Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL)
Farbdopplersonographische Studien zur uterinen Blutversorgung in der zweiten Hälfte der Gravidität bei
laktierenden Holstein Friesian Kühen
INAUGURAL – DISSERTATION Zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin
- Doctor medicinae veterinariae - ( Dr. med. vet. )
Vorgelegt von Juliane Körte
(Bernburg)
Univ. Prof. Dr. agr. Gerhard Flachowsky
1. Gutachter: Univ. Prof. Dr. med. vet. Heinrich Bollwein 2. Gutachter: Univ. Prof. Dr. med. vet. Harald Sieme
Tag der mündlichen Prüfung: 25. Mai 2007
Eine Arbeit des virtuellen Zentrums für Reproduktionsmedizin Niedersachsen
Meinen Meinen Meinen Meinen
großartigen Eltern großartigen Eltern großartigen Eltern großartigen Eltern Ute und Jörn Körte Ute und Jörn Körte Ute und Jörn Körte Ute und Jörn Körte
gewidmet
gewidmet
gewidmet
gewidmet
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung ... 1
2. Literatur ... 3
2.1 Die Gravidität des Rindes ... 3
2.1.1 Wachstum des Fetus ... 3
2.1.1 Die bovine Plazenta... 6
2.1.2 Deckung des Nährstoffbedarfs ... 7
2.1.3 Änderung der Plasmaöstrogenkonzentrationen... 9
2.2 Gefäßversorgung des Uterus ... 11
2.2.1 Arterien ... 11
2.2.2 Venen ... 13
2.3 Uterine Blutflussmessung ... 13
2.3.1 Grundlagen der Dopplersonographie... 13
2.3.2 Gerätetechnologie ... 14
2.3.3 Auswertungsmethoden ... 15
2.3.3.1 Qualitative Auswertung... 15
2.3.3.2 Quantitative Auswertung... 16
2.3.3.3 Semiquantitative Auswertung ... 18
2.3.4 Uterine Blutflussmessung während der Gravidität beim Rind ... 19
2.4 Einfluss maternaler Faktoren auf das Kälbergewicht und den uterinen Blutfluss ... 23
2.5 Einfluss fetaler Faktoren auf das Kälbergewicht und den uterinen Blutfluss ... 26
2.5.1 Anzahl der Feten ... 26
2.5.2 Geschlecht des Feten... 27
2.5.3 Zusammenhang zwischen uterinem Blutfluss und Geburtsgewicht der Kälber ... 28
2.6 Zusammenhang zwischen Plasmaöstrogenen, Geburtsgewicht
der Kälber und uterinem Blutfluss ... 28
3. Material und Methoden ... 30
3.1 Tiere ... 30
3.2 Haltung und Fütterung ... 30
3.3 Versuchsaufbau... 30
3.4 Klinische Untersuchung ... 31
3.5 Gewicht, Laktationsleistung, Trockenstehzeit ... 32
3.6 Sonographische Untersuchungen ... 32
3.6.1 Geräte und Sonden ... 32
3.6.2 Untersuchungen im B – Modus... 32
3.7 Untersuchungen im Doppler – Modus ... 33
3.7.1 Auswertung der Dopplerwellen ... 36
3.7.2 Auswertung des Blutflusses... 37
3.8 Untersuchung der neugeborenen Kälber ... 38
3.9 Blutprobenentnahme und - untersuchung ... 39
3.9.1 Blutprobenentnahme und Plasmagewinnung ... 39
3.9.2 Plasmaöstrogenbestimmung ... 39
3.10 Statistische Auswertung ... 40
4. Ergebnisse ... 43
4.1 Klinische Befunde ... 43
4.1.1 Kühe ... 43
4.1.2 Gravidität und Geburt ... 43
4.1.3 Kälber ... 44
4.1.4 Zuordnung der Kühe nach ihren klinischen Befunden ... 45
4.2 Blutfluss in der A. uterina während der Gravidität ... 49
4.2.1 Allgemeines ... 49
4.2.2 Qualitative Auswertung des Blutflusses... 49
4.2.3 Quantitative und semiquantitative Auswertung des Blutflusses... 50
4.2.3.1 Gefäßdurchmesser ... 52
4.2.3.2 Mittlere maximale Geschwindigkeit... 53
4.2.3.3 Blutflussvolumen... 54
4.2.3.4 Resistance Index ... 55
4.2.4 Variationen der Blutflussparameter... 57
4.2.5 Relative Änderungen der Blutflussparameter ... 58
4.3 Zusammenhang zwischen fetalen Faktoren und uterinem Blutfluss ... 59
4.3.1 Geschlecht der Kälber ... 59
4.3.2 Zwillinge... 60
4.3.3 Geburtsgewicht der Kälber ... 61
4.4 Zusammenhang zwischen maternalen Faktoren und uterinem Blutfluss ... 65
4.4.1 Blutflussvolumen bei schweren und leichten Kühen ... 65
4.4.2 Blutflussvolumen bei Tieren mit hoher und niedriger Milchleistung ... 67
4.4.3 Blutflussvolumen bei Tieren mit langer und kurzer Trockenstehphase... 69
4.4.4 Zusammenhang zwischen Kälbergewicht und Gewicht des Muttertieres und dem uterinen Blutfluss ... 71
4.5 Plasmaöstrogenkonzentration ... 75
5. Diskussion... 79
5.1 Klinische Befunde ... 80
5.2 Änderungen der Blutflussparameter im Laufe des Unter- suchungszeitraums ... 81
5.3 Interindividuelle Variationen der Blutflussparameter... 85
5.4 Zusammenhang zwischen uterinem Blutfluss und fetalen und maternalen Faktoren ... 86
5.5 Uteriner Blutfluss im Zusammenhang mit der Plasmaöstrogen-
konzentration ... 91
5.6 Schlussfolgerungen und Ausblick... 93
6. Zusammenfassung ... 95
7. Summary ... 97
8. Literaturverzeichnis... 99
9. Anhang ... 115
Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen
In dieser Arbeit wurden neben den allgemein üblichen Abkürzungen folgende spezielle Kurzformen verwendet:
A. Arterie
Aa. Arteriae
Abb. Abbildung
B-Bild Brightness-Bild
BFV Blutflussvolumen
BFVges Gesamtblutflussvolumen
bzw. beziehungsweise
cm Zentimeter
CW continuous - wave
D Durchmesser
et al. et alii
FCM Fat Corrected Milk
fÖ freie Östrogenkonzentration
g Gramm
gÖ Gesamtöstrogenkonzentration
GW Graviditätswoche
Hz Hertz
il ipsilateral
kg Kilogramm
kl kontralateral
m Meter
M Median
MAD mittlere absolute Abweichung (Median absolut deviation)
Max. Maximum
min Minute
Min. Minimum
ml Milliliter
mm Millimeter
mod. modifiziert
n Anzahl
nNV nicht Normalverteilt
NV Normalverteilt
p Irrtumswahrscheinlichkeit
pg Pikogramm
PI Pulsatility Index
PRF pulse repetition frequency
PW pulsed - wave
r Korrelationskoeffizient
R. Ramus
RI Resistance Index
S maximale systolische Frequenzverschiebung
s Standardabweichung
Tab. Tabelle
TAMF mittlere maximale Frequenzverschiebung TAMV mittlere maximale Blutflussgeschwindigkeit
U Umdrehung
V. Vena
x arithmetischer Mittelwert
°C Grad Celsius
µl Mikroliter
1. Einleitung
Ziel einer optimalen Jungtieraufzucht ist die stoffwechselstabile Kuh mit einer hohen Einsatz- und Lebensleistung. Für die Entwicklung eines solchen Tieres spielen aber nicht nur post-, sondern auch pränatale Faktoren eine wichtige Rolle (GODFREY u.
