Viden om insulin baseret på human forskning

Insulin er anti-inflammatorisk

Under visse forudsætninger fungerer insulin anti-inflammatorisk og reducerer udskillelsen af pro-inflammatoriske cytokiner som fx TNF-α og IL-6. Hos rotter med forbrændinger på 30 % af kroppen resulterede behandling med insulin i, at udskillelsen af proinflammatoriske cytokiner som TNF-α, IL-6 og HMGB1 blev markant reduceret (van Niekerk et al., 2020).  

I en svinemodel af sepsis (LPS-eksponering) medførte behandling med insulin en reduktion i udskillelsen af proinflammatoriske mediatorer såsom TNF og IL-6 (van Niekerk et al., 2020).

Aktivering af immunforsvaret medfører insulin resistens i det perifære væv

Inflammatoriske intermediære cytokiner har evnen til at promovere insulin resistens i det perifære væv, og medfører øget glukoneogenese (produktion af sukker i leveren) og nedbrydning af muskler til at frigøre aminosyrer som carbon kilder til produktion af glukose i leveren, hvilket i sidste ende kulminerer i hyperglykæmi (højt indhold af sukker i blodet)

Hyperglykæmi er et symptom som ses ved aktivering af immunrespons fx ved sepsis og er sandsynligvis forårsaget af, at mange af immuncellerne fx neutrofile, bruger glukose som den eneste energikilde (van Niekerk et al., 2020).

Insulin vigtig for funktion af immunceller

Insulin kontrollerer funktionen af T-celler, hvor insulin stimulering af T-celler medfører en øget effektivitet mod influenza virus i musemodeller (Tsai et al., 2018). Tsai et al. (2018) karakteriserer insulins stimulering af T-celler som kritisk for immunstimulering, nødvendig for proliferation af T-celler, cytokin produktion og glykolytisk og aerobisk metabolisme, hvilket i sidste ende styrker værtens forsvar mod infektion.

Insulin er ligeledes nødvendig for funktionen af Natural killer celler (NK-celler) (van Niekerk et al., 2020).

I andre sammenhænge fungerer insulin antagonistisk overfor antiinflammatoriske T-celler (hæmmer udskillelsen af IL-10) (van Niekerk et al., 2020). IL-10 har anti-inflammatorisk effekt. Insulin har også indflydelse på differentiering af immunceller og øger produktionen af myeloid -derived immunceller som neutrofile og makrofager (van Niekerk et al., 2020).

Samspillet med andre hormoner, fx væksthormon, cortisol og leptin, kan være en af forklaringerne på at insulin både kan optræde som anti- og pro-inflammatorisk (van Niekerk et al., 2020).

Aktivering af immunforsvaret medfører øget udskillelse af insulin

Kushibiki et al. (2000) har undersøgt effekten af at give tyrekalve TNF-α (Tumor Nekrose Faktor alpha) i 12 dage på glukose-insulin stofskiftet. Der indgik 10 kastrerede holstein tyrekalve på 9-11 mdr. i undersøgelsen. Kalvene vejede 302-345 kg.

I forsøg 1 blev rbTNF (5,0 μg/kg kropsvægt) eller saltvandsopløsning (5 mL) administreret subkutant (SC; under huden) dagligt i 12 dage. Der blev udtaget blodprøver dagligt, et kvarter før behandling med rbTNF, hvorefter plasma blev analyseret for koncentrationer af glukose, insulin og væksthormon (GH).

I forsøg 2 blev insulin, glukose eller væksthormon-frigørende hormon (GHRH; hormon der stimulerer frigivelse af væksthormon) administreret intravenøst (IV; direkte i blodåren) på henholdsvis dag 7, 9 og 11 efter opstart af rbTNF- eller saltvandsbehandling i forsøg 1.

Koncentrationerne af glukose og insulin i plasma blev målt før samt på forskellige tidspunkter i løbet af fire timer efter administration af insulin eller glukose. Koncentrationen af væksthormon i plasma blev målt på forskellige tidspunkter i tre timer efter administration af GHRH.

Forsøg 1 viste, at behandling med rbTNF medførte hyperinsulinæmi (forhøjet insulinkoncentration i blodet) uden hypoglykæmi (lavt blodsukker) samt reducerede koncentrationer af væksthormon i plasma. Nedenstående figur viser insulin koncentrationen i blodet hos kalvene efter behandling med rbTNF (runde prikker) og kontrol kalvene (firkantede prikker)

Forsøg 2 viste, at koncentrationen af glukose i plasma var højere hos stude behandlet med rbTNF og insulin sammenlignet med kontrolgruppen. Koncentrationen af væksthormon i plasma var lavere hos stude behandlet med rbTNF og GHRH sammenlignet med kontrolgruppen.

Studiet viser således, at langvarig behandling med rbTNF inducerede insulinresistens og hæmmede den GHRH-stimulerede frigivelse af væksthormon hos stude.

Resultaterne indikerer, at rbTNF fungerer som en central mediator (signalstof med styrende rolle) i udviklingen af insulinresistens og hæmmer frigivelsen af væksthormon under endotoksæmi (tilstedeværelse af bakterielle toksiner i blodet) eller infektion.

Zinicola et al. (2019) har også set på insulin sekretionen under en aktivering af immunforsvaret. I denne undersøgelse, som omfattede 18 mælkefodrede tyrekalve, hvoraf 10 af kalvene blev behandlet intravenøst med IL-8 seks gange over fire dage.

Kalvene gennemgik en glukosetolerancetest både 12 timer og syv dage efter den sidste IL-8-behandling.

Forsøget dokumenterede, at IL-8-behandlingen aktiverede immunforsvaret. Dette blev påvist ved, at IL-8-behandlede kalve udviklede feber få timer efter behandling, samt at koncentrationen af akutfaseproteinet haptoglobin steg på dag 2 og 3. Samtidig sås forhøjede niveauer af lymfocytter, monocytter og granulocytter (typer af hvide blodlegemer involveret i immunforsvaret).

