Hormony sehrávají zásadní roli při řízení energetického a dusíkového (intermediárního) metabolismu dojnic. Jako tzv. endokrinní mediátory jsou mj. nepostradatelné v rozdojovacím období dojnice při řízení (regulaci) průběhu procesů adaptace jejího organismu k nastupující negativní energetické balanci.
Ústředním regulačním hormonem intermediárního metabolismu je inzulin, podílející se na regulaci metabolismu sacharidů, tuků i proteinů. Inzulin stimuluje utilizaci (využití) glukózy v periferních tkáních organismu, podporuje syntézu a skladování zásobních látek a stimuluje proteosyntézu. U přežvýkavců tedy působí obdobně jako u monogastrických zvířat, avšak v nižším rozsahu.
Inzulín
Pankreatická sekrece inzulínu stoupá po příjmu krmiva. Jeho plazmatická koncentrace se zvyšuje se vzestupem glykémie (obsahu glukózy v krvi).
Inzulin působí v rámci akutního a velmi citlivého mechanismu, zajišťujícího zvýšení skladovacích kapacit živinových zásob v tukové a svalové tkáni. V rámci tohoto mechanismu jsou přijímané živiny uplatňovány v bazálním metabolismu buněk (při jejich růstu a diferenciaci) anebo jsou pouze skladovány. Intracelulární změny v citlivosti buněk k inzulinu jsou ovlivňovány řadou dalších hormonů a regulačních faktorů. Inzulin je jediným hormonem, který snižuje hladinu glukózy v krevní plazmě, zatímco na jejím zvyšování se podílí více hormonů. V játrech jsou pozorovány přímé účinky inzulinu a také dopady metabolických změn, indukovaných tímto hormonem v jiných tkáních, především v tukové tkáni a kosterním svalstvu. Svým působením na buněčné enzymatické procesy snižuje inzulin jaterní produkci glukózy.
Na rozdíl od glukózy není inzulinem (a zřejmě ani žádnými jinými hormony) ovlivňováno využití propionátu a to ani v průběhu jednotlivých reakčních sledů glukoneogeneze. Naproti tomu je samotný propionát hlavním stimulátorem sekrece inzulinu u přežvýkavců. Zvýšený příjem propionátu z bachoru vede ke vzestupu koncentrace inzulinu v krvi (a následně jím navozené) depresi jaterní glukoneogeneze.
Inzulin sám neovlivňuje jaterní odběr aminokyselin. Navozuje však pokles plazmatické koncentrace aminokyselin tlumením jejich mobilizace v kosterním svalstvu a stimulací jejich odběru v proteosyntéze. Inzulin snižuje také jaterní odběr laktátu a glycerolu a jejich využití v glukoneogenezi.
Inzulin má antilipolytický (brání štěpení tuků) účinek, inhibuje lipomobilizaci, snižuje odběr NEMK (neesterifikované mastné kyseliny) játry a jejich vstup do jaterních mitochondrií. Podporuje lipogenezi, zvyšuje příjem glukózy do buněk tukové tkáně a navozuje v nich vyšší produkci glycerol-3-fosfátu a triacylglycerolů.
Tím, že zvyšuje metabolismus glukózy cestou přes pentózový cyklus, navozuje v tukové tkáni vyšší dostupnost NADPH. To umožňuje zvýšit inkorporaci acetátu do mastných kyselin během procesu lipogeneze. Prostřednictvím řízení transportu glukózy tak může být u přežvýkavců v tukové tkáni inzulinem kontrolována intenzita lipogeneze. Inzulin zvyšuje využití i dalších energetických substrátů, NEMK a ketolátek, v lipogenezi.
Inzulin snižuje hladinu ketolátek ve tkáních podporou jejich utilizace. Navozuje pokles jejich produkce v játrech svojí schopností snižovat v nich příjem a využití NEMK.
Samotné rostoucí hladiny NEMK i ketolátek stimulují sekreci inzulinu. V rámci fyziologicky probíhající regulace energetického metabolismu tak u dojnice navozuje vzestup koncentrace NEMK následný růst hladin ketolátek v krvi, to vede ke zvýšení krevní hladiny inzulinu, jenž svým následným účinkem naopak uvolňování (a celkovou koncentraci) NEMK v organismu tlumí. Účinek inzulinu je přitom kontrolován receptory, které se nacházejí ve tkáních, zejména v játrech, adipocytech, kosterní svalovině a kostní tkáni. Při nízkém příjmu krmiva je produkce inzulinu v pankreatu omezená.
