Cengiz ATAŞOĞLU1 İsmail Yaman YURTMAN1
Glikoz, rumene giren karbonhidratların uçucu yağ asitlerine dönüşümü sırasında açığa çıkan bir ara ürün niteliğinde
olup, normal yemleme koşulları altındaki rumen glikoz konsantrasyonu gayet düşüktür (0.7 mmol/L). Buna karşın,
enerjice zengin yemleme koşulları altında rumen glikoz konsantrasyonu önemli düzeyde artmaktadır (12 mmol/L). Bu
koşullar altında rumende açığa çıkan glikoz rumen epitelyumunda yer alan ve glikoz taşınmasından sorumlu “Sodyuma
bağlı Glikoz Taşıyıcısı-1” (SGLT-1) aracılığı ile rumen lumeninden kana taşınmaktadır. Rumen epitelyumundan glikoz
emilimi ruminant hayvanın enerji metabolizmasını olumlu yönde etkilemesinin yanında, enerjice zengin yemleme
koşulları altında şekillenen ve hayvan sağlığı-refahını olumsuz yönde etkileyen laktik asidoz riskini azaltıcı bir özelliğe
de sahiptir. Rumen epitelyumunda yer alan SGLT-1 aktivitesinin kontrolüne ait mekanizmaların aydınlatılmasına yönelik
olarak yapılan çalışmalardan elde edilen bulgular, SGLT-1 aktivitesinin bazı önemli metabolik hormon(lar) (epinefrin)
tarafından düzenlendiğini ortaya koymaktadır. SGLT-1 aktivitesinin kontrolünde endokrinal mekanizmalarının yanı sıra,
epitelyumun kan yönünde yer alan ve glikoza duyarlı algılayıcı bir mekanizmanın da etkili olabileceği diğer bazı
araştırmalar sonucunda tespit edilmiştir. SGLT-1 aktivitesinin kontrolünde rol oynayan metabolik hormonlar ve
substratlar konusunda gelecekte yapılacak olan çalışmalar, ciddi düzeylerde ekonomik kayıplara neden olan laktik
asidoz sorununun çözümüne katkı sağlayarak ruminantlara dayalı üretim sektörünü olumlu yönde etkileyecek
potansiyele sahiptir.
Anahtar Kelimeler: rumen, glikoz, SGLT-1, laktik asidoz, substrat, hormon
Glucose Absorption from the Rumen and Lactic Acidosis
The concentration of intraruminal glucose, which is an intermediate in the breakdown of carbohydrates into volatile fatty
acids, is quite low under conventional feeding conditions (0.7 mmol/L). On the other hand, intraruminal glucose
concentration rises to significant levels under energy rich feeding conditions (12 mmol/L). Under such conditions,
glucose which appears during carbohydrate fermentation in the rumen is taken up by Sodium-dependent Glucose
Transporter-1 from the rumen side to blood. Glucose transport from the rumen via SGLT-1 not only affects the energy
metabolism of ruminant animals but also counteracts the risk of lactic acidosis, which often occurs under energy rich
feeding conditions and which causes considerable health-welfare problems in ruminants. The studies that were
undertaken to elucidate regulatory mechanisms of ruminal SGLT-1 demonstrated that SGLT-1 can be regulated by
hormone(s) (epinephrine). In addition to the regulatory effect of endocrinal system, some studies also indicated
substrate regulation of SGLT-1 by various sugars present on the serosal side via a sugar-sensing mechanism. Future
studies aiming at investigating possible beneficial effects of metabolic hormones and substrates have certainly
enormous potential to solve lactic acidosis problem and hence improve the productivity of ruminant-based production
systems.
