminderte
Response des Fettstoffwechsels auf. Die positive Korrelation zwischen der relativen
NEFA-Abnahme und der SSGIR bei den Kühen mit Leberverfettung bringt die
Wirkung des Insulins sowohl auf den Glucose- als auch den Fettstoffwechsel zum
Ausdruck.
Die Insulinkonzentration, bei der der halbmaximale Insulineffekt erreicht wird,
korreliert in beiden Gruppen mit der basalen Insulinkonzentration, entsprechend ist
die Sensitivität bei hohen basalen Insulinkonzentrationen niedriger. Zusätzlich
korreliert bei den leberverfetteten Kühen die basale Insulinkonzentration mit der
SSGIR, demnach ist bei höheren basalen Insulinkonzentrationen die maximale
Insulin-Response höher.
In der Gruppe der kranken Kühe korreliert der TGL-Gehalt negativ mit der
Insulinelimination, hohe TGL scheinen somit die Insulinelimination zu vermindern.
5. Diskussion Seite 179
Vergleichbar wird beim Menschen mit Leberinsuffienz basal eine Hyperinsulämie
beschrieben, die auf eine unzureichende hepatische Insulin-Clearance zurückgeführt
wird (CREUTZFELD et al. 1983; TAYLER et al. 1985; PETRIDES u. STROHMEYER
1986). Möglicherweise steht der Grad der Leberverfettung mit der Insulin-Clearance
in Zusammenhang, was auch die gefundenen erhöhten basalen
Insulinkonzentrationen in der Gruppe der leberverfetteten Kühe erklären könnte.
Ebenso spricht die positive Korrelation der TGL und der SSIK in der Gruppe der
gesunden Kühe für eine verminderte Insulin-Clearance bei höherem Leberfettgehalt.
5.3. Schlussfolgerungen
Anhand der Ergebnisse der Untersuchungen können folgende Postulate formuliert
werden:
1. Die von Rizza (1981) dargestellte Graphik zur Verdeutlichung der
peripheren Insulin-Response und -Sensitivität entspricht nicht den
physiologischen Gegebenheiten.
Die insbesondere durch die hohen Insulininfusionraten (5 und 10 mU/kg/min)
induzierten supraphysiologischen Insulinkonzentrationen werden unter
physiologischen Bedingungen im Blut der Kühe nicht erreicht. Es stellt sich daher die
Frage, welche Bedeutung einer Insulinresistenz zukommt, die auf reduzierter
peripherer Response bei unphysiologisch hohen Insulinkonzentrationen beruht. Eher
scheint eine Insulinresistenz, die auf einer verminderten Insulin-Sensitivität beruht,
unter physiologischen Bedingungen bedeutsam zu sein. Die Insulin-Sensitivität (km)
ist definitionsgemäß die Insulinkonzentration, bei der der halbmaximale Effekt von
Insulin erreicht wird. Eine Insulinkonzentration allein ist aber kein Ausdruck der
Empfindlichkeit peripherer Gewebe auf Insulin, erst der zugehörige halbmaximale
Effekt kann die Insulin-Sensitivität beschreiben. Bei gleichen km-Werten ist der
halbmaximale biologische Insulineffekt nicht unbedingt vergleichbar. Dieser
Seite 180 5. Diskussion
halbmaximale Effekt liegt bei verminderter Insulin-Response und gleichem km-Wert
niedriger, damit ist die insulinabhängige Glucoseaufnahme der peripheren Gewebe
reduziert.
Dies erklärt die Notwendigkeit, die maximale Insulin-Response zu bestimmen. Nur
bei Betrachtung der entsprechenden halbmaximalen Effekte bei der zugehörigen
Insulinkonzentration kann die Insulin-stimulierbare Glucoseaufnahme beurteilt
werden. Umgekehrt bedeutet dies, dass sich auch bei gleichen halbmaximalen
Insulineffekten und unterschiedlichen km-Werten die periphere Glucoseaufnahme
unterscheidet.
Die in Abbildung 1 dargestellten, von RIZZA (1981) postulierten, sigmoiden Kurven
zur Veranschaulichung der Insulin-Response und Insulin-Sensitivität entsprechen
nicht den physiologischen Verhältnissen, da sich der biologische Effekt von Insulin
bereits bei geringen Änderungen der Insulinkonzentration erhöht.