BARKER 2000, GODFREY 2002, REDMER et al. 2004). So gehen hohe Geburtsgewichte der Kälber mit hohen Wachstumsraten während der Aufzucht einher (JENKINS et al. 1991), die eine wichtige Grundlage für die spätere Leistung der Kühe darstellen.
Bisherige Studien zur intrauterinen Entwicklung des Kalbes beschäftigten sich neben den Änderungen im fetalen Gewicht vor allem mit dem Anstieg in der uterinen Perfusion, da sich gezeigt hat, dass der steigende Nährstoffbedarf des wachsenden Fetus im Verlauf der Gravidität vorwiegend durch die Zunahme der uterinen Blutzirkulation gedeckt wird (FERRELL u. FORD 1980). Man erhielt durch Kreuzungsversuche an Fleischrindern unterschiedlicher Rassen Hinweise darauf, dass neben den genetischen Faktoren auch der uterine Blutfluss für die Entwicklung des Fetus eine Rolle spielt. Eine höhere Blutversorgung bei Kühen schwerer Rassen führte auch zu einem höheren Geburtsgewicht von Kälbern genetisch leichter Rassen (FERRELL 1991b, 1991a, FERRELL u. REYNOLDS 1992).
Die meisten der Studien zur Blutflussmessung wurden mit invasiven Methoden durchgeführt, wobei aufgrund eben dieser Invasivität die Versuche nur über kurze Zeiträume während der Gravidität erfolgen konnten. BOLLWEIN et al. (2002) etablierten mit Hilfe der transrektal durchgeführten Dopplersonographie erstmals eine nicht-invasive Methode zur Untersuchung der uterinen Gefäße und konnten damit die uterine Perfusion über einen langen Zeitraum an denselben Tieren verfolgen.
PANARACE et al. (2006) beobachteten unter Anwendung dieser Methode wenig später Zusammenhänge zwischen dem uterinen Blutflussvolumen und dem Kälbergewicht.
Ziel der vorliegenden Untersuchungen ist es, den uterinen Blutfluss erstmals an einer repräsentativen Zahl laktierender Holstein Friesian Kühe in der zweiten Hälfte der Gravidität zu bestimmen, um dadurch Hinweise zu erhalten, inwieweit bei Milchrindern individuelle Variationen im Blutfluss bestehen und inwieweit ein Zusammenhang zwischen Reproduktionsstatus der Kühe, Geburtsgewicht der Kälber und dem uterinen Blutfluss gegeben ist.
2. Literatur
2.1 Die Gravidität des Rindes
2.1.1 Wachstum des Fetus
Die elementaren Grundlagen des Wachstums sind Zellvermehrung (Hyperplasie) und Zellvergrößerung (Hypertrophie). Das frühe pränatale Wachstum der Gewebe und Organe ist dabei vor allem durch Hyperplasie gekennzeichnet, was häufig mit Differenzierungsprozessen einhergeht (WINICK u. NOBLE 1965, WITTMANN 2000).
Diese mitogene Aktivität verlangsamt sich zwar mit zunehmendem Alter des Feten, bleibt beim Rind aber über die gesamte Gravidität bestehen (PRIOR u. LASTER 1979). Eine Beeinflussung der fetalen Entwicklung während des hyperplastischen Wachstums führt zu irreversiblen Wachstumsstörungen, während eine Beeinflussung zur Zeit des hypertrophen Wachstums reversibel ist (WINICK u. NOBLE 1966). Somit hat eine Beeinträchtigung der fetalen Entwicklung beim Rind zu jeder Zeit der Gravidität permanente Auswirkungen auf die neonatale Entwicklung (PRIOR u.
LASTER 1979).
Über das Wachstum des Rinderfetus gibt es eine Vielzahl an Studien. Diese wurden vorrangig an Feten geschlachteter Kühe durchgeführt. Übereinstimmend wird angegeben, dass das Gewicht der Frucht im Laufe der Gravidität im steigenden Maße zunimmt und dementsprechend die stärkste Gewichtzunahme im letzten Drittel stattfindet (SWETT et al. 1948, THIELE 1972, EVANS u. SACK 1973, FERRELL et al. 1976, ELEY et al. 1978, PRIOR u. LASTER 1979, REYNOLDS u. REDMER 1995, REDMER et al. 2004).
Am Ende des vierten Trächtigkeitsmonats wiegt der Fetus 800 bis 1000 g (HABERMEHL 1975), das heißt nur 2 % seines im neunten Monat ermittelten Gewichtes (THIELE 1972). Nach der Hälfte der Trächtigkeitszeit erreicht er mit 3 bis 8 kg circa 16 % (BERGMANN 1921, THIELE 1972, HABERMEHL 1975) und am Anfang des achten Trächtigkeitsmonat mit 15 bis 25 kg etwa die Hälfte seines
Geburtsgewichtes (BERGMANN 1921, SWETT et al. 1948, THIELE 1972, HABERMEHL 1975). Dies bedeutet, dass der Fetus sein Gewicht in den letzten zwei bis drei Monaten verdreifacht (KASARI 1994) bzw. ab dem 230. Trächtigkeitstag bis zur Geburt sein Gewicht noch verdoppelt (VAN SAUN 1991).
Das Gewicht des Fetus nimmt nach FERRELL et al. (1976) und REYNOLDS et al.
(1990) in der zweiten Hälfte der Gravidität exponentiell zu. Es kommt nach Ansicht der Autoren zu einer Steigerung im absoluten Gewichtszuwachs bis zur Geburt aufgrund einer ständig größer werdenden Zahl teilungs- und wachstumsfähiger Zellen. Den Zusammenhang zwischen Graviditätstag und fetalem Gewicht beschrieben die Autoren mit Hilfe folgender Exponentialgleichung:
0,99 r²
e W
W = 0 (0,0512−0,0000707t)t = (FERRELL et al. 1976) 0,99
r² 0,463e
W = (0,0802−0,0001452t)t = (REYNOLDS et al. 1990)
W = fetales Gewicht
W0 = initiales Gewicht des Feten (k. A. des Autors) t = Graviditätstage
Dagegen besteht nach BELL et al. (1995), die das fetale Wachstum im letzten Trimester an multiparen Holstein Friesian Kühen untersuchten, ein linearer Zusammenhang zwischen dem Graviditätstag und dem fetalem Gewicht (Abb. 2.1).
Gewicht des Feten [kg]
Graviditätstage
40 60 80
20
260
200 220
180 240 280
0,95 r²
70 0,418x
y = − =
Gewicht des Feten [kg]
Graviditätstage
40 60 80
20
260
200 220
180 240 280
0,95 r²
70 0,418x
y = − =
Abb. 2.1: Zusammenhang zwischen dem fetalen Gewicht und dem Tag der Gravidität (t) bei multiparen Holstein Friesian Kühen (mod. nach BELL et al. 1995).