Key Words: rumen, glucose, SGLT-1, lactic acidosis, substrate, hormone
Giriş
Rumen içerisinde yüksek miktarda laktik asit
oluşumu ile şekillenen laktik asidoz ruminantlarda
sağlık ve refahı olumsuz yönde etkileyen üretim
sorunlarından birisini oluşturmaktadır. Kolay
fermente olabilir karbonhidratlarca zengin
rasyonlar, bu tip rasyonlara hızlı geçiş, etkin
yapısal karbonhidrat (NDFf) içeriği düşük kaba
yemlerin yüksek oranda kullanımını içeren
yemleme koşulları laktik asidoz riskini artırdığı
bilinen faktörlerdir (Owens ve ark., 1998). Laktik
asidoz besi işletmelerinde ekonomik kayıplara yol
açan rahatsızlıklar içerisinde önemli yer tutuyor
olmasının yanı sıra (Smith, 1998), özellikle laminitis
ile olan ilişkileri bağlamında süt sığırcılığı
işletmeleri açısında da potansiyel sorun kaynağı
teşkil edebilmektedir (Nocek, 1997). Ruminantlar
için olağan kabul edilebilecek yemleme
koşullarında rumende oldukça düşük seviyelerde
rastlanabilen glikozun, kolay sindirilebilir
karbonhidratlarca zengin besleme koşullarında bir
ara ürün olarak önemli miktarlarda açığa
çıkmasının mikrobiyal kompozisyon ve
metabolizma üzerindeki olası olumsuz etkilerine
dikkati çeken Owens ve ark. (1998), rasyon kaba
yem içeriğinin artırılması ve nişasta tüketiminin
kontrol altına alınmasını, laktik asidoz ile
sonuçlanacak söz konusu gelişmelerin
önlenebilmesi açısından kullanılabilecek genel
uygulamalar olarak nitelemektedir.
Günümüzde laktik asidoza karşı kullanım
potansiyeline sahip uygulamalar incelendiğinde,
genel olarak etki mekanizmalarının sorumlu
mikroorganizma gruplarının kontrolüne yönelik
olduğu gözlenmektedir. Buna karşın söz konusu
koşullarda konukçu hayvanın geliştirebileceği
adaptif nitelikteki mekanizmalardan yararlanabilme
olasılığı üzerinde fazla durulmamıştır
Enerjice zengin besleme rejimine geçiş sürecinde
rumen duvarında bir takım fizyolojik değişimlerin
yaşandığı; epitel dokunun kalınlaştığı, papilla sayısı
ve yüzey alanının arttığı ve rumene kan akışının
hızlandığı bilinmektedir (Gabel ve ark., 2002). Son
dönemlerde yapılan çalışmalar ile glikozun rumen
duvarından emilimini gerçekleştiren mekanizmalar
konusunda elde edilen bilgiler, laktik asidoz
oluşumunda önemli bir yer tutan serbest glikozun
bu yol ile rumen ortamından eleminasyonunun
potansiyel öneme sahip olabileceğini ortaya
koymaktadır (Aschenbach ve ark., 2000a ve
2000b)
Rumen Fermantasyonu ve Rumen Duvarından
Glikoz Emilimi
Rumen, sığır, koyun, keçi gibi geviş getiren
hayvanlarda sindirim sisteminin en büyük
bölümünü oluşturmaktadır. Büyük bir fermantasyon
ünitesi yapısına sahip olan rumende
karbonhidratlar mikrobiyal bir etki sonucu “asetik”,
“propiyonik” ve “bütirik asit” adı verilen “uçucu yağ
asitleri” yanında CO2, metan ve H+ gazlarına
dönüşmektedirler. Karbonhidratların rumende
yüksek düzeyde bir mikrobiyal etkiye maruz
kalmaları glikozun fermantasyon esnasında açığa
çıkan bir ara ürün olmasına neden olmaktadır
(Russell ve Gahr, 2000). Bu nedenle rumen glikoz
konsantrasyonu genellikle düşük bir değere (<0.7
mM; Kajikawa ve ark., 1997) sahip bulunmaktadır.
Bu durum yakın bir geçmişe kadar rumen
duvarından glikoz emiliminin önemli düzeyde
gerçekleşemeyeceği düşüncesinin bilim adamları
arasında hakim olmasına neden olmuştur. Fakat
bazı araştırıcılar rumende kolay parçalanabilir
karbonhidratlarca zengin bir yemleme durumunda
rumen glikoz konsantrasyonunun 12 mM düzeyine
kadar yükselebileceğini ve rumen duvarından
glikoz emiliminin gerçekleşebileceğini ileri
sürmüşlerdir (Ganter ve ark., 1993).
