Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Bedeutung von Kalium und Insulin für die Motilität der Labmagenmuskulatur

Türck, Gesche

Abomasal displacement is a common disease of high-yielding dairy cows of which the pathogenesis is only partly understood. Hypokalemia and insulin imbalances are often observed in connection with disturbed abomasal motility, and might be involved in the development of abomasal displacement. Aim of the present study was to test the reaction of isolated abomasal smooth muscle stripes to changes in the extracellular potassium-concentration and to increasing doses of insulin. In case of an insulin-effect the contribution of an enhanced potassium-conductance and a stimulation of the Na+/K+-pump to this effect had to be tested, in analogy to insulin effects known from other tissues. At least we investigated in vivo, if the abomasal outflow could be reduced by infusions of insulin and if potassium –substitutions might be able to compensate a potential reduction. Motility measurements in vitro were performed with circular smooth muscle stripes isolated from abomasal pylorus and corpus of 22 male goats and 74 non-pregnant Holstein-Frisian cows immediately after slaughter and incubated in buffer solution. A potential insulin-effect was also tested with longitudinal smooth muscles from caprine corpus abomasi. Spontaneous isometric contractions were measured in the presence of increasing concentrations of potassium (1 to 10 mmol/l) and insulin (0 to 120 mU/l). Contractions were analysed for frequency (1/min), amplitude (mN) and contraction-activity (mN/min). For the in-vivo part of the study, the abomasal outflow of six fistulated cows was measures with Cr-EDTA. These experiments were conducted under euglycemic conditions without infusions (day 1), with infusion of insulin (1 mU/kg BW/min; day 2) and with infusion of insulin together with an additional potassium-supplement of 0.5 mmol/cow/min (day 3). All tissues with the exception of goat pylorus reacted to increasing potassium concentrations with a distinct increase in amplitude and contraction-activity while the frequency was not influenced. The effect of insulin on the isolated smooth muscle stripes differed between the localisations. While circular muscles of the corpus reacted with a decrease of amplitude and contraction-activity (in cows) or a less pronounced increase of these parameters compared with control (in goats), the caprine pylorus showed an increase in all three parameters. The remaining tissues didn’t react to insulin. The inhibitory effect of insulin on the circular smooth muscles of the corpus could be antagonized by potassium, barium (3 mmol/l; inhibitor of K+-channels), glibenclamide (0.05 mmol/l; inhibitor of ATP-sensitive K+-channels) and ouabain (0.001 mmol/l; inhibitor of the Na+/K+-pump). The insulin infusion in the in vivo experiment induced a decrease in the blood potassium-concentration (day 2) which could be overcome by the potassium-supplements (on day 3). However only four of the six cows showed a nominally reduction in abomasal outflow on day 2 and only two of them showed a re-increase in the outflow on day 3. In conclusion, the results of the in vitro experiments showed a direct effect of extracellular potassium concentration on the motility of the abomasal smooth muscle. Potassium may thus influence the activity of the stomach-pump and the abomasal outflow. Insulin inhibited amplitude and contraction-activity of circular muscles from abomasal corpus. Since this effect could be antagonized by the addition of potassium, barium, glibenclamide or ouabain, these results point to an increase in potassium-conductance and/or an increase in Na+/K+-pump activity as possible mechanisms of insulin. Due to the individual differences between cows concerning the changes in abomasal outflow after the insulin- and potassium-infusions, it is not possible to draw a definite conclusion to which extent these in-vitro-results would be applicable to the circumstances in vivo.