Die verminderte Insulin-Response beispielsweise leberverfetter, ketotischer Kühe ist
zwar verbunden mit einer vergleichbaren Insulin-Sensitivität, da die km-Werte gleich
der „normalen“ Kurve sind, die halbmaximalen Effekte sind in der Gruppe der
verminderten Response aber deutlich geringer. Demnach kann das periphere
Gewebe bei gleichen Insulinkonzentrationen nicht annährend soviel Glucose
aufnehmen und ist somit Insulin-unempfindlicher. Daraus lässt sich schlussfolgern,
dass eine verminderte Insulin-Response auch bei gleicher Insulin-Sensitivität
entsprechend der Definition nach RIZZA (1981) mit einer drastisch verminderten
Glucoseaufnahme der peripheren Gewebe einhergeht. Eine Veränderung der Insulin-
Response hat somit eine unmittelbare Konsequenz im Bereich der physiologischen
Insulinkonzentration.
Die Ergebnisse der vorliegenden Studie wurden in Tabelle 16 zusammengefasst.
5. Diskussion Seite 181
Tab. 16: Zusammenfassung der Ergebnisse der untersuchten Tiergruppen der
vorliegenden Studie im Vergleich. Unterschiedliche Pfeile in einer Zeile
kennzeichnen signifikante Unterschiede (p < 0,05) zwischen den
Gruppen, Klammern kennzeichnen statistische Tendenzen
klinisch gesund Leberverfettung
trocken (2./3. LW)
laktierend (2./3. LW)
laktierend (4.-10. LW)
ohne Ketose (2./3. LW)
mit Ketose (2./3. LW)
Glucose-Konzentration basal
Insulin-Konzentration basal
NEFA-Konzentration basal
( ) ( )
periphere Insulin-Response
Glucose
( ) ( ) ( )
periphere Insulin-Response
NEFA
km-Werte Insulin-Elimination
Seite 182 5. Diskussion
2. Trockenstehende Kühe weisen eine größere periphere Insulin-
Response als laktierende Kühe auf, um den Fetus vor einer
energetischen Unterversorgung zu schützen.
Die periphere Insulin-Response der trockenstehenden Kühe war tendenziell niedriger
als die der laktierenden Kühe in der 4. - 10. Laktationswoche. Die km-Werte der
trockenstehenden Kühe waren mit denen der Kühe in der 4. - 10. Laktationswoche
vergleichbar, während der halbmaximale Effekt niedriger lag. Daraus kann
geschlussfolgert werden, dass sich sowohl die Insulin-Response als auch die Insulin-
Sensitivität mit dem Reproduktionsstadium nur in geringem Umfang ändern. Somit
sichert die niedrigere periphere Insulin-Response und -Sensitivität trockenstehender
Kühe die Versorgung des Fetus.
3. Frühlaktierende Kühe haben eine höhere Insulin-Response und -
Sensitivität, um die Versorgung extramammärer Gewebe zu
gewährleisten.
Die Untersuchungen ergaben insgesamt keine signifikanten Unterschiede zwischen
den laktierenden Kühen in der 2./3. Laktationswoche und den Kühen nach
Rekonvaleszenz einer Labmagenoperation im gleichen Laktationsstadium. Daraus
kann gefolgert werden, dass die Insulin-Response und -Sensitivität 3 - 5 Tage nach
einer Labmagenoperation nicht mehr durch die zurückliegende Labmagenverlagerung
beeinflusst wird.
Die laktierenden Kühe in der 2./3. Laktationswoche unterschieden sich von Kühen in
der 4. - 10. Laktationswoche nicht in der peripheren Insulin-Response, wohl aber in
der Insulin-Sensitivität. Die halbmaximalen Effekte der Kühe in der 2./3.
Laktationswoche waren nicht signifikant niedriger, während die zugehörige
Insulinkonzentrationen aber signifikant niedriger lagen, als bei den Kühen in der 4. -
10. Laktationswoche. Die niedrigeren Insulinkonzentrationen der laktierenden Kühe
in der 2./3. Laktationswoche, verglichen mit den laktierenden Kühen in der 4. - 10.
Laktationswoche bzw. den trockenstehenden Kühen, entsprechen den Angaben aus
5. Diskussion Seite 183
der Literatur (HART et al. 1978; HERBEIN et al. 1985). Die für die Frühlaktation
typischen, niedrigen basalen Insulinkonzentrationen steigern die Gluconeogenese,
die Lipolyse und begünstigen eine Umverteilung der Glucose in das Euter (VAN
MEIRHAEGHE 1988 b). Zudem wird durch die niedrigen basalen
Insulinkonzentrationen indirekt die CPT-1 Aktivität stimuliert, so dass die ß-Oxidation
der Fettsäuren gesteigert und die Reveresterung der NEFA in der Leber reduziert
wird. Gleichzeitig verhindert eine relativ hohe Insulin-Sensitivität bei hoher Insulin-
Response eine kritische Minderversorgung der extramammären Gewebe, da die hohe
Insulin-Sensitivität und -Response bei niedrigen basalen Insulinkonzentrationen eine
hohe extramammäre, insulinabhängige Glucosenutzung ermöglicht und dadurch eine
adäquate Versorgung des Körpergewebes mit Glucose sichert. Diese Kombination
könnte eine Voraussetzung für den ungestörten Ablauf der Frühlaktation sein.