ELEY et al. (1978) und PROIR und LASTER (1979) beobachteten wiederum ein sigmoides Wachstum des Feten. Der Fetus weist dabei die größten absoluten Gewichtszunahmen um den 230. Trächtigkeitstag mit 220 bis 350 g pro Tag auf.
Diese täglichen Zunahmen verringern sich dann bis zur Geburt um mehr als 50 %.
ELEY et al. (1978) nehmen an, dass diese Abnahme des Wachstums am Ende der Gravidität darauf zurückzuführen ist, dass nicht genügend Nährstoffe die Plazenta für das weitere fetale Wachstum passieren können.
Im zweiten und dritten Trimester erfährt der bovine Fetus eine viel deutlichere Gewichtszunahme als der Uterus und die Plazenta (THIELE 1972, FERRELL et al.
1976, BELL et al. 1995). So macht das Gewicht der Frucht im zweiten Monat zunächst 1 % des Gesamtgewichtes, gebildet aus uteriner und fetaler Masse aus, im vierten Monat 19 % und im neunten Monat 55 % (THIELE 1972, FERRELL et al.
1976). Etwas höhere Werte fanden Bell et al. (1995). Nach ihren Angaben liegt das Gewicht des Fetus am 190. Graviditätstag bei 45 % und am 270. Tag bei 80 % der Gesamtmasse.
2.1.1 Die bovine Plazenta
Die Plazenta des Rindes entspricht vom Typ her, wie bei fast allen Wiederkäuern, der Plazenta multiplex bzw. cotyledonaria (SCHNORR u. KRESSIN 2001). Das bedeutet, dass der Austausch von Nährstoffen zwischen dem gefäßführenden Allantochorion des Feten und dem Endometrium der Kuh vorwiegend auf die Plazentome beschränkt ist. Diese setzen sich aus den maternalen Karunkeln und den sie kappenartig umgreifenden fetalen Kotyledonen zusammen. Die Zotten des Allantochorion wachsen in die Krypten der Karunkeln ein und verzweigen sich in den ersten vier Graviditätsmonaten in deren Gewebe (RÜSSE u. GRUNERT 1993). Die Anzahl der Plazentome bleibt dabei nach abgeschlossener Plazentation mit 80 bis 100 Stück unverändert, sie nehmen jedoch im Laufe der Gravidität noch an Größe zu (BERGMANN 1921, EDWARDS 1965, THIELE 1972, PRIOR u. LASTER 1979, LAVEN u. PETERS 2001). Dabei sind die des graviden Uterushornes größer und schwerer als die des nichtgraviden Hornes (BERGMANN 1921, LAVEN u. PETERS 2001). Nach LAVEN und PETERS (2001) waren die Plazentome nach dem 250.
Trächtigkeitstag im graviden Horn zusammengenommen circa 3000 g schwer und waren durchschnittlich im Querschnitt 8 bis 9 cm groß. Die des nichtgraviden Hornes wogen circa 1000 g bei einem Querschnitt von 5 bis 6 cm.
Das plazentare Gewicht nimmt beim Rind im Verlauf der gesamten Gravidität exponentiell zu. Die absoluten Zunahmen liegen dabei deutlich unter denjenigen des Fetus (FERRELL et al. 1976, FERRELL u. FORD 1980, REYNOLDS et al. 1990). Die Fruchthüllen erreichten beim Deutschen Schwarzbunten Rind mit etwa 2000 g im siebten Monat etwas mehr als die Hälfte (60 %) ihres Endgewichtes, das bedeutet, dass das relative Wachstum bis zu dieser Phase gegenüber dem Fetus beschleunigt war. Danach nahm ihr Gewicht monatlich nur noch um jeweils 26 % zu. Das
Endgewicht der Fruchthüllen im neunten Graviditätsmonat betrug zwischen 3200 und 3400 g (SWETT et al. 1948, BECKER et al. 1950, THIELE 1972).
Während es nach RÜSSE und GRUNERT (1993) keinen Zusammenhang zwischen den Gewichten der Kälber und dem der Fruchthüllen gibt, konnten PRIOR und LASTER (1979) einen hohen Zusammenhang zwischen diesen beiden Parametern beobachten (r = 0,91, p < 0,01). Letztgenannte Autoren fanden außerdem eine hohe Korrelation zwischen den fetalen und uterinen Gewichten (r = 0,95, p < 0,01).
MELLOR (1983) beobachtete bei Schafen eine Korrelation von 0,87 zwischen den Geburtsgewicht der Lämmer und dem Gewicht der Plazenta.
2.1.2 Deckung des Nährstoffbedarfs
Obwohl die Plazenta vorwiegend der Versorgung der metabolischen Ansprüche des Feten dient, zeigt sie beim Rind gerade im letzten Drittel der Gravidität ein deutlich geringeres Wachstum als der Fetus (FERRELL et al. 1976, FERRELL u. FORD 1980, REYNOLDS et al. 1990, REYNOLDS u. REDMER 1995). Beim Schaf findet das hauptsächliche Wachstum der Plazenta sogar nur innerhalb des ersten Trächtigkeitsdrittels statt und sie erreicht ihr maximales Gewicht um den 90.
Trächtigkeitstag. Im Vergleich dazu hat der Fetus am 90. Trächtigkeitstag erst 10 % seines Endgewichtes erreicht (BARCROFT 1946, ALEXANDER 1964, MELLOR 1983). Aus dieser Beobachtung heraus suggerierten HUGGETT und HAMMOND (1952), dass die fetale Entwicklung in späteren Stadien der Gravidität von der bereits in einer frühen Phase der Gestation erfolgten Entwicklung der Plazenta abhänge. So wachse diese in den frühen Stadien der Gravidität über den nötigen Bedarf hinaus, um der gewaltigen Zunahme des Nährstoffbedarfs in den späteren Stadien gerecht werden zu können. Die Autoren weisen aber auch darauf hin, dass diese Aussage vorsichtig zu bewerten sei, da das Gewicht der Plazenta kein exakter Parameter sei, um die eigentliche Funktion der Plazenta, wie die Austauschkapazität, zu beschreiben (HUGGETT u. HAMMOND 1952, MAKOWSKI et al. 1968).
Neuere Studien zeigten, dass die plazentare Transportkapazität mit dem fetalen Wachstum stark ansteigt. So wiesen FERREL und FORD (1980) nach, dass die Konzentrationsdifferenzen in den uteruszuführenden und -abführenden Gefäßen von Glucose, Laktat und α–Aminostickstoff zwischen der Mitte und dem Ende der Gravidität relativ konstant bleiben und zogen daraus die Schlussfolgerung, dass der erhöhte Nährstoffbedarf des Fetus und die daraus resultierende Steigerung des transplazentaren Austausches im Verlauf der Gravidität vor allem durch die Erhöhung des uterinen Blutflusses gedeckt wird. Dieser nimmt nach REYNOLDS und FERREL (1987) in der zweiten Hälfte der Gravidität um das drei- bis fünffache zu.
Da sich die Anzahl der Plazentome nach abgeschlossener Plazentation im Laufe der Gravidität nicht mehr ändert (BERGMANN 1921, EDWARDS 1965, PRIOR u.
