Z kliniky pre dobytok a Ústavu fyziologickej chémie Univerzity veterinárskeho lekárstva
Z kliniky pre dobytok a Ústavu fyziologickej chémie Univerzity veterinárskeho lekárstva v Hannoveri. Účinky potravinovej suplementácie nenasýtených lipidov n6 a n3 na pankreatickú a periférnu inzulínovú odpoveď u hovädzieho dobytka: Vyšetrenia pomocou hyperglykemickej a euglykemicko-hyperinzulinemickej svorkovej techniky INAUGURAL-DISSERTATION získať titul LEKÁRA VETERINÁRNEHO LIEČIVA (Dr. med. vet.) na Univerzite veterinárneho lekárstva Hannover. Autor: Reinhard Berning, Salzbergen Hannover 2004
Vedecký dozor: Prof. Dr. J. Rehage Apl. Prof. Dr. M. Kaske 1. recenzent: Prof. Dr. J. Rehage 2. recenzent: Prof. Dr. Deň ústnej skúšky G. Brevesa: 26. novembra 2004
Pre Silke a moju rodinu
Bibliografia Strana I 1 ÚVOD 1 2 PREHĽAD LITERATÚRY 4 2.1 Zámery použitia tukov a olejov pri kŕmení hovädzieho dobytka 4 2.1.1 Tuky ako zdroje energie. 4 2.1.2 Tuky ako živiny Funkčné potraviny. 6 2.1.2.1 Mlieko. 10 2.1.2.2 Mäso. 11 2.2 Doplnenie tuku 13 2.2.1 Množstvo doplnkov tuku. 13 2.2.2 Používanie nechránených tukových doplnkov. 13 2.2.2.1 Vplyv na príjem krmiva. 14 2.2.2.2 Zmeny vo fermentácii bachora a stráviteľnosti živín. 15 2.2.2.3 Rumínová biohydratácia nenasýtených mastných kyselín. 17 2.2.3 Chránené tuky. 20 2.3 Inkorporácia mastných kyselín z potravy do orgánov a tkanív 23 2.3.1 Enterálna absorpcia a absorpcia v tkanive. 23 2.3.2 Štruktúra bunkových membrán. 25 2.3.2.1 Ovplyvnenie lipidového zloženia bunkových membrán. 26 2.4 Zvláštnosti energetického metabolizmu u prežúvavcov 28 2.4.1 Regulácia homeostázy glukózy. 29 2.4.2 Inzulínová kaskáda. 30 2.4.2.1 Syntéza inzulínu. 30 2.4.2.2 Vylučovanie inzulínu. 31 2.4.2.3 Inzulínom sprostredkovaná absorpcia glukózy. 31
Strana II Bibliografia 2.4.2.4 Rozklad inzulínu. 32 2.4.3 Príjem glukózy nezávislý od inzulínu. 33 2.5 Inzulínová rezistencia u hovädzieho dobytka 33 2.5.1 Formy inzulínovej rezistencie. 34 2.5.2 Vplyv gravidity a laktácie na inzulínovú rezistenciu. 36 2.5.3 Vplyv obdobia laktácie na inzulínovú rezistenciu. 36 2.5.4 Vplyv stavu výživy na inzulínovú rezistenciu. 37 2.5.5 Dôsledky inzulínovej rezistencie u hovädzieho dobytka. 37 2.6 Vplyv inzulínovej rezistencie prostredníctvom nenasýtených tukov 39 2.6.1 Uvoľňovanie inzulínu. 39 2.6.2 Inzulínové receptory. 41 2.6.3 Fosfolipázy a poslovia lipidov. 42 2.6.4 Ovplyvňovanie enzýmových funkcií. 43 2.6.5 Ovplyvňovanie génovej expresie. 43 2.6.6 Membránová tekutosť. 43 2.7 Cieľ/zhrnutie 44 3 MATERIÁL A METÓDY 45 3.1 Experimentálne usporiadanie 45 3.2 Živočíšny materiál 46 3.2.1 Stav prítomný na začiatku experimentu. 46 3.2.2 Umiestnenie a kŕmenie. 47 3.3 Postup skúšky 49 3.3.1 Príprava pokusných zvierat. 52 3.3.1.1 Odstránenie bioptického materiálu. 52 3.3.1.2 Katetrizácia krčných žíl. 52 3.3.2 Svorky. 53 3.3.2.1 Hyperglykemické upínacie experimenty. 54