4. Die Insulinresistenz leberverfetteter Kühe ohne und mit Ketose wird
durch hohe NEFA-Konzentrationen verursacht und hohe ß-HB-
Konzentrationen verschärft.
Leberverfettete Kühe erwiesen sich als insulinresistenter verglichen mit klinisch
gesunden Kühen im gleichen Laktationsstadium. Sie hatten verglichen mit gesunden,
laktierenden Kühen im gleichen Laktationsstadium eine signifikant niedrigere Insulin-
Response und Insulin-Sensitivität. Die basalen Insulinkonzentrationen lagen deutlich
über den Konzentrationen der gesunden Kühe, was auf einen Versuch der
Kompensation der Insulinresistenz hindeuten könnte, ähnlich dem prädiabetogenen
Stadium adipöser Monogastrier (RAND et al. 2003). Daraus ergibt sich die folgende
Hypothese: die hohen basalen Insulinkonzentrationen senken die CPT-1-Aktivität, so
dass der NEFA-Einstrom in die Mitochondrien vermindert und die ß-Oxidation
reduziert wird und folglich weniger Acetyl-CoA zur Ketonkörperproduktion zur
Verfügung stehen. Außerdem senken die hohen basalen Insulinkonzentrationen die
hepatische Gluconeogeneserate. Gleichzeitig reduzieren die niedrige Insulin-
Response und -Sensitivität trotz der hohen basalen Insulinkonzentrationen die
extramammäre Glucosenutzung und das resultierende Energiedefizit der peripheren
Seite 184 5. Diskussion
Gewebe verschlimmert die Situation. Als prädisponierend für die Insulinresistenz
dieser Kühe kann der hohe Körperfettanteil, die verminderte Nahrungsaufnahme, die
gesteigerte Lipolyse mit hohen zirkulierenden NEFA-Konzentrationen als auch die
Leberverfettung selbst angesehen werden. Die negative Korrelation zwischen der
basalen NEFA-Konzentration und dem maximalen Glucoseumsatz bei leberverfetteten
Kühen lässt den Schluss zu, dass die hohen NEFA-Konzentrationen die Ursache der
Insulinresistenz leberverfetteter Kühe sind.
Leberverfettete, ketotische Kühe erwiesen sich als noch insulinresistenter als
leberverfettete, nicht-ketotische Kühe. Die im Vergleich zu den leberverfetteten
Kühen niedrigeren, basalen Insulinkonzentrationen könnten ein Faktor sein, der den
leberverfetteten Kühen mit Ketose eine Milchleistung von noch etwa 42 % der
gesunden Kühe ermöglichte - trotz der niedrigen Glucosekonzentration, die gepaart
mit hohen NEFA- und ß-HB-Konzentrationen auf eine extrem katabole
Stoffwechsellage hinweisen. Die niedrigen basalen Insulinkonzentrationen
korrelierten sowohl mit einer niedrigen Insulin-Response als auch mit einer hohen
Insulin-Sensitivität der ketotischen, leberverfetteten Kühe. Dieser niedrige km-Wert
lässt aber keineswegs auf eine adäquate Insulin-stimulierbare Glucoseaufnahme der
peripheren Gewebe schließen, da die dabei erreichte halbmaximale Insulinwirkung
drastisch niedriger war als bei den klinisch gesunden Kühen. Die im Vergleich zu
diesen Kühen zusätzlich verminderte Insulin-Response der Lipolyse lässt darauf
schließen, dass die Ketonkörper einen zusätzlichen negativen Effekt auf die
Insulinresistenz haben. Demnach geht offenbar die verminderte Insulin-Response
leberverfetteter, ketotischer Kühe trotz hoher Insulin-Sensitivität mit einem
ausgesprochenen Energiemangel extrahepatischer Gewebe einher.
5. Diskussion Seite 185
5. Insulin kann das extramammäre Energiedefizit leberverfetteter,
ketotischer Kühe beseitigen und erscheint auch zur Therapie von
leberverfetteten Kühen geeignet.