Studiets resultater vedrørende insulin er imidlertid lidt sværere at fortolke, fordi kontrolkalvene også udviklede store ændringer i udskillelsen af insulin.

Insulinkoncentrationen hos kalvene behandlet med IL-8, målt i blodprøver udtaget to timer efter morgenfodring med 4,5 liter mælk, steg fra ca. 2–2,5 ng/mL på dag 1 til 4,5 ng/mL på dag 8. En tilsvarende stigning blev dog observeret hos kontrolkalvene, hvilket muligvis kan skyldes ændringer i fodringen efter indkøb af kalvene (om end dette ikke kommenteres af forskergruppen bag studiet).

Kalvene behandlet med IL-8 udviste et øget insulinrespons efter glukosetolerancetesten både 12 timer og 7 dage efter sidste IL-8 behandling. Kontrol kalvene havde dog også betydelig variation i insulinresponset. Arealet under kurven for insulin (AUCinsulin; samlet insulinudskillelse over tid) var hos kontrolkalvene 110 ng/mL × 120 min 12 timer efter IL-8-behandlingen, men faldt til 65 ng/mL × 120 min syv dage senere. Til sammenligning havde IL-8-kalvene en AUCinsulin på henholdsvis 160 og 140 ng/mL × 120 min på de samme tidspunkter. Studiet giver ingen forklaring på den store variation i insulinudskillelsen hos kontrolkalvene.

Zinicola et al. (2019) foreslår, at immunaktivering påvirker vævenes insulinfølsomhed (cellernes evne til at reagere på insulin). Under normale forhold forventes insulin at medføre:

• Nedsat lipolyse (nedbrydning af fedt) og dermed færre frie fedtsyrer i blodet

• Nedsat muskelnedbrydning, hvilket reducerer PUN (plasma-urea-nitrogen; mål for proteinomsætning) i blodet

• Nedsat ketogenese (dannelse af ketonstoffer) og øget forbrug af ketonstoffer, hvilket reducerer BHB (beta-hydroxybutyrat; et ketonstof) i blodet

Studiets resultater viste imidlertid, at der i timerne efter IL-8-behandling optrådte forhøjede koncentrationer af glukose, insulin, BHB og frie fedtsyrer i blodet, især på dag 2. Derudover havde de IL-8-behandlede kalve forhøjet PUN på dag 10. Forskerholdet konkluderer derfor, at IL-8 inducerer perifær insulin resistens.

Insulinsensitivitet og insulin respons

Inden gennemgangen af de videnskabelige studier påbegyndes, kommer her en forklaring af hvordan man undersøger vævets insulin følsomhed og insulin respons og hvad der forstås ved insulin resistens.

Hayilir (2006) definerer insulin resistens som: Når et fysiologisk niveau af insulin producerer et mindre end normalt biologisk respons. Insulinresistens er en fællesbetegnelse for et nedsat insulin respons og/eller nedsat insulin følsomhed (som også benævnes insulin sensitivitet).

Insulinresistens kan defineres som én eller begge af følgende mekanismer:

1. Reduceret insulinrespons – nedsat evne til at udskille insulin som reaktion på et givent stimulus.

2. Reduceret insulinfølsomhed – nedsat vævsrespons på tilstedeværende insulin.

Hos nykælvede køer ses en kombination af øget insulinfølsomhed og reduceret insulinrespons, hvilket medfører lave koncentrationer af både insulin og glukose i blodet. Insulinkoncentrationen i denne periode er omkring fire gange lavere end hos køer i midt- eller senlaktation. Nykælvede køer klassificeres som insulinresistente i den forstand, at et givent glukoseniveau i blodet udløser et lavere end forventet insulinrespons.

Goldkøer har derimod højere koncentrationer af både insulin og glukose i blodet, hvilket afspejler en lavere insulinfølsomhed, men et normalt insulinrespons. De betegnes derfor typisk ikke som insulinresistente.

Der er ingen generel konsensus om, hvordan insulinresistens skal evalueres hos køer og kalve, og hvert studie synes at anvende egne metoder og definitioner. Lignende uenighed findes også inden for humanmedicinen.

Definition af insulin sensitivitet i kalvestudier

Der er en række forskellige formler til at estimere insulinfølsomhed (sensitivitet). I de gennemgåede studier bliver der anvendt flere forskellige beregninger.

”Gold standard” til bestemmelse af insulinfølsomhed er den hyperinsulinæmiske euglykæmiske clamp-teknik (en metode, hvor insulin- og glukoseniveauet holdes konstant ved kontinuerlig infusion) (Bassaert et al., 2009). Metoden er tidskrævende og bliver derfor sjændent anvendt i kalvestudiet.

I stedet anvendes forskellige indirekte mål for insulinfølsomhed, som forsøger at kvantificere vævenes respons på insulin, dvs. hvor effektivt insulin stimulerer fjernelsen af glukose fra blodet. Disse mål beregner således forholdet mellem glukoseomsætning og insulinrespons, men tager ikke nødvendigvis højde for de absolutte koncentrationer af glukose eller insulin, kun forholdet mellem dem.

En udfordring med vurdering af insulin sensitiviteten er, at det ikke er åbenlyst hvorvidt det er godt eller skidt for dyrene at have en høj eller lav insulin følsomhed. Så længe kalvene er i stand til at regulere deres blodglukose så der ikke udvikles hyperglykæmi i en sådan grad, at der tabes glukose med urin, er der ikke vist nogle negative effekter af en lavere insulin sensitivitet hos kalve. Faktisk er høj tilvækst associeret med høj insulin i samtlige studier og derfor er det nærliggende at tillægge insulin koncentrationen i blodet en positiv betydning.

Insulin sensitivitets indeks

De spanske forskergrupper (Bach et al., 2013; Yunta et al., 2015) anvender Christoffersen et al. (2009)’s metode til at evaluere insulinresistens. Denne metode er valideret ved forsøg på minigrise, hvor insulinsensitiviteten er sammenlignet med insulinsensitivitet fundet ved en hyperinsulinæmisk euglykæmisk clamp teknik. Insulin sensitivitets indekset beregnes (forsimplet) ud fra målinger udført under en glukose tolerance test hvor hældningen på glukose stigningen fra 5-25 min divideres med AUC insulin (arealet under kurven for insulin) fra 0-30 min.