LASTER 1979, LAVEN u. PETERS 2001) und das Gewicht und die Größe der Plazentome in der Phase, in der das fetale Wachstum am stärksten ist, nicht mehr signifikant zunimmt (LAVEN u. PETERS 2001), spielen vor allem vaskuläre Prozesse eine sehr wichtige Rolle für die Erhöhung des fetomaternalen Austauschs (REYNOLDS u. REDMER 1995, LEISER et al. 1997). Die Proliferation von plazentaren Blutgefäßen beginnt bereits sehr früh und bleibt, wenn auch in der zweiten Hälfte der Gravidität in nur sehr geringem Ausmaß, über die gesamte Gravidität bestehen (REYNOLDS et al. 1992). Bei Kühen findet diese rapide Proliferation der Gefäße vorrangig in den Plazentomen statt. In der zweiten Hälfte der Gravidität kommt es zu einer progressiven Vergrößerung der uterinen Gefäß- lumina in der Peripherie der Plazentome, in denen der fetomaternale Austausch stattfindet, das heißt in diesem Trächtigkeitsabschnitt sind die vaskulären Veränderungen eher durch die Vergrößerung der bestehenden Gefäße als durch eine Neovaskularisation gekennzeichnet (FORD 1995). Der fetomaternale Austausch steigt dementsprechend nicht nur durch eine Erhöhung des uterinen Blutflussvolumens. Auch der Anteil dieser uterinen Blutzufuhr, der die Plazentome erreicht steigt im Laufe der Gravidität an. So sind es in der frühen Gravidität nur 27 % des uterinen Blutflusses, welche an den Karunkeln und damit an die Orte des fetomaternalen Austausches ankommen, am Ende der Gravidität sind es bereits
82 % (MAKOWSKI et al. 1968, ROSENFELD et al. 1974, MESCHIA 1983). Neben der genetischen Komponente des Feten spielt folglich die uterine Perfusion und die daraus resultierende Versorgung mit Nährstoffen und Sauerstoff für das fetale Wachstum eine wesentliche Rolle (FERRELL 1991b, LANG et al. 2003). Ist diese inadäquat, kann sich das in einem reduzierten Geburtsgewicht widerspiegeln (REYNOLDS et al. 1992, REDMER et al. 2004).
2.1.3 Änderung der Plasmaöstrogenkonzentrationen
Die Synthese graviditätsspezifischer Östrogene findet im fetalen Trophoblastgewebe, das heißt in der Pars cotyledonaria der Plazentome statt (HOFFMANN et al. 1979).
Während der Trächtigkeit finden sich im maternalen Blutplasma v.a. konjugierte Östrogene (HOFFMANN et al. 1979, ROBERTSON u. KING 1979, HOFFMANN et al.
1997). Von diesen macht Estronsulfat mit 62 % den höchsten Anteil aus, gefolgt von konjugiertem Estradiol-17α (37 %) und konjugiertem Estradiol-17β (1 %). Im Vergleich dazu liegen die Spiegel der freien Östrogene (Estron, Estradiol-17α, Estradiol-17β) dagegen nur bei einem Hundertstel bis einem Zehntel niedriger (HOFFMANN et al. 1976, HOFFMANN et al. 1997).
Estronsulfat beginnt zwischen dem 110. und 120. Trächtigkeitstag anzusteigen und nimmt bis zum 210. Graviditätstag auf etwa 4 ng/ml zu. Dann steigt die Konzentration bis zum 270. Graviditätstag sehr steil an und erreicht Werte von 7 bis 13 ng/ml, um anschließend bis zur Geburt auf gleichbleibendem Plateau zu bleiben (HOFFMANN et al. 1997, TAKAHASHI et al. 1997, ZHANG et al. 1999).
Freies Estron steigt ab dem 80. Graviditätstag an und erreicht nach der ersten Hälfte der Gravidität Werte um die 50 pg/ml. Zu einer deutlichen und raschen Zunahme kommt es erst in den letzten 20 bis 30 Tagen bis unmittelbar ante partum. Zu diesem Zeitpunkt werden Konzentrationen von 1700 pg/ml erreicht (HOFFMANN 1993, PATEL et al. 1999). Freies Estradiol-17α und Estradiol-17β sind erst ab zehn Tage ante partum im Blutplasma zu finden (HOFFMANN et al. 1997).
Die biologisch aktiven Östrogene spielen für die Ernährung des Feten eine wichtige Rolle, da sie die Durchblutung von Uterus und Plazenta steigern (RESNIK et al.
1974). Östrogene werden von Peroxidasen in Catecholöstrogene umgewandelt. In dieser Form können sie die Calcium–Kanäle blockieren, wodurch die Erregbarkeit der glatten Muskelzellen herabgesetzt wird, was wiederum zu einer Vasodilatation der arteriellen Gefäße des Uterus führt (FORD 1995).
Der hohe Plasmaspiegel der freien Östrogene unmittelbar ante partum ist daneben für geburtsvorbereitende Funktionen, wie beispielsweise die Reifung der Plazenta, die Erschlaffung des Geburtskanals und die Stimulierung der Myometriumaktivität, unabdingbar (HOFFMANN u. SCHULER 2002). Die biologische Funktion der konjugierten Östrogene bis zur späten Trächtigkeit ist dagegen weitgehend ungeklärt, da sie durch ihre Sulfokonjugation die Fähigkeit am klassischen Östrogenrezeptor zu wirken verloren haben (ROBERTSON u. KING 1979).
HOFFMANN und SCHULER (2002) erhielten in ihren Studien Hinweise darauf, dass durch eine Steroidsulfatase, die beim Rind vor allem im Gewebe der Plazentome zu finden ist, die konjugierten Östrogene in ihre freie Östrogenform umgewandelt werden können und somit an der lokalen Regulation von Wachstum, Differenzierung und Funktionen der Plazentome beteiligt sind.
2.2 Gefäßversorgung des Uterus
2.2.1 Arterien
Der Uterus des Rindes wird von drei Arterien mit Blut versorgt, der A. uterina, dem R.
uterinus der A. ovarica und dem R. uterinus der A. vaginalis (Abb. 2.2), die alle jeweils paarig angelegt sind.
1 2
2a
b a
4
5 6a b
6 3
a Ovar b Uterus
1 Aorta abdominalis 2 A. ovarica
2a R. uterinus 3 A. iliaca interna 4 A. umbilicalis 5 A. uterina 6 A. vaginalis 6a R. uterinus
1 2
2a
b a
4
5 6a b
6 3
a Ovar b Uterus
1 Aorta abdominalis 2 A. ovarica
2a R. uterinus 3 A. iliaca interna 4 A. umbilicalis 5 A. uterina 6 A. vaginalis 6a R. uterinus
Abb. 2.2: Arterielle Blutversorgung des Uterus des Rindes (mod. nach WAIBL u.