Strana IV Bibliografia 3.4 Analýzy 72 3.4.1 Glukóza. 72 3.4.2 Inzulín. 72 3.4.3 Mastné kyseliny. 73 3.4.3.1 Izolácia celých membrán. 74 3.4.3.2 Extrakcia celkových lipidov podľa BLIGH a DYER (1959). 75 3.4.3.3 Extrakcia na pevnej fáze. 76 3.4.3.4 Meranie mastných kyselín. 78 3.4.3.5 Výpočty vzoru mastných kyselín fosfolipidov. 79 3.4.3.5.1 Skupiny mastných kyselín. 79 3.4.3.5.2 Skupiny mastných kyselín. 80 3.5 Štatistické vyhodnotenie 80 4 VÝSLEDKY 81 4.1 Vzorec mastných kyselín fosfolipidov 81 4.1.1 Zmeny po doplnení tuku v porovnaní s pôvodnou situáciou. 82 4.1.1.1 Doplnenie palmového stearínu. 82 4.1.1.2 Doplnenie ľanového oleja. 85 4.1.1.3 Doplnenie slnečnicového oleja. 89 4.1.2 Porovnanie účinkov tukových doplnkov navzájom. 92 4.2 Hyperglykemická svorka na glukózu 99 4.2.1 Koncentrácia glukózy v celej krvi. 99 4.2.1.1 Bazálna hladina glukózy v krvi. 99 4.2.1.2 Hladina glukózy v krvi v ustálenom stave. 100 4.2.1.3 Rýchlosť infúzie glukózy v ustálenom stave. 100 4.2.2 Koncentrácia inzulínu v plazme. 101 4.2.2.1 Priebeh koncentrácie inzulínu. 101 4.2.2.2 Zmeny hladiny inzulínu. 102
Strana bibliografie 4.2.2.2.1 Bazálna hladina inzulínu. 102 4.2.2.2.2 Koncentrácia inzulínu v ustálenom stave. 102 4.2.2.2.3 Absolútny nárast inzulínu. 104 4.2.2.2.4 Relatívne zvýšenie inzulínu. 104 4.2.2.2.5 Index citlivosti na inzulín v HGC. 104 4.3 Hyperinzulinemická glukózová svorka 107 4.3.1 Koncentrácia glukózy v celej krvi. 4.3.1.1 Bazálna hladina glukózy v krvi. 4.3.1.2 Hladina glukózy v krvi v ustálenom stave. 4.3.3.3 Rýchlosť infúzie glukózy v ustálenom stave. 4.3.2 Koncentrácia inzulínu v plazme. 4.3.2.1 Priebeh koncentrácie inzulínu. 4.3.2.2 Bazálna hladina inzulínu. 4.3.2.3 Koncentrácia inzulínu v ustálenom stave EHGC. 4.3.2.4 Eliminácia inzulínu. 4.3.2.5 Index citlivosti na inzulín v EHGC. 113 5 DISKUSIA 115 5.1 Zámer vyšetrovania 115 5.2 Diskusia o metodike 116 5.2.1 Návrh testu. 116 5.2.2 Doplnenie tukov. 117 5.2.3 Vykonanie upínacích skúšok. 121 5.2.3.1 Hyperglykemická svorka na glukózu. 121 5.2.3.2 Euglykemicko-hyperinzulinemická glukózová svorka. 122 5.3 Diskusia k výsledkom 124 5.3.1 Vzťah medzi zložením mastných kyselín fosfolipidov a celkovými lipidmi. 5.3.2 Zmeny lipidového profilu svalových membrán. 128