Minimal modellen

Stanley et al. (2002) bruger minimal modellen til at vurdere insulin sensitivitet. Minimal modellen er en matematisk model, der estimerer insulinfølsomhed og glukoseeffektivitet ved at beskrive plasmaglukosedynamikken ud fra plasma-insulin gennem to tilstandsvariable. Modellen anvender ikke-lineær regressionsanalyse til at beregne parametrene, hvor insulinfølsomhed og glukoseeffektivitet er de primære indeks af interesse.

Insulin sensitiviteten er i minimal modellen defineret som stigningen i plasma insulin der skal til, for at øge den fraktionelle hastighed, hvormed glukose forsvinder fra blodet. Målingerne på insulin og glukose er udført i forbindelse med infusion af glukose efterfulgt af insulin.

Det kvantitative insulin sensitivitets indeks (QUICKI)

Kamal et al. (2015) anvender det kvantitative insulin sensitivitets indeks

QUICKI = 1/[log (Gb) + log (Ib)

Hvor Gb er basal koncentrationen af glukose og Ib er basal koncentrationen af insulin efter faste.

Pantophlet et al., (2016) anvender også QUICKI, men derudover anvendes også det reviderede QUICKI (RQUICKI) som beregnes RQUICKI = 1/[log (Gb) + log (Ib) + log (NEFAb)] hvor NEFAb er basal koncentrationen af NEFA.

Insulin sensitivitets indeks

Pahtophlet et al. (2016) anvender insulin sensitivitets indekset. Dette indeks beregnes som raten hvormed glukose fjernes fra blodet efter en GTT (Glukose tolerance test) og AUC_insulin delt med tiden 8-60 minutter efter glukoseinfusionen.

Forskelle i insulin sensitivitet – men samme blodglukose

Det normale blodglukoseniveau hos kalve ligger typisk omkring 4–8 mmol/L (80–120 mg/dL), men har store udsving afhængig af hvornår kalven har drukket mælk. Hos mælkefodrede kalve ses umiddelbart efter fodring værdier på cirka 7–8 mmol/L (ca. 120 mg/dL), mens ældre dyr generelt har lavere niveauer. For eksempel fandt Pittaluga et al. (2026) et blodglukose på 5 mmol/L hos 112 dage gamle kalve og 4,4 mmol/L hos kalve på 168 dage.

Nyrens glukose tærskel

Højt blodsukker kan medføre, at sukker tabes over nyreren med urinen. I studiet af Bossaert et al. (2009) refereres nyrernes glukosetærskel til 8,3 mmol/L. Denne tærskel beskriver den blodglukosekoncentration, hvor nyrerne ikke længere kan reabsorbere (genoptage) al glukosen fra urinen, hvilket medfører, at glukose udskilles med urinen.

Pantophlet at al., (2016) angiver at der er stor variation mellem dyr i nyrens glukose tærskel og angiver den til 8,3-11,1 mmol/l.

Basal insulin og det glukose stimulerede insulin respons er påvirkelig af energiindtaget

MacPherson et al. (2016) undersøgte effekten af forskellige niveauer af mælkeerstatning på koncentrationen af insulin og glukose i blodet hos Holstein-kviekalve. Studiet omfattede 12 kalve, hvor seks kalve blev tildelt 4 L mælk dagligt (600 g mælkeerstatning/dag), mens de resterende seks modtog 8 L mælk dagligt (1200 g mælkeerstatning/dag).

For at evaluere insulinresponset efter mælkefodring blev der udtaget blodprøver ved -30, 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 300, 360 og 420 minutter i relation til morgenfodringen. Disse målinger blev gennemført i uge 4 og uge 7 af forsøgsperioden.

I uge 4 havde kalvene på den lave energitildeling et energiindtag på 3,5 Mcal/dag, mens kalvene på den høje mælketildeling indtog 5,25 Mcal/dag. I denne uge var arealet under kurven for insulin (AUC_insulin_{0-4 timer}) signifikant højere hos kalvene på høj mælketildeling sammenlignet med kalvene på lav mælketildeling; 21.458 vs. 4.289 µU/mL (p = 0,01).

Arealet under kurven for insulin angiver den totale udskillelse af insulin i en given periode - her fire timer.

I uge 7 steg energiindtaget til henholdsvis 4,75 Mcal/dag for kalvene på lav mælketildeling og 5,75 Mcal/dag for kalvene på høj mælketildeling. Også her var AUC_insulin højere hos kalvene på den høje mælketildeling (14.241 vs. 6.831 µU/mL).

Basale insulinkoncentrationer på testdagene (hvor kalvene ikke havde været fastet) var relativt ens mellem grupperne. Hos kalve på lav mælketildeling lå baseline-insulin på 3,98 µU/mL i uge 4 og 3,29 µU/mL i uge 7, mens de tilsvarende værdier for kalve på høj mælketildeling var 4,68 µU/mL og 5,17 µU/mL.

Studiet omfattede desuden en glukosetolerancetest, hvor kalvene blev fastet i 12 timer inden testen. De basale insulinkoncentrationer før glukoseadministration fremgår af tabellen nedenfor:

Der blev ikke fundet nogen statistisk signifikant forskel i den basale insulinkoncentrationen mellem kalve på høj og lav mælketildeling før glukosetolerancetesten (p = 0,98).

Forfatterne bemærkede imidlertid en betydelig individuel variation i insulinrespons blandt kalvene. Den maksimale insulinkoncentration (C_max) varierede fra 12 til 129 µU/mL mellem kalve, mens tiden til maksimal koncentration (T_max) varierede fra 10 til 240 minutter. Tilsvarende varierede AUC_insulin over 240 minutter fra 52 til 4.064 µU/mL. Forskergruppen vurderede, at denne store biologiske variation bidrog til, at der ikke kunne påvises statistisk signifikante forskelle mellem behandlingsgrupperne. Et andet studie (Stahel et al., 2019) rapporterede også om betydelige individuelle variationer. Efter glukosetolerancetest i dette studie nåede insulinkoncentrationen i blodet gennemsnitligt sit maksimale niveau efter 10 minutter hos kalvene. Fire af kalvene afveg dog fra dette mønster og opnåede først maksimal insulinkoncentration efter 60 minutter.