Narušení tohoto regulačního systému u (metabolickou zátěží až nepřiměřeně vysoké úrovně laktace přetíženého) organismu dojnice vede velmi často (a relativně snadno) u vysokoprodukčních zvířat k narušení (až nevratnému poškození) jejich energetického metabolismu, k celkové zátěži jejich organismu a prakticky vždy k poruchám laktace.
Inzulin je rovněž velmi důležitý pro regulaci balance proteinu ve svalech. V kosterní svalovině inzulin zvyšuje příjem glukózy do buněk a stimuluje v nich úroveň syntézy glykogenu, glykolýzu, oxidační dekarboxylaci pyruvátu, příjem a esterifikaci mastných kyselin, odběr acetátu, příjem aminokyselin, zvyšuje v nich proteosyntézu a brzdí degradaci proteinu. V kosterní svalovině nemá antilipolytický účinek.
Inzulin se také podílí na regulaci úrovně minerálního zásobování v osteoblastech a osteoklastech.
Glukagon
Glukagon je vedle inzulinu nejvýznamnějším hormonem, který se podílí na regulaci sacharidového a lipidového metabolismu přežvýkavců. Je považován za katabolický hormon. K inzulinu má opoziční vztah. Svým působením glukagon nejvíce ovlivňuje činnost jater a tukové tkáně. V játrech (působením na enzymatické systémy buněk) navozuje glykogenolýzu a inhibici syntézy glykogenu. Podporuje v nich vyšší využití aminokyselin (zejména alaninu a glutaminu) v glukoneogeneze a tím současně také posiluje produkci močovinového cyklu.
Glukagon zvyšuje i úroveň glukoneogeneze z propionátu, laktátu a pyruvátu. Tím, že v tukové tkáni navozuje lipolýzu a následnou hydrolýzu triacylglycerolů, provázenou vzestupem plazmatické koncentrace NEMK (lipomobilizaci), způsobuje zvýšení jaterní ketogeneze. První reakcí na hypoglykémii v organismu přežvýkavců je vzestup hladiny glukagonu.
Pro řízení metabolismu je důležitá úroveň vzájemného poměru obou hormonů, inzulinu i glukagonu. Nízká hodnota poměru koncentrací inzulinu/glukagonu (tj. relativní nedostatek inzulinu a nadbytek glukagonu) je zjišťována u zvířat ve stresových situacích, při intenzívní svalové činnosti, při krátkodobém hladovění, tedy při potřebě energetických substrátů (včetně období energetického stresu u dojnice, nacházející se v rozdojovacím období, kdy tento stav sehrává významnou roli v rozvoji intenzivní ketogeneze). Naopak vysoká je při příjmu živinově bohaté krmné dávky a zvýšené nabídce substrátů (umožňující jejich převedení do skladovací formy a podporující proteosyntézu), současně přitom zvýšenou utilizací glukózy působí proti rozvoji hyperglykémie.
Poměr glukóza:inzulin je důležitým determinujícícm faktorem metabolickcých procesů v játrech.
Při již rozvinutých katabolických metabolických procesech, obvykle se u dojnic vyskytujících ve 3. – 6. týdnu po otelení - v době jejich již dosažené vysoké úrovně laktace (odčerpávající velká množství glukózy z krevního oběhu zejména pro produkci laktózy v mléčné žláze) a s ní spojenými deficitními koncentracemi hlavních prekursorů pro jaterní glukoneogenezy (zejména bachorového propionátu), negativní energetickou balancí a neschopností organismu (jednotlivých) zvířat se navozené situaci přizpůsobit - bývá zjišťovaná plazmatická koncentrace glukózy a inzulinu velmi nízká, přechod NEMK do mitochondrií buněk jednotlivých tkání (včetně jaterních) intenzivní a následná jaterní ketogeneze proto značně rozsáhlá. Při tomto tzv. hypoglykemickém-hypoinzulinemickém typu I. ketózy, je úroveň lipogeneze (navozující rozvoj steatózy, ztučnění jater) v jaterních buňkách nízká a intenzivní ketogeneze tlumí další proteolýzu (rozpad svalové tkáně) a využití z ní pocházejících aminokyselin v glukoneogeneze.