Möglicherweise kann eine Insulintherapie die Energieverarmung der Zellen
ketotischer Tiere beseitigen. Steigende Insulinkonzentrationen senken bei
laktierenden Milchkühen den Anteil der insulinunabhängigen Glucoseaufnahme von
92 % auf 61 % der metabolischen Glucoseclearance (ROSE et al. 1997). Es kann
demnach bei hohen Insulinkonzentrationen mehr Glucose insulinabhängig in
periphere Gewebe aufgenommen werden, während der Glucoseanteil der
inulinunabhängig - beispielsweise in das Euter - aufgenommen wird, sinkt. Die
Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen, dass bei ketotischen, leberverfetteten
Kühen bei einer mittleren Insulinkonzentration (Km) von 27,4 ± 10,5 µU/ml 6,8 ± 1,8
µmol/kg/min Glucose insulinabhängig in die Zellen peripherer Gewebe gelangt (Tab.
12). Diese Insulinkonzentrationen im Plasma werden etwa im steady-state der
Insulin-Infusionsraten von 0,5 mU/kg/min erreicht (Tab. 9). Bezogen auf eine Kuh
mit 600 kg Körpergewicht könnten in 24 Stunden durch Anhebung der basalen
Insulinkonzentration um etwa 22 µU/ml 1058 g Glucose insulinabhängig in die
peripheren Gewebe gebracht werden und somit den täglichen basalen Glucosebedarf
der Kuh von 300 g Glucose sichern. Angesichts der Glucosemenge, die so Insulin-
vermittelt in die Zellen aufgenommen werden kann, der schon basal niedrigen
Glucosekonzentration der ketotischen Kühe mit Leberverfettung und der zusätzlichen
Hemmung der hepatischen Gluconeogenese durch Insulin wird deutlich, dass die
gleichzeitige Bereitstellung von Glucose notwendig ist, um den peripheren
Energiemangel zu beseitigen. Eine alleinige Bolusinjektion von Glucose würde
lediglich kurzzeitig zu unphysiologisch hohen Glucosekonzentration im Blut führen,
die die Kuh vor einer Insulin-vermittelten Hypoglycämie nicht schützen kann. Daher
ist eine konstante Glucosezufuhr über 24 Stunden sinnvoll. Zusätzlich könnte eine
indirekte Glucosebereitstellung durch glucogenetische Vorläufersubstrate, wie
Propionat oder Propylenglycol vorgenommen werden. Sie steigern ihrerseits die
Insulinkonzentration und senken die CPT-1 Aktivität und damit die
Seite 186 5. Diskussion
Fettsäureoxidation. Eine Glucocorticoidtherapie zur Steigerung der Gluconeogenese
kann die vorliegende Insulinresistenz verstärken, da durch direkte Hemmung der
GLUT-4 Translokation die Glucoseaufnahme in die Zellen vermindert wird. So wurde
in Untersuchungen am Menschen gezeigt, dass eine Cortisontherapie über 24
Stunden mit dreifach höhen basalen Cortisonkonzentrationen zwar zunächst die
Glucoseproduktion steigern kann, letzendlich aber eine Insulinresistenz verursacht,
da im HEC eine erniedrigte Insulin-Sensitivität der Leber und der peripheren Gewebe
nachgewiesen wurde (RIZZA et al. 1981).
Die Untersuchungen zeigen einen weiteren Vorteil einer Insulinbehandlung
ketotischer, leberverfetteter Kühe: trotz der reduzierten peripheren Insulin-Response
des Fettgewebes fallen die basalen NEFA-und ß-HB-Konzentrationen um 66 und 48
% der Ausgangswerte bei Insulinkonzentrationen von 27,4 ± 10,5 µU/ml (km) (Abb.
5 und 6, Tab. 14). Die höheren Insulinkonzentrationen hemmen die Lipolyse im
Fettgewebe, wodurch insgesamt weniger NEFA in das Blut und damit in die Leber
gelangen; der Leberstoffwechsel wird erheblich entlastet. Obwohl Insulin die Aktivität
der Acetyl-CoA-Carboxylase steigert und dadurch vermehrt Malonyl-CoA für die
Lipogenese in der Leber zur Verfügung steht, führt die reduzierte NEFA-Anflutung
indirekt zu einer verminderten hepatischen TGL-Akkumulation. Zusätzlich führt die
Hemmung der CPT-1 Aktivität durch hohe Insulinkonzentrationen (und hohe Malonyl-
CoA-Konzentrationen) zu einem Abfall der Ketonkörperkonzentration im Blut. Die
fallenden NEFA- und ß-HB-Konzentrationen selbst vermindern somit wiederum die
Insulinresistenz ketotischer, leberverfetteter Kühe.
