TATION pRÆSEN

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

DAG 2 – ABSORPTION OG LEVEROMSÆTNING MOGENS LARSEN e-mail: Mogens.Larsen@anis.au.dk

1

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

LÆRINGSMÅL FOR DAGEN › At forstå de grundlæggende principper omkring VFA absorption og efterfølgende

leveromsætning

› At forstå de grundlæggende principper omkring drøvtyggerens glukoseforsyning

› At forstå de grundlæggende principper omkring aminosyreabsorption og efterfølgende leveromsætning

› At forstå de grundlæggende principper for leveromsætning af langkædede fedtsyrer

› HÅB: At kunne anvende denne viden til kritisk vurdering foderplaner og problemstillinger i en kvægbesætning

2

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

FORMEN › Undervisning/gennemgang

› Beregninger

› Pauser

› Besøg i intensivstalden

3

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

KVANTITATIV NÆRINGSSTOFABSORPTION OG METABOLISME › Absorption er

› optagelse af næringsstoffer fra tarmen til organismen

› Metabolisme er › et sæt af kemiske reaktioner som sker i levende organismer til opretholdelse af liv › omdannelse af et næringsstof til et nyt

› Kvantitativ › Absolute mængder

› Dagens program er målrettet mod › Mængder og profiler af næringsstoffer absorberet fra mavetarmkanal til blod › Omsætning og produktion af næringsstoffer i leveren › Leverens nøglerolle i forsyningen med næringsstoffer til at dække behov i perifære væv

4

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

TRADITIONELT HAR VI BETRAGTET INPUT OG

OUTPUT PÅ HELDYRSNIVEAU

DERMED BLIVER

DYRET EN SORT BOKS

Gødning, Urin, Metan

Prod

ukt

Næringsstoffer

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

ANATOMI

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

ABSORPTION › Formaver (vom)

› VFA absorption (85%)

› Tyndtarm

› Aminosyrer › Langkædede fedtsyrer › Glukose

› Tyktarm › VFA absorption (15%)

7

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

LEVEROMSÆTNING › Udgør 1-2.5 % af kropsvægt › Udgør 25 % af kroppens iltforbrug › Udgør 85 % af glukoseproduktion

(glukoneogenese)

› Glykogenlager › Fedtomsætning › Proteinsyntese › Galdeproduktion og sekretion › Afgiftning af toksiner

8

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

KATETERMODEL

9

Formaver/ løbe

Tynd- og tyktarm Lever

Leverportåren

Levervene

Leverarterie

Arterie

TATION pRÆSEN

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

VFA – ABSORPTION OG LEVEROMSÆTNING

10

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

ABSORPTION FRA FORMAVER

11

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

VFA OMSÆTNING

12

Vom

Blo

d

Mikrobiel vækst

VFA produktion

Epitel

Omsæt-

ning

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

ANATOMI

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

ABSORPTION AF VFA De metabolisk aktive epitel celler i stratum basale trækker Na+ ind og driver dermed VFA ind gennem forhornede epitellag Selve absorptionsmekanismen er ikke klarlagt Vigtigt at de producerede VFA bliver absorberet effektivt for at undgå lave pH i vommen Buffer i spyt er med til at kontrollere pH niveauet i vommen

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

HVAD ER DET AT DER SKER MED VFA PRODUCERET I VOMMEN?

