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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


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


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


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


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


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


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


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


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).


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).


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).


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).


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


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-


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


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


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).


2.2.1.4. 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).


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


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


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


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.


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.


2.2.4. 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).


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-


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


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.


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,


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


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


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


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


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).


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


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


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).


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).


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


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).


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


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


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


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-


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


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


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).


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


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


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


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).


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).


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.


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


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


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


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


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.


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


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


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).


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;


• 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).


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


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


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


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.


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


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


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.


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:


• 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).


• 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.


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


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


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).


• 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


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).


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.

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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


3.1.2. 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.


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


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.


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


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


(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


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


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.


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.


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



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


3.3. 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.


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.


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


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


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


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


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


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.


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 %.


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.


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.


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.


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


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.


3.5. 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


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


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


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.


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


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


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


4.1.6. 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).


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


LMV-OP: Operation einer linksseitigen Labmagenverlagerung nach

DIRKSEN (1967), LW: Laktationswochen


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.


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


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).


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





klinisch gesund

trocken -stehend

klinisch gesund

lakt. (2./3. LW)

klinischgesund


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


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


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


4.2.2. 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


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).


Tab. 9: Steady-state Insulin-Konzentrationen (SSIK) [µU/ml] (Mittelwerte ± SD)

der Tiere in den Gruppen während der fünf Insulininfusionsperioden





klinisch gesund

trocken -stehend

klinisch gesund

lakt. (2./3. LW)

klinischgesund


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)


11 ab ± 1

4 c ± 1

4 c ± 2

10 ab ± 1

13 b ± 2

9 a ± 2

8 a ± 3


27 a ± 2

26 a ± 6

16 b ± 4

24 a ± 3

32 a ± 6

27 a ± 5

30 a ± 10


145 a ± 27

120 ab ± 17

92 b ± 11

92 b ± 10

155 a ± 19

117 ab ± 15

159 a ± 52


427 ab ± 21

511 a ± 101

321 bc ± 44

287 c ± 24

461 a ± 52

425 ab ± 58

490 a ± 136


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



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


4.2.3. 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.


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 ±


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





klinisch gesund

trocken -stehend

klinisch gesund

lakt. (2./3. LW)

klinischgesund


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)


216 a ± 140

500 a ± 337

624 ab ± 256

440 a ± 161

757 ab ± 264

1146 b ± 436

793 ab ± 293


98 a ± 48

189 ab ± 97

306 ab ± 85

233 ab ± 134

399 bc ± 118

566 c ± 188

448 bc ± 202


40 a ± 10

91 a ± 43

134 ab ± 45

87 a ± 40

213 b ± 48

528 c ± 121

243 b ± 123


43 a ± 18

84 a ± 32

91 a ± 27

76 a ± 50

183 a ± 66

545 b ± 177

209 a ± 129


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


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).



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)



Klinisch gesundnach LMV-OPlaktierend(2./3. LW) (N=4)


Klinisch gesundlaktierend(2./3. LW) (N=4)


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.


Plasma-Insulinkonzentrationen und der jeweiligen relativen steady-state NEFA-Konzentrationen für die fünf




0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

NEF

A-K

onze

ntr

atio

n, r

elat

iv [

% ]

0

20

40

60

80

100








Seite 126

4. Ergebnisse


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


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.


Plasma-Insulinkonzentrationen und der jeweiligen steady-state Plasma-ß-HB-Konzentrationen für die fünf



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)



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.


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




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


(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


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.


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


4.3.1. 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


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).


Tab. 12: Theoretische maximale und halbmaximale Glucoseutilisation

[µmol/kg/min] und km-Werte [µU/ml] der Tiere in den Gruppen

(Mittelwerte ± SD).





klinisch gesund

trocken -stehend

klinisch gesund

lakt. (2./3. LW)

klinischgesund


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


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)







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.


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







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


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




klinisch gesund

trocken -stehend

klinisch gesund

lakt. (2./3. LW)

klinischgesund


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


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.


Tab. 14: Maximale und halbmaximale relative NEFA-Konzentrationen [%], km-

Werte [µU/ml] und Ratenkonstanten (k) der Tiere in den Gruppen

(Mittelwerte ± SD)





klinisch gesund

trocken -stehend

klinischgesund

lakt. (2./3. LW)

klinischgesund


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


4.4. 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.


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.


5.1.2. 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.


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


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


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.


5.1.3.4. 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.


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


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


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


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.


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


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.


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


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


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


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.


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


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).


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


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


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).


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.


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


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.


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


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


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.



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.


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


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.


5.2.4. 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).


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.


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


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.


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


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


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


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. 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


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


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.

charakterisierung der peripheren insulin-response und ... · aus der klinik für rinder der...

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