UNIVERSITEIT GENT FACULTEIT DIERGENEESKUNDE

Transcriptie

1 UNIVERSITEIT GENT FACULTEIT DIERGENEESKUNDE Academiejaar INSULINERESISTENTIE BIJ HOOGPRODUCTIEF MELKVEE door Inge JESOIRENS Promotoren: Da. Mieke Van Eetvelde Prof. dr. Geert Opsomer Literatuurstudie in het kader van de Masterproef 2015 Inge Jesoirens

2

3 Universiteit Gent, haar werknemers of studenten bieden geen enkele garantie met betrekking tot de juistheid of volledigheid van de gegevens vervat in deze masterproef, noch dat de inhoud van deze masterproef geen inbreuk uitmaakt op of aanleiding kan geven tot inbreuken op de rechten van derden. Universiteit Gent, haar werknemers of studenten aanvaarden geen aansprakelijkheid of verantwoordelijkheid voor enig gebruik dat door iemand anders wordt gemaakt van de inhoud van de masterproef, noch voor enig vertrouwen dat wordt gesteld in een advies of informatie vervat in de masterproef.

4 UNIVERSITEIT GENT FACULTEIT DIERGENEESKUNDE Academiejaar INSULINERESISTENTIE BIJ HOOGPRODUCTIEF MELKVEE door Inge JESOIRENS Promotoren: Da. Mieke Van Eetvelde Prof. dr. Geert Opsomer Literatuurstudie in het kader van de Masterproef 2015 Inge Jesoirens

5 VOORWOORD Vooreerst wil ik mijn promotor Da. Mieke Van Eetvelde bedanken. Zij heeft de taak op zich genomen om mij te begeleiden bij het maken van deze literatuurstudie. Ook wanneer het niet zo heel erg vlotte, kon ik blijven rekenen op haar steun en advies. Eveneens wil ik mijn mede-promotor Prof. Dr. Geert Opsomer bedanken voor het aanreiken van dit interessante onderwerp. En als laatste, maar zeker niet als minste, een woordje van dank aan mijn vriend Paul. Op al die momenten dat ik het even niet meer zag zitten bij het schrijven van deze literatuurstudie stond hij steeds weer klaar om me letterlijk en figuurlijk een duwtje in de rug te geven. Bedankt voor jouw onvoorwaardelijke steun!

6 INHOUDSOPGAVE SAMENVATTING... 1 INLEIDING... 2 LITERATUURSTUDIE De pancreas Anatomie Functie Insuline Synthese Signaaltransductie Secretie Werking Glucosemetabolisme in het rund Beschikbaarheid van glucose Bouwstenen Rol van de lever Normale situatie versus glucosehuishouding tijdens negatieve energiebalans Metabole veranderingen gedurende de transitieperiode Inleiding Negatieve energiebalans Hoe wordt het energietekort opgevangen door het lichaam Proteolyse Lipolyse Insulineresistentie Definitie Pathogenese Cellulair niveau Factoren die leiden tot insulineresistentie Ziekten gerelateerd aan insulineresistentie Leververvetting Ketonemie Lebmaagverplaatsing Cysteuze ovariële follikels Laminitis Inschatten van de insulinegevoeligheid Glucose tolerantie test (GTT) Glucose- en insulin clamp testen Revised quantitative insulin sensitivity index (RQUICKI) Behandeling insulineresistentie Management en preventie BESPREKING REFENTIELIJST... 25

7 SAMENVATTING De hedendaagse hoogproductieve Holstein-Friesian koe is geselecteerd op het produceren van een enorme hoeveelheid melk. Een onontbeerlijk bestanddeel van melk is lactose. Deze molecule wordt in het uierweefsel gevormd uit glucose en door zijn osmotische activiteit bepaalt het de grootte van de melkplas. Om een hoge melkproductie te kunnen waarborgen, moet de glucose aanvoer naar de uier gemaximaliseerd worden. Dit kan doordat de GLUT-transporters in het uierweefsel insulineonafhankelijk zijn. De perifere weefsels (vet- en spierweefsel) daarentegen bezitten insulineafhankelijke GLUT-receptoren. Tijdens de transitieperiode treedt er echter een fysiologische perifere insulineresistentie op waardoor er minder glucose naar de periferie gaat en er dus meer glucose ter beschikking staat van de uier. Wanneer de hoogproductieve koe tijdens haar pieklactatie in een diepe of langdurige negatieve energiebalans terechtkomt, komen er meer non-esterified fatty acids (NEFA s) in de bloedbaan die de insulineresistentie zullen verergeren. Als reactie hierop komen er nog meer NEFA s in de circulatie. De koe komt dus in een vicieuze cirkel terecht. In deze literatuurstudie worden de pathogenese en de factoren die een invloed hebben op het ontstaan van insulineresistentie in kaart gebracht. Voorts zullen er een aantal metabole ziektes die mede veroorzaakt worden door insulineresistentie worden besproken. Deze ziektes kunnen een aanzienlijke invloed hebben op de productie en het welzijn van de melkkoeien en dus finaal ook op de economische resultaten van het melkveebedrijf. In het kader hiervan gaan we ook wat dieper in op het belang van detectie van insulineresistentie en de verschillende methoden die hiervoor beschikbaar zijn. Vele van deze methoden zijn echter duur en tijdrovend en dus niet geschikt om onder praktijkomstandigheden te worden gebruikt. Tot slot gaan we nog dieper in op de mogelijke behandeling van insulineresistentie en de preventieve maatregelen die genomen kunnen worden om insulineresistentie te voorkomen. Omtrent behandeling kunnen we vaststellen dat er nog heel wat bijkomend onderzoek nodig is in de diergeneeskunde. Preventie zal vooral gericht zijn op het voorkomen van een negatieve energiebalans. Sleutelwoorden: hoogproductief melkvee - insuline - insulineresistentie - metabole ziektes - pancreas 1