Eine Insulintherapie leberverfetteter Kühe scheint zunächst aufgrund der basal schon
deutlich höheren Insulinkonzentration und der niedrigen Insulin-Sensitivität
schwierig, da zum Erreichen des halbmaximalen Insulineffektes auf den
Glucoseumsatz hohe Insulinkonzentrationen von 65,1 ± 26,5 µU/ml notwendig
waren (Tab. 14). Der dabei erreichte halbmaximale Effekt auf den Glucoseumsatz lag
mit 10,9 ± 1,4 µmol/kg/min tendenziell über dem der ketotischen, leberverfetteten
5. Diskussion Seite 187
Kühe. Anhand der Dosis-Response-Kurven wird deutlich, dass der halbmaximale
Effekt der ketotischen, leberverfetteten Kühe von 6,8 ± 1,8 µmol Glucose/kg/min von
den leberverfetteten Kühen ebenfalls bei vergleichbaren Insulinkonzentrationen von
etwa 28 µU/ml erreicht wird (Abb. 3). Demnach kann auch bei leberverfetteten
Kühen mit hohen basalen Insulinkonzentrationen, niedriger Insulin-Response und -
Sensitivität Insulin für eine verstärkte insulinabhängige Glucoseaufnahme in
extramammäre Gewebe und einer Reduktion der NEFA-Konzentration therapeutisch
genutzt werden.
Seite 188 6.Zusammenfassung
6. Zusammenfassung
Silke Kräft (2004):
Charakterisierung der peripheren Insulin-Response und Insulin-
Sensitivität bei trockenstehenden, laktierenden und leberverfetteten
Milchkühen ohne und mit Ketose mittels hyperinsulinämischer,
euglycämischer Clamps.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Bedeutung des Insulins für die Regulation
der Glucosehomöostase sowie die Insulin-Sensitivität und -Response bei klinisch
gesunden, trockenstehenden und frühlaktierenden Milchkühen mittels
hyperinsulinänischer, euglycämischer Clamp-Untersuchungen näher zu
charakterisieren und den Einfluss einer Leberverfettung, Ketose und linksseitigen
Labmagenverlagerung auf die biologischen Effekte von Insulin zu untersuchen.
Die Versuche wurden an 40 Kühen der Rasse „Deutsche Schwarzbunte“
durchgeführt. Die Kühe wurden anhand der Ergebnisse der klinischen Untersuchung
und labordiagnostischer Kriterien ausgewählt und einer der sieben Gruppen
zugeordnet: Klinisch gesunde, trockenstehende Kühe (N = 5, 25 ± 9 Tage ante
partum, Leber-Triglyceridgehalt [TGL]: 13,9 ± 9,2 mg/g Frischgewebe [FG]), klinisch
gesunde, laktierende Kühe in der 2./3. Laktationswoche [LW] (N = 4, 18 ± 3 Tage
post partum [p. p.], TGL: 71,8 ± 28,8 mg/g FG), klinisch gesunde, laktierende Kühe
in der 2./3. LW, 4 - 5 Tage nach operativer Reposition einer linksseitigen
Labmagenverlagerung [LMV] (N = 4, 16 ± 5 Tage p. p., TGL: 47,0 ± 19,1 mg/g FG),
klinisch gesunde, laktierende Kühe in der 4. - 10. LW (N = 5, 46 ± 16 Tage p. p.,
TGL: 36,0 ± 24,7 mg/g FG), leberverfettete Kühe in der 2./3. LW nach LMV-
Operation (N = 6, 26 ± 10 Tage p. p., TGL: 157 ± 21 mg/g FG), leberverfettete
Kühe in der 2./3. LW nach LMV-Operation mit Ketose (N = 4, 13 ± 4 Tage p. p.,
6. Zusammenfassung Seite 189
TGL: 137 ± 27 mg/g FG, ß-Hydroxybutyrat-Konzentration: 3,7 ± 1,4 mmol/l), Kühe
mit bestehender linksseitiger Labmagenverlagerung in der 2./3. LW (N = 4, 15 ± 4
Tage p. p., TGL: 80,4 ± 42,2 mg/g FG).