Rumen duvarından glikoz emilimi konusunda
yapılan ilk çalışmalarda ele alınan yaklaşımlar
temelini ince barsak mukozasından glikoz
emiliminde yer alan mekanizmalardan almıştır.
Çünkü ince barsak mukozasından glikoz
emiliminde yer alan mekanizmaların
aydınlatılmasına yönelik geniş kapsamlı çok sayıda
araştırmalar bir çok araştırmacı tarafından
yürütülmüş ve bu konuda önemli düzeyde bir bilgi
üretimi gerçekleşmiştir (Ferraris, 2001).
İnce barsak mukozasından glikoz emilimi iki
aşamada gerçekleşmektedir (Şekil 1). İlk aşamada,
ince barsak lumeninde sindirim sonucunda açığa
çıkan glikoz molekülleri lumenden epitel hücre
içerisine “Sodyuma Bağlı Glikoz Transporter –
SGLT-1” adı verilen bir proteinin rol aldığı
mekanizma sayesinde taşınmaktadır. Epitel hücre
içerisine alınan glikoz ikinci aşamada GLUT-2 adı
verilen bir başka taşıyıcı proteinin işleve sahip
olduğu farklı bir mekanizma aracılığı ile hücre
içerisinden kana iletilmektedir (Shirazi-Beechey,
1996
Aschenbach ve ark. (2000a) tarafından yürütülen
bir araştırmada, moleküler teknikler kullanarak
klonlama yolu ile elde edilen SGLT-1 proteini ile
ince barsakta görev alan SGLT-1 proteininin
yapısal özellikleri incelenmiştir. Moleküler düzeyde
%100 oranında bir benzeşmenin saptandığı
çalışmada, ruminal SGLT-1 in fonksiyonel olduğu
ve rumen ortamından kana glikoz taşınmasında
aktif olarak rol oynadığı ortaya konmuştur. Söz
konusu bulgular, önceki yaklaşımların aksine,
mikrobiyal sindirim sonucu rumen ortamında ara
ürün olarak açığa çıkan glikozun tamamı ile uçucu
yağ asitlerine dönüşmediği, bir miktar glikozun
rumen duvarından kana taşındığı (taşınabildiği)
yönündeki tespitleri destekler nitelikte bulunmuştur.
Aschenbach ve ark. (2000b) tarafından yapılan bir
diğer çalışmada, kaba yeme dayalı yemleme
rumen duvarından emilen glikozun günlük
metabolize edilebilir enerji tüketiminin ancak
%<0.1’ini karşılayabileceği ve fizyolojik bir öneme
sahip olamayacağı, buna karşın enerjice zengin
yemleme durumunda rumen duvarından emilen
glikozun günlük metabolize enerji tüketiminin
yaklaşık %4’ünü oluşturabileceği rapor edilmiştir. In
vivo koşullarda gerçekleştirilen bu çalışmada,
intraruminal glikozun yaklaşık %11’inin 30 dakika
içerisinde rumen duvarı tarafından emildiği tespit
edilmiştir
Rumen Duvarından Glikoz Emiliminin Substrat
(şeker) Regülasyonu
Ruminantlarda ince barsak SGLT-1 aktivitesinin
regülasyonu konusunda önemli düzeyde bir bilgi
birikimi bulunmaktadır (Ferraris, 2001). Buna karşın
ruminal SGLT-1 aktivitesinin regülasyonu
konusunda yapılan çalışma sayısı hayli kısıtlıdır.
Ruminal SGLT-1 aktivitesinin regülasyonu
konusunda izlenen deneysel yaklaşımların
kaynağını ince barsak SGLT-1 regülasyonunu konu
alan çalışmalardan aldığını söylemek mümkündür.
Pre-ruminant hayvanlar sütle almış oldukları
laktozu ince barsaklarından salgıladıkları laktaz
enzimi ile glikoz ve galaktoza hidrolize
etmektedirler. Hidroliz ürünü olan bu şekerler
SGLT-1 tarafından ince barsak lumeninden epitel
hücre içerisine, hücre içerisinden de GLUT-2
vasıtasıyla kana taşınmaktadırlar (Ferraris, 2001).