Welboren et al. (2021) undersøgte effekten af mælkeerstatninger med forskelligt indhold af fedt og laktose på insulinsekretion hos kalve i den første leveuge. I studiet indgik 34 Holstein-tyrekalve, som efter råmælksperioden blev randomiseret til to forsøgsgrupper:

1. Høj-laktose mælkeerstatning (46,1 % laktose, 18,0 % fedt, 23,9 % protein)

2. Høj-fedt mælkeerstatning (39,9 % laktose, 24,6 % fedt, 24,0 % protein)

Kalvene blev fodret med ca. 750 g mælkeerstatning dagligt fordelt på to måltider. På dag 4 blev der udført en modificeret glukosetolerancetest (GTT) kombineret med insulinadministration, og på dag 7 blev der foretaget postprandiale målinger af glukose og insulin efter fodring.

Resultaterne viste, at kalve fodret med høj-fedt mælkeerstatning havde en cirka 60 % højere daglig tilvækst sammenlignet med kalve fodret med høj-laktose mælkeerstatning (ADG: 679,6 vs. 402,0 g/dag). Ved GTT på dag 4 havde kalve med høj tilvækst (høj-fedt-gruppen) en øget glukose-stimuleret insulinsekretion sammenlignet med lav-tilvækst-gruppen. Ved histologiske undersøgelser af pancreas blev der dog ikke fundet forskelle i β-celleantal mellem grupperne.

Ved de postprandiale målinger på dag 7 før aflivning udviste kalve i høj-laktose-gruppen en højere insulinsekretion end kalve i høj-fedt-gruppen (AUC insulin 0–600 min: 14.179 vs. 10.762 μIU/mL). Dette kan dog ikke entydigt tolkes som nedsat insulinfølsomhed, da høj-laktose-gruppen samtidig havde et højere laktoseindtag og derfor en tendens til højere blodglukoseniveauer (p = 0,071). Derfor er direkte sammenligning af insulinsekretion mellem grupperne fejlbehæftet, idet den tilgængelige glukosebelastning ikke er ens, og den faktiske glukose-clearance fra blodbanen ikke er kvantificeret.

Samlet set indikerer studiet af Wellboren et al. (2021) at kalve med lav tilvækst har et lavere insulin respons end kalve med høj tilvækst.

Pantophlet et al. (2016) undersøgte betydningen af energitildeling og alder på glukose-insulin-metabolismen (kroppens omsætning af sukker og insulin). Studiet omfattede 30 Holstein-Friesian tyrekalve med en gennemsnitsalder på 18 ± 0,7 dage, som blev fordelt på tre fodringsbehandlinger:

1. Kontrolgruppen (CON) modtog kun mælkeerstatning.

   • Tilvækst: 743 g/dag

2. FOS-gruppen modtog mælkeerstatning tilsat kortkædede fructooligosakkarider (FOS = præbiotiske kulhydrater, som kan påvirke tarmmiljøet).

   • Tilvækst: 740 g/dag

3. SF-gruppen (solid feed – fast foder) blev gradvist fravænnet til kraftfoder bestående af pelleteret kraftfoder, halm og lucernehø.

   • Tilvækst: 643 g/dag

Kalvene i CON- og FOS-grupperne fik gradvist øget tildelingen af mælkeerstatning fra 400 til 1.400 g/dag gennem den 71 dage lange forsøgsperiode. Hos SF-kalvene blev mængden af mælkeerstatning øget fra 400 til 850 g/dag frem til dag 39, hvorefter den gradvist blev reduceret, indtil kalvene var fuldstændigt fravænnet og udelukkende fik fast foder fra dag 63, jævnfør nedenstående figur:

Kalvenes insulinfølsomhed (vævenes evne til at reagere på insulin og optage glukose fra blodet) blev undersøgt ved intravenøse glukosetolerancetests (GTT) på dag 8, 29, 50 og 71. Før de første tre GTT’er blev kalvene fastet i 15–20 timer, mens SF-kalvene før den sidste GTT blev fastet i 20–30 timer. Under testen fik kalvene infunderet 0,18 g glukose/kg kropsvægt over 2 minutter.

Udover GTT blev der også udført mælketolerancetests (MTT – milk tolerance test) to gange for at undersøge ændringer i de postprandiale (efter fodring) koncentrationer af blodglukose, insulin og NEFA (non-esterified fatty acids – frie fedtsyrer i blodet). Ved MTT modtog kalvene 7,6 g mælkeerstatning/kg kropsvægt, svarende til 532 g til en kalv på 70 kg. Kalvene var fastet i 16–21 timer før test.

Undersøgelsen viste, at kalvene med stigende alder havde et højere energiindtag og udskilte mere insulin efter GTT. Ved den sidste GTT, hvor kalvene var 12 uger gamle og SF-kalvene var fravænnede, var insulinets AUC højere end ved 3, 6 og 9 ugers alder. Samtidig faldt hastigheden, hvormed glukose blev fjernet fra blodet, fra 3 til 11 ugers alder.

Insulinfølsomheden blev beregnet ved hjælp af en matematisk model, som forsimplet kan beskrives som forholdet mellem hastigheden af glukosefjernelse fra blodet og insulinets AUC. Insulinfølsomheden var høj ved forsøgets start (16,7 ± 1,6 × 10⁻⁴ [μU/mL]⁻¹), men faldt til 4,2 ± 0,6 × 10⁻⁴ [μU/mL]⁻¹ ved forsøgets afslutning.

