Levels of hormones and metabolites, insulin responses to glucose infusions, glucose tolerances and growth rates in different breeds of steers: Studies during and after an alpine sojourn
Authors: Bossart M. A. , Leuenberger H. , Kuenzi N. , Blum J. W. 
Published: March 2011

SummaryLevels of Hormones and Metabolites, Insulin Responses to Glucose Infusions, Glucose Tolerances and Growth Rates in different Breeds of Steers: Studies during and after an Alpine SojournInsulin (IRI) responses to iv infusions of glucose (1.83 mmol/kg0.75 for 5 min) and glucose tolerances were determined in Simmental (SI) and Holstein‐Friesian (HF) steers (I) during reduced growth, 84 days after the animals had been on an alpine pasture at 2000m above sea level, and (II) during compensatory growth, 70 days after the animals had returned from alpine sojourn (group A). Glucose infusions were at the same time performed in normally growing steers, held continuously in a loose housing system at 400m above sea level, fed corn silage ad libitum and 1 kg of concentrates/animal/day (group C). Immediately before glucose infusion I, body weights (253 ± 19 kg), growth rates (185 ± 11 g/day) and blood levels of IRI (−0.54 μg/l), thyroxine (T4; − 27.2 nmol/l), 3,5,3′‐triiodothyronine (T3; −0.55 nmol/l) and glucose (−0.92 mmol/l) were lower (P < 0.01), whereas those of growth hormone (+ 3.17 μg/l), non esterified fatty acids (NEFA; + 0.12 mmol/l) and urea (+ 1.27 mmol/l) were higher (P < 0.05) in group A than in group C (body weight: 380 ± 22 kg; growth rate: 1065 ± 151 g/day). Concentrations of acetoacetate (AAC), albumin, α‐aminoaced nitrogen (AAN) and 3‐methyl‐histidine were similar in both groups. IRI responses to glucose infusion I were smaller in group A than in group C (P < 0.05), although glucose increased to higher levels (P < 0.01) and fractional glucose turnover rates (K‐values) were identical. Immediately before glucose infusion II, growth rates were higher in group A (1719 ± 124 g/day) than in group C, whereas blood levels of IRI, T4, T3, glucose, NEFA, AAC, urea, albumin and AAN were comparable in both groups. In response to glucose infusion II, glucose levels reached were lower (P < 0.05) in group A than in group C, but IRI responses and fractional glucose turnover rates were similar in both groups. IRI responses and K‐values were higher (P < 0.05) in HF than in SI steers, although glucose levels were similar, and 3‐methyl‐histidine levels were lower. Metabolic alterations, including reduced IRI responses in the presence of enhanced increments of glucose levels to glucose infusions, during reduced growth on alpine pasture are expressions of shifts in energy metabolism to insufficient energy intake. Because IRI responses were markedly different between breeds suggests genetic influences on insulin secretion.ZusammenfassungKonzentration von Hormonen und Metaboliten, Insulinfreisetzung bei Glucoseinfusionen, Glucosetoleranzen und Wachstumsraten bei Ochsen verschiedener Rassen: Untersuchungen während und nach der AlpungBei Simmentaler‐(SI) und Holstein‐Friesian (HF)‐Ochsen wurde die Reaktion der Blutplasmakonzentration von Insulin (IRI) auf intravenöse Glucoseinfusionen (1,83 mmol/kg0,75 während 5 min) untersucht und zwar (I) während reduziertem Wachstum (nach 84 Tagen dauernder Alphaltung auf 2000m ü. M.) und (II) während kompensatorischen Wachstums (70 Tage nach Rückkehr der Tiere von der Alpweide und entsprechend langer Stallhaltung auf 400m ü. M.) (Gruppe A). Gleichzeitig wurden Glucoseinfusionen durchgeführt bei normal wachsenden Ochsen, welche stets in einem Laufstall bei 400m ü. M. gehalten wurden (Gruppe C). Diese Tiere erhielten Silage und 1 kg Kraftfutter/Tag. Unmittelbar vor der Glucoseinfusion (I) hatten die Tiere der Gruppe A ein tieferes Körpergewicht (253 ± 19 kg), eine geringere Wachstumsrate (185 ± 111 g/Tag), tiefere Blutplasmakonzentrationen von Insulin (−0,54 μg/l), Thyroxin (T4; −27,2 nMol/l), 3,5,3′‐Trijodthyronin (T3; −0,55 nMol/l) und Glucose (−0,92 mMol/l) und höhere Konzentrationen nicht‐veresterter Fettsäuren (NEFA; +0,12 mMol/l) und Harnstoff (+1,27 mMol/l) als die Tiere der Gruppe C, deren Körpergewicht 380 ± 22 kg und deren Wachstumsrate 1065 ± 151 g/Tag betrug (P < 0,05). Dagegen wurden bei den beiden Versuchsgruppen ähnliche Acetoacetat (AAC)‐, Albumin‐, α‐Aminosäurestickstoff (AAN)‐ und 3‐Methylhistidinkonzentrationen gemessen. Die IRI‐Konzentrationen stiegen während und nach der Glucoseinfusion (I) bei der Gruppe A weniger stark an als bei der Gruppe C (P < 0,05), trotz stärkerer Hyperglycaemie (P < 0,01). Die Glucoseclearanceraten (K‐Werte) waren allerdings identisch. Unmittelbar vor der Glucoseinfusion (II) waren die Wachstumsraten bei der Gruppe A (1719 ± 124 g/Tag) höher als bei der Gruppe C, während die Blutplasmakonzentrationen von IRI, T4, T3, Glucose, NEFA, AAC, Harnstoff, Albumin und AAN vergleichbar waren. Die Glucosekonzentrationen stiegen während der Glucoseinfusion (II) bei der Gruppe A weniger stark an als bei der Gruppe C, während die K‐Werte und der Anstieg der Insulinkonzentrationen bei den beiden Gruppen ähnlich war. Die HF‐Ochsen reagierten auf die Glucoseinfusionen mit einem stärkeren Anstieg der Insulinkonzentrationen und die K‐Werte waren höher als bei den SI‐Ochsen (P < 0.05), obschon die Glucosekonzentrationen ähnlich waren. Zusätzlich wurden bei HF‐Ochsen tiefere Methylhistidinkonzentrationen gemessen als bei den Simmentalern (P < 0.01). Die Stoffwechselveränderungen, der verminderte Anstieg des Insulins während und nach den Glucoseinfusionen trotz stärkerer Hyperglycaemie, während der Phase verminderten Wachstums bei Alphaltung, können als Ausdruck veränderter Energiesubstratverteilung zwecks Anpassung an Energiedefizite gewertet werden. Der stark unterschiedliche Anstieg der Insulinkonzentrationen bei den untersuchten Rassen dürfte auf genetische Beeinflussung der Insulinsekretion zurückzuführen sein.RésuméConcentrations en hormone et métabolites, liberation d'insuline après une infusion de glucose, tolérance au glucose, gain de poids vif: mesurés avant et après une période en alpage chez des boeufs de différentes racesLa libération d'insuline après une infusion iv de glucose (1.83 mmol/kg0.75 pendant 5 minutes) et la tolérance au glucose ont été déterminées chez des boeufs de race Simmentaler (SI) et Holstein‐Frisonne (HF) pendant une période de croissance réduite (I) (après 84 jours passés sur un alpage à 2000 m d'altitude), et pendant la croissance compensatrice (II) (70 jours après le retour en plaine), (groupe A). En même temps du glucose a été infusé à des boeufs gardés en stabulation libre à 400 m d'altitude et ayant une croissance normale (groupe C). Ces animaux recevaient de l'ensillage de mais à volonté et 1 kg/d'aliment concentré/animal/jour. Juste avant l'infusion de glucose I les animaux de groupe A avaient: un poids vif moins élevé (253 ± 19 kg), un gain journalier plus petit (253 ± 111 g), de plus petites concentrations dans le plasma sanguin en insuline (−0.54 μg/l), en thyroxine (T4; −27.2 nmol/l), en 3,5,3′‐triiodothyronine (T3; −0.55 nmol/l), et en glucose (−0.92 mmol/l) (P < 0.01); des concentrations plus élevés en hormone de croissance (+ 3.17 μg/l), en acides gras non estérifiés (NEFA; +0.12 mmol/l) et en urée (+ 1.27 mmol/l) (P < 0.05) que ceux du groupe C (poids vif: 380 ± 22 kg; gain journalier: 1065 ± 151 g). Les concentrations en acétoacétate (AAC), albumine, acides animés (AAN) et 3‐méthyl‐histidine étaient identiques dans les deux groupes. Pendant et après l'infusion de glucose I, la concentration en insuline a augmenté moins fortement chez les animaux du groupe A que chez ceux du groupe C (P < 0.05), et ce malgrès une plus forte hyperglycémie (P < 0.01). Les valeurs K étaient semblables. Juste avant l'infusion de glucose II, les animaux du groupe A avaient un gain journalier (1719 ± 124 g) plus élevé que ceux du groupe C. Cependant les concentrations en insuline, T4, T3, glucose, NEFA, AAC, urée, albumine et AAN étaient semblables dans les deux groupes. Les concentrations en glucose attaintes après l'infusion de glucose II étaient plus basses (P < 0.05) dans