8 INLEIDING In onze moderne tijden vragen we steeds meer van ons melkvee. De ideale melkkoe heeft een hoge melkproductie én een lange levensduur. Helaas gaan deze 2 niet steeds hand in hand. Gedurende de laatste decennia is gemiddelde melkproductie drastisch gestegen, maar gelijktijdig zag men ook een stijging in het voorkomen van metabole ziekten en productiestoornissen (Bossaert et al., 2008c). De periode rond de partus is een kritisch punt aangezien de melkproductie plots op gang moet komen. Aangezien het niveau van de melkproductie osmotisch wordt gestuurd, hangt de hoeveelheid melk die geproduceerd wordt af van de hoeveelheid lactose die in de uier kan worden aangemaakt door omzetting uit glucose, waardoor de hoeveelheid glucose die de uier bereikt een bepalende factor is voor de hoeveelheid melk die door de koe kan worden geproduceerd. Twee dagen na de partus is de behoefte van de uier voor glucose al 2,5 maal groter dan tijdens de late dracht (Bell en Bauman, 1997). Aan deze stijgende vraag naar glucose wordt deels tegemoetgekomen door een verhoogde drogestofopname en deels door metabole adaptatiemechanismen (Bell, 1995). De drogestofopname op zich kan geen gelijke tred houden met de melkproductie (Bossaert et al., 2008b). Vooral de lever zal een belangrijke rol spelen omdat hier glucose wordt geproduceerd door gluconeogenese. Aangezien de hoogproductieve melkkoe dus zuinig moet omspringen met de aanwezige glucose, en de uier voorzien van glucose prioritair is, heeft het metabolisme van het rund enkele specifieke eigenschappen. Het glucosemetabolisme van melkkoeien is reeds voorzien op de productie van melk, aangezien de glucosereceptoren van de uier, in tegenstelling tot de glucosereceptoren in de meeste andere perifere weefsels, niet-insuline afhankelijk zijn (GLUT-1) (Hayirli, 2006). Hierdoor is het uierweefsel in staat om een grote hoeveelheid glucose op te nemen, onafhankelijk van het insulinegehalte in het bloed (Baird. 1981). Daarnaast treedt er tijdens de late dracht en de lactatiepiek een fysiologisch proces op waarbij de perifere weefsels insulineresistent (IR) worden en er een lager plasma insuline-gehalte is (Bell en Bauman, 1997). Deze perifere weefsels, waaronder het spier- en skeletweefsel, nemen dus minder glucose op zodat ook het laatste beetje glucose naar de uier getransporteerd kan worden. Tengevolge van het enorme glucoseverlies aan de uier en de daarmee gepaard gaande IR en hypoinsulinemie ontstaat er steeds een bepaalde graad van hypoglycemie. De melkkoe zal haar vetreserves moeten mobiliseren om aan gluconeogenese te doen, waardoor de NEFA-bloedspiegel zal stijgen. Deze verhoogde concentratie aan NEFA s zal de IR verergeren en het rund komt in een negatieve spiraal terecht (Hayirli, 2006). Uiteindelijk treden metabole stoornissen zoals leververvetting en ketonemie op en loopt het dier een verhoogd risico op lebmaagverplaatsing, klauwbevangenheid en een brede waaier van infectieuze aandoeningen (Hayirli, 2006; Bossaert et al., 2008a; Kerestes et al., 2009). Al deze zaken kunnen op termijn leiden tot vervroegde sterfte of afvoer van het dieren hebben dus een grote financiële impact. 2

9 LITERATUURSTUDIE 1. DE PANCREAS 1.1 Anatomie De pancreas van het rund bestaat anatomisch gezien uit verschillende onderdelen (figuur 1). We onderscheiden de lobus dexter en de lobus sinister welke samenkomen in het corpus (Barone, 2009). De linker lob is onregelmatig afgerond of tongvormig afgeplat. Ze heeft een verbinding met de dorsale penszak en de linker middenrifpijler en heeft een contactplaats met de milt. De rechter lob is driehoekig van vorm en kent een caudaal verloop langs het duodenum descendens. Het smalle corpus is gesitueerd langs het craniaal deel van het duodenum en vormt samen met de processus uncinatus de incisura pancreatis. In deze incisura is de vena porta gelegen (Ellenberger et al., 1974; Nickel et al., 1979; Barone, 2009). De ductus pancreaticus accessorius draineert bij het rund de volledige pancreas. Dit afvoerkanaal vertrekt in de rechter lob van de pancreas en mondt cm distaal van de papilla duodenalis major, welke gevormd wordt door het galafvoerkanaal, uit in het duodenum descendens. In sommige gevallen staat de ductus pancreaticus in voor de drainage uit een deel van de linker lob. Dit afvoerkanaal eindigt dan samen met de galweg in het duodenum (Nickel et al., 1979). Per dag wordt er 2,2 tot 4,8 liter pancreassap gesecreteerd in het darmlumen van het rund (Luginbuhl, 1983). Histologisch bestaat de pancreas voornamelijk uit parenchym met een weinig stroma. Fig. 1: Anatomie van de pancreas van het rund (uit Budras en Habel, 2003). 3

10 1.2 Functie De pancreas beslaat zowel een exocriene als endocriene functie welke van belang zijn voor het nutriëntenmetabolisme gedurende pre- en postprandiale periodes (Hsu en Crump, 1989). De productie van enzymes (lipase en amylase) en pancreassap (bestaande uit water, zout, chloor en bicarbonaat) behoort tot de exocriene functie van de pancreas. Ze hebben als uiteindelijk doel de afbraak van nutriënten om de absorptie hiervan in de dunne darm te bewerkstelligen. Daarnaast heeft de pancreas een belangrijke endocriene functie. De endocriene cellen zijn gerangschikt in zogenaamde eilandjes van Langerhans (figuur 2), welke 1-3% van het totale pancreasvolume beslaan (Hadley, 1996). In deze clusters onderscheid men verschillende celtypes die elk een verschillend peptide hormoon produceren (figuur 3). De α-cellen staan in voor de productie van glucagon, de β- cellen vormen insuline, de δ-cellen somatostatine en de F-cellen pancreas polypeptide (Hsu en Crump., 1989). Meestal worden knaagdieren als model gebruikt om de structuur van de pancreas te beschrijven. Recente bevindingen tonen echter aan dat elke diersoort een specifieke samenstelling van de Eilandjes van Langerhans heeft. Bij het rund bestaat het Eilandje van Langerhans uit een centrale massa β-cellen, welke gedeeltelijk omgeven worden door een band van α-cellen. Soms ziet men echter dat de β-cellen tot in de periferie reiken. De δ-cellen bevinden zich voornamelijk in de periferie, hoewel ze soms ook centraal voorkomen. De F-cellen komen bij het rund enkel in een dense zone in de periferie van het Eilandje van Langerhans voor (Steiner et al., 2010). Figuur 2. Doorsnede door een pancreas van een rat. De Eilandjes van Langerhans hebben een endocriene functie. Het omgevende acinair weefsel vormt een exocriene klier (uit Cunningham en Klein, 2007). Figuur 3. Algemene schematische voorstelling van een Eilandje van Langerhans (uit Cunningham en Klein, 2007). 4