Naproti tomu je v organismu dojnic již v průběhu předcházejícího poporodního období (nejčastěji v prvních dnech po porodu) - kdy produkce mléka ještě není natolik vysoká a hladiny glukózy a inzulinu v krevní plazmě jsou ještě (relativně) vysoké (jak je to běžné u krav se zvýšenou hodnotou tělní kondice, s BCS > 4,00) - popisován tzv. hyperglykemický-hyperinzulinemický typ II. ketózy. Jeho průběh - zintenzivňovaný u nich obvykle rozvinutou inzulinovou rezistencí tkání, menší schopností tukové tkáně odolávat lipomobilizaci a mnohdy i silnou stresovou (krevní hladinu glukózy a NEMK dále zvyšující) peripartální (porodní) zátěží, mnohdy prohlubovanou výskytem puerperálních (poporodních) komplikací, charakterizovaných inapetencí (nechutenstvím), bachorovými dysfunkcemi, hypokalcémií (poklesem obsahu vápníku v krvi) a imunosupresí (poklesem obranyschopnosti zvířat) - bývá zaznamenáván u zvířat, u kterých nebyly chovatelem v přípravném a rozdojovacím období dodrženy optimální vztahy potřebné vzájemné (orchestrální) souhry mezi příjmem sušiny krmné dávky, úrovní tělní kondice, mírou celkové pohody, činností neurohumorálního systému a výší laktace (resp. u nichž není dosaženo potřebné míry adaptace na změněnou, patologicko-fyziologickou úroveň některého z uvedených faktorů). U postižených dojnic (pro existující vysoké hladiny glukózy, inzulinu a NEMK, což jsou predispoziční faktory pro syntézu triacylglycerolů z NEMK a glycerolu) pak nabývá převahy proces jaterní lipogeneze (z nahromaděných NEMK a dostupného glycerolu) nad úrovní oxidace NEMK v mitochondriích (když s ní spojená ketogeneze, vedoucí k rozvoji ketózy, pak u nich není tolik intenzivní) a dochází u nich ke ztučnění jaterních buněk, steatóze.
Při rozvoji obou typů ketózy sehrává aktuální koncentrace inzulinu (případně i rozvinutá rezistence tkání k jeho účinku) a jeho poměr ke koncentraci glukagonu v krvi velmi významnou roli.
Oba hormony se tak účinně podílejí na naplnění základního principu adaptace organismu dojnice k negativní energetické balanci (kdy výdej energie mlékem přesahuje její příjem krmnou dávkou), tj. na změně základní orientace při čerpání energetických substrátů v organismu od spotřeby glukózy k využití lipidových zdrojů. Onemocnění ketózou a jaterním ztučnění u dojnic jsou projevem selhání těchto adaptačních mechanismů.
Kortisol
Koncentrace kortisolu (glukokortikoidů) v krvi běžně stoupá u dojnic v období před porodem. Kortisol podporuje glukoneogenezu a syntézu glykogenu, tlumí glykolýzu a glykogenolýzu, stimuluje lipomobilizaci a proteolýzu. Zvyšuje tak svým účinkem plazmatickou koncentraci NEMK a aminokyselin. Má nepříznivý vliv na vývoj imunity. Hladina kortisolu se významně zvyšuje při stresové zátěži zvířete. Přitom, pro svůj podíl na uvolňování NEMK z tukové tkáně (lipomobilizaci, lipolýze), může významným způsobem přispívat k nežádoucímu procesu jaterní steatózy dojnic.
Katecholaminy
Také katecholaminy epinefrin (adrenalin, pocházející z adrenální medullární sekrece) a norepinefrin (noradrenalin, sekretovaný sympatickými nervovými zakončeními) zvyšují, zejména také v podmínkách akutně působící stresové zátěže, úroveň lipomobilizace, glykolýzy a glykogenolýzy (a stimulují tak úroveň glukoneogenezy). Katecholaminy pravděpodobně představují druhý vůbec nejvýznamnější regulační faktor činnosti tukové tkáně (řídící uvolňování NEMK a glycerolu z ní i zpětné syntézy triacylglycerolů, tj, lipidů, tuků z těchto sloučenin).
Somatotropní hormon
V období před porodem se v krevní plazmě dojnic také zvyšuje koncentrace somatotropního hormonu (STH). Tento hormon, v některých státech chovateli uměle (s cílem zvýšit mléčnou produkci) podávaný dojnicím, působí svými účinky jako antagonista inzulinu. Hraje rovněž důležitou roli v adaptaci organismu dojnice na negativní energetickou balanci. Sekrece STH je stimulována hypoglykémií (poklesem krevní koncentrace glukózy). Zvyšuje účinnost konverze propionátu na glukózu v glukoneogeneze. Stimuluje buněčnou proliferaci v kosterním svalstvu i dalších tkáních. Inhibuje lipogenezu v tukové tkáni a navozuje v ní lipomobilizaci, tím také způsobuje vzestup hladin NEMK v krevní plazmě a růst ketogeneze v játrech. STH může přitom působit přímo na buňky ve tkáních anebo nepřímo prostřednictvím účinku lokálně a systemicky produkovaného insulin like growth faktoru I (IGF-I) a IGF vázaných proteinů (IGFBPs), anebo alterací schopnosti buněk odpovídat na homeostatické signály, navozené inzulinem a katecholaminy.