Forskerne konkluderede, at insulinfølsomheden i hele kroppen falder med cirka 75 % hos kalve i løbet af de første tre levemåneder. Studiedesignet gør det imidlertid vanskeligt at drage denne konklusion entydigt, fordi effekten af alder og energiindtag ikke kan adskilles. Ændringerne i glukose-insulin-metabolismen kan derfor lige så vel skyldes den gradvist øgede energitildeling og/eller overgangen til fast foder som en egentlig aldersbetinget ændring i insulinfølsomheden.

Yunta et al. (2015) observerede tilsvarende ingen entydig ændring i insulinfølsomheden hos kalve fra 42 til 84 dages alder, når der blev korrigeret for forskelle i energitildeling.

Bach et al. (2013) fra Spanien har ligeledes undersøgt insulinrespons hos mælkefodrede kalve. I dette studie blev otte Holstein-tyrekalve (40,6 ± 2,9 kg og 7,8 ± 1,6 dage gamle) fordelt på to fodringsstrategier: enten 2 × 2 L mælk dagligt (478,5 g tørstof/dag) eller 2 × 4 L mælk dagligt (957,0 g tørstof/dag). Alle kalve havde fri adgang til kraftfoder og vand.

På dag 7, 30 og 60 blev der udført en glukosetolerancetest (GTT). Det fremgår dog ikke tydeligt, hvornår forsøgsperioden reelt begyndte, da kalvene gennemgik en indledende periode på 10 dage, hvor alle modtog 2 × 2 L mælk dagligt. Det mest sandsynlige er, at den første glukose tolerance test blev udført 7 dage efter indsættelse, hvor samtlige kalve fik 2x2 L mælk dagligt og hvor kalvene var ca. 14 dage gamle.

GTT’en bestod af en infusion af 180 mg glukose/kg kropsvægt, administreret fire timer efter morgenfodring. Der blev efterfølgende udtaget blodprøver i løbet af den næste time.

De analyserede parametre omfattede AUC for insulin og glukose, clearance rate for insulin og glukose beregnet ud fra forskellen mellem peak- og nadirværdier over tid, samt insulinfølsomhed.

Resultaterne viste, at kalve fodret med den høje mælkemængde havde behov for betydeligt mere insulin på dag 30 (p> 0,001) for at regulere blodglukoseniveauet (insulin AUC 2413 µU/mLx60 min) sammenlignet med kalve på den lave mælketildeling (insulin AUC 771 µU/mLx60min). Desuden steg insulinbehovet med alderen hos kalvene i højfodringsgruppen for at opretholde glukosehomeostasen. insulinAUC på dag 60 var omkring 4100 µU/mLx60min for højfodringsgruppen, mens den var 1000 µU/mLx60min for lavfodringsgruppen på trods af, at der ikke var forskel i blodglukose. 

Selvom forskergruppen ikke selv peger på denne sammenhæng kan man omvendt også overveje, om kalvene på den lave tildeling har et lavere end forventet insulin respons på glukose stimuli. Haiyrli (2006) forklarer, at forlængede perioder med sult kan nedregulere insulin sekretionen af β-celler i leveren og derved reducere kapaciteten for insulin sekretion.

Der er imidlertid flere forhold, som svækker fortolkningen af resultaterne. Kalve, der modtog 8 L mælk dagligt kombineret med kraftfoder ad libitum, udviste faldende daglig tilvækst i uge 1, 4 og den sidste uge af forsøget (tilvækster på henholdsvis 928, 765 og 645 ± 95,5 g/dag). Disse perioder var sammenfaldende med tidspunkterne for glukosetolerancetestene, hvilket kan indikere påvirkning fra sygdom eller stress. En tilvækst på 645 g/dag ved 60 dages alder må betragtes som lav under de givne fodringsforhold, særligt fordi kalvene endnu ikke var fravænnede og samtidig havde fri adgang til både kraftfoder og vand.

Det kan derfor diskuteres, om studiet primært beskriver insulinrespons hos fysiologisk raske kalve, eller om resultaterne i højere grad afspejler kalve i en kompromitteret metabolisk eller sundhedsmæssig tilstand.

Yunta et al. (2015) undersøgte udviklingen i AUCinsulin hos kalve, som blev fodret med forskellige mælkerationer i mælkefodringsperioden (4 L, 6L og 8L/dag). Der indgik 120 kviekalve i undersøgelsen hvoraf 45 kalve (15 fra hver gruppe) fik foretaget en GGT efter en 5 timers fasteperiode (180 mg glukose/kg).

Studiet viste, at kalvenes AUCinsulin steg med stigende mælketildeling ved en GTT på dag 42: således havde kalvene som fik 8 L mælk/dag en AUCinsulin omkring 1750 µU/mlx60 min, mens kalvene som fik 6 L havde 1500 µU/mlx60 min og kalvene som fik 4 L havde 1000 µU/mlx60 min.

Et interessant fund ved undersøgelsen af Yunta et al. (2015) er, at de som det eneste studium finder (for kalvene på det høje mælkefodringsniveau) en lavere AUCinsulin på dag 84 i forhold til dag 42 (1250 vs 1750 µU/mlx60 min). Dette er i kontrast til andre studier som undersøger effekten af alder på AUCinsulin, hvor AUCinsulin stiger med alderen (og energiindtag). Årsagen formodes at ligge i, at kalvene efter fravænning kun havde kraftfoder til rådighed i 1 uge. Det angives ikke i publikationen, hvad kalvene ernæres af derefter. Det er sandsynligt, at det fodermiddel som de overgår på efter fravænning, er et kraftfoder med lav energidensitet og derfor ikke indeholder tilstrækkelig energi til at understøtte kalvenes fysiologiske behov – hvilket resulterer i en nedsat udskillelse af insulin.