11 2.INSULINEMETABOLISME Insuline is het belangrijkste hormoon in het proces van energie-opslag. Het regelt de uitwisseling van glucose tussen organen en herverdeelt de substraten naar zijn doelwitcellen (Avruch, 1998). 2.1 Synthese De productie van insuline is een ingewikkeld proces dat zich afspeelt in de β-cellen van de pancreas. Via de gekende stappen van achtereenvolgens transcriptie (nucleus) en translatie (RER) wordt preproinsuline gevormd. Deze laatste is de insuline precursor en bestaat uit een zure (A) en een basische (B) ketting, beiden opgebouwd uit aminozuren, welke verbonden worden door een peptide ketting (C-peptide). Na verschillende klievingsstappen en de vorming van 2 disulfide-bruggen tussen de A- en B-ketting bekomt men het zogenaamde proinsuline. Als laatste stap wordt hiervan het C-peptide verwijderd, en wordt het proinsuline opgeslagen in het cytosol. Alhoewel proinsuline reeds de afgewerkte vorm is van insuline blijven we het toch proinsuline noemen zolang het zich onder de opgeslagen vorm bevindt (Bendayan, 1993; Hadley, 1996). 2.2 Signaaltransductie Zolang het proinsuline opgeslagen blijft in het cytosol van de β-cellen van de pancreas is het niet actief. Het is slechts door een complex proces van signaaltransductie dat het actief wordt. De signaaltransductie bestaat uit drie stappen. De eerste stap, een fosforylatie, vangt aan wanneer het insuline bindt op een glycoproteïne receptor. Deze insuline-receptor bestaat uit een α- en een β-subunit. Wanneer insuline bindt op de α-subunit zal er autofosforylatie van de β-subunit plaatsvinden. Hierdoor vindt er internalisatie plaats van het ontstane hormoon-receptor complex. Door deze internalisatie wordt de tweede stap in het transductieproces in gang gezet, namelijk een kettingreactie van intracellulaire secundaire messengers. In deze kettingreactie gebeuren er verschillende fosforylaties en defosforylaties van deze messengers. Afhankelijk van het soort fosforylatie van een messenger zal insuline een ander biologisch effect hebben. De derde en laatste stap is de translocatie van de glucose transporters (GLUT) (Hayirli, 2006). Cellen kunnen dus glucose opnemen door gefaciliteerd transport via membraan-gebonden GLUT. Niet alle weefsels hebben eenzelfde type GLUT. De weefselrespons op insuline voor de opname van glucose zal bijgevolg ook verschillend zijn. GLUT-1 komt voornamelijk voor in de hersenen, de uier, de placenta en de rode bloedcellen; GLUT-2 in de lever, nier en pancreas; GLUT-3 in de hersenen en de placenta; GLUT-4 in vetweefsel en skelet- en hartspierweefsel; en GLUT-5 in de dunne darm. Van deze glucose transporters is bekend dat enkel GLUT-4 (perifere weefsels) insuline vereist voor de opname van glucose. De andere transporters zijn insuline-onafhankelijk en vereisen geen insuline voor de opname van glucose (Hayirli, 2006). Onder andere in de melkklier nemen de epitheelcellen dus glucose op via een passief proces van gefaciliteerde diffusie. Dit zal vooral van belang zijn tijdens de pieklactatie. Glucose is namelijk de precursor van lactose. En aangezien lactose via osmose water aantrekt is het volume van de melkplas recht evenredig met de opname van glucose in het uierweefsel (Bossaert et al., 2008b). Het is dus belangrijk dat de aanvoer van glucose gewaarborgd blijft. 5

12 Doordat GLUT-1 insuline onafhankelijk is, zal er bij insulineresistentie nog steeds glucose kunnen worden opgenomen door het melkklierweefsel (Zhao et al., 1996). 2.3 Secretie De secretie van insuline wordt geregeld door verschillende factoren (Berne en Levy., 1993). De factoren met een stimulerende invloed kan men indelen in verschillende groepen. Een eerste groep zijn de nutriënten, waaronder glucose, galactose, mannose, glyceraldehydes, arginine, lysine, leucine, alanine, lange keten vetzuren, kalium en calcium. Een tweede groep zijn de gastrointestinale hormonen zoals glucagon, pancreas polypeptide, gastrisch inhibitorisch peptide, secretine en cholecystokine. Ook parasympathische stimuli hebben een stimulerende invloed op de secretie van insuline. Onder deze parasympathische stimuli verstaat men vagale activiteit, β-adrenergische activiteiten en acetylcholine. Voorts kan ook medicatie zoals sulfaten de insulinesecretie verhogen (Hayirli, 2006). Daarnaast bestaan er ook verscheidene factoren met een negatieve invloed op de insulinesecretie. Somatostatine, afkomstig van de δ-cellen, is een eerste inhiberende stof. Daarnaast hebben ook de catecholamines waaronder epinefrine en norepinefrine een remmende werking op de vrijstelling van insuline (Cunningham en Klein, 2007). 2.4 Werking Insuline is een hormoon met een anabole werking. Het speelt een hoofdrol in het metabolisme van koolhydraten, vetten en eiwitten (figuur 4). In dit alles speelt de lever een belangrijke rol als doelorgaan omdat het veneus bloed van de pancreas rechtstreeks naar de lever vloeit. Het uiteindelijke effect van insuline zal zijn dat de plasmaconcentratie van glucose, vetzuren en aminozuren daalt (Brockman en Laarveld, 1986; Cunningham en Klein, 2007). Het effect van insuline op het koolhydraatmetabolisme kan men kort samenvatten, namelijk hypoglycemisch. Insuline heeft een inhiberend effect op de glucose-output van de lever omdat het de glycogeensynthese (opslag van glucose) stimuleert en gluconeogenese (vorming van glucose) afremt (Brockman en Laarveld, 1986). De reden waarom insuline de vorming van glucose afremt is omdat het de proteïne synthese in de perifere weefsels bevordert, waardoor er minder aminozuren beschikbaar zijn voor gluconeogenese. Tevens remt insuline de activiteit van leverenzymes die noodzakelijk zijn in de gluconeogenese. Daarnaast bevordert insuline ook de glycolyse (afbraak van glucose) (Cunningham en Klein, 2007). Ook in de skeletspieren stimuleert insuline de glycogeensynthese en remt het de afbraak van glycogeen. In vetweefsel faciliteert insuline de opname van glucose in de adipocyten. In deze cellen wordt glucose gebruikt in de lipogenese (Hayirli, 2006). Wat betreft het vetmetabolisme promoot insuline de lipogenese en vermindert het de lipolyse. De lipogenese wordt op twee manieren bevordert. Enerzijds stimuleert insuline de intracellulaire opname van glucose waaruit dan door middel van een aantal tussenstappen vetzuren worden gevormd. Anderzijds verhoogt het de activiteit van lipoproteine lipase. Dit enzyme zorgt ervoor dat vetzuren worden opgenomen door het vetweefsel (Hayirli, 2006; Cunningham en Klein, 2007). 6

13 Verder speelt insuline ook nog een rol in de ketonenbalans. Wanneer er insuline wordt vrijgesteld is er minder lipolyse en dus zijn er minder vrije vetzuren beschikbaar voor de lever om te oxideren tot ketonlichamen (Brockman en Laarveld, 1986). Ook onderdrukt insuline de ketogenese onafhankelijk van de concentratie aan vrije vetzuren (Brockman en Laarveld, 1985). Als er veel ketonlichamen gevormd worden, wil dit dus zeggen dat er een laag gehalte aan insuline is (Brockman en Laarveld, 1985). In het eiwitmetabolisme heeft insuline een stimulerend effect op de opname van aminozuren. Dit is in bijna alle weefsels het geval, behalve in de lever. In de lever worden er pas aminozuren opgenomen bij een tekort aan insuline, dan is er immers eiwitafbraak. Insuline stimuleert eiwitsynthese en vermindert eiwitafbraak (Brockman en Laarveld, 1986; Cunningham en Klein, 2007). Het uierweefsel en de drachtige uterus nemen een speciale plaats in wat betreft de werking van insuline. In tegenstelling tot vet- en spierweefsel wordt de glucose opname in de uier en placenta niet geregeld door insuline. Zelfs bij zeer hoge concentraties heeft insuline geen invloed op deze twee specifieke weefsels. De hoeveelheid glucose die het uierweefsel en de drachtige uterus tot hun beschikking hebben wordt dus gestuurd door de hormonale regeling van glucose opname door de andere organen. In een periode van geringe voedselopname, en bijgevolg ook een lage glucose inname, is er een lage insulinespiegel. Organen andere dan de uier en placenta zullen dus weinig glucose opnemen. Daardoor blijft er meer glucose over de melkproductie en foetale groei (Brockman en Laarveld, 1986). Figuur 4. Werking van insuline (uit Cunningham en Klein, 2007) 7

