Dr. Greg Penner (Kanada)

Átírás

1 Dr. Greg Penner (Kanada) Tanulmányok: Alapdiplomáját és mesterfokozatát a Saskatchewani Egyetemen szerezte ugyanabban az évben, 2004-ben ben szerezte meg PhD fokozatát az Albertai Egyetemen. Munkahelyek, beosztások: egyetemi docens, Saskatchewani Egyetem, Állattudományi és Baromfitenyésztési Tanszék CEC (Centennial Enhancement Chair) Takarmányozásélettani szakterületen. Kifejlesztője egy olyan ph-mérési technikának, ami az egész világon elterjedt. Olyan takarmányozási stratégiák kidolgozása a célja, ami javítja a tehenek egészségét és növeli a termelékenységüket. Alapkutatás terén a bélcsatorna szabályozási folyamataival foglalkozik (Ussing kamra ex vivo és izolált retikulum-bendő technika in vivo módszerével). Ezen eredményeket használja az alkalmazott kutatásban, a tejelő marha, a húsmarha és a juh takarmányozási stratégiáinak fejlesztésében. Dr. Pennernek 60 szakcikke jelent meg eddig és 40 alkalommal volt meghívott előadó konferenciákon. Társelnöke a Saskatchewani Húsmarha és Tömegtakarmány Szimpóziumnak.

2 A cukor, mint funkcionális táplálóanyag : a cukor hatása az emésztőrendszerre Greg Penner Saskatchewan Egyetem Egyetemi docens CEC Kérődző Takarmányozásélettan szakterületen Állattenyésztési- és Baromfitudományok Osztály

3 A funkcionális alapanyag koncepció Azt értjük ez alatt, hogy egy bizonyos takarmány vagy alapanyag a hagyományos táplálóanyag igény kielégítésen túl kiválthat más hatásokat is.

4 Gorka et al., 2018; JDS Pl.: a vajsav, mint funkcionális összetevő A vajsav-kiegészítés együregű gyomrú és kérődző állatok esetében is bevett gyakorlat Kis mennyiségű vajsav (0.3% sza.) stimulálja: A bendő, az oltógyomor, a vékonybél és a hasnyálmirigy fejlődését Befolyásolja a szabályzóhatású peptidek és hormonok kiválasztását az emésztőrendszerben Ennek eredményeként sokkal jobban nő a táplálóanyagok felszívódása, mint amire a táplálóértékből számítani lehetne.

5 Vajsav: részleges hatásmechanizmus Enteroendokrin-L sejt Az inzulin kijutása Hasnyálmirigy β-sejt

6 Monoszacharidok, mint funkcionális összetevők: Lehetséges-e, hogy a monoszacharidok funkcionális táplálóanyagok? A metabolizálható és a nem-metabolizálható cukrok is befolyásolják az *SGLT-1 expresszióját * Na-glükozátot szállító fehérjék

7 Átvéve Shirazi-Beechey-től, 1996; Proc. Nutr. Soc. A cukorszállítás mechanizmusa Bélcsatorna Enterociták Vér Fruktóz GLUT5 Glükóz Na + Na + 3 Na + GLUT2 2 K + SGLT-1

8 Glükóz felvétel (pmol/s /mg fehérje) *SGLT1 Fehérje kifejeződése A bélcsatornában lévő cukrok stimulálják az *SGLT-1-t Víz Fruktóz Szacharin Glükóz Bejuttatott anyag Stearns és mtsai, 2010; NIH-PA Shirazi-Beechey, 1996; Proc. Nutr. Soc. * Na-glükozátot szállító fehérjék

9 Adapted from Shirazi-Beechey, 1996; Proc. Nutr. Soc. A cukorszállítás mechanizmusa Bélcsatorna Enterocita Vér Fruktóz Glükóz Na + GLUT5 TAS1R2/3 Na + camp PKA Sejtmag + 3 Na + GLUT2 2 K + Glükóz

10 Aschenbach és mtsai., 2000; Am. J. Physiol. Cukortranszport az előgyomorban Idő (perc) 3-OMG koncentráció (mm) A phlorizint az SGLT-1 blokkolására használják

11 Glükóz felszívódás, nmol/cm 2 /perc Az *SGLT-1 és GLUT szerepet játszanak a bendőben a cukor felvételében 16 bárány A szöveteket ex vivo inkubálták Ussing kamrában 1 mm Glükózt adtak a bélcsatornába oldalról Mérték a felszívódást (Aschenbach és mtsai, 2000) * Na- glükozát szállító fehérjék 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 a Kontroll b Penner és mtsai, nem publikált P < Control Phlorizin Phloretin Phlorizin + Phloretin b c

12 Eddigiek összegzése A glükóz felszívódását a SGLT-1 és GLUT irányítja A bendőben és a vékonybélben fordul elő A bélcsatorna glükózellátása ösztönözheti a glükóz felszívódását

