Tierärztliche Hochsch., Diss., 2000--Hannover.

Einleitung: L-Carnitin spielt eine zentrale Rolle im Energiestoffwechsel. Da dieser in der Frühlaktation bei Hochleistungskühen besonders beansprucht und z.T. überlastet wird, ergibt sich die Frage, ob durch L-Carnitinsupplementation ein stabilerer Stoffwechsel und damit bessere Leistungen erreicht werden können. Zielstellung: Es wurde geprüft, ob bei Hochleistungskühen mit einer mittleren Milchleistung von 12000 kg/Jahr die orale Supplementation von L Carnitin im peripartalem Zeitraum bei zwei verschiedenen Applikationszeiträumen Stoffwechsel-, Leistungs- und Gesundheitsverbesserung erbringt. Versuchsanordnung: Aus einer Gesamtherde von 322 Kühen wurden 81 Tiere randomisiert auf vier Gruppen aufgeteilt. Zwei dieser Gruppen erhielten L-Carnitin (Supplementationsgruppen) und die anderen zwei Gruppen stellten die Kontrollgruppen (KG 1 n = 14/ KG 2 n = 11) dar. Von den supplementierten Gruppen erhielt Car. 1 (n = 26) von 3 Wochen (Wo.) ante partum (a.p.) bis zur Kalbung über das Futter täglich 5g L Carnitin (Carnipas®). Post partum bekamen die Tiere 1g L Carnitin von der Kalbung bis vier Wo. p.p. Parallel wurden einer zweiten supplementierten Gruppe, Car. 2 (n = 30), täglich 5g L Carnitin 3 Wochen a.p. bis zur Kalbung verabreicht. Klinische und Blutkontrollen erfolgten 28 Tage (d) a.p., drei d p.p, 28 d p.p. sowie 56 d p.p. Es wurden das Gesamtcarnitin (GC, n = 5), das freie Carnitin (FC, n = 5), Carnitinester (CE, n = 5), FFS, BHB, Bilirubin, Glucose, Cholesterol, Harnstoff, TTP, Albumin, CK, AST, Pi, Ca, Fe bei allen Tieren analysiert. Zusätzlich erfolgte die Erfassung der Laktationsleistung, der Milchinhaltsstoffe, der Rastzeit (RZ), der Zwischentragezeit (ZTZ) und der Morbidität. Ergebnisse: Das GC, FC und die CE besitzen in den supplementierten Gruppen Car 1 drei d p.p. höhere Konzentrationen als die Kontrollgruppen, die bei Car. 2 (p < 0,05) im GC und FC auch im weiteren Verlauf beobachtet wurden. Ein deutlicher Konzentrationsabfall aller L-Carnitinfraktionen vier Wo. p.p. wurde in den supplementierten Gruppen beobachtet. In den Kontrollgruppen stiegen sie zur gleichen Zeit nicht einheitlich an. Acht Wochen p.p. sanken die L-Carnitinkonzentrationen im Blut sowohl in den Kontrollgruppen, als auch in der supplementierten Gruppen weiter ab. In allen Gruppen stiegen drei d p.p. die FFS-Konzentrationen an (p < 0,05), das BHB auch in den supplementierten Gruppen, die Glucose- und Cholesterolkonzentration fielen ab (p < 0,05). Vier und 8 Wo. p.p. ließen sich ein Abfallen der FFS- (p < 0,05) und der BHB-Konzentrationen (p < 0,05) erkennen. Die Cholesterol- (p < 0,05) und verzögert auch die Glucosekonzentration stiegen an. Drei d p.p. stiegen die Bilirubinkonzentration (p < 0,05) und die AST-Aktivität (p < 0,05) an, dem ein ebensolcher Abfall (p < 0,05) folgte. Präpartal trat in der supplementierten Gruppen Car. 2 eine höhere Bilirubinkonzentration als in der Kontrollgruppe (p < 0,05) auf, was bei den AST-Aktivitäten zwischen den supplementierten Gruppen postpartal (p < 0,05) der Fall war. Drei d p.p waren niedrigere Konzentrationen des Proteins (p < 0,05), des Albumins (p < 0,05) in Car. 2 und in der Kontrollgruppe sowie des Harnstoffs (p < 0,05) in den Kontrollgruppen zu beobachten. Die CK-Aktivität nahm drei d p.p. zu (p < 0,05), um vier Wo. p.p. wieder abzufallen (p < 0,05). Gleichzeitig war einen Anstieg des Proteins (p < 0,05) und des Albumins in den Kontrollgruppen (p < 0,05), verzögert auch in den supplementierten Gruppen (p < 0,05), messbar. In allen Gruppen waren drei d p.p. niedrigere Ca- (p < 0,05), Fe- (p < 0,05) und Pi- Konzentrationen (p < 0,05) auffällig, die später wieder anstiegen. Im Verlauf war die Ca-Konzentration bei Car. 2 gegenüber der Kontrollgruppe höher (p < 0,05). Die Leistungsparameter differierten weder bei den Milchleistungs-, noch bei den Fruchtbarkeitskennzahlen gesichert. Bezüglich der Morbidität war auffällig, dass das GC und FC bei gesunden Kühen a.p. gegenüber den im Laktationsverlauf erkrankten gesichert höher war (p < 0,05). Schlussfolgerungen: Orale L Carnitinapplikation bei Kühen mit hohem Milchleistungsniveau erbrachte keine Stoffwechsel-, Leistungs- und Morbiditätsunterschiede gegenüber den Kontrollgruppen. Die Ergebnisse entsprechen aber der Hypothese einer gesteigerten ß-Oxidation durch die Carnitinsupplementation mit erhöhten BHB-Konzentrationen als Folge. Post partum gesunde Kühe hatten a.p. signifikant höhere L-Carnitinkonzentrationen als kranke.