14 3. GLUCOSEMETABOLISME IN HET RUND 3.1 Beschikbaarheid van glucose In tegenstelling tot andere diersoorten wordt er bij de herkauwer slechts een geringe hoeveelheid glucose opgenomen uit de darm (Brockman, 1993; Rukkwamsuk et al., 1999). Vooral bij de hoogproductieve melkkoe is deze opname verwaarloosbaar ten opzichte van de hoeveelheid glucose die vereist is voor de melkproductie (Bines en Hart, 1982). De plasma glucose concentratie in herkauwers is dus lager dan bij niet-herkauwers (Hsu en Crump, 1989; Hayirli, 2006). Bij het rund speelt daarom vooral gluconeogenese een belangrijke rol in de voorziening van glucose. Het proces van gluconeogenese is een energetisch duur proces. Maar het rund heeft verschillende specifieke manieren om bouwstenen voor glucose te produceren en te bewaren. Vooral in deze periodes waarin de vraag naar energie zeer groot is, namelijk op het einde van de dracht en gedurende de vroege lactatie, spelen deze mechanismen een uiterst belangrijke rol (Baird et al., 1983). 3.2 Bouwstenen De bouwstenen voor gluconeogenese worden in de pens gevormd door microbiële synthese. Carbohydraten uit de voeding worden door fermentatie in de pens omgezet tot acetaat (70%), proprionaat (20%) en butyraat (10%), de zogenaamde korte keten vetzuren. Acetaat is een belangrijk substraat voor lipogenese en oxidatie. Van deze drie speelt voornamelijk propionaat een belangrijke rol in de gluconeogenese bij goed gevoerde dieren (Brockman en Laarveld, 1986; Rukkwamsuk et al., 1999). Acetaat, butyraat en langeketenvetzuren spelen geen directe rol in de gluconeogenese (Ndibualonji en Godeau, 1993). Andere bouwstenen voor glucose, zoals aminozuren, blijven hierdoor gespaard en kunnen dienen voor de synthese van andere stoffen in het lichaam. Wanneer de melkproductie de krachtvoederopname overstijgt, m.a.w. wanneer de vraag naar glucose groter is dan de aanvoer van propionaat, worden er andere bronnen aangesproken. Het tekort aan glucose wordt voor het grootste deel opgevangen door afbraak van spiereiwitten. Hieruit komen zogenaamde glucogene aminozuren vrij (voornamelijk alanine en glutamine) die dienen als precursoren in de gluconeogenese (Bossaert et al., 2008b). Daarnaast vindt er ook lipolyse plaats bij een energietekort. Dit proces voorziet voornamelijk de perifere weefsels van brandstof. Hoewel lipolyse dus niet primair bedoeld is om glucosetekorten aan te vullen, komt er bij dit proces ook glycerol vrij. Vanuit glycerol kan er in beperkte mate glucose gesynthetiseerd worden (Brockman, 1993; Bossaert et al., 2008b). 3.3 Rol van de lever In dit proces van gluconeogenese speelt de lever een zeer belangrijke rol. Ongeveer 85% van de glucose wordt in dit orgaan geproduceerd. De overige 15% wordt in de nieren geproduceerd. (Brockman en Laarveld, 1986). 8

15 3.4 Normale situatie versus glucosehuishouding tijdens negatieve energiebalans In de normale situatie, d.w.z. de toestand waarin het rund voldoende voedsel opneemt, zal er een voldoende hoge glucosespiegel zijn in het bloed. Het vet- en spierweefsel maken in deze situatie gebruik van glucose als energiebron. Deze weefsels bezitten immers GLUT-4 receptoren welke insulineafhankelijk zijn wat betreft de opname van glucose (Bossaert et al., 2008b). Dit staat schematisch weergegeven in figuur 5a. Figuur 5a. Bij het goed gevoede dier is er voldoende insuline aanwezig. Het vet- en spierweefsel welke GLUT-4 receptoren bezitten kunnen in deze situatie gebruik maken van glucose als energiebron (uit Bossaert et al., 2008b). Echter, tijdens een periode van negatieve energiebalans, is de insulinespiegel zeer laag. In de perifere weefsels zijn de glucosetransporters echter insuline-afhankelijk. Deze weefsels zullen ketonen en vetzuren i.p.v. glucose moeten gebruiken als energiebron. Het uierweefsel daarentegen bezit insulineonafhankelijke glucosetransporters (GLUT-1). De uier kan dus ongestoord gebruik blijven maken van glucose als energiebron, en kan in deze situatie tot 85% van het totale bloedglucose opnemen (Bossaert et al., 2008b). Een kort overzicht hiervan wordt weergegeven in figuur 5b. 9

16 Figuur 5b. Tijdens een periode van negatieve energiebalans is er een lage insulinespiegel. De uier is echter insuline-onafhankelijk wat betreft de glucose-opname en kan bijgevolg glucose blijven gebruiken als energiebron. Het vet- en spierweefsel is echter aangewezen op andere energiebronnen doordat ze insuline-afhankelijke glucosetransporters bezitten (uit Bossaert et al., 2008b). 4. METABOLE VERANDERINGEN GEDURENDE DE TRANSITIEPERIODE 4.1 Inleiding Drackley (1999) definieert de transitieperiode als de laatste 3 weken voorafgaand aan het afkalven tot 3 weken erna. Andere onderzoekers zoals Hayirli (2006) beschouwen de transitieperiode als de periode lopend van 3 weken voor tot 4 weken na het kalven. Gedurende deze periode is er een hele hoge prevalentie van diverse ziektes, zoals mastitis, metritis, hypocalcemie, ketonemie, lebmaagverplaatsing en retentio secundinarum, welke verderop in deze literatuurstudie nog worden besproken. Het wel of niet goed doorkomen van deze belangrijke periode zal invloed hebben op het latere verloop van de lactatie (Drackley, 1999). De reden waarom deze periode een kritieke periode is, is omdat de vraag naar energie zeer groot is, er treden metabole veranderingen op. De foetus en het uierweefsel vragen 10

17 namelijk zeer veel energie voor respectievelijk de foetale ontwikkeling en de melkproductie. De energieopname daarentegen zal niet altijd kunnen voldoen aan deze grote vraag; elk rund maakt in meer of mindere mate een negatieve energiebalans door. Daarnaast hebben stresserende omgevingsfactoren ook hun aandeel in het ontstaan van ziektes in de transitieperiode (Drackley, 1999; Hayirli, 2006; Mulligan en Doherty, 2008). Verder zijn ook endocriene veranderingen en een onderdrukking van het immuunsysteem van belang in de transitieperiode (Mulligan en Doherty, 2008). Hieronder zullen we ons toespitsen op de metabole veranderingen. 4.2 Negatieve energiebalans De energiehuishouding ondergaat drastische wijzigingen gedurende de transitieperiode. Tijdens de laatste maand van de dracht stijgt de energiebehoefte omdat de foetus alsmaar meer nodig heeft om te kunnen groeien. Bij de start van de lactatie zal de energiebehoefte nog groter zijn en zal een hoogtepunt bereiken tijdens de pieklactatie, welke omschreven wordt als de periode tussen de derde en de zevende week postpartum. De energieopname, m.a.w. de drogestofopname (DSO) zal deze energiebehoefte niet kunnen bijhouden, want de DSO bereikt pas zijn maximum tussen de 8 ste en 22 ste week na het afkalven (Bossaert et al., 2008b). Er ontstaat een disbalans tussen de energieaanvoer en de energieafvoer. Dit wordt de negatieve energiebalans (NEB) genoemd (figuur 6). Alle hoogproductieve melkkoeien maken in zekere mate een NEB door. De melkkoe heeft echter een adaptatiemechanisme om aan de verhoogde energievraag te voldoen. Of dit metabool adaptatiemechanisme succesvol zal zijn of niet hangt af van verschillende risicofactoren, namelijk de voedselopname en de melkproductie, waarbij de eerste factor de grootste invloed heeft. Een andere risicofactor is de body condition score (BCS) op het einde van de droogstandsperiode. Hoe hoger deze BCS, hoe slechter geadapteerd de koe zal zijn en hoe erger de NEB (Jorritsma et al., 2003). Voorts heeft men aangetoond dat er genetische verschillen zijn tussen koeien wat betreft de verdeling van energie over het lichaam. Er is dus ook sprake van een genetische risicofactor (Veerkamp en Emmans, 1995). Metabole parameters zoals het NEFAgehalte in het bloed kunnen ook dienen als risicofactor (Jorritsma et al., 2003). 11

18 Figuur 6. Schematische weergave van de NEB. In het begin van de lactatie is de energiebehoefte (volle lijn) groter dan de energieopname (fijne stippellijn). Hierdoor komt de koe in een negatieve energiebalans terecht (uit Bossaert et al., 2008b). 4.3 Hoe wordt het energietekort opgevangen door het lichaam? Wanneer een hoogproductieve melkkoe zich in een negatieve energiebalans bevindt, dan is er netto een energietekort. Het lichaam van de koe reageert hierop door lichaamsreserves af te breken. Spiereiwitten worden door proteolyse afgebroken tot glucogene aminozuren waaruit de lever glucose zal vormen. Het vetweefsel ondergaat lipolyse om de perifere weefsels van energie te voorzien (Bossaert et al., 2008b). Door proteolyse kunnen de baarmoeder en de uier dus blijven rekenen op de aanvoer van glucose, terwijl lipolyse ervoor zorgt dat andere weefsels niet zonder brandstof vallen Proteolyse Zoals reeds eerder werd vermeld, neemt het rund slechts zeer weinig glucose op uit de darm. Het is dus aangewezen op gluconeogenese die voornamelijk in de lever plaatsvindt. De bouwsteen hiervoor is hoofdzakelijk propionaat, afkomstig uit het krachtvoer. De krachtvoeropname van een hoogproductieve melkkoe tijdens pieklactatie is echter begrensd. Wanneer de hoeveelheid propionaat niet meer kan voldoen aan de vraag die nodig is voor gluconeogenese, dan zal het lichaam spiereiwitten beginnen afbreken om zodoende glucogene aminozuren te verkrijgen. Dit proces noemt men proteolyse. (Bossaert et al., 2008b). De lage insulinespiegel tijdens de NEB stimuleert zowel de aanvoer van glucogene bouwstenen als de gluconeogenese op zich (Velez en Donkin, 2004). 12

19 4.3.2 Lipolyse Het enzyme dat een hoofdrol speelt in de lipolyse is het triacylglycerol lipase. Voor zijn werking is het afhankelijk van concentraties aan hormonen. Insuline heeft een inhiberende werking op triacylglycerol lipase, terwijl glucagon, catecholamines en glucocorticoïden het enzyme stimuleren (Mcnamara en Hillers, 1986). Zoals reeds eerder vermeld, is er tijdens de NEB een lage insulinespiegel en zal er bijgevolg lipolyse plaatsvinden. Tijdens het proces van lipolyse geeft één molecule triglyceride aanleiding tot één molecule glycerol en drie moleculen NEFA s (non-esterified fatty acids). Deze NEFA s komen terecht in de lever. In energierijke omstandigheden blijven de NEFA s in het cytoplasma van de hepatocyt waar ze terug met glycerol versmelten tot triacylglycerol (TG). Dit TG zal samen met het apoproteïne het very low density lipoproteïne (VLDL) vormen welke terug verdeeld worden in het lichaam (Bossaert et al., 2008b). Tijdens energiearme omstandigheden vindt er echter een wijziging plaats in de enzymatische processen die plaatsvinden in de hepatocyt. Hierdoor worden de NEFA s opgestapeld in de mitochondriën van de hepatocyt. Wanneer de energiebalans zeer negatief is dan zal de opnamecapaciteit van de mitochondrien worden overschreden en stapelen de NEFA s zich onder de vorm van cytoplasmatische vetglobulen op in de levercel. Dit wordt ook wel leververvetting genoemd (Bossaert et al., 2008b). Andere veelgebruikte synoniemen voor leververvetting zijn: fat cow syndrome, hepatic lipidosis en fatty liver. Daarnaast is er tijdens de negatieve energiebalans ook een wijziging in de Krebs-cyclus. Oxaalazijnzuur, een belangrijke molecule om de Krebs-cyclus te laten doorgaan, wordt dan bij voorkeur gebruikt in de gluconeogenese (Bossaert et al., 2008b). Het acetylco-enzym A (AcCoA) dat normaalgezien (onder energierijke omstandigheden) bindt met oxaalazijnzuur en citroenzuur vormt waaruit in de Krebs-cyclus energie ontstaat, zal nu door een tekort aan oxaalazijnzuur opgeslagen worden in de mitochondria (Goff en Horst, 1997). Twee moleculen AcCoA zullen samen het ketolichaam acetoacetaat vormen. Uit acetoacetaat kunnen nog andere ketonen gevormd worden, zoals aceton, isopropanol en β-hydroxy-butyraat (Holtenius en Holtenius, 1996; Bossaert et al., 2008b). Zij dienen als energiebron voor de dwarsgestreepte spieren, de hartspier, de nier en het spijsverteringsstelsel (Kokkonen, 2005). Als het energietekort gedurende de NEB zeer ernstig is, zal er een uitgesproken vorming van ketonlichamen zijn. Dit kan leiden tot ketonemie of ketoacidose (Bossaert et al., 2008b). 13