Strana VI Bibliografia 5.3.3 Dĺžka vymývacích období. 5.3.4 Ovplyvnenie metabolizmu inzulínu a glukózy. 5.3.4.1 Základné hodnoty glukózy v krvi a plazmatického inzulínu. 5.3.4.2 Inzulínová odpoveď v HGC. 5.3.4.3 Účinnosť periférneho inzulínu v EHGC. 5.3.4.4 Porucha inzulínu. 146 6 SÚHRN 147 7 SÚHRN 150 8 INDEX 153 9 PRÍLOHA 175 9.1 Schéma mastných kyselín vo svalových fosfolipidoch 175 9.1.1 Priemerné hodnoty jednotlivých mastných kyselín. 175 9.1.2 Priemerné hodnoty skupín mastných kyselín a ich podielov. 177 9.2 HGC 179 9.2.1 Priebeh hladín glukózy v krvi a plazmatického inzulínu v HGC. 179 9.2.2 Príklad experimentu HGC. 180 9.2.3 Glukóza v krvi HGC. 181 9.2.4 Plazmatický inzulín HGC. 183 9.2.5 Kľúčové výsledky výsledku HGC. 186 9,3 EHGC 189 9.3.1 Priebeh hladín glukózy v krvi a plazmatického inzulínu v EHGC. 189 9.3.2 Príklad experimentu EHGC. 190 9.3.3 Priebeh eliminácie inzulínu v EHGC. 191 9.3.4 EHGC v krvnej glukóze. 192 9.3.5 Plazmový inzulín EHGC. 196 9.3.6 Kľúčové čísla EHGC. 198
Bibliografia Strana VII Zoznam použitých skratiek Obrázok alebo približne CLA cm CoA DAG DHA DPA EHGC EPA ER a kol. Výpis st. FFA FS g GLP HGC IP3 IU kg kj km l údaj alebo vápnik circa konjugovaná kyselina linolová centimetrový koenzým A diacylglycerol kyselina dokosahexaénová (kyselina dokosahexaénová) kyselina dokosaapentaénová (kyselina dokozapentaénová) euglykemická-kyslá-hyperinzulinemická glukóza alii (a ďalšie) extrakty voľných mastných kyselín, gramy celkových lipidov, svorka hyperglykemickej glukózy, inozitol trifosfát, medzinárodné jednotky, kilogramy, kilojouly, Michaelis-Mentenova konštanta, litre
Strana VIII mg min MJ ml µmol mmol n.s. NEFA NEL použiteľné PA PLP PUFA rer RNB sec SEM SFA tzv. SSGIR SSGIREHGC SSGIRHGC SSIns SSInsHGC Tab. TM TVA Übers. UFA Zoznam skratiek Miligram minút Megajouly Mililitre Mikromóly Milimoly nevýznamne neesterifikované mastné kyseliny (neesterifikované mastné kyseliny) Čistá energia laktácia Mastné kyseliny (polynenasýtené mastné kyseliny) hrubé endoplazmatické retikulum rovnováha dusíka v bachore druhá štandardná chyba priemeru (štandardná chyba priemeru) nasýtených mastných kyselín (tzv. Ustálený stav - rýchlosť infúzie glukózy) ustálený stav - rýchlosť infúzie glukózy v EHGC ustálený stav - rýchlosť infúzie glukózy v HGC ustálený stav - rýchlosť infúzie glukózy v HGC Koncentrácia inzulínu v plazme Rovnovážna koncentrácia inzulínu v plazme v HGC Tabuľka sušiny Kyselina transvacénová Prehľad nenasýtených mastných kyselín
Zoznam skratiek Strana IX počet otáčok za minútu za minútu pozri porovnanie VLDL lipoproteíny s veľmi nízkou hustotou, napr. B. napríklad aritmetický priemer
Strana X Publikácie Výňatky z tejto štúdie boli publikované v nasledujúcich prácach: Berning, R., O. Portmann, M. Kaske, R. Dühlmeier, H.-P. Sallmann, M. Coenen a J. Rehage (2003): Doplnok stravy rôznych tukov u hovädzieho dobytka: Účinky na pankreatické inzulínové odpovede a periférnu inzulínovú reakciu. In: J. KAMPHUES a P. WOLF (eds.): Zborník príspevkov zo 7. konferencie Európskej spoločnosti pre veterinárnu a porovnávaciu výživu, 3. až 4. októbra 2003, Hannover, Nemecko Proc. 7. konf. ESVCN 2003, 99 REHAGE, J., R. BERNING, O. PORTMANN, M. KASKE, R. DÜHLMEIER, M. COENEN a H.-P. SALLMANN (2004) Doplnok stravy rôznych tukov u hovädzieho dobytka: účinky na pankreatickú inzulínovú odpoveď a periférnu inzulínovú reakciu. Proc. XXXIII. Svetový kongres buiatrie; Quebec, Kanada