le groupe A que dans le groupe C, les concentrations en insuline ont augmenté de façons identiques dans les deux groupes, et les valeurs K étaient semblables. La libération d'insuline et les valeurs K étaient plus élevées chez les boeufs HF queles SI (P < 0.05), bien que les niveaux en glucose fussent semblables, et ceux en 3‐méthyl‐histidine inférieurs. Pendant la phase de croissance réduite (alpage), des changements métaboliques, comme la moins grande libération d'insuline pendant et après l'infusion de glucose, malgrès une hyperglycémie, sont l'expression des changements dans le métabolisme énergétique causés par le déficit en énergie. Les augmentations des concentrations en insuline tiès différentes entre les races témoignent très influences génétiques lors de la sécretion de l'insuline.ResumenConcentraciones de hormona y metabolitos; secretiones de insulina como consecuencia de inyecciones de glucosa; toleranza de glucosa y aumento de peso vivo. Investigaciones realizadas en toros de diferentes razas, antes y después del periodo de alpageLa reacción a inyecciones intravenosas de glucosa (1.03 mmol/kg durante 5 minutos) de la concentración de insulina (IRI) en el plasma, ha sido estudiada en toros de la raza Simental (SI) y Holstein‐Friesona (HF). Los datos fueron recolectados, (I) durante un periodo de crecimiento reducido (Después de 84 dias de alpage a 2000 m.s.n.m.), y (II) durante el crecimiento compensatorio (70 dias después del retorno del ganado al plano) (grupo A). Al mismo tiempo fueron inyectados con glucosa, toros de crecimiento normal en estabulación libre criados a 400 m.s.n.m. (Grupo C). Estos animales recibieron ensilage de mais y 1 kg de concentrado por dia.Inmediatamente antes de la inyección de glucosa (I) los animales del Grupo A presentaron: un bajo peso vivo (253 ± 111 g/dia), en el plasma sanguineo concentraciones menores en insulina (−0.54 μg/l), en thyroxina (T4; −27.2 nmol/l), en 3,5,3′‐triyodo‐thyronina (T3; −0.55 nmol/l), y en glucosa (−0.92 mmol/l); concentraciones mas elevadas de ácidos grasos no esterificados (NEFA; +0.12 mmol/l) y de urea (+ 1.27 mmol/l) que los animales del grupo C, cuyo peso vivo correspondian a 380 ± 22 kg y cuyo crecimiento era de 1065 ± 151 g/dia (P < 0.05). Por el contrario en el segundo grupo se registraron valores similares, concerniente a la concentration de aceto‐acetato (ACC), de albumina, de α‐aminoacidos (AAN) y 3‐metilhistidina estos eran idénticos en los dos grupos. Las concentraciones de insulina (IRI) aumentaron durante y después de inyecciones de glucosa, (I) en el grupo A en menor cuantia que en el grupo C (P < 0.05), no obstante una mayor hiperglicemia (P < 0.01). Los valores k'fueron idénticos. Immediatamente antes de la inyeccion de glucosa (II) el crecimiento de los animales del grupo A (1719 ± 124 g/dia) era mayor que en el grupo C. Mientras las concentraciones en el plasma sanguineo de IRI, T4, T3, glucosa, NEFA, AAC, urea, albumina y ANN eran parangobables en los dos grupos. Los concentraciones de glucosa aumentaron durante las inyecciones (II) de glucosa en el grupo A en menor grando que en el grupo C, mientras el valor de K' y el aumento de la concentraciones en insulina era similar en los dos grupos. Los toros HF reaccionaron a la inyección de glucosa con un incremento mayor de la concentración de insulina a los valores de K' eran mas altos que en los toros SI (P < 0.05), no obstante las concentraciones de glucosa eran iguales.Además fueron mesuradas, concentraciones mas bajas de 3‐metilhistidina en toros HF que en toros SI (P < 0.01). Los cambios en el metabolismo y el menor aumento durante y después de los aplicaciones de glucosa, no obstante una mayor hyperglicemia durante la fase de crecimiento reducido del alpage; pueden ser considerados, como la expresión de los modificaciones en la distribucion del substrato energético causado por el déficit de energia. La notable diferencia en el aumento de la concentración de insulina en las razas controladas, deberia ser relacionada a la influenca genética en la secrecion de insulina.