Et andet interessant fund ved undersøgelsen omhandler den basale insulin koncentration. Den basale seruminsulinkoncentration var højere forud for GTT på dag 42 (p < 0,0001) hos kalve, der modtog 8 L mælk (51 ± 0,08 mU/ml), sammenlignet med kalve fodret med 6 L (10 ± 0,08 mU/ml) og 4 L (10 ± 0,08 mU/ml). Forskellene i basal seruminsulin forsvandt ved dag 86 (p = 0,65), men genopstod ved dag 300, hvor kalve fodret med 8 L igen havde højere (p < 0,05) basale seruminsulinniveauer (51 ± 0,08 mU/ml) end kalve fodret med 6 L (16 ± 0,09 mU/ml) og 4 L (19 ± 0,08 mU/ml). Resultatet af undersøgelsen peger således i retning at, at fodring tidligt i livet som påvirker insulin stofskiftet kan have langtidseffekt på dyret. Der er desværre ikke fundet andre studier, som undersøger langtidseffekten af lavt insulinrespons hos kalve pga. begrænset energiindtag i mælkefodringsperioden - Bortset fra Prokop et al. (2015) som er gået til opgaven på en anden måde.

Underernæring i de første tre leveuger medfører reduceret antal β-celler i pancreas , når kalven bliver 8 mdr.

Et tysk studie (Prokop et al., 2015) viser at kalve som bliver underforsynet med energi i de første tre leveuger har en reduceret forekomst af β-celler i pancreas når de bliver 8 mdr. 42 holstein tyrekalve blev i de første 3 leveuger enten opdrættet intensivt (intensivt opdrættede [INT]; fri adgang til mælk og individuelle hytter; n = 21) eller restriktivt (4 L mælk/dag i uge 1 i hytter og 720 g/dag mælkeerstatning fra dag 8 til 21 i gruppebokse; restriktivt opdrættede [CON]; n = 21). Fra dag 25 blev alle kalve opstaldet i grupper og fodret med 6 L mælk/dag. Fødselsvægt og ugentlig kropsvægt frem til uge 10 blev registreret. Plasma-niveauer af glukose, insulin, IGF-1 og GH blev målt i uge 1, 2, 3 og 10. Slagtning fandt sted efter 8 måneder, og pankreasvæv blev udtaget. Antallet af de Langerhanske øer samt det insulinfarvede område blev undersøgt histologisk.

Undersøgelsen viste, at det samlede mælkeindtag hos INT-kalvene var næsten dobbelt så højt som hos CON-kalvene i de første 3 leveuger (P < 0,01). Det daglige indtag af kraftfoder i uge 4 til 10 adskilte sig ikke mellem grupperne (P = 0,24). I løbet af de første 3 uger var den gennemsnitlige daglige tilvækst (ADG) op til 9 gange højere hos INT-kalvene sammenlignet med CON-kalvene (P < 0,01), men kropsvægten ved slagtning var ikke forskellig (P = 0,18). Høje mælkemængder i de første tre leveuger førte til højere koncentrationer af plasma-glukose, insulin og IGF-1 efter 3 leveuger sammenlignet med restriktiv fodring (alle P < 0,05), mens GH var lavere hos INT-kalvene i anden leveuge.

Ved slagt var det gennemsnitlige antal af de Langerhanske øer højere hos INT-kalvene sammenlignet med CON-kalvene (9,1 ± 0,3 vs. 7,8 ± 0,3; P < 0,01). Det samlede insulinfarvede område pr. billede var også større hos INT-kalvene sammenlignet med CON-kalvene (107.180 ± 4.987 vs. 84.249 ± 4.962 μm²; P < 0,01). Konklusionen er, at forskelle i morfologien af pankreas’ Langerhanske øer indikerer, at kalve metabolisk kan programmeres gennem ændret postnatal ernæringsintensitet.

En væsentlig begrænsning ved studiet er, at der ud over ernæringsniveau ikke redegøres for graden af passiv immunisering hos kalvene, hvilket potentielt kan variere mellem grupperne og fungere som en konfunderende faktor. Endvidere udgør det en mulig fejlkilde, at kalve i den høje fodringsgruppe tildeles ko-mælk, herunder overgangsmælk, som kan indeholde bioaktive hormoner, der ikke forekommer i mælkeerstatning. Kalvene som blev fodret restriktivt fik komælk den første uge, hvorefter de fik mælkeerstatning.

Der er således en risiko for, at de observerede forskelle mellem grupperne i antallet af Langerhanske øer i pancreas ikke udelukkende kan tilskrives ernæringsniveauet, men også påvirkes af andre samtidige faktorer. Dette kan være en mulig forklaring på, at der i de multivariable analyser ikke påvises en overbevisende sammenhæng mellem tilvækst i de første tre leveuger og antallet af Langerhanske øer i pancreas.

Fodermidlernes sammensætning kan påvirke glukose-insulin stofskiftet

Forskere har været interesseret i at undersøge, om man kan påvirke kalvenes insulin stofskifte gennem fodringen. Der er lavet flere undersøgelser af, hvorvidt et højere indhold af laktose i en mælkeerstatning i forhold til fedt, kan medføre ændringer i vævets insulinfølsomhed eller i insulin responset. Man har været bekymret for, at en overforsyning med laktose kan føre til problemer med glukose homeostasen (dvs. at kalven kan få problemer med at holde et stabilt indhold af glukose i blodet) og fordøjelsen (dvs. at kalven bliver insulin resistent og derved får sværere ved at optage glukose ind i cellerne).

Stahel et al. (2019) har undersøgt det metaboliske respons på mælkeerstatning med enten høj laktose (44% laktose) eller høj fedt (37 % laktose) hos 42 tyrekalve. Kalvene fik 900 g mælkeerstatning de første 14 dage, derefter 1050 g mælkeerstatning pr dag fordelt på to måltider indtil 30 dage, hvor undersøgelsen sluttede. Insulin og glukose udskillelsen efter fodring blev målt da kalvene var 30 dage gamle hvorefter der blev udført en glukose tolerance test for at undersøge glukose tolerance og insulin sensitivitet. Glukosetolerance testen bestod af 540 mg/kg kropsvægt^0,75 (svarende til ca. 200 mg glukose/kg). Kalvene blev fastet 12 timer før glukosetolerance testen.

Undersøgelsen viste, at kalvenes insulin følsomhed og insulin respons stort set ikke var forskellig mellem de to fodringer.