Dolayısı SGLT-1 aktivitesi sütle beslenen
hayvanlarda üst düzeyde gerçekleşmektedir
(Shirazi-Beechey, 1996). Pre-ruminant hayvanların
süt yanında kuru yem tüketmeleri rumen gelişimini
teşvik etmektedir. Rumen gelişiminin uyarılması bu
sindirim bölmesine giren karbonhidratların uçucu
yağ asitlerine dönüşümünü sağlamaktadır.
Rumenin fonksiyonel gelişimine paralel olarak ince
barsağa ulaşan monosakkarit miktarında da önemli
düzeyde bir azalma meydana gelmektedir. Bu
durum aynı zamanda ince barsak enterositlerinde
bulunan SGLT-1 aktivitesi ve protein miktarında
100-500 kat (Shirazi-Beechey ve ark., 1991),
SGLT-1 mRNA miktarında da önemli düzeyde
azalmalara neden olmaktadır (Lescale-Matys ve
ark. 1993).
Koyunların ince barsağına bir kanül vasıtasıyla
değişik şeker veya şeker benzeri substratların 4
gün süresince infüzyon yoluyla verilmesinin SGLT-
1 protein ve aktivitesine etkisinin araştırıldığı bir
çalışmada, substratların SGLT-1 aktivitesinde
önemli düzeylerde artışa neden oldukları tespit
edilmiştir (Dyer ve ark. 1997). Buna karşın şeker
veya şeker benzeri substratların aynı hayvanlarda
dolaşım sistemine infüzyonu benzer bir etkiye
neden olmamıştır. Araştırıcılar bu araştırmadan
elde ettikleri bulgular ışığında ince barsak SGLT-1
aktivitesinde meydana gelen bu artışın epitel
dokuda yer alan hücrelerin lumen tarafına bakan
bölgesinde yer alan bir “şeker algılama
mekanizması” sayesinde uyarıldığı sonucuna
varmışlardır. İnce barsak SGLT-1 aktivitesinin
regülasyonunda rasyon yapısının yönlendirici bir
etkiye sahip olabileceği Shirazi-Beechey ve ark.
(1996) tarafından da vurgulanmaktadır.
Ruminal SGLT-1 aktivitesinin substrat
regülasyonuna ilişkin ilk çalışma Gabel ve
Aschenbach (2002) tarafından yürütülmüştür. Söz
konusu çalışmada koyunların 48 saat süreli aç
bırakılmasının SGLT-1 aktivitesinde önemli
düzeyde bir azalmaya neden olduğu tespit
edilmiştir. Araştırıcılar ruminal SGLT-1 aktivitesinde
meydana gelen bu azalmanın değişik faktörlerden
kaynaklanabileceğini bildirmişlerdir. Hayvanların 48
saat süresince aç bırakılmalarının intraruminal
glikoz konsantrasyonunda önemli düzeyde bir
azalmaya neden olabileceği, bu olaya paralel
olarak SGLT-1 aktivitesinde de benzer bir
azalmanın meydana gelebileceği görüşü
araştırıcılar tarafından ileri sürülen görüşlerden
birisini oluşturmaktadır. Bu görüş ruminal SGLT-1
aktivitesi regülasyonunun yukarıda da belirtilen
ince barsak SGLT-1 aktivitesinin regülasyonuna
benzer bir mekanizma ile kontrol edilebileceği
görüşünü destekler nitelikte bulunmuştur. Bir diğer
görüş ise açlığa maruz kalan hayvanların farklı bir
metabolik strateji ile enerji kullanımlarında belirli bir
kısıtlamaya gitmelerinin SGLT-1 aktivitesinde bir
azalmaya yol açacağı yönündedir. Bilindiği gibi
sindirim sistemi ruminantlarda önemli düzeyde
enerji kullanan bir sistem durumundadır
(Huntington, 1997).
Atasoglu ve ark. (2004) tarafından izole edilmiş
rumen epitel dokusunun in vitro koşullar altında
kullanımını içeren diğer bir çalışmada rumen epitel
dokusu mukozal veya serozal yönde değişik
şekerler ile inkübasyon edilmek suretiyle SGLT-1
tarafından taşınan glikoz miktarı tayin edilmiş ve
konuya ilişkin önemli bulgular elde edilmiştir.
