Régulation de la cétogenèse et interaction avec la néoglucogenèse

plutôt qu'en corps cétonique comme dans l'épithélium ruminal.

Une autre explication possible est qu'il y ait bien production de BHBA par les tissus drainés par la veine mésentérique mais que cette production soit inférieure à l'utilisation du BHBA artériel par ces mêmes tissus.

En effet, comme le C2, le BHBA extrait des tissus drainés par la veine mésentérique peut être oxydé ou incorporé dans la graisse mésentérique (Bergman et Wolff, 1971). De même, Katz et Bergman (1969a) ont observé une utilisation nette du BHBA par l'ensemble des TDVP chez des brebis gestantes à jeun. Ainsi, d’après Reynolds et Huntington (1988), la production nette de BHBA par les TDVP serait attribuable totalement aux tissus non mésentériques (en particulier les pré-estomacs) chez les bovins.

La cétogenèse ruminale est régulée. L’augmentation de la concentration de C4 dans le milieu d'incubation induit une diminution de la proportion du C4 oxydé et une augmentation

L’addition de C3 dans le milieu n’aurait pas d’effet anti-cétosique dans l’épithélium

ruminal, alors que cet effet inhibiteur est clair dans le foie (Bush et al. 1970). A l’inverse,

Baldwin et Jesse (1996) ont rapporté une augmentation de la production de BHBA à partir du C4 lorsque du C3 était ajouté au milieu d’incubation.

Le C2 semble avoir des effets opposés, et lorsque des cellules épithéliales ruminales sont incubées avec les trois AGV, la production de BHBA à partir du C4 semble être le résultat des effets antagonistes du C3 et du C2. In vivo, l’augmentation du niveau de C3 absorbé, entraîne une diminution de la production de BHBA par les tissus non-mésentériques alors que la quantité de C4 métabolisée ne semble pas affectée (Seal et Parker, 1994), suggérant ainsi un effet anti-cétogénique du C3.

2.3. Influence de l'alimentation et des infusions sur l’absorption

Un régime riche en concentrés entraine une augmentation de la concentration artérielle en BHBA par rapport à un régime à base de luzerne (Reynolds et Huntington, 1988). Cette augmentation n'est pas observée au niveau de l’ANP ou en veine mésentérique.

Elle pourrait être due à une augmentation de la cétogenèse hépatique et/ou à une diminution de l'utilisation du BHBA artériel.

Krehbiel et al. (1992) ont observé, sur des bœufs Holstein recevant des infusions ruminales de C4, qu'une augmentation du C4 ruminal entraînait une augmentation des concentrations artérielles en C4 et en BHBA et de l’ANP de C4, associée à une augmentation de l’ANP d'acétoacétate, mais pas de BHBA. Weigand et al. (1972) ont suggéré que le système enzymatique associé à la cétogenèse ruminale pouvait être saturé, ce qui pourrait expliquer ces résultats. Kristensen et al. (2000c) ont obtenu des résultats similaires sur des brebis recevant des infusions ruminales de C4 ou de C4 + C3, à savoir une augmentation de la concentration artérielle en C4 et en BHBA, sans modification de l’ANP de BHBA mais les hypothèses émises sont différentes. Kristensen et al. (2000c) suggèrent en effet que contrairement à ce que le suggère le flux net, il y a bien eu augmentation de l’ANP de BHBA, induisant une augmentation de la concentration artérielle en BHBA probablement contrebalancée par une augmentation simultanée du métabolisme du BHBA artériel par les TDVP. Ainsi, ils concluent en suggérant qu'il existe bien une capacité limitée de l'épithélium ruminal à la cétogenèse mais que cette capacité est supérieure à celle proposée précédemment. Ainsi, le BHBA est un corps cétonique principalement produit à partir du C4 par l’épithélium ruminal, chez l’animal nourri, en BE positif.

Le taux de production ruminale du BHBA et son apparition portale sont principalement affectés par la disponibilité en C4.

La régulation de la cétogenèse ruminale reste encore soumise à discussion, mais il semblerait que le profil en AGV impacte la formation du BHBA à partir du C4.

De ce fait, les quantités de C4 disponibles, le niveau d'ingestion de la MOF et la composition du régime alimentaire pourraient être des pistes pour prédire la production, voire l’ANP du BHBA.