Knowledge on the precise effects of surplus glucose supply in dairy cows is limited by the lack of information on how intermediary metabolism adapts at different levels of glucose availability. Therefore, a gradual increase of glucose supply via intravenous glucose infusion was used in the present study to test the dose effect of surplus provision of glucose on the metabolic status and milk production of dairy cows. Furthermore, the effects of increasing levels of surplus glucose on mRNA expressions and activities of rate-limiting enzymes involved in hepatic gluconeogenesis were investigated. Based on a previous finding that a positive energy balance may decrease hepatic carnitine palmitoyltransferase (CPT) enzyme activity, it was also of interest whether skeletal muscle CPT activity is downregulated in a similar manner during positive energy balance. Twelve midlactating Holstein-Friesian dairy cows were continuously infused over a 28-d experimental period with either saline (SI group, six cows) or 40% glucose solutions (GI group, six cows). The infusion dose was calculated as a percentage of the daily energy (NEL) requirements by the animal, starting at 0% on d 0 and increasing gradually by 1.25%/d until a maximum dose of 30% was reached by d 24. Dose was then maintained at 30% NEL requirement for 5 d. No infusions were made between d 29-32. Liver and skeletal muscle biopsies were taken on d 0, 8, 16, 24, and 32. Body weight (BW) and back fat thickness (BFT) were recorded on biopsies days. Blood samples were taken every 2 d. In addition, blood samples over 24 h (6-h intervals) were taken the days before each biopsy. Milk and urine samples were taken on biopsies days. BW and BFT increased linearly with increasing glucose dose for GI cows. No differences were observed in the dry matter intake, milk energy output, and energy corrected milk yield between groups. However, milk protein percentage and yield increased linearly in the GI group. Only occasional increases in blood glucose and insulin concentrations were observed in blood samples taken at 1000 h every 2 d. However, during infusion dose of 30% NEL requirements on d 24, GI cows developed postprandial hyperglycemia associated with hyperinsulinemia, coinciding with glucosuria. The revised quantitative insulin sensitivity check index (RQUIKI) indicated linear development of insulin resistance for the GI treatment. GI decreased serum concentrations of beta-hydroxybutyrate (BHBA) and blood urea nitrogen and tended to decrease the serum concentration of non-esterified fatty acids (NEFA). Liver glycogen content increased, while glycogen content in skeletal muscle only tended to increase by GI. No significant changes were observed in the activities and relative mRNA expression levels of hepatic phosphoenolpyruvate carboxykinase and glucose 6-phospatase. The activity of fructose 1,6-bisphosphatase (FBPase) and relative mRNA expression levels of pyruvate carboxylase (PC) were decreased in the GI group but only during the high dose of glucose infusion. Hepatic CPT activity decreased with GI and remained decreased on d 32. The hepatic expression levels of CPT-1A and CPT-2 mRNA were not significantly altered but tended to reflect the changes in enzyme activity. No effect of glucose infusion was observed on skeletal muscle CPT activity. The aforementioned adaptations were reversed four days after the end of glucose infusions except for those of BW, BFT, and lipid metabolism (i.e. serum BHBA and NEFA concentrations, hepatic CPT activity). It is concluded that mid-lactation dairy cows on an energy-balanced diet direct intravenously infused glucose predominantly to body fat reserves but not to increased lactation performance. Cows rapidly adapted to increasing glucose supply but experienced dose-dependent development of insulin resistance corresponding with postprandial hyperglycemia/hyperinsulinemia and glucosuria at dosages equivalent to 30% NEL requirements. The catalytic capacity of key hepatic gluconeogenesis enzymes in mid-lactating dairy cows is not significantly affected by nutritionally relevant increases of glucose supply. Only very high dosages selectively suppress PC transcription and FBPase activity. Finally, it can be concluded that suppression of CPT activity by positive energy balance appears to be specific for the liver in midlactating dairy cows.