Funktionel vom Vasket vom

Får Får Stude

Acetat 54 ± 8 109 ± 7 105 ± 3

Propionat 54 ± 8 95 ± 7 91 ± 2

Butyrat 11-25 23 ± 3 18-52 Kristensen, 2005

Genfinding i portåren af VFA infunderet til en funktionel vom

eller til en vasket vom

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

HVAD ER DET AT DER SKER MED VFA? › Forbrug til mikrobiel vækst › En del acetat bliver brugt til mikrobiel vækst

› En del propionat bliver brugt til mikrobiel vækst

› Meget lidt butyrat bliver brugt til mikrobiel vækst

› Omsætning i epitelceller › Meget lidt aceat bliver omsat i epitelceller

› Meget lidt propionat bliver omsat i epitelceller

› En stor del af butyrat bliver omsat i epitelceller

16

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

OMSÆTNING AF BUTYRAT I EPITEL

17

Blod

Vom

B = cellulært β-OH-butyrat

A = cellulært butyrat

7

4

5

2 1

A B

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

POTENTIELLE OMSÆTNINGSVEJE

18

Blod

Vom

A B

10

9 8 7

6

5

4

3

2 1

Epitel-celler

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

ANATOMI

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

LEVEROMSÆTNING AF VFA

% af netto absorption

% af netto absorption + baggrund

Acetat -19 -7

Propionat 93 81

Butyrat 80 60 Kristensen, 2005

20

Leverforbrug af VFA i kvæg

Negativt forbrug betyder frigivelse!

- Acetat fra omsætning af langkædede fedtsyrer

Propionat omsættes til glukose

Butyrat til β-OH-butyrat (BOHB)

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

RATIONER – HØJ STIVELSE ELLER SUKKER Rationer

% af TS Sodahvede Roer

Kløvergræsensilage 26 26 Sodahvede 56 15 Foderroer 41 SoyPass/majsgluten60 14 14 Urea 0,5

g/kg TS Råprotein 181 187 Stivelse 369 (220) 107 (64) Sukker 50 284 AAT 108 104 NEL, MJ/kg TS 7,69 7,08

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

SAMME TØRSTOFOPTAGELSE

22

Dage efter kælvning-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30

kg/d

468

10121416182022

SodahvedeRoer

Pbeh = 0.95, Pdag < 0.01

n = 3

Stivelse 6,7 vs. 1,8 kg/d Sukker 0,9 vs. 5,6 kg/d

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

VFA I VOM – SOM FORVENTET

23

Acetat Propionat Butyrat

Mol

%

0

10

20

30

40

50

60 SodahvedeRoer

P = 0.03P = 0.09

P = 0.04

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

ABSORPTION OG OMSÆTNING AF BUTYRAT

24

PDV Lever PDV+Lever

Forb

rug

Frig

ivel

sem

mol

/h

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

1000

Butyrat - SodahvedeButyrat - RoerBOHB - SodahvedeBOHB - Roer

P = 0.09

P = 0.77

P = 0.01

P = 0.02

P = 0.11

P = 0.02

TATION pRÆSEN

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

ØVELSE/CASE

25

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

KATETERMODEL

26

Formaver/ løbe

Tynd- og tyktarm Lever

Mesenterisk vene Leverportåren

Levervene

Leverarterie

Arterie

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

BLODPRØVETAGNING

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

KATETERMODEL

28

Formaver/ løbe

Tynd- og tyktarm Lever

Mesenterisk vene Leverportåren

Levervene

Leverarterie

Arterie

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

BLODFLOW – TO FORBUNDNE SYSTEMER

Lever

Mave-tarm

Input 1000 enheder/h

5 enhed/L 11 enhed/L 10 enhed/L

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

KATETERMODEL Beregn blodflow ved pAH infusion

30

Formaver

Tarm Lever

Mesenterisk vene infusionsrate 29 mmol/h

Portåren 0.097 mmol/L

Levervene 0.095 mmol/L

Leverarterie

Arterie 0.080 mmol/L

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

BEREGNINGER

31

100mmol/h portåren, tilabsorption netto

mmol/h lever, i forbrug netto% aktion,Leverekstr ⋅−

=

[ ] [ ]( ) L/h portåren, i blodflow mmol/L, ,fnæringsstofnæringsstommol/h portåren, tilabsorption Netto ⋅−= arterieportåre

[ ] [ ]portåren tilabsorption netto- levermavetarm fra /forbrugfrigivelse nettommol/h lever, i /forbrugfrigivelse Netto +=

