Aus dem Institut für Veterinär-Physiologie des Fachbereiches Veterinärmedizin der Freien Universität Berlin

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1 Aus dem Institut für Veterinär-Physiologie des Fachbereiches Veterinärmedizin der Freien Universität Berlin Transportphysiologische Untersuchungen am isolierten Pansenepithel des Schafes: Auswirkungen eines erhöhten osmotischen Druckes bei unterschiedlicher Fütterung Inaugural-Dissertation zur Erlangung des Grades eines Doktors der Veterinärmedizin an der Freien Universität Berlin vorgelegt von Ulrike Lodemann Tierärztin aus Bochum Berlin 2001 Journal-Nr Gefördert durch die H. Wilhelm Schaumann Stiftung

2 Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Lodemann, Ulrike: Transportphysiologische Untersuchungen am isolierten Pansenepithel des Schafes : Auswirkungen eines erhöhten osmotischen Druckes bei unterschiedlicher Fütterung / vorgelegt von Ulrike Lodemann. - Berlin : Mensch-und-Buch-Verl., 2002 Zugl.: Berlin, Freie-Univ., Diss., 2001 ISBN Gedruckt mit Genehmigung des Fachbereiches Veterinärmedizin der Freien Universität Berlin Dekan: Erster Gutachter: Zweiter Gutachter: Dritter Gutachter: Univ.-Prof. Dr. Michael F. G. Schmidt Univ.-Prof. Dr. Holger Martens Prof. Dr. Klaus Männer Univ.-Prof. Dr. Johanna Plendl Tag der Promotion: 23. November 2001 Alle Rechte vorbehalten. Ohne ausdrückliche Genehmigung des Verlages ist es nicht gestattet, das Buch oder Teile daraus zu vervielfältigen. MENSCH & BUCH VERLAG, Berlin 2002 Nordendstr. 75, Berlin info@menschundbuch.de

3 Meinen Eltern

4 Inhaltsverzeichnis 1 EINLEITUNG LITERATUR Epithelfunktionen Einteilung der Epithelien in dicht, moderat dicht und durchlässig Aktiver Natriumtransport über das Pansenepithel Passiver Natriumtransport über das Pansenepithel Osmotische Drücke im Pansen Auswirkungen des osmotischen Druckes auf Eigenschaften der Epithelien Dichte Epithelien Mäßig dichte Epithelien Durchlässige Epithelien Adaptation an Konzentratfütterung (Pansen) Adaptation auf zellulärer Ebene (Transportmechanismen) am Beispiel Darm Zusammenfassung der Literatur mit Blick auf die eigene Fragestellung MATERIAL UND METHODEN Herkunft der Gewebeproben Inkubationstechnik Elektrophysiologisches Messprinzip Pufferlösungen Angaben zum Versuchsablauf Bestimmung des Natriumfluxes Statistische Auswertung Allgemeine Angaben G t -Verlaufskurven G t und J net Na unter Kurzschlussbedingungen Gt (G t 30 min - G t 0 min ), J ms0 Na, J sm0 Na, J net Na bei Variation der Potenzialdifferenz J α, J β für J ms und J sm ERGEBNISSE Gewebeleitfähigkeit (G t ) Charakteristika der G t -Verlaufskurven in den verschiedenen Fütterungsgruppen I

5 Inhaltsverzeichnis Leitfähigkeitsveränderung ( G t ) in Abhängigkeit vom osmotischen Druck Einfluss von Fütterungsart und osmotischem Druck auf die Gewebeleitfähigkeit unter Kurzschlussbedingungen Zusammenfassung Natriumtransport Einfluss von Fütterungsart und osmotischem Druck auf den Natriumnettotransport unter Kurzschlussbedingungen Vergleich mukosal-serosaler und serosal-mukosaler Natriumtransportraten unter Kurzschlussbedingungen Einfluss von Fütterung und Osmolarität auf den Natriumtransport von mukosal nach serosal (J ms0 Na) Einfluss von Fütterung und Osmolarität auf den Natriumtransport von serosal nach mukosal (J sm0 Na) Gegenüberstellung mukosal-serosaler und serosal-mukosaler Natriumtransportraten unter Kurzschlussbedingungen Natriumnettotransport bei Variation der Potenzialdifferenz Mukosal-serosaler und serosal-mukosaler Natriumtransport bei Variation der Potenzialdifferenz Bestimmung der transzellulären und parazellulären Fluxanteile Zusammenfassung der Ergebnisse DISKUSSION Einleitung Methode und Methodenkritik Beeinflussung der Leitfähigkeit durch einen erhöhten osmotischen Druck Auswirkung von osmotischem Druck und Fütterungsart auf den Natriumtransport Einordnung der Daten (G t, Natriumtransportraten) bei Heufütterung Zunahme des Natriumnettotransportes bei Kraftfutterfütterung unter Kurzschlussbedingungen Auswirkungen des akut erhöhten mukosalen osmotischen Druckes auf den Natriumtransport (unter Kurzschlussbedingungen) J ms Na J sm Na II