WILKENS 1996)
Die A. uterina geht als erstes Gefäß aus der A. umbilicalis hervor, die wiederum dorsal im Bereich des Beckeneingangs aus der A. iliaca interna abzweigt. Die A. uterina zieht beidseits im Ligamentum latum uteri, in welchem sie sich in mehrere Äste aufteilt, zum mesometralen Rand des gleichseitigen Uterushornes. Hier anastomosieren ihre Äste bogenförmig untereinander, kranial mit dem R. uterinus der A. ovarica und kaudal mit dem R. uterinus der A. vaginalis (WAIBL u. WILKENS 1996). Der überwiegende Anteil des arteriellen Blutes wird über die A. uterina
zugeführt (VOLLMERHAUS 1964, GINTHER u. DEL CAMPO 1974). Nach VOLLMERHAUS (VOLLMERHAUS 1964) sind der Ramus uterinus sowohl der A.
vaginalis als auch derjenige der A. ovarica nur unbedeutend an der Blutversorgung der Gebärmutter beteiligt. GINTHER und DEL CAMPO (1974) beschreiben jedoch einen stark ausgebildeten Ramus uterinus der A. ovarica, der die kraniale Hälfte des Uterushornes versorgt und dabei keine Anastomose zur A. uterina ausbildet.
Die A. uterina ist transrektal palpierbar. Bei nichtgraviden Tieren liegt das strohhalmstarke und leicht verschiebliche Gefäß als großbogig geschlängelter Strang der seitlichen Bauchwand im Bereich der Linea terminalis an (VOLLMERHAUS 1964). Bei graviden Kühen erfährt die A. uterina mit fortschreitender Gravidität eine Vergrößerung durch die Zunahme des Lumens und der muskulösen Media. Dabei ist das Lumen der A.uterina multiparer Kühe größer als dasjenige primiparer Tiere (ELLENBOGEN 1929). Ab dem dritten Trächtigkeitsmonat ist sie als prall gefülltes Gefäß mit dem typischen „Uterinschwirren“ fühlbar, welches sich bei rektaler Untersuchung durch Palpation auslösen lässt (DENNHARDT 1905, EDWARDS 1965). Zum Ende der Gravidität ist die Arterie des tragenden Uterushornes etwa fingerstark, die der anderen Seite stellt sich etwas schwächer dar. Sie zieht nun als gestrecktes Gefäß von ihrem Ursprung aus nach kaudal bis zur Portio vaginalis und dann weiter über ventral nach kranial zur Gebärmutter.
Nach der Geburt bildet sich die A. uterina nicht wieder bis zur ursprünglichen Größe vor der Gravidität zurück (ELLENBOGEN 1929, GINTHER u. DEL CAMPO 1974). Je älter das Tier und je öfter es tragend war, desto derber stellt sich das Gefäß dar und um so geschlängelter ist der Verlauf nach Rückbildung (AHLBORN 1920).
LAMOND und DROST (1974) zeigten, dass auch der R. uterinus der A. ovarica in der Trächtigkeit an Größe zunimmt. So stellten sie fest, dass am 40. bis 60. Tag der Gravidiät der Durchmesser des R. uterinus auf der Seite des tragenden Uterushornes um 5,0 mm größer war als auf der anderen Seite.
2.2.2 Venen
Die V. uterina mündet beim Rind in die V. iliaca interna. Das Gefäß ist nur schwach ausgebildet oder fehlt ganz und ist somit funktionell von untergeordneter Bedeutung (VOLLMERHAUS 1964, WAIBL u. WILKENS 1996). Das venöse Blut des Uterus wird zum größten Teil durch den R. uterinus der V. ovarica abtransportiert. Weitere venöse Abflüsse erfolgen über den R. uterinus der V. vaginalis und die V. vaginalis accessoria, zu der es kein arterielles Pendant gibt (LAMOND u. DROST 1974, WAIBL u. WILKENS 1996).
2.3 Uterine Blutflussmessung
Die Dopplersonographie beruht auf dem nach seinem Entdecker, Christian Johann Doppler, beschriebenen Dopplereffekt (DOPPLER 1842). Die physikalischen Grundlagen und die technische Anwendung wurde in den Arbeiten von BAUMGARTNER (1998) und MAYER (1999) ausführlich beschrieben. Im Folgenden soll daher nur auf die wichtigsten Grundlagen der Dopplersonographie, die für das Verständnis dieser Arbeit wichtig sind, eingegangen werden.
2.3.1 Grundlagen der Dopplersonographie
Treffen die von einem piezoelektrischen Kristall entsandten Ultraschallwellen auf sich bewegende Grenzflächen, wie die Membranen von sich bewegenden Erythrozyten, so werden sie reflektiert und erfahren dabei eine Frequenzverschiebung, auch als Dopplershift bezeichnet (DUDWIESUS et al. 1993, MARSAL 1993). Dieser ist von der Sendefrequenz des Schallkopfes, dem Winkel zwischen Schallstrahl und Blutflussrichtung, der Geschwindigkeit des Ultraschalls im Körpergewebe (ca. 1540 m/s) und der Geschwindigkeit des Reflektors abhängig und berechnet sich nach folgender Formel:
c cosα 0 v
f 2 fe f0
fd ⋅ ⋅ ⋅
=
−
=
fd = Frequenzverschiebung = Dopplershift (Hz) f0 = Sendefrequenz des Schallkopfes (Hz) fe = Empfangsfrequenz (Hz)
v = Blutflussgeschwindigkeit (m/s)
α = Winkel zwischen Ultraschallwellen und Richtung des Blutflusses c = Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschalls im Weichteilgewebe
(ca. 1540 m/s)
Die Frequenzverschiebung kann in einem Koordinatensystem in Abhängigkeit von der Zeit als Spektralkurve dargestellt werden (Abb. 2.3). Oberhalb der Nulllinie wird der Blutstrom dargestellt, der zur Sonde hin fließt. Von der Sonde wegströmendes Blut wird unterhalb der Nulllinie angezeigt (DUDWIESUS et al. 1993).
2.3.2 Gerätetechnologie
Der Blutfluss kann mit Hilfe des continuous - wave - Modus (CW - Modus) oder mittels des pulsed - wave - Modus (PW - Modus) gemessen werden. In Dopplerge- räten mit CW - Modus sendet ein Kristall im Schallkopf permanent Schallwellen aus, während ein zweiter Kristall als Empfänger arbeitet. Ein Vorteil dieses Systems liegt darin, dass sehr hohe Blutflussgeschwindigkeiten gemessen werden können. Eine Tiefenselektivität fehlt jedoch, so dass sich die Frequenzveränderungen aller im Schallbereich liegenden Blutgefäße überlagern können (NEILSON 1987, MARSAL 1993, DUDWIESUS 1995). Daher ist diese Untersuchungstechnik nur für oberflächliche und von anderen Gefäßen isoliert liegende Blutgefäße geeignet (LONG et al. 1989). Bei Dopplergeräten mit PW - Modus fungiert ein und derselbe Kristall sowohl als Sender als auch als Empfänger. Es werden nur Schallwellen registriert, die nach einer bestimmten Zeit aus dem selektierten Areal
zurückkommen. Somit ist eine Tiefenselektivität dieses Systems möglich (DUDWIESUS et al. 1993). Ein weiterer Vorteil des PW – Modus ist die Möglichkeit der simultanen Darstellung der Dopplerwellen und des B – Bildes im Real - Time Modus (Duplex – Modus). Damit ist eine exakte Lokalisierung des Messareals durch das Dopplerfenster möglich, so dass vom Untersucher die Gefäße ausgewählt werden können, in denen der Blutfluss gemessen werden soll (PENSEL u.