Právě hormonům IGF-I a IGF-II (tzv. somatomedinům) je vedle inzulinu přiznávána nejvýznamnější role při udržování celkové homeostázy organismu (zajišťovaná jimi kontrolou příjmu a rozdělování živin a řízením celulární hypertrofie). Zatímco inzulin podporuje buněčnou hypertrofii primárně, zvyšováním zásoby živin, podporují IGF vlastní buněčné přežívání (záchovu), hyperplazii a diferenciaci.
Účinnost inzulinu a obou IGF (za jejichž hlavní zdroj jsou považována játra) je kontrolována segregací jejich receptorů mezi diferencovanými typy buněk. Inzulinové receptory jsou ve tkáních lokalizovány tak, aby zajišťovaly krátkodobou účinnost při přivádění (přebytku) živin z cirkulace, zejména při jejich skladování. IGF zajišťují konstantní zásobování a existenci bazálního metabolismu, ale také zabezpečují buněčnou proliferaci a diferenciaci. Základní funkce buněk, jako jsou bazální metabolismus, hyperplazie a diferenciace vyžadují účinek IGF, druhotná funkce skladování vyžaduje účinek inzulinu. Proto se typ IGF-I receptory nacházejí obecně v buňkách, které jsou schopné proliferace a diferenciace, inzulinové receptory pak v buňkách, odpovědných za skladování živin. Sekrece IGF se nezvyšuje při rostoucím příjmu krmiva. Zatímco stimuly pro uvolnění inzulinu jsou rychlé a působení inzulinu krátkodobé, vyžaduje řízení IGF kontinuální stimulaci (až několikadenní), aby mohlo dojít k uskutečnění buněčného cyklu a diferenciaci. Pokud by docházelo ke změnám účinku IGF-I tak rychle, jako u inzulinu, nemohlo by patrně docházet k úplnému dokončení procesů, řízených hormonem IGF-I.
Ostatní hormony
Kontrola hladiny IGF-I je zajišťována více faktory, zohledňujícími environmentální a metabolický status a podílí se na ní STH, inzulin, thyreoidní hormony a glukokortikoidy a to nejen jednotlivě, ale i svým společným působením. Klíčovým regulátorem cirkulující koncentrace IGF-I v krevní plazmě je STH, který stimuluje sekreci IGF-I. Inzulin, sám klesající při hladovění, svým poklesem způsobuje i pokles koncentrace IGF-I, což následně vede k potlačení hypertrofického růstu a procesů buněčné diferenciace. Pro optimální produkci IGF-I je vyžadována normální koncentrace glukokortikoidů. Vzestup hladiny glukokortikoidů vyvolává pokles sekrece IGF-I a následně tělního růstu. To umožňuje, že po dobu působení stresových vlivů nejsou živiny využívány na hyperplazii a diferenciaci buněk, ale pro jejich záchovu. Hormony T3 a T4 stimulují sekreci IGF-I. Tento hormon synergicky s T3 a T4 podporuje transport živin do buněk. IGF-I a IGF-II jsou také významnými determinátory vývoje plodu. IGF-II se podílí na řízení fetálního vývoje, jeho sekrece stoupá v období porodu, po něm klesá.. Schopnost organismu matky zajistit zásobování plodu živinami je závislá na dostupnosti živin pro mateřský organismus, jejím fyziologickém statusu a hodnotě BCS matky, avšak signály k vlastnímu růstu plodu jsou prostřednictvím fetální cirkulace zajišťovány právě účinkem hormonů IGF-II. Vlastní aktivita IGF-I moduluje (nejméně) 7 vázaných proteinů (IGFBPs). Systém IGF je považován za extrémně komplexní, jeho funkce jsou dále studovány.
Koncentrace hormonů trijodthyroninu (T3) a thyroxinu (T4) ovlivňují zejména úroveň proteosyntézy v kosterní svalovině. Při jejich nízké koncentraci v krvi se syntéza bílkovin snižuje, při jejich zvýšené koncentraci roste úroveň inkorporace (zapojení) aminokyselin do svalové hmoty. Prolaktin a placentární laktogen mají účinek podobný STH.
Progesteron, jehož koncentrace se zvyšuje u vysokobřezích dojnic, ale klesá v období krátce před porodem, se může chovat jako antagonista inzulinu. Způsobuje pokles fosforylace glukózy do glukózo-6-fosfátu a tím snižuje její využití.
MVDr. Miloslav Skřivánek, CSc.
VFU Brno