Pantophlet et al. (2016) undersøgte også effekten af to mælkeerstatninger med forskellig sammensætning af protein, fedt og laktose. Den ene mælkeerstatning indeholdt 18 % protein, 9 % fedt og 59 % laktose, mens den anden indeholdt 23 % protein, 30 % fedt og 34 % laktose.

I alt indgik 16 tyrekalve i forsøget. Ved forsøgets start var kalvene cirka 100 dage gamle og havde en gennemsnitlig kropsvægt på 120 kg. Forsøget varede 13 uger. For at undersøge effekten af de to fodringsstrategier blev kalvene underkastet en euglykæmisk-hyperinsulinæmisk clamp til vurdering af insulinfølsomhed. Derudover blev der udtaget lever- og muskelbiopsier til bestemmelse af vævenes fedtindhold.

Fastende koncentrationer af metabolitter og hormoner relateret til glukoseomsætning blev målt, og insulinfølsomhed samt insulinrespons blev beregnet på baggrund af de gennemførte analyser.

Der blev ikke fundet forskelle mellem behandlingsgrupperne med hensyn til tilvækst, basal insulinkoncentration, insulinfølsomhed eller insulinrespons. Kalvene, der fik den fedtrige mælkeerstatning, havde et højere fedtindhold i leveren end kalvene, der fik den laktoserige mælkeerstatning. Omvendt udskilte kalvene på den laktoserige mælkeerstatning betydeligt mere glukose i urinen end kalvene på den fedtrige mælkeerstatning (75 ± 13 g/dag versus 21 ± 6 g/dag).

Habibi et al. (2019) fra Iran har undersøgt glukose-insulin stofskiftet hos fire grupper af kalve, som enten fik et kraftfoder baseret på majs eller byg og som enten fik tilsat ekstra chrom eller ej. Der indgik 48 holstein kviekalve i undersøgelsen. Kalvene blev fravænnet på dag 73 og studiet sluttede da kalvene var 94 dage gamle. Mælkemængden blev gradvist optrappet til 7 L komælk pr dag fra dag 41-50, hvorefter mælken blev gradvis nedtrappet indtil dag 73, hvorefter kalvene ikke længere fik mælk. Undersøgelsen inkluderede en glukose tolerance test da kalvene var omkring 93 dage gamle.

Undersøgelsen viste ingen effekt af kraftfoder eller tilsætning af chrom på glukose-insulin stofskiftet, om end det er en ulempe ved undersøgelsen, at effekten af sundhed (diarré og pneumoni) ikke indgår som forklarende faktorer for glukose-insulin stofskiftet.

Der ses desuden store forskelle og divergerende tendenser imellem kalvene på samme kraftfoder, men med forskellig chrom tildeling. Det er derfor svært at drage en konklusion omkring betydningen af kraftfoderet sammensætning på sukker-insulin stofskiftet.

Kato et al. (2011) fra Japan har set på effekten af at tildele ekstra butyrat til mælkefodrede kalven på glukose-insulin stofskiftet hos 24 tyrekalv. Kalvene fik 2 L mælkeerstatning 2xdag og ad libitum kraftfoder fra dag 7. Den ene halvdel af kalvene fik 3 gram butyrat/dag fra dag 1-3; 5 gram/dag fra dag 4-7 og 7 gram/dag fra dag 8-42. Kalvene blev aflivet da de var 42 dage gamle efter enten at have fået mælkeerstatning eller laktose om morgenen.

Der var ikke forskel på kalvenes tilvækst eller organvægt, bortset fra at kalvene som havde fået butyrat havde en tendens til 44 % mere fedt rundt om nyrerne (P= 0,07) og en tendens til at have længere papiller i vommen (p=0,08). Kalvene som fik butyrat i mælken havde et lavere indhold af væksthormon og insulin i blodet efter de havde indtaget mælk sammenlignet med kontrol kalvene. Der var ingen forskel på indholdet af IGF-1. Blod glukose og NEFA var numerisk højere hos kontrolkalvene, men forskellen var ikke statistisk signifikant.

Laarman et al. (2012) undersøgte effekten af forskellige fodringsstrategier på koncentrationen af insulin i blodet hos 20 tyrekalve. Kalvene blev fordelt på to forsøgsgrupper. Begge grupper modtog 750 g mælkeerstatning pr. dag. Den ene forsøgsgruppe havde adgang til kraftfoder, mens den anden gruppe fik ekstra mælkeerstatning svarende til den energimængde, som den første gruppe optog gennem kraftfoder.

For at vurdere effekten af fodringen blev der udtaget blodprøver fire timer efter mælkefodringen hver uge. Undersøgelsen viste, at de to fodringsstrategier ikke medførte forskelle i insulinkoncentrationen i blodet. Der blev heller ikke fundet forskelle i koncentrationerne af insulin-like growth factor 1 (IGF-1), glukose, β-hydroxybutyrat (BHB) eller non-esterificerede fedtsyrer (NEFA).

Yousefinejad et al. (2021) undersøgte effekten af råproteinindholdet i kraftfoderet samt andelen af aminosyrer absorberet i tyndtarmen (AAT) hos Holstein-kalve. I alt indgik 48 kalve i forsøget, som blev fordelt på fire behandlingsgrupper i et 2 × 2-faktorielt design:

• 18 % protein + lav AAT (LR)

• 18 % protein + høj AAT (HR)

• 22 % protein + lav AAT (LR)

• 22 % protein + høj AAT (HR)

Kalvene indgik i forsøget fra tre dages alderen. Mælketildelingen blev gradvist øget til 7 L komælk pr. dag fra dag 11 til dag 40. Herefter blev mælkemængden gradvist reduceret, og kalvene blev fravænnet på dag 54. Forsøget fortsatte indtil dag 83. Alle forsøgsrationer indeholdt desuden 5 % snittet hvedehalm.

Undersøgelsen viste, at kalve fodret med kraftfoder indeholdende 22 % protein havde højere daglig tilvækst før fravænning, større vægt ved fravænning (+3,5 kg) og bedre foderudnyttelse end kalve fodret med 18 % protein. Der var ikke forskel på foderindtaget. Samtidig havde kalvene i 22 %-protein-grupperne højere koncentrationer af insulin i blodet. Tilsvarende havde kalve, der modtog kraftfoder med høj AAT, højere insulinkoncentrationer end kalve på lav AAT.