[ ] [ ]( ) L/h levervene, i blodflow mmol/L, ,fnæringsstofnæringsstommol/h lever,mavetarm fra /forbrugfrigivelse Netto ⋅−=+ arterielevervene

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

KATKETERMODEL - Eksempel med acetat

32

Rumen

Caecum Intestines Liver

Portåre 3.685 mmol/L 1439 L/h

Levervene 3.753 mmol/L 1586 L/h

Leverarterie Arterie 1.902 mmol/L

TATION pRÆSEN

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

GLUKOSE – ABSORPTION OG LEVEROMSÆTNING

33

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

Vom

Tyndtarm Tyktarm

Glukose 97% af energi

VFA 62% af energi

VFA Mikrobielt protein

80% af energi

FORDØJELSE AF STIVELSE

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

FORSKYDNING FRA VOM TIL TARM

FOR

DØ

JET

STIV

ELSE

, % a

f stiv

else

0

20

40

60

80

100

VomTyndtarmTyktarm

Valset byg Sodahvede

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

TYNDTARMSFORDØJELSE AF STIVELSE

Amylase Oligo-sakkarid

Metabolism

Glukose i blod Arterie Portåre

Fermentation

Passage

Stivelse til tyndtarm

Glucosidase

GLUT-2 GLUT-2

SGLT-1

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

LEVERENS GLUKOSEOMSÆTNING

Glucose

HEPATIC VEINGlucose

PORTAL VEIN

Gluconeogenesis

Glycogen storage

Propionate

Amino acids

ARTERY

Glycerol

HEPATOCYTE

Lactate

Glucose

HEPATIC VEINGlucose

PORTAL VEIN

Gluconeogenesis

Glycogen storage

Propionate

Amino acids

ARTERY

Glycerol

HEPATOCYTE

Lactate

Glucose

HEPATIC VEINGlucose

PORTAL VEIN

Gluconeogenesis

Glycogen storage

Propionate

Amino acids

ARTERY

Glycerol

HEPATOCYTE

Lactate

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

GLUKONEOGENESE › Produktion af glukose fra substrat (2 molekyler til 1 molekyle glukose)

› Leverens glukoneogenese udgør ~85% af den samlede glukoseforsyning

› Substrat

› Propionat (samt isobutyrat+valerat) › Laktat (mælkesyre) › Aminosyrer (undtagen Lysin og Leucin) › Glycerol › Andre

› Leverceller kan ikke forbruge glukose til energi (mangler enzym) › Smart når leveren skal forsyne med hovedparten af glukose

38

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

ABSORPTION OG OMSÆTNING AF PROPIONAT OG GLUKOSE

39

PDV Lever PDV+Lever

Forb

rug

Frig

ivel

sem

mol

/h

-1000-800-600-400-200

0200400600800

1000

Propionat - SodahvedePropionat - RoerGlukose - SodahvedeGlukose - Roer

P = 0.15

P = 0.03

P = 0.45

P = 0.13

P = 0.24

P = 0.22

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

Day relative to calving-14 4 15 29M

axim

al p

recu

rsor

con

trib

utio

n, %

0

20

40

60

80

100

VFA; Pquad. = 0.03L-lactate; Pquad. = 0.01Glycerol; Pquad. < 0.01Alanine; Pquad. < 0.01Other AA; Pquad. = 0.03

Sum 107 ± 4% Sum 105 ± 5% Sum 103 ± 5% Sum 98 ± 4% Plin. = 0.11

SUBSTRAT TIL LEVER GLUKONEOGENESE

40 n = 18 Larsen & Kristensen, 2013

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

FORSØG MED INFUSION AF GLUKOSE TIL LØBEN

Days relative to calving-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30

Dry

mat

ter i

ntak

e, k

g/d

0

5

10

15

20

25 ControlInfusion

Ptrt = 0.05; PDIM 1-29 < 0.01

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

FORSØG MED INFUSION AF GLUKOSE TIL LØBEN

Net

flux

es, m

mol

/h

0

200

400

600

800Control Infusion

Portal Hepatic

P < 0.01

P < 0.01

Skyldes forskel ekstra glukose?

