Relationships between body condition, lipomobilization and insulin resistance in dairy cows

Abstract

The first weeks of lactation are the most demanding period for the metabolism throughout the calving cycle of a dairy cow. Most of the disease events occur during that period; this highlights the need for deeper understanding of cows’ adaption to lactation to increase the welfare of cows and profitability of farm. Insulin is a pancreatic hormone that has a key role in energy metabolism, in general, it promotes storage of energy within organism. Insulin resistance is a state when insulin causes less than normal response in target tissues. It causes intensive lipolysis, which is a risk factor for the occurrence of numerous metabolic diseases. This doctoral thesis elaborates on the relationships of the volume of adipose tissue during dry period with lipolysis, insulin resistance, and the expression of genes and concentration of proteins in adipose tissue that regulate glucose and lipid metabolism. Four weeks before expected calving multiparous Estonian Holstein dairy cows (n=42) were grouped into three according to their body condition score. Three weeks before and after calving intravenous glucose tolerance test and biopsy from subcutaneous adipose tissue were performed. After the formation of experimental groups, blood samples were taken weekly and body condition was assessed fortnightly. Milk samples were taken and zootechnical data registered until the end of the lactation. The energy corrected milk production of over-conditioned cows was higher than that of optimal or thin cows, but the higher production was achieved at the expense of intensive use of energy stored in adipose tissue. Cows that were more resistant to insulin action before calving were prone to intensive lipolysis at the beginning of lactation, which was related to lower expression of lipogenic genes and lower concentration of glucose transporter 4 in subcutaneous adipose tissue. Results clearly show that excessive volume of adipose tissue increases metabolic load and the risk of metabolic diseases. Monitoring body condition of dairy cows gives an opportunity to assess the feeding level on the farm and to avoid overconditioning.

Piimalehma ainevahetuse iseloomu määrab laktatsioonitsükli faas, st see, kas ta annab piima, on tiine või kinni. Poegimisele järgnevad kaks-kolm nädalat on piimalehma ainevahetusele kogu laktatsioonitsükli kõige koormavad. Sellel perioodil esineb ligi 75% karja haigusjuhtudest, mistõttu on vaja täiendavaid teadmisi ainevahetuse kohastumusest uue laktatsiooniga, et suurendada loomade heaolu ja farmide tulukust. Ainevahetuse regulatsioonis mängib olulist rolli pankreases sünteesitaval signaalhormoon insuliin, mis aktiveerib organismis energia salvestamisega seotud protsesse. Insuliiniresistentsus on seisund, mille puhul insuliini signaali ülekanne organismis on pärsitud ning selle tagajärjeks on varuenergia liiga intensiivne kasutamine, mis on paljude ainevahetushaiguste riskitegur. Käesolev väitekiri käsitleb piimalehmade kinnisperioodi rasvkoe hulga seost varurasvade kasutamise, insuliiniresistentsuse ja glükoosi ning lipiidide ainevahetust reguleerivate geenide ekspressiooniga rasvkoes. Selleks grupeeriti korduvpoeginud eesti holsteini tõugu lehmad (n=42) neli nädalat enne poegimist vastavalt nende toitumusele kolmeks – paksud, parajad, kõhnad. Kolm nädalat enne ja kolm nädalat pärast poegimist tehti glükoosi tolerantsi test ning võeti biopsia rasvkoest. Alates katserühmade moodustamisest kuni kuuenda poegimisjärgse nädalani võeti vereproov kord nädalas ja määrati toitumus üle nädala. Piimaproove koguti ja zootehnilisi parameetreid registreeriti laktatsiooni lõpuni. Paksude lehmade esimese kuue laktatsiooninädala energia järgi korrigeeritud piimatoodang oli suurem kui parajatel või kõhnadel lehmadel, aga suurema toodangu saavutasid nad rasvkoes talletatud energia intensiivsema kasutamise arvel. Lehmad, kes kinnisperioodi lõpus olid insuliini toimele resistentsemad, kasutasid laktatsiooni esimestel nädalatel rohkem rasvkoe energiat, mis on seotud väiksema lipogeensete geenide ekspressiooniga ja glükoosi transportervalk 4 kontsentratsiooniga nahaaluses rasvkoes. Tulemused näitavad selgelt, et paks olemine on lehmade ainevahetusele koormav ja suurendab haiguste esinemise riski. Regulaarne toitumuse hindamine võimaldab hinnata söötmise taset ja annab võimaluse vältida lehmade liigset toitumust.