3. LE GLUCOSE

Les organes émetteurs de glucose sanguin sont le foie, l'intestin et le rein. Le foie est quantitativement le plus important producteur de glucose chez les ruminants. Il participe à hauteur de 85 - 90 % au turnover total de glucose chez les animaux alimentés avec des régimes riches en fourrages (Bergman et al., 1970). Avec ces régimes, l’ANP du glucose est négligeable, car de faibles quantités d’amidon échappent aux fermentations ruminales et sont absorbées sous forme de glucose. Le glucose est de plus fortement métabolisé par les TDVP.

3.1. Digestion intestinale de l’amidon et rendement en glucose

Avec des régimes riches en amidon lentement dégradable, l’amidon échappant à la dégradation ruminale peut atteindre 9 g/j/kg PV (Mc Carthy et al., 1989), c'est-à-dire 75% de l’amidon ingéré (Crooker et al., 1999; VanVuuren et al., 1999). L’amidon entrant dans le

duodénum est soumis à l’activité de l’α-amylase pancréatique, qui hydrolyse l’amylose et

l’amylopectine et les oligomères à 2 ou 3 unités glucose. Les oligosaccharides sont hydrolysés par les oligosaccharidases (maltase, isomaltase) localisées sur la bordure en brosse des microvillosités de la membrane intestinale (Harmon, 1992). La digestibilité de l’amidon dans l’intestin est variable, de 10 à 95% de l’amidon entrant dans le duodénum, mais la majeure partie de la digestion post-ruminale (en moyenne 70%) a lieu dans l’intestin grêle. La quantité d’AMdIG peut atteindre 5 g/j/kg PV (Stock et al., 1987), mais la plupart des valeurs publiées excèdent rarement 3 g/j/kg PV (Nozière et al., 2009).

Plusieurs travaux ont été conduits afin de mettre en évidence les facteurs qui pouvaient limiter la digestion de l’amidon dans l’intestin grêle (revue par Harmon et al., 2004). Kreikemeier et al. (1990) et Walker et Harmon (1995) ont mis en évidence le manque de réponse adaptative du pancréas des ruminants à une augmentation de l’amidon intestinal, suggérant ainsi que l’activité de l’amylase pancréatique pourrait être limitante alors que la sécrétion pancréatique d’amylase répond à la quantité d’énergie ingérée (Harmon, 1993). De même, les activités de l’α-glucosidase (maltase et isomaltase) de la bordure en brosse semblent présenter de faibles réponses aux variations de régime (Janes et al, 1985; Kreikemeier et al., 1990). Ceci peut expliquer l’accumulation d’α-glucoside (principalement disaccharides) dans les digesta iléaux des bovins ayant subit une infusion abomasale de glucose, de dextrines de maïs, ou d’amidon de maïs (Kreikemeier & Harmon, 1995).

Les simulations d’un modèle mécaniste de la digestion intestinale de l’amidon et de l’absorption du glucose, basés sur les résultats de Kreikemeier et al. (1991), suggèrent que l’amylase est plus limitante que l’activité des oligosaccharidases intestinales dans le processus de digestion (Huntington, 1997). Une augmentation des sécrétions pancréatiques (incluant l’amylase) par augmentation des protéines entrant dans le duodénum, améliore la digestibilité de l’amidon dans l’intestin grêle chez le mouton (Taniguchi et al., 1993) et l’ANP du glucose chez le bovin (Taniguchi et al., 1995). Ceci met en évidence que la sécrétion de l’amylase peut être améliorée par augmentation de l’entrée duodénale de protéines. Cependant, à ma connaissance, ceci n’a pas été clairement démontré avec une alimentation conventionnelle. Huntington (1997) souligne que pour être efficace, l’augmentation de la sécrétion d’amylase devrait s’accompagner d’une protection de la dégradation par les enzymes protéolytiques sécrétées simultanément, ou d’interactions positives entre l’amylase et l’amidon. L’étendue de la digestion intestinale de l’amidon peut aussi être limitée par le temps de transit, ou encore par l’exposition de l’amidon aux enzymes de ce compartiment. De larges différences dans la digestibilité post-ruminale sont rapportées en fonction du process auquel est soumis le grain (revue de Huntington, 1997), ainsi que de sa vitrosité (Ramos et al., 2009).

3.2. Absorption du glucose et apparition en veine porte

Chez les moutons et les bovins l'absorption de glucose est plus élevée après une infusion abomasale de glucose qu'après une infusion abomasale d'amidon (Huntington, 1986; Kreikemeier et al., 1991). Ainsi, ce serait le processus d’hydrolyse de l'amidon qui limiterait l’absorption de glucose, et non la capacité d'absorption de l’intestin.