Einleitung: L-Carnitin spielt eine zentrale Rolle im Energiestoffwechsel. Da dieser in der Frühlaktation bei Hochleistungskühen besonders beansprucht und z.T. überlastet wird, ergibt sich die Frage, ob durch L-Carnitinsupplementation ein stabilerer Stoffwechsel und damit bessere Leistungen erreicht werden können. Zielstellung: Es wurde geprüft, ob bei Hochleistungskühen mit einer mittleren Milchleistung von 12000 kg/Jahr die orale Supplementation von L Carnitin im peripartalem Zeitraum bei zwei verschiedenen Applikationszeiträumen Stoffwechsel-, Leistungs- und Gesundheitsverbesserung erbringt. Versuchsanordnung: Aus einer Gesamtherde von 322 Kühen wurden 81 Tiere randomisiert auf vier Gruppen aufgeteilt. Zwei dieser Gruppen erhielten L-Carnitin (Supplementationsgruppen) und die anderen zwei Gruppen stellten die Kontrollgruppen (KG 1 n = 14/ KG 2 n = 11) dar. Von den supplementierten Gruppen erhielt Car. 1 (n = 26) von 3 Wochen (Wo.) ante partum (a.p.) bis zur Kalbung über das Futter täglich 5g L Carnitin (Carnipas®). Post partum bekamen die Tiere 1g L Carnitin von der Kalbung bis vier Wo. p.p. Parallel wurden einer zweiten supplementierten Gruppe, Car. 2 (n = 30), täglich 5g L Carnitin 3 Wochen a.p. bis zur Kalbung verabreicht. Klinische und Blutkontrollen erfolgten 28 Tage (d) a.p., drei d p.p, 28 d p.p. sowie 56 d p.p. Es wurden das Gesamtcarnitin (GC, n = 5), das freie Carnitin (FC, n = 5), Carnitinester (CE, n = 5), FFS, BHB, Bilirubin, Glucose, Cholesterol, Harnstoff, TTP, Albumin, CK, AST, Pi, Ca, Fe bei allen Tieren analysiert. Zusätzlich erfolgte die Erfassung der Laktationsleistung, der Milchinhaltsstoffe, der Rastzeit (RZ), der Zwischentragezeit (ZTZ) und der Morbidität. Ergebnisse: Das GC, FC und die CE besitzen in den supplementierten Gruppen Car 1 drei d p.p. höhere Konzentrationen als die Kontrollgruppen, die bei Car. 2 (p < 0,05) im GC und FC auch im weiteren Verlauf beobachtet wurden. Ein deutlicher Konzentrationsabfall aller L-Carnitinfraktionen vier Wo. p.p. wurde in den supplementierten Gruppen beobachtet. In den Kontrollgruppen stiegen sie zur gleichen Zeit nicht einheitlich an. Acht Wochen p.p. sanken die L-Carnitinkonzentrationen im Blut sowohl in den Kontrollgruppen, als auch in der supplementierten Gruppen weiter ab. In allen Gruppen stiegen drei d p.p. die FFS-Konzentrationen an (p < 0,05), das BHB auch in den supplementierten Gruppen, die Glucose- und Cholesterolkonzentration fielen ab (p < 0,05). Vier und 8 Wo. p.p. ließen sich ein Abfallen der FFS- (p < 0,05) und der BHB-Konzentrationen (p < 0,05) erkennen. Die Cholesterol- (p < 0,05) und verzögert auch die Glucosekonzentration stiegen an. Drei d p.p. stiegen die Bilirubinkonzentration (p < 0,05) und die AST-Aktivität (p < 0,05) an, dem ein ebensolcher Abfall (p < 0,05) folgte. Präpartal trat in der supplementierten Gruppen Car. 2 eine höhere Bilirubinkonzentration als in der Kontrollgruppe (p < 0,05) auf, was bei den AST-Aktivitäten zwischen den supplementierten Gruppen postpartal (p < 0,05) der Fall war. Drei d p.p waren niedrigere Konzentrationen des Proteins (p < 0,05), des Albumins (p < 0,05) in Car. 2 und in der Kontrollgruppe sowie des Harnstoffs (p < 0,05) in den Kontrollgruppen zu beobachten. Die CK-Aktivität nahm drei d p.p. zu (p < 0,05), um vier Wo. p.p. wieder abzufallen (p < 0,05). Gleichzeitig war einen Anstieg des Proteins (p < 0,05) und des Albumins in den Kontrollgruppen (p < 0,05), verzögert auch in den supplementierten Gruppen (p < 0,05), messbar. In allen Gruppen waren drei d p.p. niedrigere Ca- (p < 0,05), Fe- (p < 0,05) und Pi- Konzentrationen (p < 0,05) auffällig, die später wieder anstiegen. Im Verlauf war die Ca-Konzentration bei Car. 2 gegenüber der Kontrollgruppe höher (p < 0,05). Die Leistungsparameter differierten weder bei den Milchleistungs-, noch bei den Fruchtbarkeitskennzahlen gesichert. Bezüglich der Morbidität war auffällig, dass das GC und FC bei gesunden Kühen a.p. gegenüber den im Laktationsverlauf erkrankten gesichert höher war (p < 0,05). Schlussfolgerungen: Orale L Carnitinapplikation bei Kühen mit hohem Milchleistungsniveau erbrachte keine Stoffwechsel-, Leistungs- und Morbiditätsunterschiede gegenüber den Kontrollgruppen. Die Ergebnisse entsprechen aber der Hypothese einer gesteigerten ß-Oxidation durch die Carnitinsupplementation mit erhöhten BHB-Konzentrationen als Folge. Post partum gesunde Kühe hatten a.p. signifikant höhere L-Carnitinkonzentrationen als kranke.