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

FORSØG MED INFUSION AF GLUKOSE TIL LØBEN

Lavere foderoptagelse betyder lavere propionat produktion >>> reduceret glukoneogenese

Net

flux

es, m

mol

/h/k

g D

MI

0

20

40

60

80Control Infusion

NS

P < 0.01

Portal Hepatic

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

FORSØG MED INFUSION AF STIVELSE TIL LØBEN

Glu

cose

, g/d

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Control Abomasal starch infusion, 1200 g/d

Net portal Net liver

P < 0.01

P < 0.64

Net splanchnicn =6; Reynolds et al., 1998

Glu

cose

, g/d

-200

0

200

400

600

800

1000

Control Abomasal starch infusion, 800 g/d

Net portal Net liver

P < 0.01

P < 0.01

Net splanchnicn =8; Harmon et al., 2001

Lakterende malkekøer Stude

Absorberet glukose er effektivt overført til perifære væv

TATION pRÆSEN

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

AMINOSYRER OG KVÆLSTOF – ABSORPTION OG LEVEROMSÆTNING

45

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

VOMMENS PROTEINOMSÆTNING

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

PROTEIN FORDØJELSE OG ABSORPTION

Til enterocyt: › 15% absorberet som AA › 85% absorberet som peptid

Til blod: › 85% absorberet som AA › 15% absorberet som peptid

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

GENFINDING I PORTÅREN AF AMINOSYRER FORSVUNDET FRA TARMEN

ValLeu Ile Met

Lys ThrPhe His

EAA Arg Ala Gly SerAsp Glu Pro Tyr

NEAATAA

Por

tal r

ecov

ery,

%

0

10

20

30

40

50

60

70

Reynolds, 2006

› Omkring 40 % af total aminosyrer der forsvinder fra tarmen genfindes i portåren

› Især Gln/Glu og Asn/Asp bliver forbrugt til energi i tarmvævet

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

ANATOMI

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

AMINOSYREOMSÆTNING I LEVER

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

AMINOSYREOMSÆTNING I LEVER

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

LEVERFORBRUG AF AMINOSYRER

ValLeu IleMet

Lys ThrPhe His TrpEAAArg Ala Gly Ser

AspGlnGluPro TyrNEAA

TAA

Liv

er e

xtra

ctio

n, %

-30

-20

-10

0

10

20

30

Reynolds, 2006

› Forsøg tyder på at leverforbruget udgør en forholdsvis konstant andel af forsyningen

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

KAN VI PÅVIRKE FORBRUGET AF AMINOSYRER?

› Øget forsyning med glukose til tyndtarm ændrede ikke på forbruget aminosyrer i tarm eller lever

53

Net

flux

es, m

mol

/h/k

g D

MI

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12 Control Infusion

Portal Hepatic

NS

NS

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

FORBRUG AF AMINOSYRER I LEVEREN FORSØG MED STIGENDE PROTEIN (SOYPASS)