Die Labmagenverlagerung ist eine häufige Erkrankung hochleistender Milchkühe, deren Pathogenese bislang nur teilweise geklärt ist. Hypokaliämien und Insulinimbalancen werden oft im Zusammenhang mit gestörter Labmagenmotilität beobachtet und könnten damit an der Entstehung der Verlagerung beteiligt sein. Ziel dieser Arbeit war es herauszufinden, wie isolierte Labmagenmuskulatur einerseits auf Veränderungen der extrazellulären Kalium-Konzentration und andererseits auf steigende Insulingaben reagiert. Im Falle eines auftretenden Insulineffektes sollte geklärt werden, inwieweit eine Insulin-bedingte Hemmung der Muskelaktivität auf eine erhöhte Kalium-Leitfähigkeit und/oder eine Stimulation der Na+/K+-ATPase zurückgeführt werden kann, wie es bereits in anderen Geweben nachgewiesen werden konnte. In einem letzten Schritt wurde überprüft, inwieweit in vivo der Labmagenefflux durch Insulininfusion reduziert werden kann und ob diese Reduktion durch Kaliumsubstitution kompensierbar ist. Im Zuge des In-vitro-Versuchs wurde von 22 Ziegenböcken und 74 nicht tragenden Milchkühen der Rasse Holstein-Frisian bei der Schlachtung aus der Labmagenwand zirkuläre Muskulatur aus Pylorus und Corpus isoliert und in einer Pufferlösung inkubiert. Bei der Ziege wurde zusätzlich auch longitudinale Corpusmuskulatur zur Überprüfung eines möglichen Insulineffektes untersucht. Mit Hilfe von Kraftaufnehmern wurde die spontane isometrische Kraftentwicklung dieser Muskelstreifen bei verschiedenen Zugaben von Kalium (1 bis 10 mmol/l) und Insulin (0 bis 120 mU/l) gemessen. Ausgewertet wurden Frequenz (1/min) und Amplitude (mN) der Muskelkontraktionen sowie die Kontraktionsaktivität (mN/min). Im Rahmen des In-vivo-Versuchs wurde der Labmagenefflux von sechs fistulierten Kühen mithilfe von Chrom-EDTA gemessen. Diese Versuche erfolgten unter euglykämischen Bedingungen ohne Infusion (Tag 1), unter Infusion von Insulin (1 mU/kg KGW/min; (Tag 2) und unter Insulininfusion mit einer zusätzlichen Kaliumsupplementierung von 0,5 mmol/Tier/min (Tag 3). In vitro konnte an allen Präparaten mit Ausnahme der Pylorusmuskulatur der Ziege in unterschiedlicher Ausprägung eine durch steigende Kaliumgaben bedingte Zunahme von Amplitude und Kontraktionsaktivität bei unbeeinflusster Frequenz festgestellt werden. Hinsichtlich der Wirkung von Insulin auf die isolierte Labmagenmuskulatur gab es unterschiedliche Reaktionen. Während die circuläre Corpusmuskulatur unter Insulinzugaben im Gegensatz zur Kontrolle bei unveränderter Frequenz mit einer Abnahme (Rind) bzw. einer geringeren Zunahme (Ziege) von Amplitude und Kontraktionsaktivität reagierte, kam es bei der Pylorusmuskulatur der Ziege zu einer Zunahme aller drei Parameter. Die übrigen Gewebe reagierten nicht auf Insulin. Die hemmende Wirkung des Insulins auf die zirkuläre Corpusmuskulatur des Rindes konnte dabei durch Gaben von Kalium, Barium (3 mmol/l; Kaliumkanalblocker), Glybenclamid (0,05 mmol/l; Blocker ATP-sensitiver Kaliumkanäle) und Ouabain (0,001 mmol/l; Hemmer der Na+/K+-ATPase) aufgehoben werden. In vivo konnte im Zuge der Insulininfusion zwar eine Absenkung der Kaliumkonzentration im Blut an Tag 2 und durch die Kaliumsupplementierung ein Wiederanstieg der Werte an Tag 3 erzielt werden, jedoch kam es nur bei vier von sechs Tieren zu einem nominellen Abfall des Labmageneffluxes am zweiten und davon nur bei zwei Tieren zu einem Wiederanstieg am dritten Versuchstag. In vitro konnte also zum einen gezeigt werden, dass die extrazelluläre Kaliumkonzentration in direktem Zusammenhang mit der Motilität der glatten Muskulatur des Labmagens steht und damit in der Lage wäre, die Aktivität der Magenpumpe und die Effluxmenge zu beeinflussen. Zum anderen konnten Amplitude und Kontraktionsaktivität der zirkulären Corpusmuskulatur durch Insulin gehemmt werden. Da diese Hemmung durch Gabe von Kalium, Barium, Glybenclamid sowie Ouabain kompensierbar war, weisen die Ergebnisse der Motilitätsmessung darauf hin, dass Insulin seine Wirkung an der zirkulären Labmagenmuskulatur über eine Erhöhung der Kaliumleitfähigkeit und/oder eine Erhöhung der Aktivität der Na+/K+-ATPase entfalten könnte. Bezüglich der Übertragbarkeit der in vitro gewonnenen Erkenntnisse auf Bedingungen in vivo kann aufgrund der großen individuellen Unterschiede in der Reaktion des Effluxes auf die Insulin- und Kaliuminfusionen keine abschließende Aussage getroffen werden.

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Türck, Gesche: Bedeutung von Kalium und Insulin für die Motilität der Labmagenmuskulatur. Hannover 2009. Tierärztliche Hochschule.

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