Zusammenfassung: Effekte der L-Carnitinsupplementierung auf das metabolische Profil adipöser und insulinre- sistenter Ponys im Verlaufe einer mehrwöchigen Körpergewichtsreduktion Author: Uta Schmengler Institut für Tierernährung, Ernährungsschäden und Diätetik, Veterinärmedizinische Fakultät, Universität Leipzig Eingereicht im September 2012 76 S., 16 Abb., 23 Tab., 169 Lit., Anhang Einleitung: Das ”Equine Metabolische Syndrom” ist gekennzeichnet durch eine regionale oder generalisierte Adipositas, eine periphere Insulinresistenz sowie akute oder chronische Hufreheschübe. Die Ursache ist in einer bedarfsübersteigenden, hochkalorischen Fütterung und einem relativen Bewegungsmangel zu suchen, wobei auch der genetischen Prädisposition spezieller Rassen eine gewisse Bedeutung zukommt. Ziel dieser Studie war die Untersuchung der Effekte einer L-Carnitinsupplementierung in Kombination mit einer restriktiven Füt- terung und täglicher moderater Bewegung auf Körpermasseverlust, Insulinsensitivität und ausgewählte Parameter des Energiestoffwechsels adipöser und insulinresistenter Ponys. Material und Methoden: Für die placebokontrollierte Doppelblindstudie wurden 16 adipöse Ponys per Losverfahren in zwei Gruppen (N=8) eingeteilt. Zu Versuchsbeginn wiesen die Ponys einen mittleren Body Condition Score von 8,0±2,0 (Skala 1-9) und einen mittleren Cresty Neck Score von 4,0±1,0 (Skala 0-5) auf. Während des 14-wöchigen Körpermassere- duktionsprogramms wurden die Ponys restriktiv gefüttert mit 1 - 1,2 kg Heu/100 kg KM/d. Zusätzlich erhielten 8 Ponys eine L-Carnitin-Zulage (1,3 g/100 kg KM/2d) und 8 Tiere ein Placebo in Form einer Kieselsäureverbindung (1,3 g/100 kg KM/ 2d). Die Ergänzungen wur- den in einem Gemisch aus Grünmehl (50 g/2d) und Mineralfutter verabreicht. Über die 14-wöchige Versuchszeit wurde ein Bewegungsprogramm an sechs Tagen in der Woche durch- geführt, das 25 Minuten Schritt und 15 Minuten Trab beinhaltete. Zu Versuchsbeginn und nach Versuchsende wurde mit beiden Versuchsgruppen ein Frequently sampled intravenous glucose tolerance test (FSIGTT) zur Überprüfung der Insulinsensitivität durchgeführt. Über die gesamte Versuchszeit wurden wöchentlich Blutproben gewonnen zur Bestimmung der ba- salen Serum-Insulinaktivität und Plasma-Glucosekonzentration sowie der Konzentration der Freien Fettsäuren (FFS), Triacylglyceride (TAG), Harnstoff und Betahydroxybutyrat (BHB) im Serum. Die Körpermasseverluste wurden über wöchentliche Wägungen sowie Ermittlung von BCS und CNS kontrolliert. Die statistische Überprüfung wurde anhand parametrischer (ANOVA) und nicht-parametrischer Tests (Wilcoxon signed rank test) durchgeführt, die Kal- kulation der Insulinsensitivität erfolgte über das Minimalmodell anhand eines Computerpro- gramms (MINMOD). Ergebnisse: Im Mittel verloren die Ponys über den Versuchszeitraum von 14 Wochen 1- 3% ihrer Körpermasse pro Woche (Zeit: p < 0, 01, Behandlung: p=0,79), was einem totalen Körpermasseverlust von 14,3±% entsprach. Der BCS reduzierte sich in beiden Versuchs- gruppen um eine Differenz von 3 Einheiten, der CNS verringerte sich in der Carnitingrup- pe (GC ) um eine Differenz von 1,4 und in der Placebogruppe (GP ) um eine Differenz von 1,9 Einheiten. Der Körpermasseverlust war von einer signifikanten Verbesserung der Insu- linsensitivität (Zeit p < 0, 01, Behandlung: p=0,39) begleitet. Die Kalkulation der Insulin- sensitivität im Minimalmodell zeigte eine signifikante Erhöhung der SI-Werte am Versuch- sende in beiden Versuchsgruppen (Beginn Studie GC : 0,76±0,88 l/min/μU*10−4 und GP : 1,61±1,31 l/min/μU*10−4 ; Ende Studie GC : 5,45±0,81 l/min/μU*10−4 und GP : 6,08±2,98 l/min/μU*10−4 ). Signifikante, zeitabhängige Veränderungen wurden auch für die metabo- lischen Parameter beobachtet: Plasma-Glucose und Serum-Insulin reagierten mit einem si- gnifikanten Abfall (Glucose GC : 4,5±0,32 mmol/l vs. 4,21±0,61 mmol/l und Glucose GP : 4,34±0,62 mmol/l vs. 3,86±0,34 mmol/l; Insulin GC : 23,71±32,77 μU/ml vs. 3,67±3,94 μU/ml und GP : 13,55±12,67 μU/ml vs. 1,01±1,09 μU/ml). Dabei kam es zu einem signi- fikanten Anstieg des Serum-Harnstoffs (GC : 3,47±0,73 mmol/l vs. 4,31±1,06 mmol/l und GP : 3,71±0,79 mmol/l vs. 4,9±1,23 mmol/l) sowie der Serum-FFS (GC : 157±95 μmol/l vs. 731±138 μmol/l und GP : 113±63 μmol/l vs. 686±142 μmol/l) und Serum-TAG (GC : 0,53±0,28 mmol/l vs. 0,94±0,61 mmol/l und GP : 0,45±0,23 mmol/l vs. 0,64±0,25 mmol/l). Bezüglich der L-Carnitinsupplementierung wurden keine weiteren Effekte verzeichnet. Schlussfolgerungen: Die restriktive Energiezufuhr von 7 MJ DE/100 kg KM entspre- chend einer Heuzulage von 1 kg/100 kg KM führte zu KM-Verlusten von 1-3 %. Eine Kör- permassereduktion zeigte