Le transport de glucose s’effectue essentiellement par transport actif Na-dépendant (Kreikemeier et Harmon, 1995; Krehbiel et al., 1996), et dans une moindre mesure (< 20%, Huntington 1997) par absorption passive paracellulaire. Parallèlement à ce qui a été observé pour l’absorption, Huntington (1986) a montré que la récupération nette portale de glucose est

Cependant, quand le ruminant dispose d’une ration concentrée, l’absorption du glucose

par l'intestin peut atteindre30 % du turnover du glucose total (van der Walt et al., 1983).

Les TDVP peuvent ainsi utiliser de 6 à 36% du glucose produit dans l'organisme. Le glucose peut être oxydé dans l'épithélium du rumen ou converti en lactate dans la muqueuse intestinale (Britton et Krehbiel, 1993).

Janes et al. (1985) ont montré que les TDVP utilisent principalement le glucose d'origine artérielle. Balcells et al. (1995) ont confirmé ces observations en infusant du glucose dans la veine jugulaire de moutons adultes. Ils ont ainsi obtenu une augmentation de l'utilisation du glucose par les TDVP de 94%. Cependant, dans les mêmes conditions Piccioli-Capel1i et al. (1997) n'ont observé aucune modification de l'utilisation du glucose. Dans l'étude de Balcells et al. (1995) le turnover du glucose a augmenté de 114%, alors que dans le travail de Piccioli- Capelli et al. (1997) l'augmentation a été plus faible (40%) et a été associée à une production endogène de glucose plus faible. Ces résultats suggèrent que la quantité de glucose utilisée par les TDVP dépend du turnover du glucose et plus particulièrement de la production endogène de glucose. Toutefois dans les 2 études la proportion de glucose utilisé par les TDVP n'a pas été modifiée et correspond en moyenne à 32 % de la production totale.

Régulation du prélèvement de glucose par le tube digestif

L'utilisation du glucose par les TDVP semble aussi dépendre de la disponibilité d'autres substrats énergétiques, en particulier des AGV Une augmentation des concentrations ruminales de C2 in vitro ou in vivo semble réduire l'utilisation du glucose par l'épithélium ruminal (Harmon, 1986; Seal et Parker, 1994). Le C2 oxydé épargne ainsi le glucose. De la même façon, une infusion intra ruminale de C3 (0.5 et 1 mol/j) chez des bovins en croissance réduit l'utilisation du glucose par les TDVP de 57% et de 61 % (Seal et Parker, 1994). Dans ce cas, le C3 peut être oxydé ou converti en lactate pour épargner le glucose (Harmon, 1986).

Le C3 peut aussi avoir un effet sur la production endogène de glucose et donc sur son utilisation (Seal et Parker, 1994). De même, Bergman et al. (1974) ont montré une augmentation de 16 à 22% de la proportion de glucose utilisé par les TDVP chez des moutons à jeun par rapport à des moutons à l'entretien recevant du foin. Ceci confirme l'hypothèse selon laquelle la proportion de glucose utilisé par les TDVP dépend de la disponibilité en substrats énergétiques dans le tube digestif.

Ainsi, 2 mécanismes interviennent dans la régulation de l'utilisation de glucose par les TDVP: La production endogène de glucose qui semble contrôler de façon directe la quantité de glucose utilisée mais qui n'a pas d'effet clair sur la contribution des TDVP à l'utilisation de

glucose et, l'apport de substrats énergétiques au niveau du tube digestif qui peut épargner le glucose et réduire la contribution des TDVP à l'utilisation de glucose (Majdoub, 2002).

3.2.2. Répartition du glucose entre les voies métaboliques :

Le glucose prélevé par l'épithélium du rumen est soit oxydé, soit converti en lactate.

Harmon (1986) a montré in vitro que respectivement 40 et 30% du [U14C]-glucose est oxydé

ou converti en lactate dans l'épithélium ruminal de bovin incubé avec 3 mM de glucose. Harmon et al. (1991) ont obtenu une proportion de glucose oxydé de 66% et une conversion en lactate de 40% dans l'épithélium ruminal de bovin incubé avec 20 mM de glucose. A l'inverse des monogastriques où le lactate représente le principal produit du métabolisme du glucose (Harmon, 1986), chez le ruminant il semble que le glucose soit proportionnellement plus oxydé. Toutefois, la part de glucose convertie en lactate dans le foie reste importante, et confirme l'hypothèse d'un métabolisme relativement faible du C3 dans l'épithélium ruminal. L'oxydation du glucose ou sa glycolyse aérobie ne semble pas être modifiée par l'apport de substrats énergétiques, à l'exception du C3 (25mM) qui réduit la proportion de glucose oxydé de 29% et augmente la proportion de glucose converti en lactate de 195% (Harmon, 1986).