WARNKING 1993). Im sogenannten Triplex - Modus wird das B – Bild zusätzlich von einem Farbfenster überlagert. Die Größe und Position kann dabei vom Untersucher variiert werden. Innerhalb dieses Fensters wird auf den Dopplerstrahl zuströmender Blutfluss in der Regel rot, und vom Dopplerstrahl wegströmender Blutfluss blau dargestellt. Je heller sich dabei die Farbe darstellt, desto höher ist der Dopplershift (DEANE 1995).
Ein Nachteil des PW – Modus liegt darin, dass er für die Messung höherer Blutfluss- geschwindigkeiten ungeeignet ist (DUDWIESUS et al. 1993, SCHNEIDER 1997).
Der Grund dafür liegt in der „pulse repetition frequency“ (PRF), die angibt in welcher Impulshäufigkeit die Schallwellen gesendet werden. Da die PRF doppelt so groß sein muss um die Wellenform exakt aus den eingegangenen Impulsen zu rekonstruieren, ist die maximal detektierbare Geschwindigkeit begrenzt.
2.3.3 Auswertungsmethoden
Der mit Hilfe der Farbdopplersonographie erfasste Blutfluss kann qualitativ, quantitativ und semiquantitativ bestimmt werden.
2.3.3.1 Qualitative Auswertung
Bei der qualitativen Auswertung werden die Dopplerwellen deskriptiv beurteilt. Dabei wird auf das Vorkommen und die Richtung des diastolischen Blutflusses, auf die Kontinuität des Blutflusses während der Herzaktion und auf das Vorhandensein eines frühdiastolischen Einschnitts („notch“) geachtet. GOSWAMY und STEPTOE (1988) sowie TEKAY et al. (1996) beschreiben dafür verschiedene
Klassifizierungsschemata. Der „notch“ ist nach THALER et al. (1992) eine unmittelbar nach der Systole eintretende Verringerung der Blutflussgeschwindigkeit unter den maximalen Wert der Diastole. Er stellt ein Maß für die Gewebeperfusion dar und wird in der Humanmedizin zur Beurteilung von Risikoschwangerschaften herangezogen. Der „notch“ verschwindet normalerweise im Laufe der Schwangerschaft und wird als Zeichen für die Umwandlung des uteroplazentaren Gefäßbettes in ein System mit niedrigem Widerstand angesehen (RUDELSDORFER et al. 1988).
2.3.3.2 Quantitative Auswertung
Die Blutflussgeschwindigkeit wird durch Umstellung der Dopplergleichung berechnet:
cosα f
2 c v f
0 d
⋅
⋅
= ⋅
fd = Frequenzverschiebung = Dopplershift [Hz]
f0 = Sendefrequenz des Schallkopfes [Hz]
v = Blutflussgeschwindigkeit [m/s]
α = Winkel zwischen Ultraschallwellen und Richtung des Blutflusses c = Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschalls im Weichteilgewebe
(ca. 1540 m/s)
Zunächst werden die maximale systolische Frequenzverschiebung (S), die minimale diastolische Frequenzverschiebung (Min) und die mittlere maximale Frequenzver- schiebung (TAMF = Time Averaged Maximum Frequency Shift) bestimmt (Abb. 2.3).
Dabei ist TAMF definiert als Integral unter der Hüllkurve, die über die Dopplerwelle eines Herzzyklus gelegt wird. Aus diesen Frequenzverschiebungen können dann mit Hilfe oben genannter Formel die entsprechenden Geschwindigkeiten berechnet werden. Es sollten nur solche Dopplerwellen ausgewertet werden, bei denen der Winkel zwischen Blutfluss und Schallwellen unter 60° liegt. Nach DEANE (1995)
verursachen kleine Ungenauigkeiten bei einem Winkel über 60° einen relativ großen Fehler in der Berechnung des Kosinus und damit der Geschwindigkeit.
Unterscheiden sich der vom Untersucher eingestellte Winkel und der tatsächliche Winkel um 5° bei einem realen Winkel von kleiner 10 °, so führt dieses zu einer Fehlerquote von bis zu 2 % bei der Berechnung der Blutflussgeschwindigkeit. Bei einem realen Winkel von 60° beträgt diese Fehlerquo te bereits 12 % (DICKEY 1997).
Das Blutflussvolumen (BFV) errechnet sich aus der mittleren Blutfluss- geschwindigkeit (TAMV = Time Averaged Maximum Frequency Velocity) und dem Gefäßdurchmesser.
Abb. 2.3: Schematische Darstellung einer Dopplerwelle mit der maximalen systolischen (S), minimalen diastolischen (Min), enddiastolischen (D) und maximalen mittleren (TAMF) Frequenzverschiebung während eines Herzzyklus (mod. nach BOLLWEIN et al. 2000).
TAMF D
S
Zeit M
Herzzyklus Frequenzverschiebung [Hz]
TAMF D
S
Zeit Min
Herzzyklus [Hz]
2.3.3.3 Semiquantitative Auswertung
Für die semiquantitative Auswertung werden die winkelunabhängigen Dopplerindices herangezogen, die ein Maß für den in der Peripherie des untersuchten Gefäßes herrschenden Blutflusswiderstand darstellen. Je höher der Wert des Index ist, desto größer ist der Blutflusswiderstand in dem Organ, das von dem untersuchten Blutgefäß versorgt wird. Die am häufigsten verwendeten Indices sind die S/D - Ratio (STUART et al. 1980), der Resistance Index (POURCELOT 1974) und der Pulsatility Index (GOSLING u. KING 1975). In die Berechnungen gehen die maximale systolische (S), die minimale diastolische (Min), die enddiastolische (D) und die maximale mittlere Frequenzverschiebung (TAMF) ein:
S/D - Ratio:
D SD= S
Resistance Index:
S S D RI= −
Pulsatility Index:
TAMF S Min PI= −
S = systolische Frequenzverschiebung [Hz]
D = enddiastolische Frequenzverschiebung [Hz]
Min = minimale Frequenzverschiebung [Hz]
TAMF = Time Averaged Maximum Frequency Shift [Hz]
Die S/D - Ratio und der RI sind gut geeignete Parameter für die Beurteilung kontinuierlicher diastolischer Vorwärtsflüsse. Bei einem diastolischen Null- oder Rückwärtsfluss treten dagegen Probleme bei der Berechnung auf, da die S/D - Ratio
und der RI in solchen Fällen ihren Maximalwert von 1,0 annehmen (FENDEL u.
SOHN 1989). Bei derartigen Blutflüssen sollte der PI bestimmt werden, da bei dessen Berechnung auch die mittlere Geschwindigkeit mit einfließt (VETTER u.
GONSER 1992) und er Werte von -∞ bis +∞ annehmen kann (HOSKINS et al. 1989).
Liegt ein kontinuierlicher Vorwärtsfluss vor, so besteht zwischen den drei Dopplerindices eine hohe Korrelation. Die Berechnung des PI ist in diesem Fall nicht nötig. Zum einen ist die Berechnung aufwendiger, da die mittlere Geschwindigkeit miteinbezogen werden muss, zum anderen bringt die Bestimmung in diesem Fall keinen zusätzlichen Informationsgewinn (THOMPSON et al. 1988).