deutliche Auswirkungen auf den Glucose- und Lipidmetabolismus und führte zu einer signifikanten Verbesserung der Insulinsensitivität, wohingegen die L- Carnitinsupplementierung keine weiteren Effekte auf den Glucosestoffwechsel herbeiführte. Eine bedarfsdeckende Eigensynthese von L-Carnitin ist beim Pony offensichtlich auch im Zu- stand der Insulinresistenz gewährleistet und reicht aus um die obligatorischen Funktionen L-Carnitins im Energiestoffwechsel zu erfüllen. / Summary: The effects of L-carnitine supplementation on body weight losses and metabolic profile in obese and insulin resistant ponies during a several weeks lasting bodyweight reduction pro- gramme Author: Uta Schmengler Institute of Animal Nutrition, Nutrition Diseases and Dietetics, Faculty of Veterinary Medi- cine, University of Leipzig Submitted in September 2012 76 p., 16 fig., 23 tab., 169 ref., appendix Introduction: Insulin resistance, local or general adiposity and the predisposition towards acute or chronical laminitis are components of the equine metabolic syndrome. Contributing factors for this syndrome are the intake and the quality of a high caloric feed by a lack of physical exersice. Howewer, the genetically predisposition of so called ”easy keepers” seems to play a role in pathogenesis. The objective of this study was to investigate the effects of L- carnitine supplementation in combination with a body weight reduction programme (BWRP) on body weight (BW) losses, insulin sensitivity and selected metabolic parameters in obese and insulin resistant ponies. Material und methods: 16 obese ponies (mean BCS = 8.0±2.0, mean CNS = 4.0±1.0) were assigned to a randomized double blind, placebo-controlled study. The ponies werde di- vided into two equal groups (N=8). During a 14 weeks lasting BWRP the ponies were fed 1.0-1.2 kg hay/100 kg BW daily. Additionally, 8 ponies were supplemented with L-carnitine (1.3g/100 kg BW) and 8 ponies were supplemented with a placebo (1.3g/100 kg BW). The supplements were offered in a mixture of 50 g grass meal and 50 g of a commercial mineral mixture, twice a day. During BWRP ponies were exercised a low-intensity protocol 6 days a week (daily 25 min walk and 15 min trot across the countryside). A frequently sampled intravenous glucose tolerance test (FSIGTT) was undertaken in order to assess insulin sen- sitivity at the beginning and the end of the study. Routine blood samples were collected for analysis of plasma glucose, serum insulin, free fatty acids (FFA), triglycerides (TG), urea and beta-hydroxybutyrate (BHB). Ponies were weighed weekly after 12 h of feed restriction by using an electronic scale for large animals. BCS and CNS were recorded weekly by the same 2 observers throughout the study. The statistical analysis was performed by parametric and non-parametric tests (ANOVA and Wilcoxon ranked test). The minimal modell calcu- lation of insulin sensitivity (SI) from FSIGTT was calculated by the computer programme (MINMOD). Results: Ponies lost 1-3% BW per week over the BWRP (time P<0.01, L-carnitine supple- mentation P=0.79), meaning a total body weight loss of 14.3%. BCS decreased in both groups with a difference of three points and CNS was reduced with a difference of 1.4-1.9 points. BW losses were accompanied by a significant improvement in insulin sensitivity (Time: P<0.01, L-carnitine supplementation: P=0.39). The calculation for SI-values by the minimalmodell showed a significant increase in L-carnitine group (GC ) and placebo group (GP ) in the end of the study. (GC : 0.76±0.88 L/min/μU*10−4 to 5.45±0.81 L/min/μU*10−4 , GP : 1.61±1.31 L/min/μU*10−4 to 6.08±2.98 L/min/μU*10−4 ). Significant time related decreases were observed for plasma glucose (GC : 4.5±0.32 mmol/L to 4.21±0.61 mmol/L, GP : 4.34±0.62 mmol/L to 3.86±0.34 mmol/L) and serum insulin (GC : 23.71±32.77 μU/mL to 3.67±3.94 μU/mL, GP : 13.55±12.67 μU/mL to 1.01±1.09 μU/mL). A significant increase was observed for serum urea (GC : 3.47±0.73 mmol/L to 4.31±1.06 mmol/L, GP : 3.71±0.79 mmol/L to 4.9±1.23 mmol/L), FFA (GC : 157±95 μmol/L to 731±138 μmol/L und GP : 113±63 μmol/L to 686±142 μmol/L) and TG (GC : 0.53±0.28 mmol/L to 0.94±0.61 mmol/L, GP : 0.45±0.23 mmol/L to 0.64±0.25 mmol/L) during BWRP. There was no further improvement in metabolic responses by L-carnitine supplementation. Conclusions: Energy intake of 7 MJ DE/100 kg BW leads to bodyweight losses of 1- 3%, herby improving insulin sensitivity and glucose metabolism. L-carnitine supplementation does not further improve glucose or fat metabolism, suggesting that endogenous L-carnitine synthesis was sufficient to facilitate energy metabolism in obese and insulin resistant ponies.