Çalışmada, glikozun mukozal yönde
inkübasyonunun kontrol grubuyla
karşılaştırıldığında SGLT-1 tarafından taşınan
glikoz miktarına herhangi bir etkisinin olmadığı
bulunmuştur (Çizelge 1). Buna karşın glikozun
serosal yönde inkübasyonu SGLT-1 tarafından
taşınan glikoz miktarında önemli oranda artışa
neden olmuştur. Bulgular rumen SGLT-1
aktivitesinin ince barsak SGLT-1’ın substrat
regülasyonundan tamamen farklı bir substrat
regülasyon mekanizmasıyla, serozal yöndeki
şekerler tarafından bir “şeker algılama
mekanizması” vasıtasıyla gerçekleştirildiğini ortaya
koymaktadır (Çizelge 1). Aynı çalışmada elde
edilen diğer bulgular bu regülasyon
mekanizmasının aynı zamanda serozal kısımdaki
şeker konsantrasyonuna, bir başka ifade ile plasma
glikoz konsantrasyonuna bağlı olarak kontrol
edildiğini destekler niteliktedir.
Rumen Duvarından Glikoz Emiliminin Hormonal
Regülasyonu
Bazı hormonların değişik hayvan türlerinde SGLT-1
aktivitesine etki ettikleri farklı araştırıcılar tarafından
rapor edilmiştir (Ishikawa ve ark., 1997; Stümpel ve
ark., 1998; Hyun ve ark., 1997; Stümpel ve ark.,
2000). Bu çalışmalarda ince barsak SGLT-1
aktivitesinin başlıca epinefrin, glukagon-37 ve
prostoglandin E2 etkisi ile önemli düzeyde arttığı
bildirilmektedir. Rumen SGLT-1 aktivitesinin
hormonal regülasyonu konusunda şu ana kadar
sadece bir çalışma yürütülmüştür. Aschenbach ve
ark. (2002)’nın in vitro koşullar altında yürüttükleri
bu çalışmada, epinefrin hormonunun Ussing
bölmelerinde inkübe edilen izole edilmiş rumen
epitel dokuya serozal yönde ilave edilmesinin
SGLT-1 aktivitesine olan etkisi araştırılmıştır.
Araştırma bulguları epinefrin hormonunun ruminal
SGLT-1 aktivitesini artırıcı bir etkiye sahip
olduğunu ortaya koymaktadır. Araştırıcılar,
epinefrin hormonunun ilk aşamada adrenerjik
reseptörlerin uyarımını gerçekleştirerek c-AMP
üretimini teşvik ettiğini, hücre içerisinde artan c-
AMP konsantrasyonunun ise sonuçta SGLT-1
aktivitesinin artırmak suretiyle rumen duvarından
daha yüksek miktarda glikoz emiliminin
gerçekleşmesine neden olduğunu belirtmektedirler.
Sonuç ve Öneriler
Ruminal SGLT-1 aktivitesinin regülasyonuna ilişkin
mekanizmaların aydınlatılmasına yönelik olarak
yapılan çalışmalar, SGLT-1 aktivitesinin bazı
metabolik hormonlar ve plazma şeker
konsantrasyonunu içeren ve adaptasyon özelliğine
sahip mekanizmalar tarafından regüle edildiğini
destekler niteliktedir. Günümüzde bu konuya ilişkin
literatürde çok az sayıda araştırma bulunmaktadır.
Bu nedenle ruminal SGLT-1 regülasyonuna ilişkin
yeni ve kapsamlı çalışmalara acilen ihtiyaç
bulunmaktadır. Bu konuda yaşanacak yeni
gelişmeler özellikle ruminant üretim sektöründe
ciddi düzeylerde ekonomik kayıplara neden olan
laktik asidoz sorununun çözümüne katkı
sağlayacak nitelikte gözükmektedir.
Kaynaklar
Aschenbach JR, Bhatia SK, Pfannkuche H ve Gabel G.
2000a. Glucose is absorbed in a sodium-dependent
manner from forestomach contents of sheep. J Nutr. 130:
2797-2801.
Aschenbach JR, Wehning H, Kurze M, Schaberg E,
Nieper H, Burckhardt G ve Gabel G. 2000b. Functional
and molecular biological evidence of SGLT-1 in the
ruminal epithelium of sheep. Am J Physiol Gastrointest
Liver Physiol. 279: G20-27.