Am Vortag der Versuche wurden beide Venae jugulares externae der Kühe
katheterisiert. Die Versuche begannen am nächsten Morgen, nachdem das Kraftfutter
für 14 Stunden entzogen war. Wasser und Heu standen den Kühen stets (auch
während des Clamps) zur Verfügung. Die Kühe wurden mit bovinem Insulin in
Konzentrationen von 0,1, 0,5, 2, 5 und 10 mU/kg KGW/min über je zwei Stunden
infundiert. Zusätzlich war den drei letzten Infusionslösungen Kaliumchlorid zugesetzt.
Die Blutglucosekonzentration wurde durch variable Glucoseinfusionsraten einer 40 %
Glucoselösung auf dem Niveau der basalen Konzentrationen konstant gehalten. Die
maximale Insulin-Response, definiert als mittlere steady-state Glucoseinfusionsrate
(SSGIR) bei Insulininfusionen von 10 mU/kg/min, der laktierenden Kühe in der 4. -
10. LW (40,3 ± 8,6 µmol/kg/min) war höher als die der trockenstehenden Kühe
(29,2 ± 4,1 µmol/kg/min). Die SSGIR der klinisch gesunden Kühe in der 2./3. LW
(35,2 ± 9,3 µmol/kg/min) und der Kühe nach Behandlung einer
Labmagenverlagerung (34,5 ± 1,9 µmol/kg/min) unterschied sich nicht. Die
Response war bei Kühen mit Leberverfettung (21,9 ± 2,8 µmol/kg/min) und Kühen
mit bestehender Labmagenverlagerung (18,8 ± 2,2 µmol/kg/min) gegenüber klinisch
gesunden Kühen reduziert. Die niedrigsten Werte wurden bei den leberverfetteten
Kühen mit Ketose gemessen (13,6 ± 3,5 µmol/kg/min). Die Plasma-NEFA
Konzentrationen fielen bei allen Kühen während der Insulininfusion schnell ab. Bei
den klinisch gesunden Kühen erniedrigte sich die relative NEFA-Konzentration um
etwa 90 % der basalen Werte, während der Abfall der leberverfetteten Kühe mit
Ketose (67 ± 4 %) und der Kühe mit bestehender Labmagenverlagerung (71 ± 13
%) signifikant geringer war. Die maximale steady-state Insulinkonzentration (SSIK)
unterschied sich nicht zwischen den laktierenden Kühen in der 2./3. LW (999 ± 215
µU/ml), leberverfetteten Kühen (1011 ± 150 µU/ml) und Kühen mit bestehender
Labmagenverlagerung (978 ± 273 µU/ml), während die SSIK der laktierenden Kühe
Seite 190 6.Zusammenfassung
in der 4. - 10. LW (686 ± 17 µU/ml) und der Kühe nach Operation einer
Labmagenverlagerung (621 ± 103 µU/ml) signifikant niedriger waren. Es ließ sich
kein Unterschied zwischen diesen Gruppen zu den trockenstehenden Kühen (791 ±
69 µU/ml) und den leberverfetteten Kühen mit Ketose (891 ± 82 µU/ml) nachweisen.
Die Insulin-Sensitivität wird als Insulinkonzentration, die zum Erreichen des
halbmaximalen biologischen Effektes [km] von Insulin auf den Glucoseumsatz oder
die Lipolysehemmung benötigt wird, beschrieben. Im statistischen Vergleich aller
Gruppen ließ sich kein signifikanter Unterschied zwischen den km-Werten absichern,
trotz deutlicher Unterschiede in den absoluten Werten zwischen klinisch gesunden,
laktierenden Kühen in der 2./3. LW (km: 25,7 ± 9,2 µU/ml), klinisch gesunden Kühen
in der 4. - 10. LW (km: 46,9 ± 14,1 µU/ml) und leberverfetteten Kühen (km: 65,1 ±
26,5 µU/ml). Die Insulineliminationsrate war zwischen den Gruppen nicht signifikant
unterschiedlich.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Insulinresistenz der trockenstehenden Kühe
verglichen mit den laktierenden Kühen in der 4. - 10. LW durch eine niedrigere
periphere Insulin-Response verursacht wurde, die für die Versorgung des Fetus auch
sinnvoll erscheint. Die hohe Insulin-Sensitivität und -Response frühlaktierender Kühe
verhindert bei niedrigen basalen Insulinkonzentrationen eine kritische
Minderversorgung extramammärer Gewebe. Signifikante Unterschiede zwischen
klinisch gesunden Kühen in der 2./3. Laktationswoche und Kühen nach einer
Labmagenoperation im gleichen Laktationsstadium waren nicht nachweisbar. Die
wahrscheinlichste Ursache der niedrigeren Insulin-Response leberverfetteter Kühe im
Vergleich zu klinisch gesunden Kühen bilden die hohen NEFA-Konzentrationen.