Ainsi, le glucose apparaissant en veine porte est principalement issu de l’AMdIG, et donc de l’amidon échappant aux fermentations ruminales. Ces quantités sont très variables, et peuvent atteindre plus de 50% de l’amidon ingéré. L’apparition nette du glucose en veine porte est toutefois généralement plus faible que la quantité de glucose absorbée, en raison d’une forte utilisation du glucose par la paroi du tube digestif.

Ainsi, il semble intéressant d’étudier si les quantités d’amidon échappant aux fermentations ruminales (« by pass ») ou digérées dans l’intestin grêle, pourraient permettre de prédire quantitativement l’apparition en veine porte du glucose. Cette étape pourrait de plus permettre de quantifier le besoin basal en glucose du tube digestif avec des régimes sans amidon « by pass ». D’autre part, pour une même quantité d’AMdIG, la diversité des rations présentes dans une base telle que FLORA pourrait permettre de dissocier les effets respectifs du niveau d’ingestion et de la nature de l’amidon sur la disponibilité du glucose en veine porte.

Figure 11 : Représentation du métabolisme du lactate dans un modèle dynamique du rumen (Dijkstra et al., 2002)

4. LE LACTATE

L'acide lactique a une signification particulière pour le ruminant, car il est associé non seulement au métabolisme intermédiaire mais également à la nutrition et à la digestion. Des quantités importantes d'acide lactique sont ingérées par les ruminants lorsqu'ils sont alimentés avec des ensilages. De plus, l'acide lactique est produit dans le rumen à partir de la fermentation des glucides alimentaires par les micro-organismes, mais en général l’équilibre entre les populations productrices et utilisatrices de lactate ne permet pas l’accumulation d’acide lactique dans le rumen. Celui-ci peut toutefois se produire suite à une production rapide d'acide lactique occasionnée par un apport massif de glucides rapidement fermentescibles (acidose lactique).

4.1. Sources exogènes et production endogène d'acide lactique 4.1.1. Sources exogènes de lactate

Les ensilages représentent une source exogène importante de lactate pour les ruminants. Les sucres, les hémicelluloses, et les acides organiques des ensilages sont fermentés dans des conditions anaérobies en lactate par des bactéries (Barnett, 1954; Langston et al., 1962). De plus petites quantités d'acide formique, acétique, propionique, butyrique, et succinique, sont également produites (Archibald, 1953; Barnett, 1954). La teneur en lactate de l'ensilage varie en fonction de sa composition botanique et des processus d'ensilage. Généralement, le lactate représente de 2 à 10% de la teneur en MS des ensilages de bonne qualité (Shearer et Cordukes, 1962) mais il peut représenté de moins de 1% à plus de 16% de la teneur en MS. Les bovins alimentés exclusivement avec de l'ensilage peuvent ainsi ingérer près de 1 kg de lactate par jour. Les deux types d'isomères du lactate (D-) et (L+) ont été rapportés dans les ensilages (Barnett, 1954) dans des proportions variées.

4.1.2. Production ruminale:

La principale voie de fermentation du glucose en lactate dans le rumen semble être la voie glycolytique du pyruvate avec la réduction du pyruvate en lactate alors que le shunt du monophosphate d'hexose semble être d'importance mineure (Wallnofer et al., 1966). Le fructose, sucrose et lactose, trouvés sous forme libre dans les rations ou issus de l'hydrolyse de composés complexes sont également fermentés en lactate (Phillipson et McAnally, 1942; Krogh, 1959). Quelques bactéries produisent du lactate comme produit terminal de la fermentation de la cellulose, des fibres ou de l'amidon (Figure 11).

Une concentration ruminale constante de lactate reflète des taux d'utilisation et de production proches. Sous certaines conditions le lactate peut s'accumuler, suite à des combinaisons d'augmentations ou de diminutions des taux de production et d'utilisation du lactate. Cette situation de déséquilibre conduit à une acidose lactique.

4.1.3. Production intestinale:

La production de lactate dans le gros intestin des bovins a été démontrée par Ward et al. (1961). Chez les agneaux des proportions élevées de grain ont tendance à augmenter les concentrations caecales en lactate par rapport aux régimes avec des proportions élevées de fourrage (De Gregorio et al., 1982). De même, chez les bovins la concentration en lactate du caecum augmente avec la proportion de concentré du régime (Sicilliano-jones et Murphy, 1989). Récemment, Ewaschuk et al. (2004) ont montré que la production de lactate se produisait principalement dans le gros intestin chez les veaux diarrhéiques. Cependant, l'importance quantitative du gros intestin dans la digestion est difficile à mesurer et les quantités et la fréquence d'occurrence du lactate dans cette région du tractus sont inconnues.