Zusammenfassung: Effekte der L-Carnitinsupplementierung auf das metabolische Profil adipöser und insulinre- sistenter Ponys im Verlaufe einer mehrwöchigen Körpergewichtsreduktion Author: Uta Schmengler Institut für Tierernährung, Ernährungsschäden und Diätetik, Veterinärmedizinische Fakultät, Universität Leipzig Eingereicht im September 2012 76 S., 16 Abb., 23 Tab., 169 Lit., Anhang Einleitung: Das ”Equine Metabolische Syndrom” ist gekennzeichnet durch eine regionale oder generalisierte Adipositas, eine periphere Insulinresistenz sowie akute oder chronische Hufreheschübe. Die Ursache ist in einer bedarfsübersteigenden, hochkalorischen Fütterung und einem relativen Bewegungsmangel zu suchen, wobei auch der genetischen Prädisposition spezieller Rassen eine gewisse Bedeutung zukommt. Ziel dieser Studie war die Untersuchung der Effekte einer L-Carnitinsupplementierung in Kombination mit einer restriktiven Füt- terung und täglicher moderater Bewegung auf Körpermasseverlust, Insulinsensitivität und ausgewählte Parameter des Energiestoffwechsels adipöser und insulinresistenter Ponys. Material und Methoden: Für die placebokontrollierte Doppelblindstudie wurden 16 adipöse Ponys per Losverfahren in zwei Gruppen (N=8) eingeteilt. Zu Versuchsbeginn wiesen die Ponys einen mittleren Body Condition Score von 8,0±2,0 (Skala 1-9) und einen mittleren Cresty Neck Score von 4,0±1,0 (Skala 0-5) auf. Während des 14-wöchigen Körpermassere- duktionsprogramms wurden die Ponys restriktiv gefüttert mit 1 - 1,2 kg Heu/100 kg KM/d. Zusätzlich erhielten 8 Ponys eine L-Carnitin-Zulage (1,3 g/100 kg KM/2d) und 8 Tiere ein Placebo in Form einer Kieselsäureverbindung (1,3 g/100 kg KM/ 2d). Die Ergänzungen wur- den in einem Gemisch aus Grünmehl (50 g/2d) und Mineralfutter verabreicht. Über die 14-wöchige Versuchszeit wurde ein Bewegungsprogramm an sechs Tagen in der Woche durch- geführt, das 25 Minuten Schritt und 15 Minuten Trab beinhaltete. Zu Versuchsbeginn und nach Versuchsende wurde mit beiden Versuchsgruppen ein Frequently sampled intravenous glucose tolerance test (FSIGTT) zur Überprüfung der Insulinsensitivität durchgeführt. Über die gesamte Versuchszeit wurden wöchentlich Blutproben gewonnen zur Bestimmung der ba- salen Serum-Insulinaktivität und Plasma-Glucosekonzentration sowie der Konzentration der Freien Fettsäuren (FFS), Triacylglyceride (TAG), Harnstoff und Betahydroxybutyrat (BHB) im Serum. Die Körpermasseverluste wurden über wöchentliche Wägungen sowie Ermittlung von BCS und CNS kontrolliert. Die statistische Überprüfung wurde anhand parametrischer (ANOVA) und nicht-parametrischer Tests (Wilcoxon signed rank test) durchgeführt, die Kal- kulation der Insulinsensitivität erfolgte über das Minimalmodell anhand eines Computerpro- gramms (MINMOD). Ergebnisse: Im Mittel verloren die Ponys über den Versuchszeitraum von 14 Wochen 1- 3% ihrer Körpermasse pro Woche (Zeit: p < 0, 01, Behandlung: p=0,79), was einem totalen Körpermasseverlust von 14,3±% entsprach. Der BCS reduzierte sich in beiden Versuchs- gruppen um eine Differenz von 3 Einheiten, der CNS verringerte sich in der Carnitingrup- pe (GC ) um eine Differenz von 1,4 und in der Placebogruppe (GP ) um eine Differenz von 1,9 Einheiten. Der Körpermasseverlust war von einer signifikanten Verbesserung der Insu- linsensitivität (Zeit p < 0, 01, Behandlung: p=0,39) begleitet. Die Kalkulation der Insulin- sensitivität im Minimalmodell zeigte eine signifikante Erhöhung der SI-Werte am Versuch- sende in beiden Versuchsgruppen (Beginn Studie GC : 0,76±0,88 l/min/μU*10−4 und GP : 1,61±1,31 l/min/μU*10−4 ; Ende Studie GC : 5,45±0,81 l/min/μU*10−4 und GP : 6,08±2,98 l/min/μU*10−4 ). Signifikante, zeitabhängige Veränderungen wurden auch für die metabo- lischen Parameter beobachtet: Plasma-Glucose und Serum-Insulin reagierten mit einem si- gnifikanten Abfall (Glucose GC : 4,5±0,32 mmol/l vs. 4,21±0,61 mmol/l und Glucose GP : 4,34±0,62 mmol/l vs. 3,86±0,34 mmol/l; Insulin GC : 23,71±32,77 μU/ml vs. 3,67±3,94 μU/ml und GP : 13,55±12,67 μU/ml vs. 1,01±1,09 μU/ml). Dabei kam es zu einem signi- fikanten Anstieg des Serum-Harnstoffs (GC : 3,47±0,73 mmol/l vs. 4,31±1,06 mmol/l und GP : 3,71±0,79 mmol/l vs. 4,9±1,23 mmol/l) sowie der Serum-FFS (GC : 157±95 μmol/l vs. 731±138 μmol/l und GP : 113±63 μmol/l vs. 686±142 μmol/l) und Serum-TAG (GC : 0,53±0,28 mmol/l vs. 0,94±0,61 mmol/l und GP : 0,45±0,23 mmol/l vs. 0,64±0,25 mmol/l). Bezüglich der L-Carnitinsupplementierung wurden keine weiteren Effekte verzeichnet. Schlussfolgerungen: Die restriktive Energiezufuhr von 7 MJ DE/100 kg KM entspre- chend einer Heuzulage von 1 kg/100 kg KM führte zu KM-Verlusten von 1-3 %. Eine Kör- permassereduktion zeigte deutliche Auswirkungen auf den Glucose- und Lipidmetabolismus und führte zu einer signifikanten Verbesserung der Insulinsensitivität, wohingegen die L- Carnitinsupplementierung keine weiteren Effekte auf den Glucosestoffwechsel herbeiführte. Eine bedarfsdeckende Eigensynthese von L-Carnitin ist beim Pony offensichtlich auch im Zu- stand der Insulinresistenz gewährleistet und reicht aus um die obligatorischen Funktionen L-Carnitins im Energiestoffwechsel zu erfüllen. / Summary: The effects of L-carnitine supplementation on body weight losses and metabolic profile in obese and insulin resistant ponies during a several weeks lasting bodyweight reduction pro- gramme Author: Uta Schmengler Institute of Animal Nutrition, Nutrition Diseases and Dietetics, Faculty of Veterinary Medi- cine, University of Leipzig Submitted in September 2012 76 p., 16 fig., 23 tab., 169 ref., appendix Introduction: Insulin resistance, local or general adiposity and the predisposition towards acute or chronical laminitis are components of the equine metabolic syndrome. Contributing factors for this syndrome are the intake and the quality of a high caloric feed by a lack of physical