Úvod Strana 3 hyperinzulinemických alebo hyperglykemických svorkových experimentov. V rámci tejto práce je potrebné preskúmať nasledujúce otázky: 1. Aké zmeny nastávajú s ohľadom na vzorec mastných kyselín vo svalových fosfolipidoch u hovädzieho dobytka po štyroch týždňoch suplementácie lipidmi bohatými na n6 alebo n3? 2. Majú nenasýtené tuky v potravinách vplyv na dynamiku pankreatickej inzulínovej odpovede u hovädzieho dobytka, stanovenú v hyperglykemickej glukózovej svorke (HGC)? 3. Existujú rozdiely v absorpcii glukózy sprostredkovanej inzulínom v periférnych tkanivách u hovädzieho dobytka v závislosti od stavu doplnku tuku v potrave, ktorý sa skúma v euglykemickej hyperinzulinemickej glukózovej svorke (EHGC)? 4. Vedú tukové doplnky v krmive pre hovädzí dobytok k rôznej miere eliminácie inzulínu v závislosti od zloženia mastných kyselín v doplnkoch?
Prehľad literatúry strana 7 Cieľom je dosiahnuť v celkovej strave pomer polynenasýtených mastných kyselín k nasýteným mastným kyselinám 0,45; navyše pomer ω6 mastných kyselín k ω3 mastným kyselinám by mal byť nižší ako 4,0 (VATANSEVER et al. 1998, ENSER et al. 1998, WOOD et al., 1999). Pozitívne účinky vysokého podielu polynenasýtených mastných kyselín (PUFA) v ľudskej potrave sú predovšetkým z hľadiska rizika srdcových chorôb (antiaterosklerotický účinok), zníženia lipidov v krvi a pozitívneho vplyvu na inzulínovú rezistenciu u pacientov s cukrovkou. mellitus obsadený. Okrem toho sa preukázal antikarcinogénny účinok konjugovaných linolových kyselín. Naopak, veľa nasýtených mastných kyselín v potravinách má tendenciu mať negatívny vplyv na uvedené parametre; ďalšie informácie nájdete v preklade 1.
Prehľad literatúry strana 19 I. Lipolýza napájané lipidy neutrálne lipidy lipázy fosfolipidy lipolýza fosfolipázy galaktolipidy galaktozidázy II. Biohydrogenácia nenasýtených voľných mastných kyselín C18: 2n6 cis9.12 C18: 3n3 cis 9.12.15 kyselina linolová izomeráza kyseliny linolenovej C18: 2n7 kyselina cisomeráza 2: 3n3 cis9, trans11, cis15 reduktáza C18: 1n7 trans11 kyselina transvakcénová C18: 2n3 trans11, cis15 reduktáza C18: 1n7 C18: 1n3 C18: 1n3 trans 11 trans 15 cis 15 reduktáza C18: 0 C18: 0 kyselina stearová kyselina stearová Obr. 1: Schematické znázornenie Biologická hydratácia nenasýtených mastných kyselín u hovädzieho dobytka (na základe HARFOOT a HAZLEWOOD 1988, HAGEMEISTER 1990, JENKINS 1993, BERGNER a SOMMER 1994, IP a kol. 1999, CORL a kol. 2001, ABU GHAZALEH a kol. 2002, CHALUPA 2002)