13 A cukor felhasználása a tejelő tehenek takarmányában Cukor etetése a takarmány-felvétel növelésére

14 Sz.a. (kg/nap) A cukor felhasználása a tejelő tehenek takarmányában Nagyon ízletes és valószínűleg előnyben részesített (Nombekela és mtsai, 1994; JDS) Javíthatja az ellés utáni szárazanyag-felvételt (Nombekela és Murphy, 1994; Penner és mtsai, 2009) 52 Holstein tehén a laktáció első 4 hetében szacharóz kiegészítéssel Kontroll (4.5 TESC) Magas cukor (8.7 TESC) 20,0 17,5 15,0 12,5 10,0 7,5 5,0 2,5 0,0 P = Control Kontroll Magas High sugar cukor TESC = alkoholban oldódó szénhidrátok Penner és mtsai, 2009; JDS

15 Cukorkiegészítés és a bendő ph A cukorkiegészítés nem csökkentette a bendő ph-t, amikor a keményítő helyettesítésére használták, megtartva az adagban az NFC koncentrációját (nem rostból származó szénhidrátok) (Penner és mtsai, 2009a,b; Martel és mtsai, 2011; Oba, 2013)

16 Kontroll 2.5% Laktóz 5.0% Laktóz 2.5% szacharóz 5.0% szacharóz Cukoradagolás és a bendő ph 7,0 P = ,0 P = ,0 P = ,5 6,5 6,5 6,0 6,0 6,0 5,5 5,5 5,5 5,0 5,0 5,0 4,5 4,0 Low sugar Kevés In vivo High sugar Magas 4,5 4,0 cukor melasz melasz Penner és mtsai., 2009a In vitro McCormick és mtsai., ,5 4,0 In vivo 0% 5% molasses molasses Martel és mtsai., 2011

17 Glikogén felhalmozódás, mg/3 óra Cukorkiegészítés és a bendő ph A bendő-ph változásában szerepe kell, hogy legyen olyan mikrobáknak, amik in vitro körülmények között nem befolyásolták a ph-t Nem roncsolt Inkubáció protozoával Roncsolt minták A protozoa glikogént roncsolás nélkül mérték A mikrobiális glikogént roncsolással mérték Nem roncsolt Roncsolt Lysed minták samples Csírátlanított inkubáció Hall, 2011: JDS

18 Cukorkiegészítés és a bendő ph? Glikogén felhalmozódás (Hall, 2011) Eltolódás a vajsavtermelés irányába? Az eredmények vegyesek, de valószínűleg a különböző kísérletektől függenek Megnövekedett vajsav (Vallimont és mtsai., 2004; Ribeiro és mtsai., 2005) Nincs hatással (Sannes és mtsai. 2002; Broderick és mtsai. 2008; Penner és Oba, 2009)

19 Impact of VFA type on theoretical H + yield 2 acetát + 2H + 2 propionát + 2H hexóz 2 Piruvát 1 vajsav + 1H 1H + + Kevesebb savtermelés, mivel a fermentáció eltolódik a vajsav irányába

20 Cukorkiegészítés és a bendő ph? A bendő alkalmazkodása Illózsírsav-felszívódás és a felszívódás helye

21 Bendő ph *SCFA felszívódása és a bendő ph r 2 = 0.43 P <0.001 Resende Junior és mtsai, 2006 r 2 = 0.45 P <0.001 r 2 = 0.17 P <0.001 * Rövid szénláncú zsírsavak Gén Folyamat R P érték Acyl-CoA szintetáz Illózsírsav(VFA) aktiválása HMGCL Ketogenezis LDHb Laktát metabolizmus PC Piruvát metabolizmus Penner és mtsai,

22 A rövid szénláncú zsírsav (SCFA) felszívódása és a H + mozgása SCFA - /HCO 3- csere bikarbonáttal látja el a bendőt Na + 2K + Aschenbach és mtsai, 2011 Na + H + H + H + 3Na + H + Ketonok - Lactát - H + H-SCFA Anyagcsere SCFA - HCO 3 - HCO 3 - SCFA - HCO3 - H 2 O + CO 2 Bendőtartalom Na + HCO 3 - Vér

23 Sza. kg/nap Cukorkiegészítés és a bendő ph? A bendő alkalmazkodása A rövid szénláncú zsírsavak (SCFA) felszívódása és a felszívódás útja 4 holstein tehén 4 x 4 Latin négyzet Kukorica vs. árpa Alacsony cukor (2.6%) vs. magas cukor (8%) Alacsony cukor Low sugar P = 0.28 Magas cukor High sugar Chibisa és mtsai, 2015

24 Tejtermelés, kg/nap Időtartam ph < 5,8, perc/nap Cukorkiegészítés és a bendő ph? Low sugar P = P = High sugar 0 Low sugar High sugar Alacsony cukor Magas cukor Alacsony cukor Magas cukor Chibisa és mtsai, 2015

25 Illózsírsav felszívódás, mmol/h Bikarbonát-függő illózsírsav felszívódás, mmol/óra Cukorkiegészítés és a bendő ph? 1400 VFA - /HCO - 3 csere bikarbonáttal 1200 látja el a bendőt P = 0.45 Low sugar High sugar Alacsony cukor Anyagcsere Magas cukor Aschenbach és mtsai Vér P = 0.04 Nagyobb megbízhatóság az SCFA - /HCO 3 - cserére Low sugar High sugar Alacsony cukor Magas cukor Chibisa és mtsai, 2015