2.3.4 Uterine Blutflussmessung während der Gravidität beim Rind
BOLLWEIN et al. (2002) untersuchten mit Hilfe der transrektalen Doppler- sonographie bei Kühen die Veränderungen des Blutflusses über den gesamten Verlauf der Gravidität. Sie führten die Studie im Abstand von jeweils 4 Wochen an drei nichtlaktierenden Kühen (zwei Simmentaler, eine Braunvieh) durch. Der Widerstandsindex RI war im ersten Monat mit 0,84 in der ipsilateralen Arterie und mit 0,86 in der kontralateralen Arterie auf etwa gleichem Niveau. Bis zur 28. GW fiel der RI kontinuierlich in beiden Gefäßen um circa 35 % auf 0,54 (ipsilateral) bzw. 0,57 (kontralateral) ab und blieb dann bis zur Geburt relativ konstant. Die Durchmesser der ipsi- und kontralateralen Aa. uterinae waren zu Beginn der Gravidität mit 3 bzw. 4 mm annähernd gleich groß. In der A. uterina, welche das gravide Horn versorgte, war über die gesamte Gravidität eine kontinuierliche Vergrößerung zu beobachten.
Im fünften Monat erreichte das Lumen mit einer durchschnittlichen Größe von 7 mm etwa die Hälfte ihrer Endgröße, die kurz vor der Geburt 13 mm betrug. In der
„nichtgraviden“ A. uterina war erst ab dem 3. Monat der Gravidität eine Vergrößerung des Lumens zu beobachten. Am Ende der Gravidität lag es bei etwa 9 mm.
Die mittlere Blutflussgeschwindigkeit stieg im ersten Drittel der Gravidität zunächst nur langsam an, und zwar in der ipsilateralen A. uterina von 16 cm/s auf 53 cm/s und in der kontralateralen A. uterina von 18 cm/s auf 44 cm/s. Im zweiten Drittel war
dieser Anstieg deutlicher ausgeprägt. In diesem Abschnitt lagen die Zunahmen der Blutflussgeschwindigkeiten bei 94 cm/s (ipsilateral) und 53 cm/s (kontralateral). Im letzten Drittel erhöhte sich die Blutflussgeschwindigkeiten wieder nur geringfügig um 32 cm/s (ipsilateral) und 37 cm/s (kontralateral). Das Blutflussvolumen zeigte über die Gravidität hinweg einen exponentiellen Anstieg (Abb. 2.4). In der ipsilateralen Arterie war vom ersten bis zum fünften Graviditätsmonat eine monatliche Zunahme von 86 ml/min auf 1.670 ml/min zu verzeichnen. Am Ende der Gravidität lag das Blutflussvolumen in diesem Gefäß bei 13.156 ml/min. In der Arterie, die das nichtgravide Horn versorgte, wurden in den Graviditätsmonaten 1, 5 und 9 Werte von 106, 942 und 4.490 ml/min gemessen.
VOL[L/min]
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Trächtigkeitsmonate ipsilateral
kontralateral
a
b
b
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Trächtigkeitsmonate ipsilateral
kontralateral
a
b
b
Abb. 2.4: Uterines Blutflussvolumen in der ipsi- und der kontralateralen A. uterina in der Gravidität gemessen an drei nichtlaktierenden Kühen (mod. nach BOLLWEIN et al. 2002).
Das absolute Blutflussvolumen beider Aa. uterinae nahm somit über den gesamten
Verlauf der Gravidität betrachtet um das 90-fache zu und betrug vor der Geburt 17.646 ml/min. Zwischen dem uterinen Blutflussvolumen beider Aa. uterinae und den Graviditätswochen konnten die Autoren folgenden exponentiellen Zusammenhang herstellen:
0,128t e 95,532
BFV= ×
t = Graviditätswoche
Nach BOLLWEIN et al. (2002) ist dieser starke Anstieg am Ende der Gravidität vor allem auf die Zunahme des Gefäßdurchmessers und weniger auf die Erhöhung der mittleren Blutflussgeschwindigkeit zurückzuführen. Da das Blutflussvolumen (BFV) durch folgende Formel bestimmt wird
60 2 2 [cm]
π D [cm/s]
TAMV [ml/Min]
BFV ×
×
×
= ,
wirkt sich dieselbe absolute Zunahme des Durchmessers bei einem großen Gefäß stärker auf das Blutflussvolumen aus, als bei einem kleinen Gefäß. Weiterhin ergab die Studie, dass die Veränderungen der Blutflussparameter in der A. uterina ipsilateral zum graviden Horn stärker waren als die in der kontralateralen A. uterina.
PANARACE et al. (2006) führten ebenfalls mit Hilfe der Farbdopplersonographie eine Longitudinalstudie zur Messung des uterinen Blutflusses während der Gravidität bei Kühen durch. Im Gegensatz zu der Studie von BOLLWEIN et al. (2002) untersuchten sie eine größere Anzahl an Tieren (n = 13; Rasse: Aberdeen Angus) in jeweils wöchentlichem Abstand. Diese Tiere waren ebenfalls nicht laktierend. Die Trächtigkeit wurde mittels Embryotransfer herbeigeführt, wobei die Embryonen unterschiedlicher Herkunft waren. Die Ergebnisse dieser Studie bestätigten grundsätzlich diejenigen von BOLLWEIN et al. (2002). So wurde in der 38. GW ein mittleres absolutes Blutflussvolumen von 16.130 ml/min gemessen, welches dem
von BOLLWEIN et al. (2002) gemessenen sehr nahe kommt. Die geringgradigen Unterschiede im Widerstand und in der Blutflussgeschwindigkeit führen die Autoren auf die unterschiedlichen Eigenschaften der Kühe wie Parität und Rasse zurück.
PANARACE et al. (2006) stellten fest, dass in der 12. Woche der Gestation 100%, vier Wochen später aber nur noch 20% der Dopplerwellen der ipsilateral zum graviden Horn gelegenen A. uterina einen „notch“ aufwiesen. Ab der 22.
Graviditätswoche war in der ipsilateralen und ab der 26. Woche der Gravidität in der kontralateral zum graviden Horn gelegenen A. uterina kein frühdiastolischer Einschnitt mehr zu verzeichnen. BAUMGARTNER (1998) beobachtete ein Verschwinden des „notches“ in der 21. bis 26. (ipsilateral) bzw. in der 26. bis 32.
(kontralateral) Graviditätswoche.
FERREL und FORD (1980) untersuchten an Hereford Kühen den Blutfluss in der A. uterina ipsilateral zum tragenden Horn mit Hilfe elektromagnetischer Blutflusssonden. Dazu wurden zuvor die Blutflusssonden operativ um die Blutgefäße gelegt. Die Autoren führten keine Longitudinalstudie durch, sondern untersuchten verschiedene Tiere in sechs unterschiedlichen Phasen der Gravidität. Die Tierzahl variierte zwischen einem und drei Tieren pro Phase. Im Gegensatz zu den Studien von BOLLWEIN et al. (2002) und PANARACE et al. (2006) stieg hier das Blutflussvolumen nur bis zum Ende des zweiten Trächtigkeitsdrittels an. Im letzten Drittel konnte keine Änderung mehr verzeichnet werden, wobei die Untersuchungen nur bis Graviditätstag 258 durchgeführt worden sind. Das Blutflussvolumen in der ipsilateralen A.uterina betrug im letzten Trächtigkeitsdrittel 3.500 ml/min und lag damit nur bei einem Viertel bis einem Drittel der von BOLLWEIN et al. (2002) und PANARACE (2006) gemessenen Werte.