4.1.4. Production salivaire :

La sécrétion de lactate dans la salive a été rapportée mais il est cependant peu probable que le lactate salivaire apporte une contribution significative à la concentration ruminale, en dépit du débit élevé de la salive chez le ruminant (Annison et Lewis, 1959).

4.2. Différences dans le métabolisme ruminal des isomères du lactate :

Le métabolisme limité du D-lactate comparé à celui du L-lactate résulte de la présence des enzymes spécifiques et de leur emplacement dans la cellule. La lactate déshydrogénase pour l'acide L-lactique est située dans le cytosol, ce qui facilite son oxydation en pyruvate, qui peut aisément traverser la membrane mitochondriale. L'enzyme responsable de l'oxydation du D-

4.3. Métabolisme par les tissus drainés par la veine porte et absorption

Le L-lactate est l'isomère prédominant dans le rumen et la proportion de D-lactate augmente généralement avec des pH inférieurs (Giesecke et Stangassinger, 1980). Cependant, le rapport ruminal des 2 isomères ne reflète pas la production en raison de l'interconversion catalysée par la lactate racémase produite par certaines bactéries utilisatrices de lactate (Asanuma et Hino, 2002). Il peut également y avoir une différence dans les taux d'absorption des 2 isomères avec l'ANP du L-lactate généralement plus grande que celle du D-lactate (Harmon et al., 1985).

4.3.1. Absorption ruminale :

Le lactate quitte le rumen par absorption à travers la paroi, et via le transit du liquide ruminal vers la caillette et l'intestin grêle où il peut également être absorbé (Heuter et al., 1956; Pfauder et al., 1956; Dunlop et Hammond, 1965). Son taux d’absorption est cependant plus faible que celui des AGV (Sündermann, 1986). Chez le mouton des variations de pH de 6,7 à 4,5 entraîneraient une diminution de l’absorption du lactate (Sündemann, 1986) mais Williams et MacKenzie (1965) n’ont pas observé d'effet d’une diminution du pH de 7,5 à 5.

Les valeurs normales de la concentration en lactate chez le ruminant varient entre 0,5 et 2,0 mM dans le sang et entre 1 et 20 mM dans les fluides ruminaux. Konggaard et Simesen (1968) ont mis en évidence une large augmentation du lactate dans tous les compartiments après l'ingestion de grandes quantités de sucres de betterave. Les pics de concentration ont atteint 150 mM dans le rumen, 140 mM dans l'urine et 11 mM dans le sang, indiquant un turnover rapide et une excrétion immédiate du lactate dans l'urine.

Moller et al. (1997) ont obtenu in vitro une augmentation linéaire du flux de L-lactate à travers la paroi ruminale suite à des augmentations des concentrations ruminales en lactate de 2 à 20 mM. Ces données impliquent un flux passif de protons régulé par la loi d'action de masse du L-lactate à travers la paroi du rumen dans ces conditions expérimentales. Ces résultats n'ont pas mis en évidence de capacité limitée de l'épithélium ruminal au transport du lactate contrairement à ce qu'avait indiqué Dobson et Phillipson (1968) à faible pH. Ces données suggèrent que l'épithélium ruminal a une forte capacité à absorber le L-lactate par diffusion passive, mais à des taux plus faibles que les AGV. Sa capacité d'absorption semble toutefois régulée par le pH.

4.3.2. Absorption intestinale :

Zhaokun et Youqing (2002) ont montré sur des moutons anesthésiés que le L et le D lactate étaient absorbés par le duodénum, le jéjunum, et l'iléon. Ils ont mis en évidence que les taux d'absorption moyens des acides D et L-lactique étaient presque identiques dans les 3

tissus de l'intestin grêle (0,14; 0,14 et 0,11 mol/cm2

Ainsi, il semblerait donc possible de prédire quantitativement l’ANP du lactate à partir des quantités de C3 et/ou de glucose absorbés, donc à partir des quantités d’amidon digérées dans le rumen et/ou dans l’intestin.

/min, pour le duodénum, le jéjunum, et l'iléon, respectivement). Ils ont montré un rapport curvilinéaire entre la concentration en lactate et son taux d'absorption et qu'une diminution du pH et de la pression osmotique avaient comme conséquence une augmentation de l'absorption du lactate dans l'intestin grêle.

La quantité de lactate produit par les fermentations ruminales (ou apporté par les