54

Essentielle aminosyrer

Absorption Lever Abs+lever Mælk

Forb

rug

Frig

ivel

sem

mol

/h

-200

-100

0

100

200

300 13 % protein15 % protein17 % protein

n = 6; Raggio et al., 2004

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

STIGENDE KONCENTRATION GIVER FLERE AA DER PASSERER LEVEREN

55

Arteriel koncentration af essentielle aminosyrer

Protein i ration13% 15% 17%

mm

ol/L

0.85

0.90

0.95

1.00

1.05

1.10

1.15

n = 6; Raggio et al., 2004

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

LAVERE MARGINAL UDNYTTELSE AF AAT

56

Udnyttelse af AAT til mælkeprotein

Protein i ration13% 15% 17%

%

35

36

37

38

39

40

41

42

43

n = 6; Raggio et al., 2004

Er indbygget i NorFor

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

KVÆLSTOFOMSÆTNING

57

Ammonium og urea omsætning

Absorption Lever Abs+lever

Forb

rug

Frig

ivel

sem

mol

/h

-400-200

0200400600800

100012001400 NH4-13%

NH4-15%NH4-17%UreaN-13%UreaN-15%UreaN-17%

n = 6; Raggio et al., 2004

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

STØRRE FRIGIVELSE AF UREA FRA LEVER GIVER HØJERE NIVEAU I BLOD

58

Arteriel koncentration af urea-N

Protein i ration13% 15% 17%

mm

ol/L

4

5

6

7

8

9

n = 6; Raggio et al., 2004

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

SOM VIL AFSPEJLES I UREA I MÆLK (UREA ER EN DEL AF NPN)

59

Non-protein N i mælk

Protein i ration13% 15% 17%

% a

f tot

al N

4.44.64.85.05.25.45.65.86.06.26.4

n = 6; Raggio et al., 2004

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

RECIRKULERING AF UREA TIL VOMMEN

Kontrol, 14% Kasein inf., 18% SE P

TS optagelse, kg/d 19.6 19.5 0.7 0.83

Mælkeydelse, kd/d 33.9 37.6 1.1 0.02

Arteriel urea-N, mmol/L 4.9 9.6 0.55 <0.01

Urea-N forbrug over

mavetarm, mmol/h

-466 -574 49 <0.01

NH4-N absorption til

portåren, mmol/h

467 588 39 <0.01

NH4 i vom, mmol/L 3.87 5.00 0.46 0.10

n = 5; Røjen et al., 2013

› Forsøg hvor proteintildeling blev øget gennem infusion af 800 g/d kasein til løben › Således udelukkes øget absorption af ammonium fra større nedbrydning af

foderprotein

60

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

RECIRKULERING AF UREA TIL VOMMEN › Nyere forsøg sandsynliggør at en netto

recirkulering af urea over vomvæggen er begrænset

› Teori: Mikrober i vomepitel nedbryder ”recirkuleret” urea til ammonium som så absorberes til blod igen

› Recirkulering af urea gennem spyt er formentlig den eneste betydende

61

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

VOMMENS PROTEINOMSÆTNING

X

TATION pRÆSEN

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

LANGKÆDEDE FEDTSYRER – ABSORPTION OG LEVEROMSÆTNING

63

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

64

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

ANATOMI

Lymph

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

ABSORPTION › Meget begrænset absorption af langkædede frie fedtsyrer til blod (hydrofobe)

› Absorberes som chylomikroner til lymfen

› Chylomikroner optages i yveret og udskilles som mælkefedt

› Ved mobilisering ses øget indhold af langkædede frie fedtsyrer i portåreblodet,

men det kommer fra mobilisering af fedt i bughulen

66

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

FEDTOMSÆTNING I LEVEREN Fedtdepoter

NEFA

TG

NEFA NEFA

TG TG VLDL

BOHB

Mælkefedt

CO2

Lever

Mitokondrier

Peroxisomer

Acetyl CoA Yver

Acetat

Glycerol

Acetyl CoA

AARHUS UNIVERSITET

MARTS 2017

AARHUS UNIVERSITET

LEVEROMSÆTNING › Leverceller hos drøvtyggere producerer ikke langkædede fedtsyrer

› Leverceller hos drøvtyggere optager ikke triglycerider men frie langkædede

fedtsyrer

› Leverceller omdanner frie langkædede fedtsyrer (hydrofob) til ketonstoffer, primært BOHB, som er vandopløseligt (hydrofil)

› Ketonstofferne bruges til energi i perifære væv

68