20 5. INSULINERESISTENTIE Slechts zeer recentelijk heeft men een direct effect aangetoond van een gewijzigd insuline metabolisme op het ontstaan van leverziekten, in het bijzonder leververvetting (Bugianesi et al., 2005). Hieronder zal er dieper worden ingegaan op het ontstaan en de gevolgen van insulineresistentie (IR). 5.1 Definitie Men spreekt van insulineresistentie (IR) wanneer een fysiologische concentratie aan insuline een biologische respons uitlokt die lager is als verwacht (Kahn, 1978). IR (en bij uitbreiding alle gevallen waarbij er sprake is van resistentie aan een hormoon) kan men onderverdelen in drie vormen. Een eerste vorm is deze waarbij er een verminderde sensitiviteit (de hoeveelheid van een hormoon die nodig is om een half maximaal effect uit te lokken) is van de weefsels voor insuline. Een tweede vorm bestaat erin dat er een verminderde maximale respons (het maximale effect van insuline) is op het hormoon. Ten derde bestaat er ook een vorm waarbij er een combinatie is van verminderde sensitiviteit en verminderde respons (Kahn, 1978). Het onderscheid tussen deze verschillende vormen is belangrijk omdat er achter het ontstaan van elk van deze vormen een verschillend mechanisme zit. Afwijkingen voorafgaand aan de interactie van insuline met zijn receptor - hieronder wordt een gedaalde insulineproductie, toegenomen insuline degradatie of beiden verstaan - leiden tot hypoinsulinemie. Afwijkingen op het niveau van de intracellulaire respons op insuline leiden tot een verminderde respons. Veranderingen in de receptor zelf, dit omvat een gedaald nummer van receptoren en een gedaalde bindingsactiviteit, veroorzaken een verminderde insulinesensitiviteit. Men kan dus spreken van respectievelijk pre-receptor-, post-receptor- en receptordefecten (Kahn, 1978; Hayirli, 2006). In vele wetenschappelijke studies wordt dit onderscheid echter niet gemaakt omdat het simpelweg te ingewikkeld is om een onderscheid te maken gezien de gecompliceerde werking van insuline en zijn vele interacties met het metabolisme (Kahn, 1978). 5.2 Pathogenese Cellulair niveau De biologische actie van insuline hangt af van een cascade van reacties volgend op de binding van insuline met zijn specifieke receptor. De insuline receptor is een geglycosyleerd tetrameer dat bestaat uit twee extracellulaire alpha units waarop insuline bindt en twee beta subunits die in de celmembraan vervat zitten en tyrosine kinase activiteit bezitten. Intracellulair bezitten de insuline receptoren proteïnen, de zogenaamde insuline receptor substraat (IRS) proteïnen. Wanneer insuline bindt op zijn receptor zal er autofosforylatie van de receptor plaatsvinden en daaropvolgend een tyrosine fosforylatie van de IRS proteïnen. Dit leidt tot een cascade van reacties die finaal zullen resulteren in de translocatie van GLUT- 4. Afwijkingen die tot IR leiden bevinden kunnen zich dus op niveau van de receptor, IRS proteïnen of GLUT-4 bevinden. Abnormaliteiten in de opname van glucose in de spiercel schijnen afkomstig te zijn van defecten in de intracellulaire signaaltransductie. Onder invloed van cytokines vindt er een serine fosforylatie plaats i.p.v. een tyrosine fosforylatie (figuur 7). Of de IR ook fenotypisch tot expressie komt 14

21 hangt enerzijds af van genetische factoren en anderzijds van omgevingsfactoren (Bugianesi et al., 2005). Figuur 7. Weergave van de insuline pathway en glucose receptors in een skeletspiercel. Bij IR is er fosforylatie van serine i.p.v. fosforylatie van tyrosine. Dit verhindert de normale signaaltransductiecascade voor opname van glucose in de spiercel (uit Bugianesi et al., 2005) Factoren die leiden tot insulineresistentie Dracht Insulineresistentie wordt vaak gezien tijdens de late dracht en vroege lactatie. Gedurende de late dracht is de insuline gemedieerde opname van glucose door vet- en spierweefsel verlaagd, evenals de insuline gemedieerde inhibitie van lipolyse. Dit komt doordat tijdens de late dracht de concentraties van de volgende hormonen stijgen: oestradiol, progesteron en prolactine (Hayirli, 2006). Ryan en Enns (1988) hebben het volgende kunnen aantonen in het vetweefsel van ratten: oestradiol verhoogt de maximum insuline binding; progesteron verminderde het glucosetransport en de maximale insuline binding; prolactine verminderde het glucosetransport. Dit alles dient om de foetus tijdens de late dracht van voldoende glucose te voorzien. Glucose opname door de placenta is insuline onafhankelijk; glucose opname door de perifere weefsels is insuline afhankelijk. Als de insulinesensitiviteit van de perifere weefsels daalt zal er dus meer glucose overblijven voor de foetus. Mocht dit niet het geval zijn dan zou de foetus mogelijks sterven ten gevolge van hypoglycemie (Hayirli, 2006). 15

22 Obesitas Insulineresistentie en hyperinsulinemie zijn gerelateerd met metabole aandoeningen die men ziet bij obesitas. Obese runderen, deze zijn te veel in conditie toegenomen tijdens de droogstand, hebben een gedaalde eetlust (in tegenstelling tot niet-herkauwers). Ze lijden bijgevolg aan hypoglycemie en hypoinsulinemie (Hayirli, 2006). Hyperinsulinemie Bij IR in de lever is hyperinsulinemie geassocieerd met een gedaalde capaciteit van insuline om de gluconeogenese te onderdrukken. Bij IR t.h.v. de perifere weefsels leidt hyperinsulinemie tot een gedaalde glucose opname in vet- en spierweefsel en een gedaalde onderdrukking van de vetafbraak in vetweefsel (Hayirli, 2006). Voederen van vet Voeders met een hoog vetgehalte, dit zijn ketogene voeders, veroorzaken een gedaalde insulinesensitiviteit. Dit wordt gekenmerkt door een verminderde glucose opname in de skeletspieren en een gedaalde onderdrukking van de hepatische gluconeogenese. Wanneer men voeders met een hoog vetpercentage voert dan stijgt de NEFA concentratie in het plasma tengevolge van een onvolledige vetoxidatie (Hayirli, 2006). Uit onderzoek van Ruth (1992) blijkt dat als het vetpercentage in het voeder stijgt van 21% naar 60%, er een daling is van het aantal insuline receptoren en de binding van insuline aan deze receptoren. Men stelde ook vast dat er een vermindering was van de glucose oxidatie en de lipogenese. Hyperlipedemie Een verhoogde concentratie aan NEFA s veroorzaakt een inhibitie van de insuline gemedieerde opname van glucose in de perifere weefsels, vermindert het aantal GLUT-4 receptoren en verstoort de intracellulaire signaaltransductie van insuline in de lever en de perifere weefsels (Hayirli, 2006). Malnutritie Langdurige ondervoeding leidt tot een verkleining en vermindering van het aantal Eilandjes van Langerhans in de pancreas. Er ontstaat een hypoinsulinemie die het enzyme lipoproeteïne lipase (LPL) onderdrukt in het vetweefsel. LPL is een belangrijk enzym in de opname van vetten door vetweefsel. Plasma NEFA concentraties zullen bijgevolg stijgen. Bij de hoogproductieve Holstein-Friesian koe zien we zo n periode van malnutritie voor het afkalven tot twee maanden na het afkalven. Een gedaalde drogestofopname gedurende die periode leidt tot een regressie van de pancreas en een hypoinsulinemie (Hayirli, 2006) Andere hormonen Hormonen zoals groeihormoon en thyroxine, waarvan de concentratie stijgt tijdens de late dracht, hebben een invloed op de gevoeligheid van perifere weefsels voor insuline (Hayirli, 2006). 16