6 Inhaltsverzeichnis J net Na Der Einfluss des osmotischen Druckes auf den Na/H-Austauscher Auswirkungen einer chronisch erhöhten mukosalen Osmolarität auf den Natriumtransport Regulationsmechanismen des Na/H-Austauschers (Isoform NHE3) Sekretion von Natrium bei einer PD von +25 mv Bedeutung der Hemmung des apikalen Natriumtransportes Fütterung und Labmagenverlagerung Bedeutung für die Prophylaxe der Labmagenverlagerung ZUSAMMENFASSUNG SUMMARY LITERATURVERZEICHNIS ANHANG Pufferlösungen Transportpuffer Grundpuffer Puffer mit erhöhtem osmotischen Druck Kraftfutter: Ergänzungsfutter für Zuchtschafe III

7 Abkürzungen und Definitionen Abkürzungen und Definitionen Epithel transportphysiologisch übliche Bezeichnung des untersuchten Gewebes an Stelle von Schleimhaut bzw. Mukosa G c G s zelluläre Leitfähigkeit parazelluläre Leitfähigkeit G t Gewebeleitfähigkeit = transepitheliale Leitfähigkeit [ms cm -2 ] I sc Kurzschlussstrom [µeq cm -2 h -1 ] J α J β Maß für Steigung (Frizzell-Gleichung) Ordinatenabschnitt (Frizzell-Gleichung) J ms Transport von mukosal nach serosal [µeq cm -2 h -1 ] J net Nettotransport/Nettoflux = J ms - J sm [µeq cm -2 h -1 ] J sm Transport von serosal nach mukosal [µeq cm -2 h -1 ] m mukosal = in vivo dem Lumen zugewandt = apikal ms mukoserosal/von mukosal nach serosal NHE Na + /H + exchanger = Na + /H + - Austauscher n Umfang einer Stichprobe; N/n: Anzahl der Tiere/Anzahl der Gewebestücke Osmolalität Maß für die osmotisch wirksame Konzentration; Einheit: mosmol/kg Osmolarität Einheit: mosmol/l PD t transepitheliale Potenzialdifferenz [mv] R a R b R s R IZ R t R TJ s S bzw. s SCFA SEM sm VA Widerstand der apikalen Membran Widerstand der basolateralen Membran parazellulärer Widerstand Widerstand des Interzellularspaltes Gewebewiderstand Widerstand der Tight Junctions serosal = in vivo der Blutseite zugewandt = basolateral Standardabweichung short chain fatty acids = kurzkettige Fettsäuren standard error of the mean = Standardfehler des arithmetischen Mittelwertes seromukosal/von serosal nach mukosal Varianzanalyse arithmetischer Mittelwert

8 Mein herzlicher Dank gilt... Herrn Prof. Dr. H. Martens für die Überlassung des Themas und die hervorragende Betreuung Frau K. Wolf für die ausgezeichnete technische Betreuung und Hilfe bei der Datenverarbeitung Frau D. Plaumann für die Hilfe bei der Formatierung des Ergebnisteils Frau Dr. G. Arndt für die statistische Beratung Den MitarbeiterInnen und DoktorandInnen des Instituts für Veterinär- Physiologie für die freundliche Aufnahme und Hilfsbereitschaft Meinen Eltern, Frau E. Lodemann und Herrn E. Lodemann, für interessierte und kritische Gespräche und ihre stete Unterstützung Herrn U. Schißau für die Hilfe bei der Korrektur und seine moralische Unterstützung Der H. Wilhelm Schaumann Stiftung für die finanzielle Unterstützung

9 Eidesstattliche Erklärung Hiermit versichere ich, dass ich die vorliegende Dissertation selbständig und nur mit den aufgeführten Hilfsmitteln erstellt habe.

10 LEBENSLAUF persönliche Daten Schulbildung Ulrike Lodemann geb. am in Bochum ledig 09/ /1983 Grundschulbesuch in Bochum 09/ /1992 Schiller-Gymnasium in Bochum mit Abschluss Allgemeine Hochschulreife 07/ /1989 Lycee Blaise Pascal, Clermont- Ferrand, Frankreich Studium 10/ /1999 Studium der Veterinärmedizin an der Freien Universität Berlin 14. September 1994 Vorphysikum 4. September 1995 Physikum 8. Oktober 1996 Erster Abschnitt der Tierärztlichen Prüfung 29. August 1997 Zweiter Abschnitt der Tierärztlichen Prüfung 18. Februar 1999 Dritter Abschnitt der Tierärztlichen Prüfung 14. Juni 1999 Approbation als Tierärztin Promotion Seit 07/1999: Doktorandin am Institut für Veterinär- Physiologie der Freien Universität Berlin bei Prof. Dr. H. Martens, Stipendiatin der H. Wilhelm Schaumann Stiftung 7. März 2001 Vortrag auf der 55. Tagung der Gesellschaft für Ernährungsphysiologie in Göttingen Praktische Tätigkeiten Nach dem Studium: 02/ /1999 Hospitanz in Berliner Kleintierpraxis Seit Juli 1999 regelmäßige Mitarbeit in Berliner Kleintierpraxis Berufstätigkeit Seit Oktober 2001 wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Veterinär-Physiologie der Freien Universität Berlin DFG-Projekt: Integrative Analyse der Wirkungsmechanismen von Probiotika beim Schwein