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Ludwig, Bernhard (2008): Untersuchungen zur diätetischen Normalisierung der Calciumhomöostase und zur in vitro-Insulinsekretion der Langerhans-Inseln bei PVDR 1-Schweinen. Dissertation, LMU München: Faculty of Veterinary Medicine
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Abstract

Verschiedene Studien deuten auf eine Beteiligung des Vitamin-D-Hormonsystems in der Entwicklung von Diabetes mellitus hin. Aufgrund eines Defekts in der 1,25(OH)2-Vitamin-D-Synthese stellt das PVDR 1-Schwein ein sehr gutes Modell zur Erforschung der Wirkung von 1,25(OH)2-Vitamin D auf das endokrine Pankreas dar. Die Evaluierung des direkten Einflusses von Vitamin D auf die Langerhans Inseln in vivo erfordert, dass in den Versuchstieren Vitamin D-unabhängige normocalcämische Bedingungen herrschen, da Hypocalcämie per se eine verminderte Funktion des endokrinen Pankreas mit sich bringt. Der Hauptteil dieser Arbeit bestand in den Bestrebungen, diese normocalcämischen Bedingungen dietätisch mit Lactose, Lactulose, Maltitol, Xylitol und Difruktosedianhydrid III (DFA III) zu erzeugen. Vor der Testung der Substanzen auf deren Vermögen den ionisierten Calciumspiegel im Blut zu erhöhen, wurden Toleranztests durchgeführt, um einen negativen Effekt auf die Gesundheit der Versuchsschweine auszuschließen. Die Wirkungstests mit adulten Schweinen ergaben, dass Normocalcämie durch die Zufütterung von Lactose (35%), Lactulose (20%), Maltitol (30%), Xylitol (30%) oder DFA III (6%) in der ursprünglichen Substanz beim PVDR 1-Schwein nicht erreicht werden kann. Dennoch konnten wir zeigen, dass vor allem Xylitol und in abgeschwächter Form auch Lactulose eine tendenzielle Steigerung des ionisierten Calciumgehaltes im Vollblut von homozygoten Schweinen bewirkt. Nachdem in adulten Schweinen keine Normocalcämie mittels unterschiedlich angereichertem Futter erreicht werden konnte, sollte im zweiten Teil der Arbeit überprüft werden, ob mit Hilfe von supplementierten Milchaustauscherfutter (MAT) eine Normalisierung des Calciumhaushaltes bei PVDR 1-Ferkeln möglich ist. Bei heterozygoten Ferkeln hatte DFA III tendenziell einen positiven Effekt auf die Calcium-Konzentration im Blut. Bei homozygoten Ferkeln zeigte sich jedoch kein Effekt auf die Calcium-Konzentration im Blut. Deutliche Unterschiede in den Überlebensraten der Versuchsgruppen, nämlich 80% in der DFA III- und 25% in der Kontrollgruppe, lassen darauf schließen, dass DFA III eine günstige Wirkung auf die Entwicklung der Rachitis bei PVDR 1-Ferkeln hat. Zusätzliche in vitro-Untersuchungen mit Langerhans-Inseln von Wildtyp- und PVDR 1-Ferkeln, durchgeführt um die Wirkung von 1,25(OH)2-Vitamin D auf die Insulinsekretion zu überprüfen, ergaben, dass Vitamin D-stimulierte Wildtyp-Inseln höhere Insulinsekretionen aufwiesen. Die Insulinsekretionen der Pankreas-Inseln von PVDR 1-Tieren, die signifikant niedriger waren als die der Wildtyp-Ferkel, konnten jedoch durch 1,25(OH)2-Vitamin D nicht gesteigert werden. Aufbauend auf diese Studie könnten Folgeversuche mit anderen Substanzen und höheren Tierzahlen diesem Tiermodell eine höhere Aussagekraft verleihen.

Abstract

Several studies indicate an association between the vitamin D hormone system and diabetes mellitus. In this work we employed the PVDR 1 pig, which is characterized by a defect in 1,25(OH)2 vitamin D synthesis, to further investigate the roll of vitamin D for the endocrine pancreas. To evaluate direct influences of vitamin D it is necessary to establish normocalcemic conditions. Therefore, the main focus of this project was to generate normocalcemia in PVDR 1 homozygous pigs by testing different rescue diets. Within this study normal food was supplemented with lactose, lactulose, maltitol, xylitol and difructoseanhydride (DFA III). The tolerance to these substances was evaluated in preliminary tests. In the final experiments, the diets offered to adult PVDR 1 pigs were supplemented with 35% lactose, 20% lactulose, 30% maltitol, 30% xylitol or 6% DFA III, respectively. Unfortunately, none of these diets was able to increase ionized calcium levels. However, xylitol and to a lesser extent lactulose induced slight increases in calcium values. Aim of the second part of the study was to establish normocalcemia in piglets by feeding milk replacer supplemented with xylitol or DFA III. Here, we could show that in piglets heterozygous for PVDR 1, i.e., harboring a functional vitamin D hormone system, DFA III as a dietary supplement seemed to exert a positive effect on the calcium balance. No significant effect on blood calcium concentration could be detected in homozygous piglets. Additionally, the survival rates of the DFA III treated homozygous group were clearly elevated to 80% as compared with the control group (25%), suggesting an positive influence of DFA III on the manifestation of the PVDR 1 disease. Further, we examined the ability of 1,25(OH)2 vitamin D to stimulate insulin secretion in in vitro experiments. Although insulin secretion of islets from homozygous PVDR 1 pigs was significantly reduced compared to wildtype, vitamin D was not able to normalize the reduced insulin secretory capacity in PVDR 1 islets. In contrast, vitamin D increased insulin secretion in wildtype islets. Further studies with higher animal numbers and additional dietary supplements might increase the utility of the PVDR 1 pig model.