Aus den Untersuchungen kann gefolgert werden, dass der Energiemangel der
peripheren Gewebe bei leberverfetteten Kühen mit und ohne Ketose trotz der
Insulinresistenz durch die Anhebung der basalen Insulinkonzentration bei
gleichzeitiger Glucosebereitstellung therapiert werden kann.
7. Summary Seite 191
7. Summary
Silke Kräft (2004):
Characterization of the peripheral insulin response and sensitivity in dry
cows, lactating dairy cows and cows suffering from fatty liver and ketosis
by hyperinsulinemic euglycemic clamps.
It was the objective of this study to characterize the role of insulin for the regulation
of glucose homeostasis and peripheral insulin response and sensitivity in clinically
healthy dry and early lactating cows by hyperinsulinemic euglycemic clamps [HEC],
and, secondly, to investigate the influence of ketosis, fatty liver and left abomasal
displacement on biological responses of insulin.
Experiments were carried out using 40 German Holstein cows. Cows were assigned
on the basis of a clinical investigation and laboratory analysis to seven groups:
clinically healthy, dry cows (N = 5, 25 ± 9 d ante partum, liver triglycerides [TGL]:
13.9 ± 9.2 mg/g liver tissue fresh weight [FW]), clinically healthy cows 2./3. weeks
post partum [p. p.] (N = 4, 18 ± 3 d p. p., TGL: 71.8 ± 28.8 mg/g FW), clinically
healthy cows 4 days after surgical reposition of a left abomasal displacement (N = 4,
16 ± 5 d p. p., TGL: 47.0 ± 19.1 mg/g FW), clinically healthy cows 4 – 10 weeks p.
p. (N = 5, 46 ± 16 d p. p., TGL: 36.0 ± 24.7 mg/g FW), cows suffering from fatty
liver (N = 6, 26 ± 10 d p. p., TGL: 157 ± 21 mg/g FW), ketotic cows suffering from
fatty liver (N = 4, 13 ± 4 d p. p., TGL: 137 ± 27 mg/g FW, serum concentration of ß-
hydroxybutyrate: 3.7 ± 1.4 mmol/l), cows with actual left abomasal displacement (N
= 4, 15 ± 4 d p. p., TGL: 80.4 ± 42.2 mg/g FW).
The day prior to the experiment, two jugular catheters were inserted. HEC`s were
conducted after withdrawal of concentrates for 14 h, while water and hay were
Seite 192 7. Summary
always accessible ad libitum (also during the HEC`s). Cows were infused with bovine
insulin intravenously using dosages of 0.1, 0.5, 2, 5 and 10 mU/kg BW/min
consecutively for two hours each. Blood glucose was clamped at the basal level by
infusing varying dosis of glucose (40 % w/v). The maximal insulin response, defined
as the mean steady-state glucose infusion rate (SSGIR) during infusion of 10 mU
insulin/kg/min, was higher in lactating cows 4 – 10 weeks p. p. (40.3 ± 8.6
µmol/kg/min) than in dry cows (29.2 ± 4.1 µmol/kg/min). There was no difference
between lactating cows in the 2./3. weeks p. p. (35.2 ± 9.3 µmol/kg/min) and cows
after treatment of abomasal displacement (34.5 ± 1.9 µmol/kg/min). The response
was significantly reduced compared to the latter groups in fatty liver cows (21.9 ±
2.8 µmol/kg/min) and cows suffering from left abomasal displacement (18.8 ± 2.2
µmol/kg/min); it was lowest in ketotic fatty liver cows (13.6 ± 3.5 µmol/kg/min). The
plasma NEFA levels dropped rapidly in all cows during the insulin infusions. The
relative decline accounted for about 90 % of the basal value in healthy cows, while
the decrease was significantly less pronounced in ketotic fatty liver cows (67 ± 4 %)
and cows suffering from abomasal displacement (71 ± 13 %). The maximal steady-
state insulin concentration (SSIC) was higher in lactating cows 2./3. weeks p. p. (999
± 215 µU/ml), fatty liver cows (1011 ± 150 µU/ml) and cows with abomasal
displacement (978 ± 273 µU/ml) than in clinically healthy, lactating cows 4 – 10
weeks p. p. (686 ± 17 µU/ml) and cows after surgery of abomasal displacement (621
± 103 µU/ml). There was no difference to dry cows (791 ± 69 µU/ml) and ketotic,
fatty liver cows (891 ± 82 µU/ml). The insulin sensitivity was described as the insulin
concentration, which was necessary to achieve the half-maximal biological effect [km]
of insulin on glucose utilization or on inhibition of lipolysis. Comparing the km-values,
no significant differences were found between the groups although the absolute
values varied considerably: clinically healthy cows 2./3. weeks p. p. (25.7 ± 9.2
µU/ml), clinically healthy cows 4 – 10 weeks p. p. (46.9 ± 14.1 µU/ml), fatty liver
cows (65.1 ± 26.5 µU/ml). The rate of insulin elimination did not differ between the
groups tested.