exersice. Howewer, the genetically predisposition of so called ”easy keepers” seems to play a role in pathogenesis. The objective of this study was to investigate the effects of L- carnitine supplementation in combination with a body weight reduction programme (BWRP) on body weight (BW) losses, insulin sensitivity and selected metabolic parameters in obese and insulin resistant ponies. Material und methods: 16 obese ponies (mean BCS = 8.0±2.0, mean CNS = 4.0±1.0) were assigned to a randomized double blind, placebo-controlled study. The ponies werde di- vided into two equal groups (N=8). During a 14 weeks lasting BWRP the ponies were fed 1.0-1.2 kg hay/100 kg BW daily. Additionally, 8 ponies were supplemented with L-carnitine (1.3g/100 kg BW) and 8 ponies were supplemented with a placebo (1.3g/100 kg BW). The supplements were offered in a mixture of 50 g grass meal and 50 g of a commercial mineral mixture, twice a day. During BWRP ponies were exercised a low-intensity protocol 6 days a week (daily 25 min walk and 15 min trot across the countryside). A frequently sampled intravenous glucose tolerance test (FSIGTT) was undertaken in order to assess insulin sen- sitivity at the beginning and the end of the study. Routine blood samples were collected for analysis of plasma glucose, serum insulin, free fatty acids (FFA), triglycerides (TG), urea and beta-hydroxybutyrate (BHB). Ponies were weighed weekly after 12 h of feed restriction by using an electronic scale for large animals. BCS and CNS were recorded weekly by the same 2 observers throughout the study. The statistical analysis was performed by parametric and non-parametric tests (ANOVA and Wilcoxon ranked test). The minimal modell calcu- lation of insulin sensitivity (SI) from FSIGTT was calculated by the computer programme (MINMOD). Results: Ponies lost 1-3% BW per week over the BWRP (time P<0.01, L-carnitine supple- mentation P=0.79), meaning a total body weight loss of 14.3%. BCS decreased in both groups with a difference of three points and CNS was reduced with a difference of 1.4-1.9 points. BW losses were accompanied by a significant improvement in insulin sensitivity (Time: P<0.01, L-carnitine supplementation: P=0.39). The calculation for SI-values by the minimalmodell showed a significant increase in L-carnitine group (GC ) and placebo group (GP ) in the end of the study. (GC : 0.76±0.88 L/min/μU*10−4 to 5.45±0.81 L/min/μU*10−4 , GP : 1.61±1.31 L/min/μU*10−4 to 6.08±2.98 L/min/μU*10−4 ). Significant time related decreases were observed for plasma glucose (GC : 4.5±0.32 mmol/L to 4.21±0.61 mmol/L, GP : 4.34±0.62 mmol/L to 3.86±0.34 mmol/L) and serum insulin (GC : 23.71±32.77 μU/mL to 3.67±3.94 μU/mL, GP : 13.55±12.67 μU/mL to 1.01±1.09 μU/mL). A significant increase was observed for serum urea (GC : 3.47±0.73 mmol/L to 4.31±1.06 mmol/L, GP : 3.71±0.79 mmol/L to 4.9±1.23 mmol/L), FFA (GC : 157±95 μmol/L to 731±138 μmol/L und GP : 113±63 μmol/L to 686±142 μmol/L) and TG (GC : 0.53±0.28 mmol/L to 0.94±0.61 mmol/L, GP : 0.45±0.23 mmol/L to 0.64±0.25 mmol/L) during BWRP. There was no further improvement in metabolic responses by L-carnitine supplementation. Conclusions: Energy intake of 7 MJ DE/100 kg BW leads to bodyweight losses of 1- 3%, herby improving insulin sensitivity and glucose metabolism. L-carnitine supplementation does not further improve glucose or fat metabolism, suggesting that endogenous L-carnitine synthesis was sufficient to facilitate energy metabolism in obese and insulin resistant ponies.

Knowledge on the precise effects of surplus glucose supply in dairy cows is limited by the lack of information on how intermediary metabolism adapts at different levels of glucose availability. Therefore, a gradual increase of glucose supply via intravenous glucose infusion was used in the present study to test the dose effect of surplus provision of glucose on the metabolic status and milk production of dairy cows. Furthermore, the effects of increasing levels of surplus glucose on mRNA expressions and activities of rate-limiting enzymes involved in hepatic gluconeogenesis were investigated. Based on a previous finding that a positive energy balance may decrease hepatic carnitine palmitoyltransferase (CPT) enzyme activity, it was also of interest whether skeletal muscle CPT activity is downregulated in a similar manner during positive energy balance. Twelve midlactating Holstein-Friesian dairy cows were continuously infused over a 28-d experimental period with either saline (SI group, six cows) or 40% glucose solutions (GI group, six cows). The infusion dose was calculated as a percentage of the daily energy (NEL) requirements by the animal, starting at 0% on d 0 and increasing gradually by 1.25%/d until a maximum dose of 30% was reached by d 24. Dose was then maintained at 30% NEL requirement for 5 d. No infusions were made between d 29-32. Liver and skeletal muscle biopsies were taken on d 0, 8, 16, 24, and 32. Body weight (BW) and back fat thickness (BFT) were recorded on biopsies days. Blood samples were taken every 2 d. In addition, blood samples over 24 h (6-h intervals) were taken the days before each biopsy. Milk and urine samples were taken on biopsies days. BW and BFT increased linearly with increasing glucose dose for GI cows. No differences were observed in the dry matter intake, milk energy output, and energy corrected milk yield between groups. However, milk protein percentage and yield increased linearly in the GI group. Only occasional increases in blood glucose and insulin concentrations were observed in blood samples taken at 1000 h every 2 d. However, during infusion dose of 30% NEL requirements on d 24, GI cows developed postprandial hyperglycemia associated with hyperinsulinemia, coinciding with glucosuria. The revised quantitative insulin sensitivity check index (RQUIKI) indicated