Forskerne foreslog, at den øgede insulinkoncentration kan have øget optagelsen og udnyttelsen af absorberede aminosyrer til vækst, hvilket kan have bidraget til den forbedrede tilvækst og foderudnyttelse, der blev observeret hos kalvene fodret med højt proteinindhold og høj AAT.

Én mælkefodring pr dag reducerer det glukose stimulerede insulin respons

Stanley et al., 2002 har lavet en undersøgelse af insulin og glukose kinetikken afhængig af om kalve blev fodret en eller to gange dagligt. Der indgik 18 holstein kalve og 15 jersey kalve i undersøgelsen. Kalvene blev – set med nutidens standarder – sultet markant. Holstein kalvene fik mellem 525 og 585 g mælkeerstatning om dagen, mens jersey kalvene fik mellem 367 og 402 g/dag. Udskillelsen af glukose og insulin blev målt efter morgenfodringen i uge 1-6 og i uge 8. Herudover blev kalvene udsat for en modificeret glukosetolerance test (hvor kalvene fik insulin 18 minutter efter glukoseinfusionen) i uge 6 og 8. Desværre er resultaterne fra de enkelte uger i studiet præsenteret samlet for hver gruppe, så man kan ikke se forskellene fra uge til uge. Dette er netop interessant fordi kalvene fravænnes på dag 42 og målingerne inkluderer derfor perioden før og efter fravænning.

Resultaterne af studiet viser ikke store forskelle mellem grupperne på nær ét interessant fund. Kalvene som fik mælk 1xdag (både holstein og jersey) havde et signifikant (p<0,05) lavere akut insulin respons til glukose (AIR_glukose).

Holstein kalve fodret 1xdag AIR_glukose = 109,0 µIU/ml

Holstein kalve fodret 2xdag AIR_glukose= 157,5 µIU/ml

Jersey kalve fodret 1xdag AIR_glukose = 92,1 µIU/ml

Jersey kalve fodret 1xdag AIR_glukose = 139,4 µIU/ml

Det reducerede glukose stimuleret insulin respons kan være forårsaget af, at kalvene som får mælk 1 gang dagligt har en længere periode dagligt, hvor de faster, at β-cellerne i pancreas nedregulerer deres produktion af insulin til en sådan grad, at når kalvene så har brug for et insulin boost, så mangler kapaciteten i pancreas.

Undersøgelsen inkluderer også måling af glucagon concentrationer i blodet på kalvene. Funktionen af glucagon er at kontrollere glukoneogenesen i leveren og derfor havde forskerholdet forventet at koncentrationen i blodet ville stige i takt med, at kalvene blev ældre. Dette var imidlertid ikke tilfældet og plasma glukagon lå for holstein kalvene i uge 1 på 111,9 pg/ml, i uge 2-5 mellem 94,0 – 80,9 pg/ml og i uge 8 på 94 pg/ml. Det foreslås ikke af forskerholdet som en begrundelse, men det kan hypotetiseres, at det lave glukagon niveau kan være forårsaget af det fortsat meget begrænsede foderindtag og tilvækst.

Racebetingede forskelle på insulin respons

Bossaert et al. (2009) undersøgte, om der findes raceforskelle i glukose-insulin-metabolismen hos kalve. Studiet omfattede 12 Holstein-Friesian-kalve (HF), 10 Belgisk Blå-kalve (BB) og 4 East Flemish-kalve (EF), som alle blev fodret med lave mælkerationer svarende til 10 % af kropsvægten dagligt.

Kalvene var ved forsøgets start 12,9 ± 0,43 dage gamle. BB-kalvene vejede 53,0 ± 2,0 kg, HF-kalvene 44,1 ± 2,4 kg og EF-kalvene 53,4 ± 2,1 kg. Kalvene var opstaldet i enkeltbokse med halmstrøelse på tre forskellige besætninger og blev fodret med mælk tre gange dagligt.

Alle forsøg blev udført præcist fire timer efter morgenfodringen. Kalvene gennemgik både en intravenøs glukosetolerancetest (GTT), hvor de fik 150 mg glukose/kg kropsvægt, og en intravenøs insulintolerancetest 2 dage senere, hvor de fik 0,05 IU insulin/kg kropsvægt.

Insulin-stimuleret blodglukoserespons (ISBGR – et mål for hvor meget blodglukosen falder efter insulintilførsel) blev beregnet som:

ISBGR = G_b - G₃₀ / G_b

hvor (G_b) er den basale blodglukosekoncentration før insulinindgift, og G₃₀ er blodglukosekoncentrationen 30 minutter efter insulinindgift.

Studiet viste markante raceforskelle i kalvenes glukose-insulin-metabolisme, primært relateret til insulinresponset (evnen til at udskille insulin). BB-kalvene havde generelt en lavere insulinudskillelse efter GTT end HF-kalvene. Arealet under insulinkurven (AUC_insulin – det samlede insulinrespons over tid) var 86,71 µU/mL·min hos BB-kalvene mod 222,65 µU/mL·min hos HF-kalvene (p = 0,028).

Det basale insulinindhold i blodet var ligeledes lavest hos BB-kalvene (0,35 µU/mL), intermediært hos EF-kalvene (0,94 µU/mL) og højest hos HF-kalvene (1,58 µU/mL) (p = 0,05).

Der blev ikke fundet forskelle i ISBGR mellem racerene (p = 0,108). ISBGR var 0,75 % hos BB-kalvene, 0,64 % hos HF-kalvene og 0,59 % hos EF-kalvene.

Insulinfølsomheden vurderet ved hjælp af QUICKI (Quantitative Insulin Sensitivity Check Index – et indirekte indeks for insulinfølsomhed baseret på fastekoncentrationer af glukose og insulin) viste, at BB-kalvene havde højere insulinfølsomhed end HF-kalvene (0,76 vs. 0,52).