Aschenbach JR, Borau T ve Gabel G. 2002a. Glucose
uptake via SGLT-1 is stimulated by β2-adrenoceptors in
the ruminal epithelium of sheep. J Nutr. 132: 1254-1257.
Atasoglu C, Gabel G ve Aschenbach JR. 2004. Bloodborn
substrates can stimulate ruminal sodium-dependent
glucose transporter. Brit J Nutr (basıma kabul edildi).
Dyer J, Barker PJ ve Shirazi-Beechey SP. 1997. Nutrient
regulation of the intestinal Na+/glucose co-transporter
(SGLT1) gene expression. Biochem Biophys Res
Commun. 230: 624-629.
Ferraris RP. 2001. Dietary and developmental regulation
of intestinal sugar transport. Biochem J. 360: 265-276.
Gäbel G, Aschenbach JR. 2002. Influence of food
deprivation on the transport of 3-O-methyl-α-D-glucose
across the isolated ruminal epithelium of sheep. J Anim
Sci. 80: 2740-2746.
Gäbel G, Aschenbach JR ve Müller F. 2002. Transfer of
energy substrates across the ruminal epithelium:
implications and limitations. Anim Health Res Rev. 3: 15-
30.
Ganter M, Bickhardt K, Winicker M ve Schwert B. 1993.
Experimental studies of the pathogenesis of rumen
acidosis in sheep. Zentralbl Veterinarmed. A40: 731-740.
Huntington GB. 1997. Starch utilization by ruminants:
from basics to the bunk. J Anim Sci. 75: 852-867.
Hyun HS, Onaga T, Mineo H ve Kato S. 1997. Responses
of glucose absorption and fructose absorption to
prostaglandin E2 in intestinal loops of sheep. Res Vet Sci.
62: 153-157.
Ishikawa Y, Eguchi T ve Ishida H. 1997. Mechanism of β-
adrenergic agonist-induced transmural transport of
glucose in rat small intestine. Regulation of
phosphorylation of SGLT1 controls the function. Biochim
Biophys Acta. 1357: 306-318.
Kajikawa H, Amari M ve Masaki S. 1997. Glucose
transport by mixed ruminal bacteria from a cow. Appl
Environ Microbiol. 63: 1847-1851.
Lescale-Matys L, Dyer J, Scott D, Fremann TC, Wright
EM ve Shirazi-Beechey SP. 1993. Regulation of the ovine
intestinal Na+-glucose co-transporter (SGLT-1) is
dissociated from mRNA abundance. Biochem J. 291:
435-440.
Nocek JE. 1997. Bovine acidosis: Implications on
laminitis. J Dairy Sci. 80: 1005-1028.
Owens FN, Secrist DS, Hill JW ve Gill DR. 1998. Acidosis
in cattle: A review. J Anim Sci. 76: 275-286.
Russell RW, Gahr SA. 2000. Glucose availability and
associated metabolism. “Ed. JPF D’Mello. Farm Animal
Metabolism and Nutrition”, s. 121-147. Oxon, CAB
International.
Shirazi-Beechey SP. 1996. Intestinal sodium-dependent
D-glucose co-transporter: dietary regulation. Proc Nutr
Soc. 55: 167-178.
Shirazi-Beechey SP, Hirayama BA, Wang Y, Scott D,
Smith MW & Wright EM. 1991. Ontogenic development of
lamb intestinal sodium-glucose co-transporter is regulated
by diet. J Physiol. 437: 699-708.
Smith RA. 1998. Impact of disease on feedlot
performance: A review. J Anim Sci. 76: 272-274.
Stümpel F, Scholtka B ve Jungermann K. 1997. A new
role for enteric glucagon-37: acute stimulation of glucose
absorption in rat small intestine. FEBS Lett. 410: 515-519.
Stümpel F, Scholtka B ve Jungermann K. 2000.
Stimulation by postal insulin of intestinal glucose
absorption via hepatoenteral nerves and prostaglandin E2
in the isolated, jointly perfused small intestine and liver of
the rat. Ann NY Acad Sci. 915: 111-116.
1Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Ziraat Fakültesi Zootekni Bölümü 17020 Çanakkale
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου