Experimentelle Untersuchungen zu fütterungsabhängigen Einflussfaktoren auf die Insulinantwort im Glukosetoleranztest bei Jungbullen, Ochsen und Färsen

Abstract

Aufgrund der vielfältigen Funktionen von Glukose im Organismus ist die Aufrechterhaltung des Blutglukosespiegels für alle höheren Lebewesen von überragender Bedeutung. Insulin nimmt dabei eine zentrale Stellung in den Regelkreisen ein und spielt eine bedeutende Rolle bei der Metabolitenverteilung. Aufgrund von Besonderheiten im Glukosestoffwechsel weisen adulte Rinder geringe Insulinspiegel auf, sodass bei hochleistenden Milchkühen eine Diskrepanz zwischen Milchleistung auf der einen und Fruchtbarkeit und Gesundheit auf der anderen Seite entsteht. Mit Hilfe von Stoffwechseltests wie dem Glukosetoleranztest kann das Zusammenspiel von genetischer Determination und Adaption an die Umwelt simuliert werden. In der vorliegenden Arbeit wurden die Insulinparameter des Glukosetoleranztests von Jungrindern ausgewertet. Dabei wurden Fütterungs- und Umwelteinflüsse spezifisch moduliert, sowie der Einfluss der Körperkondition und des Lebensalter überprüft. Ziel sollte die weitere Standardisierung des Glukosetoleranztests sein. Dieser könnte in der Zuchtwertschätzung Anwendung finden, um dem Zuchtziel einer langen Nutzungsdauer Ausdruck zu verleihen. Die untersuchten Blutserumproben stammen von 18 Jungrindern, die im Alter zwischen durchschnittlich 9,2 und 14,8 Monaten wöchentlich einem Glukosetoleranztest unterzogen wurden. Die Versuchstiere setzten sich aus sechs Bullen, sechs Ochsen und sechs Färsen mit vorwiegend HF-Genetik zusammen. Die gefütterte Ration war phasenweise wechselnd energiereich und energiearm. In einzelnen Tests wurde der Einfluss von Proteinzulage, akustischem Stress und Stress durch Futterneid untersucht. Mit jedem Versuchstier wurden 23 Glukosetoleranztests durchgeführt. Insgesamt kamen 434 Glukosetoleranztests zur Auswertung. Bei jeder Versuchsdurchführung wurden Lebendmasse und Rückenfettdicke ermittelt. Die Lebendmassenzunahme der Bullen ist erwartungsgemäß höher als bei den Färsen. Die Färsen zeigen die stärkere Zunahme der Rückenfettdicke. Die Ochsen verhalten sich geschlechtsneutral, mit einer Lebendmasse ähnlich der Färsen und einer Rückenfettdicke ähnlich der Bullen. Die Parameter Insulinbasalkonzentration und Insulinkonzentration 63 Minuten nach der Glukoseinfusion sind nicht signifikant reproduzierbar. Die Parameter der Auslenkung der Seruminsulinverlaufskurve unterliegen individuellen Schwankungen. Zur Standardisierung und Beschränkung der Probenentnahme können die Insulinbasalkonzentration und die Zeitpunkte 14 und 28 Minuten nach Glukoseinfusion empfohlen werden. Das Geschlecht hat Einfluss auf die Insulinreaktion im Glukosetoleranztest, wobei Ochsen die stärkste und Bullen die schwächste Insulinausschüttung nach einer Glukoseinfusion zeigen. Neben den bekannten, die Insulinreaktion fördernden Eigenschaften des Östrogens kann eine supprimierende Eigenschaft des Testosterons angenommen werden. An den Energiegehalt der Futterration adaptiert sich das Glukose- Insulin-System gleichgerichtet, d.h., mit mangelnder energetischer Versorgungslage sinken die Insulinspiegel ab. Bei kurzfristigen Umstellungen ist dieser Effekt deutlich. Bei langfristig gleichbleibender Versorgungslage passt sich das Glukose-Insulin-System auch den Veränderungen der Körperkondition an. Bei Bullen und Färsen steigt mit der Lebendmasse die Leistungsfähigkeit des Glukose-Insulin-Systems an. Im untersuchten Altersabschnitt finden jedoch Überlagerungen mit proteinanabolen Effekten der Bullen und Fettzellproliferationen der Färsen statt. Durch kurzfristige Zulage von Futterprotein konnten in dieser Arbeit keine Effekte auf die Insulinspiegel gefunden werden. Durch andauernden Stress werden die Insulinspiegel und die Insulinantwort verstärkt. Kurzzeitiger Stress hat keinen Einfluss, da Rinder zu einer schnellen Rekonvaleszenz auf Stressoren neigen. Bezogen auf das Lebensalter der untersuchten Tiere sind die Ergebnisse des GTT als stabil zu bezeichnen. Die Testdurchführung bei ausbilanzierter Fütterung und standardisierter artgerechter Haltung kann im zehnten bis fünfzehnten Lebensmonat empfohlen werden. Die schlechte Reproduzierbarkeit der Insulinparameter spiegelt die Funktion des Insulins als komplex verschaltetes Signal (Effektor) im Regelkreis der Glukosehomöostase wider.

Due to the versatile functions of glucose in the metabolism, perpetuation of the glucose level in blood is of paramount importance for all higher organisms. Insulin therefore plays a major role in the metabolic circle and the distribution of metabolites. Based on a special metabolism of glucose, adult cattle got lower insulin-levels. Therefore a gap arises between milk yield on one hand and fertility on the other hand in cows with a high milk yield. The genetic determination and adaption to the environment can be simulated by using metabolic tests like the glucose-tolerance-test. Content of this thesis is the evaluation of insulin parameters of the glucose-tolerance- test with young cattle. The influences of feeding and environment have been modulated specifically and effects of body condition and age have been examined. Aim was the standardization of the glucose-tolerance-test. This test could be used in the estimation of breeding values to add focus on the breeding goal of a long life. The examined blood serum samples were taken from eighteen young cattle which were tested with the glucose-tolerance-test weekly between the age of 9,2 to 14,8 months. The tested animals were six bulls, six bullocks and six heifers, mainly Holstein-Frisian. The ratios given varied between a high and a low content of energy. With some single tests the influence of protein, stress caused by noise and stress caused by food jealousy were tested. With every animal 23 glucose-tolerance-tests were carried out. 434 single tests were evaluated. Beside the glucose-tolerance- test, mass and back fat thickness were recorded in every test. As expected the increase of mass was higher in bulls than at heifers. Heifers showed a significant increase in back fat thickness. The bullocks were neutral with a mass close to the heifers and the back fat thickness near to the bulls. The concentration parameters of base-insulin and insulin were not reproducible 63 minutes after the giving of glucose. The parameters for the amplitude of the serum-insulin-curve varied individually. For standardization and to lower the numbers of taking samples the minutes 14 and 28 after glucoseinfusion can be recommended. The gender of the animals influences the reaction within the glucose-tolerance-test. Therefore the bullocks showed the highest insulin- answer and the bulls the lowest. Besides the well known supporting nature of estrogen on the insulin-answer, the testosterone seems to have a suppressing one. The glucose-insulin-system increases as well. But the examined age showed an overlapping with protein-anabolic effects in bulls and adipocyte proliferation in heifers. The rapid feeding of protein caused no effects on the insulin-level. Constant stress enforces the insulinlevel and the insulin- answer. Short-term-stress has no influence because cattle tend to fast anastasis with stress. With respect to the age of the examined animals the results of the glucose-tolerance-test were stable. Animals aged between the 10th and the 15th month can be recommended for testing under the condition of a well balanced feeding and standardized adequate animal housing. The low reproducibility of insulin-parameters reflects the function of insulin as a heavily cross-linked variable.