23 Genetische factoren De concentratie van insuline na de partus heeft een gemiddelde erfelijkheidsgraad (Swali en Wathes, 2006). Er werd ook aangetoond dat vaarzen geselecteerd op melkproductie een lagere insulinerespons hebben op glucose dan vaarzen van het vleesveetype (Hammon et al., 2007). Dit verschil zag men enkel gedurende de lactatie en niet tijdens de droogstand (Bossaert et al., 2008c). 5.3 Ziekten gerelateerd aan insulineresistentie IR speelt een hoofdrol in het ontstaan van metabole ziekten bij de pas gekalfde Holstein-Friesian koe. Rond het moment van afkalven is er een fysiologisch verminderde insulinegevoeligheid en gedaalde insulineconcentratie (Kerestes et al., 2009). Zeer hoge concentraties aan NEFA in het bloed kunnen mogelijk leiden tot een verstoring van het vetweefselmetabolisme. Hierdoor worden de adipocyten nog meer insulineresistent en zullen de NEFA spiegels nog verder stijgen. De hoogproductieve koe belandt dus in een vicieuze cirkel en krijgt te kampen met diverse metabole ziekten (Pires et al., 2007). Ze zijn verantwoordelijk voor economische verliezen en een verminderd dierenwelzijn in de melkveesector (Mulligan en Doherty, 2008). Hoewel men steeds meer inzichten krijgt in het ontstaan van productieziekten, ziet men de incidentie van deze ziekten nog steeds toenemen (Kelton et al., 1998). Het zou dus gemakkelijk zijn om te concluderen dat de incidentie stijgt omdat de melkgift evenredig toeneemt. Verschillende auteurs zoals Ingvartsen et al. (2003) hebben echter aangetoond dat het voorkomen van productieziekten niet direct gelinkt is aan de grootte van de melkplas. Het is de verhouding tussen input (voedselopname) en output (melkgift) die ertoe doet, eerder dan de output op zich (Mulligan en Doherty, 2008). Hieronder zal de rol van IR in de ontwikkeling van leververvetting, ketonemie, lebmaagdislocatie, cysteuze ovariële follikels (COF) en laminitis bij runderen worden besproken Leververvetting Tijdens de vroege dracht is er steeds een fysiologisch verhoogd vetgehalte in de lever (Jorritsma et al., 2000). Als de NEB zeer lang duurt of abnormaal diep is ontstaat er een onevenwicht tussen aanvoer en verwerking van NEFA s in de lever. Bij leververvetting ziet men macroscopisch een vergrootte en geel verkleurde lever. Microscopisch ziet men een vetinfiltratie in de hepatocyt wat zal leiden tot vermindering en aantasting van de celorganellen. In een vergevorderd stadium is er necrose van de hepatocyten, wat leidt tot een stijging van de leverenzymen (Bossaert et al., 2008a). Er zijn diverse functionele gevolgen verbonden aan leververvetting. Ten eerste ziet men een verminderde gluconeogenese en dus een verdere daling van de plasmaconcentraties aan glucose en insuline. Ten tweede is er ook een verminderde eetlust. Daarnaast is de verestering van NEFA s onderdrukt en zal een verminderde vorming zijn van lipoproteïnen (Bossaert et al., 2008a). 17

24 Het is moeilijk om de graad van leververvetting in te schatten door middel van metabole parameters. De leverenzymes zijn wel verhoogd, maar ze vallen nog steeds binnen de fysiologische grenzen. Verhoogde NEFA-gehaltes en verlaagde TG- en cholesterolconcentraties in het serum zou men in theorie ook kunnen gebruiken, maar ze vertonen een te grote variatie en zijn slecht gecorreleerd met de ernst van de leververvetting (Bossaert et al., 2008a). Weinig koeien met leververvetting vertonen een opvallend ziektebeeld. Indien dit toch het geval is, ziet men hypofagie, een sterke daling van de melkproductie, een aanzienlijk gewichtsverlies, lethargie en hyperexcitatie (Bossaert et al., 2008a). Meestal treedt er een vager ziektebeeld op; de melkproductie daalt door een verminderde eetlust en gedaalde gluconeogenese Ketonemie De vorming van ketonlichamen tijdens de NEB werd hierboven reeds besproken. Ketonemie wordt metabool gekenmerkt door een hyperketonemie, hypoglycemie, hypoinsulinemie, een stijging van hepatische triglyceriden, een daling van leverglycogeen en een stijging van NEFA s in het plasma (Veenhuizen et al., 1991; Bossaert et al., 2008a). Net zoals bij leververvetting ziet men slechts in een beperkt aantal gevallen een duidelijk ziektebeeld (sterke daling van de melkproductie, een aanzienlijk gewichtsverlies, lethargie en hyperexcitatie). Als er een evolutie is naar nerveuze ketonemie dan treden er centraal zenuwstoornissen op welke het gedrag (agressie, pica, overdreven vocalisatie, paresthesie, hyperesthesie) en de motoriek (tremor, ataxie, gedaalde proprioceptie, neerliggen) beïnvloeden (Bossaert et al., 2008a). Vaker ziet men een minder duidelijk ziektebeeld samen met een productiedaling (Bossaert et al., 2008a). Hove (1978) bestudeerde de secretorische capaciteit van de β-cellen van de pancreas bij een groep normale en een groep ketonemische melkkoeien. Na een intraveneuze glucose tolerantie test (IVGTT) zag hij dat de niet-ketonemische dieren reageerden met een hogere insulinerespons dan de ketonemische dieren Lebmaagverplaatsing Pravettoni et al. (2004) toonden aan dat atonie van de lebmaag bij koeien met een lebmaagdislocatie een gevolg is van IR door een gedaalde gevoeligheid aan insuline. Ze zagen dat koeien met een lebmaagverplaatsing een gedaalde clearance van glucose hadden ten gevolge van deze gedaalde sensitiviteit. De resultaten van een studie van Holtenius et al. (2000) laten duidelijk zien dat de plasma concentraties van insuline een glucose de functionaliteit van de lebmaag beïnvloeden. Hyperglycemie, dat voorkomt bij IR op receptor niveau (verminderde sensitiviteit voor insuline), resulteerde in een gereduceerde uitvloei van lebmaaginhoud. Volgens onderzoek van Holtenius en Tråvén (1990) vertoonden melkkoeien met een lebmaagverplaatsing een verminderde insulinerespons, wat wijst op IR Cysteuze ovariële follikels (COF) Cysteuze ovariële follikels (COF) hebben een dunne wand en komen enkel- of meervoudig voor op één van de eierstokken. Ze hebben een diameter van minimaal 2,5 cm en persisteren minimaal 10 dagen zonder dat er luteaal weefsel verschijnt (Roberts, 1986; Opsomer et al., 1999). COF leiden tot een gestoorde vruchtbaarheid hetgeen een grote economische impact kan hebben. Koeien met COF 18