26 A cukoretetés és táplálóanyagok felvétele A szacharóz és a laktóz különböző módon hidrolizálódik és fermentálódik a bendőben A cukorfélék összehasonlítására vonatkozóan kevés adat áll rendelkezésre A bizonyítékok azonban jobb felszívódásra engednek következtetni. Penner és mtsai, nem publikált

27 Penner és mtsai. nem publikált A cukrok etetése és a rövid szénláncú zsírsavak (SCFA) felszívódása Hipotézis: a cukrok beillesztése az adagba stimulálja a bikarbonát függő SCFA felszívódását 18 db Kanadai Arcott x Suffolk bárány Kezelések: Szemes árpa vagy savó (laktóz) vagy szacharóz A kezeléseknél egyforma volt a nem keményítő szénhidrát (NSC) mennyisége és 6% volt a cukor

28 Cukoretetés és a táplálóanyagok felszívódása? Penner és mtsai, nem publikált Kezelés Megnevezés Keményítő Laktóz Szacharóz Összetevő, sza. % Árpaszilázs Árpa, szemes Szárított tejsavó permeátum Szárított melasz Ásványi és vitamin pellet Repceliszt Zabkorpa

29 Sza., kg/nap Átlag bendő ph Penner és mtsai, nem publikált A cukor típusának hatása a szárazanyag-felvételre és a ph-ra 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 keményítő vs. cukor, P = 0.80 laktóz vs. szacharóz, P = ,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 keményítő vs. cukor, P = 0.83 laktóz vs. szacharóz, P = 0.54

30 Összes SCFA, mm Vajsav, összes illósav % A cukor típusának hatása a bendőben található rövid szénláncú zsírsavakra (SCFA) 180,0 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 keményítő vs. cukor, P = 0.81 laktóz vs. szacharóz, P = ,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 Penner és mtsai., nem publikált keményítő vs. cukor, P = 0.77 laktóz vs. szacharóz, P = 0.88

31 Szérum BHBA, mg/dl Penner és mtsai., nem publikált A cukor típusa és szérum β-hidroxivajsav (BHBA) 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Keményítő vagy cukor, P = 0.22 Laktóz vagy szacharóz, P = Keményítő Laktóz Szacharóz STARCH LACTOSE SUCROSE

32 Acetát felszívódás, nmol/(cm 2 x h) Propionát felszívódás, nmol/(cm2 x ó) Penner és mtsai, nem publikát Cukor típus hatása az acetát és a propionát felszívódására 8,0 7,0 6,0 keményítő vs. cukor, P = laktóz vs. szacharóz, P = ,0 5,0 keményítő vs. cukor, P = 0.67 laktóz vs. szacharóz, P = ,0 4,0 4,0 3,0 2,0 1,0 3,0 2,0 1,0 0,0 0,0 A meghatározásokat bendőszövet izolátummal végezték Ussing kamrában

33 Vajsav felszívódás, nmol/(cm 2 x ó) Penner és mtsai, nem publikált 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 A cukor típusának hatása a vajsav felszívódására Keményítő vs. cukor, P = 0.67 Laktóz vs. szacharóz, P = 0.16 STARCH Keményítő LACTOSE Laktóz SUCROSE Szacharóz Measurements made with isolated rumen tissues in Ussing chambers A meghatározásokat bendőszövet izolátummal végezték Ussing kamrában

34 Bikarbonátfüggő propionát felszívódás, nmol/(cm 2 x ó) Bikarbonátfüggő vajsav felszívódás, nmol/(cm 2 x ó) A cukortípus hatása a vajsav felszívódására 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Keményítő vs. cukor P = 0.79 laktóz vs. szaharóz, P = ,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Penner és mtsai, nem publikált keményítő vs. cukor, P = 0.77 laktóz vs. szacharóz, P = A Measurements meghatározásokat made bendőszövet with isolated izolátummal rumen tissues végezték in Ussing Ussing chambers kamrában

35 Összes glükóz felvétel, μmol/mg fehérje SGLT-1 által közvetített glükóz felvétel, μmol/mg fehérje Penner és mtsai, nem publikált A cukor típusa és glükózfelvétel a bendőben 300,0 250,0 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 Keményítő vs. cukor, P = Laktóz vs. szacharóz, P = ,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 Keményítő vs. cukor, P = Laktóz vs. szacharóz, P = 0.29 Measurements made with isolated rumen tissues in Ussing chambers A meghatározásokat bendőszövet izolátummal végezték Ussing kamrában

36 Összefoglalás A bélcsatorna táplálóanyag-receptorai érzékelik a glükózt és nagyobb mértékű felszívódást stimulálnak Belek és bendő A cukrok etetése megváltoztatja a rövid szénláncú zsírsavak felszívódását és annak módját, előnyben részesítve a bikarbonát alapú transzportot A hatásmechanizmus nem ismert Mindkét mechanizmus hozzájárulhat a bendő ph stabilizálásához

37 Támogatók

38 Kérdések