7. Summary Seite 193
It is concluded that the insulin resistance of dry cows compared to clinically healthy
lactating cows 4 – 10 weeks p. p. is due to a reduced peripheral insulin response,
which can ensure requirements of the fetus. The typical low insulin levels in healthy
cows in early lactation facilitate the flow of glucose to the udder, while the high
insulin sensitivity and -response of peripheral tissues prevent a critical deficiency of
extramammary tissues. Cows suffering from fatty liver exhibited a lower peripheral
insulin response than all groups of clinically healthy cows, probable caused by high
concentration of NEFA.
The practical application of this study is to treat the energy deficiency of peripheral
tissues in fatty liver cows with and without ketosis by increasing the insulin level and
to provide glucose despite insulin resistance.
Seite 194 8 Schrifttumsverzeichnis
8. Schrifttumsverzeichnis
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Erklärung
Hiermit erkläre ich, dass ich die Dissertation mit dem Titel
„Charakterisierung der peripheren Insulin-Response und Insulin-Sensitivität bei
trockenstehenden, laktierenden und leberverfetteten Milchkühen ohne und mit
Ketose mittels hyperinsulinämischer, euglycämischer Clamps“
selbstständig verfasst habe. Bei der Anfertigung wurde keine Hilfe Dritter in Anspruch
genommen.
Ich habe keine entgeltliche Hilfe von Vermittlungs- bzw. Beratungsdiensten
(Promotionsberater oder anderer Personen) in Anspruch genommen. Niemand hat
von mir unmittelbar oder mittelbar entgeltliche Leistungen für Arbeiten erhalten, die
im Zusammenhang mit dem Inhalt der vorgelegten Dissertation stehen.
Ich habe die Dissertation an folgender Institution angefertigt:
Klinik für Rinder an der Tierärztlichen Hochschule Hannover
Bischofsholer Damm 15
30173 Hannover
Die Dissertation wurde bisher nicht für eine Prüfung oder Promotion oder für einen
ähnlichen Zweck zur Beurteilung eingereicht.
Ich versichere, dass ich die vorstehenden Angaben nach bestem Wissen vollständig
und der Wahrheit entsprechend gemacht habe.
Silke Kräft
Danksagung
Herrn Prof. Dr. Kaske und Herrn Prof. Dr. Rehage danke ich sehr herzlich für die
Überlassung des Themas und die jederzeit gewährte freundliche Unterstützung und
konstruktive Hilfe. Zusätzlich möchte ich einen ganz besonderen Dank an Herrn Prof.
Dr. Martin Kaske für das große Engagement bei der Planung und Durchführung der
Arbeit richten.
Herrn Prof. Dr. Scholz möchte ich für die freundliche Aufnahme an der Klinik für
Rinder danken.
Bedanken möchte ich mich bei Herrn Prof. Dr. Sallmann, der mir die Bestimmung der
Insulinproben in dem Institut für Physiologische Chemie gestattete. An dieser Stelle
sei auch Frau Andrea Widdel für die freundliche und kompetente Hilfe gedankt.
Ich danke allen Mitarbeitern der Klinik für Rinder, insbesondere den Unterassistenten
und dem Pflegepersonal für die tatkräftige Unterstützung. Stellvertretend für die
Mitarbeiter des Labors möchte ich mich bei Iris Greve für ihre supernette
Unterstützung und die unkomplizierte Bearbeitung von Proben bedanken.
Dem Institut für Lebensmittelkunde danke ich für die Nutzungserlaubnis ihres
Photometers zur Bestimmung der Triglyceride.
Ganz herzlich möchte ich Nils für die Rettung bei diversen Computerproblemen und
Thorsten für das Wiederherstellen des verlorengeglaubten Schrifttums danken. Ich
möchte mich auch bei Frau May für die Hilfestellung bei der Lösung mathematischer
Probleme bedanken.
Mein ganz besonderer Dank richtet sich an Gisela, Werner, Thorsten, Nils und Oma
Kassel. Ich danke für das Verständnis, die Geduld und die Unterstützung, besonders
in der Endphase.