25 hebben immers een langere tussenkalftijd en worden sneller afgevoerd. (Opsomer et al. (1999) onderzochten of IR een rol speelt in de pathogenese van cysteuze ovariële follikels (COF). Ze onderwierpen een groep hoogproductieve melkkoeien die lijden aan COF aan een IVGTT en vergeleken de resultaten met die van een controlegroep. Men zag dat de COF koeien een significant lagere stijging van insuline en lagere piekconcentraties aan insuline hadden na de IVGTT. Er kan dus geconcludeerd dat IR een factor is in de ontwikkeling van COF Laminitis Laminitis is een ontsteking van de lederhuid van klauw. De etiologie is complex en nog niet volledig opgehelderd. Laminitis veroorzaakt pijn en manken, waardoor het een invloed heeft op het dierenwelzijn, de melkproductie en de levensverwachting van het hoogproductieve rund (Bergsten, 2003). Omdat laminitis het vaakst voorkomt tijdens de vroege lactatie, onderzochten Hendry et al. (1999) de invloed van verschillende hormonen van belang tijdens de transitieperiode op de keratine synthese en celproliferatie in de runderklauw. Ze bestudeerden onder andere het effect van insuline op een weefselcultuur van klauwweefsel. Na een incubatie van 24 uur in een medium dat insuline bevat, zag men dat insuline de proteinesynthese en DNA-synthese (een maat voor celproliferatie) stimuleerde. Bij IR op pre-receptorniveau is er sprake van hypoinsulinemie. De celproliferatie en keratine synthese zullen bijgevolg gedaald zijn. IR is dus één van de vele factoren in het ontwikkelen van laminitis. 5.4 Inschatten van de insulinegevoeligheid Aangezien insulineresistentie tegenwoordig een hot topic is, omdat geweten is dat het een primaire etiologische factor is in de ontwikkeling van diverse metabole problemen, is er veel aandacht voor technieken om de insulinegevoeligheid te meten. Het is niet mogelijk om de insulinegevoeligheid in te schatten door enkel naar de plasma concentratie van insuline te kijken (zogenaamde statische methode). Er bestaan echter verschillende andere mogelijkheden (dynamische testen) om de insuline secretie en de gevoeligheid van weefsels voor insuline te evalueren (Kerestes et al., 2009). Methoden die origineel ontwikkeld waren voor de mens heeft men aangepast om te gebruiken bij melkkoeien. (Holtenius en Holtenius, 2007) Glucose tolerantie test (GTT) De glucose tolerantie test (GTT) meet de plasma glucose clearance en de endogene insulinerespons volgend op een orale (OGTT) of intraveneuze (IVGTT) toediening van insuline (Opsomer et al., 1999). De glucose tolerantie test (GTT) is een vrij praktische en simpele manier om glucose intolerantie te bepalen (Hayirli, 2006). In de humane geneeskunde wordt de GTT zeer veel gebruikt om leverziektes en diabetes mellitus op te sporen. Bij mensen wordt de glucose normaliter per os toegediend, zodat de stijging van glucose eerst zichtbaar is in de portaalvene en al de geabsorbeerde suiker door de lever passeert (Holmes, 1951). Bij melkvee wordt de glucose intraveneus toegediend, dit is de intraveneuze glucose tolerantie test (IVGTT). De reden hiervoor is dat herkauwers zeer weinig glucose absorberen uit de darm; het heeft 19

26 dan ook geen zin om glucose oraal toe te dienen. Vooraleer de glucose wordt toegediend is het van belang om het gewicht van het rund te kennen. Uit dit gewicht kan men de toe te dienen dosis glucose berekenen. Deze moet hoog genoeg zijn om een significante stijging in de bloedglucosespiegel te veroorzaken zodat men achteraf de graad van daling van glucose kan bestuderen. In de literatuur worden verschillende protocollen besproken; er bestaat geen standaard dosering van glucose bij een GTT. Voorafgaand aan de test hoeft men geen speciale voorzorgen te nemen qua voeding omdat het plasma glucose gehalte bij runderen slechts minimaal beïnvloed wordt door het type dieet. Het toedienen van de glucose-oplossing gebeurt de vena jugularis. De bloedstalen neemt men in de andere vena jugularis om contaminatie met achtergebleven glucose van de injectie te vermijden. Bloedstalen worden genomen voor de injectie met glucose; twee minuten na het einde van de injectie (maximale concentratie glucose) en vervolgens elke 15 minuten gedurende 2,5 uur (Holmes, 1951). Echter, ook voor het nemen van de bloedstalen vind men verschillende andere protocollen terug in de literatuur. De GTT heeft echter ook verschillende nadelen. De informatie die men bekomt door de GTT is niet zo gemakkelijk te interpreteren. Men weet namelijk niet of de gestegen clearance van glucose uit plasma te wijten is aan verhoogd glucoseverbruik of verminderde glucoseproductie. Het is beter om de ratio insuline over glucose (I/G, insulinogene index) te bekijken om een idee te krijgen over de IR (DeFronzo et al., 1979; Hayirli, 2006). De bekomen gehaltes van glucose en insuline kunnen ook gebruikt worden om de weefselgevoeligheid voor insuline te berekenen, dit doet men via de G/I ratio. Het probleem met deze ratio is dat er een feedback bestaat tussen glucose en insuline en dat geen van beide variabelen constant is gedurende de test (DeFronzo et al., 1979) Glucose- en insulin clamp testen Om bovenvermeld probleem van twee variabelen te omzeilen, werd de glucose clamp technique ontwikkeld. De plasma glucose concentratie staat hierbij onder controle van de onderzoeker (DeFronzo et al., 1979). Er is een zogenaamde externe controle op de feedback loop (Bergman et al., 1981). Er bestaan twee verschillende vormen van de glucose clamp technique. Om de gevoeligheid van β- cellen voor glucose te bepalen is er de hyperglycemische clamp technique. Om de sensitiviteit van weefsels voor insuline te meten beschikt men over de euglycemische insuline clamp technique. De hyperglycemische clamp technique bestaat erin dat men d.m.v. een eerste glucose infusie de plasma glucose concentratie laat stijgen 125 mg/dl boven het basaal gehalte. Deze hyperglycemie wordt gehandhaafd door een variabele infusie van glucose. Aangezien de plasma glucose concentratie constant wordt gehouden, is de snelheid van de glucose infusie een maatstaf voor het glucose metabolisme (DeFronzo et al., 1979). Bij de euglycemische insuline clamp technique brengt men het insulinegehalte in het plasma op 100 μu/ml en men behoudt deze waarde door een constante infusie van insuline. De plasma glucose concentratie wordt constant gehouden op zijn basaal niveau door een variërende glucose infusie. De glucose infusie ratio vermenigvuldigd met de opname van glucose door al de weefsels in het lichaam is een maat voor de insulinegevoeligheid van weefsels (DeFronzo et al., 1979). 20