linear development of insulin resistance for the GI treatment. GI decreased serum concentrations of beta-hydroxybutyrate (BHBA) and blood urea nitrogen and tended to decrease the serum concentration of non-esterified fatty acids (NEFA). Liver glycogen content increased, while glycogen content in skeletal muscle only tended to increase by GI. No significant changes were observed in the activities and relative mRNA expression levels of hepatic phosphoenolpyruvate carboxykinase and glucose 6-phospatase. The activity of fructose 1,6-bisphosphatase (FBPase) and relative mRNA expression levels of pyruvate carboxylase (PC) were decreased in the GI group but only during the high dose of glucose infusion. Hepatic CPT activity decreased with GI and remained decreased on d 32. The hepatic expression levels of CPT-1A and CPT-2 mRNA were not significantly altered but tended to reflect the changes in enzyme activity. No effect of glucose infusion was observed on skeletal muscle CPT activity. The aforementioned adaptations were reversed four days after the end of glucose infusions except for those of BW, BFT, and lipid metabolism (i.e. serum BHBA and NEFA concentrations, hepatic CPT activity). It is concluded that mid-lactation dairy cows on an energy-balanced diet direct intravenously infused glucose predominantly to body fat reserves but not to increased lactation performance. Cows rapidly adapted to increasing glucose supply but experienced dose-dependent development of insulin resistance corresponding with postprandial hyperglycemia/hyperinsulinemia and glucosuria at dosages equivalent to 30% NEL requirements. The catalytic capacity of key hepatic gluconeogenesis enzymes in mid-lactating dairy cows is not significantly affected by nutritionally relevant increases of glucose supply. Only very high dosages selectively suppress PC transcription and FBPase activity. Finally, it can be concluded that suppression of CPT activity by positive energy balance appears to be specific for the liver in midlactating dairy cows.

The purpose of this study was the investigation of several transport systems expressed at the BBB. The identification and functional characterization of such transport systems is essential to provide a basis for strategies to regulate drug disposition into the brain. Immortalized rat brain endothelial cells (RBE4 cells) have been used in this study as an in vitro model of the BBB. The present study has shown that the RBE4 cells are a suitable model of the BBB for transporter studies. These cells do express the amino acid transport systems L and y+, which are known to be present at the BBB. The uptake of L-tryptophan, a neutral amino acid transported by system L, exhibited a half saturation constant (Kt) of 31 µM and a maximal velocity rate (Vmax) of about 1 nmol/mg/min in RBE4 cells. The kinetic constants of the L-arginine uptake, representing system y+ transport activity, into RBE4 cells were determined with a Kt value of about 55 µM and a Vmax of 0.56 nmol/mg/min. Furthermore the expression of two sodium dependent transporters, the 5-HT transporter (SERT) and the organic cation/carnitine transporter OCTN2, was shown at the RBE4 cells. Uptake studies with radiolabeled 5-HT exhibited a saturable, sodium dependent transport at RBE4 cells with a Kt value of about 0.40 µM and a Vmax of about 52 fmol/mg/min. L-carnitine and TEA (tetraethylammonium) are known to be transported by the OCTN2 transporter. The uptake of L-carnitine into RBE4 cells was shown to be sodium dependent and saturable with a Kt value of 54 µM and a maximal velocity of about 3.6 pmol/mg/min. In contrast, the organic cation TEA follows a sodium independent uptake mechanism at RBE4 cells. Also a sodium independent choline uptake into the cells was discovered but the molecular identity remained unknown. This saturable choline transport exhibited a Kt value of about 22 µM and a maximal velocity of about 52 pmol/mg/min.

The purpose of this study was the investigation of several transport systems expressed at the BBB. The identification and functional characterization of such transport systems is essential to provide a basis for strategies to regulate drug disposition into the brain. Immortalized rat brain endothelial cells (RBE4 cells) have been used in this study as an in vitro model of the BBB. The present study has shown that the RBE4 cells are a suitable model of the BBB for transporter studies. These cells do express the amino acid transport systems L and y+, which are known to be present at the BBB. The uptake of L-tryptophan, a neutral amino acid transported by system L, exhibited a half saturation constant (Kt) of 31 µM and a maximal velocity rate (Vmax) of about 1 nmol/mg/min in RBE4 cells. The kinetic constants of the L-arginine uptake, representing system y+ transport activity, into RBE4 cells were determined with a Kt value of about 55 µM and a Vmax of 0.56 nmol/mg/min. Furthermore the expression of two sodium dependent transporters, the 5-HT transporter (SERT) and the organic cation/carnitine transporter OCTN2, was shown at the RBE4 cells. Uptake studies with radiolabeled 5-HT exhibited a saturable, sodium dependent transport at RBE4 cells with a Kt value of about 0.40 µM and a Vmax of about 52 fmol/mg/min. L-carnitine and TEA (tetraethylammonium) are known to be transported by the OCTN2 transporter. The uptake of L-carnitine into RBE4 cells was shown to be sodium dependent and saturable with a Kt value of 54 µM and a maximal velocity of about 3.6 pmol/mg/min. In contrast, the organic cation TEA follows a sodium independent uptake mechanism at RBE4 cells. Also a sodium independent choline uptake into the cells was discovered but the molecular identity remained unknown. This saturable choline transport exhibited a Kt value of about 22 µM and a maximal velocity of about 52 pmol/mg/min.