REYNOLDS und FERRELL (1987) untersuchten ebenfalls an Hereford Kühen den uterinen Blutfluss. Wie auch bei FERREL und FORD (1980) führten sie keine Longitudinalstudie durch. Die Blutflussmessungen erfolgten mittels Steady – State – Diffusion an den Trächtigkeitstagen 137 (n = 9), 180 (n = 8), 226 (n = 9) und 250 (n = 5). Im Gegensatz zu FERREL und FORD (1980) konnten sie bis zum 250.
Trächtigkeitstag eine Zunahme des uterinen Blutflusses nachweisen. Insgesamt
nahm das absolute Blutflussvolumen zwischen dem 137. und 250. Trächtigkeitstag um das 4,5-fache von circa 3000 auf 13.100 ml/ min zu und war damit etwas geringer als die von BOLLWEIN et al. (2002) und PANARACE et al. (2006) zu diesem Trächtigkeitsstadium erhobenen Werte.
NISHIDA et al. (2001) führten mittels „Transit – Time ultrasonic flowmeter“ mehrere Studien zum uterinen Blutfluss während der Gravidiät durch. Diese Methode ist nach Angabe der Autoren (NISHIDA et al. 2001) kostengünstiger als die Farbdoppler- sonographie. Weiterhin sei es dadurch möglich, den Blutfluss über 24 Stunden zu registrieren, so dass auch Liegeperioden in die Messungen mit einfließen könnten, welche einen positiven Einfluss auf den uterinen Blutfluss haben würden (NISHIDA et al. 2004). Sie führten unter anderem Messungen an sieben multiparen Holstein Friesian Kühen zwischen dem 225. und 266. Trächtigkeitstag durch und zwar nur in der A. uterina, die das gravide Horn versorgte. Zwischen dem 225. und 250. Tag war eine Zunahme des Blutflussvolumens von 6.670 auf 8.380 ml/min zu verzeichnen.
Danach blieb das Blutflussvolumen auf gleichbleibendem Niveau. Es zeigte sich in der Studie, dass das aus allen Untersuchungszeitpunkten errechnete durchschnittliche Blutflussvolumen zwischen den Individuen stark schwankte. So war zwischen dem Tier mit dem niedrigsten (4.100 ml/min) und demjenigen mit dem höchsten Blutflussvolumen (12.200 ml/min) ein Unterschied von 8100 ml/min zu verzeichnen.
2.4 Einfluss maternaler Faktoren auf das Kälbergewicht und den uterinen Blutfluss
FERRELL (1991a) zog aus seinen Untersuchungen die Schlussfolgerung, dass das Wachstum des bovinen Feten sowohl maternalen als auch fetalen Einflüssen unterliege. Dazu wurden in Brahman und in Charolais Kühe Embryonen jeweils der gleichen und der anderen Rasse transferiert, die Kühe an den Trächtigkeitstagen 232 und 271 geschlachtet und das fetale Gewicht erhoben. An Tag 232 wogen die
Charolais Feten mit 23 kg im Durchschnitt fast das Doppelte wie die Brahman Feten (13 kg) unabhängig von der Rasse des Muttertieres. Innerhalb des fetalen Genotyps war in diesem Trächtigkeitsstadium kein Unterschied im fetalen Gewicht zu erkennen. Dass das fetale Wachstum v.a. im letzten Drittel der Trächtigkeit vom maternalen uterinen Milieu beeinflusst wird, wurde anhand der am Tag 271 der Gravidität gewonnen Ergebnisse ersichtlich. Die Charolais Feten, die von Charolais Kühen (46,9 kg) stammten, hatten ein um 13 kg höheres Gewicht als die Feten gleichen Genotyps von Brahman Kühen (33,9 kg). Auch die Brahman Feten der Charolais wiesen ein 4,9 kg höheres Gewicht als diejenigen von Brahman Kühen auf.
Zusammengefasst zeigte diese Studie laut Aussage der Autoren, dass im Laufe der Gravidität zunächst der fetale Genotyp das fetale Wachstum reguliere. Erst in der letzten Phase der Trächtigkeit werde das fetale Wachstum zusätzlich vom maternalen Genotyp beeinflusst.
FERRELL (1991b) untersuchte parallel zu dieser Studie an den selben Kühen den uterinen Blutfluss, um den Einfluss des maternalen Genotyps auf die uteroplazentare Perfusion zu ermitteln. Dazu hat er am 232. Tag der Gravidität den uterinen Blutfluss mittels der Steady – State – Diffusionsmethode gemessen. Das uterine Blutflussvolumen war bei den Charolais Kühen unabhängig von der Rasse des Feten mit durchschnittlich 8.210 ml/min um 70 % höher als bei den Brahman Kühen (4.840 ml/min). Da das Gewicht der Charolais Feten jeweils durchschnittlich 75% höher war als dasjenige der Brahman Feten, unabhängig davon, ob sie von Charolais oder Brahman Kühen ausgetragen wurden, bestätigt der Autor die Ergebnisse der vorangegangenen Studie (FERRELL 1991a), denen folgend das Körpergewicht in dieser Phase der Trächtigkeit vom Genotyp des Feten, nicht aber vom uterinen Milieu des Muttertieres abhängt. Der Autor weist jedoch darauf hin, dass die Untersuchungen nur bis zum 232. Trächtigkeitstag durchgeführt wurden und daher die Ergebnisse nur unter Vorbehalt so interpretiert werden könnten. Nach den Ergebnisse der Studie von FERRELL (1991a) ist es seiner Ansicht nach möglich, dass das fetale Wachstum in der letzten Phase der Gravidität durch den uterinen Blutfluss und durch die Plazentafunktion limitiert werde. Über Korrelationen zwischen
dem uterinen Blutfluss und dem Kälbergewicht macht der Autor keine Angaben.
Dass der Blutfluss bei schweren Rinderrassen höher ist als bei leichten Rassen, beobachteten auch FERREL und REYNOLDS (1992) in ihrer Studie. Sie führten die Untersuchungen mit der Steady – State – Diffusionsmethode an den Tagen 183 und 190 bei Hereford und Charolais Kühen durch. Bei diesen Tieren war im Gegensatz zu der vorher genannten Studie kein Embryotransfer durchgeführt worden und die Tiere trugen jeweils nur Kälber ihrer Rasse aus. Es zeigte sich, dass der uterine Blutfluss bei den schweren Charolais Kühen (7.800 ml/min) höher war als bei den leichteren Herefords (5.510 ml/min).
GORE et al. (1994) untersuchten den Einfluss der Rasse auf das Wachstum und die Entwicklung des bovinen Fetus anhand von drei unterschiedlichen Genotypen. Dazu wurden Angus × Angus (n = 8), Angus × Chianina- (n = 9) und Chianina × Chianina (n = 9) Embryonen in die Empfängertiere der Rasse Angus × Hereford eingesetzt. An den Graviditätstagen 100 (n = 13) bzw. 200 (n = 13) wurden die Kühe geschlachtet und das Gewicht der Feten erhoben. An weiteren Tieren wurde das Geburtsgewicht der Kälber ermittelt. Das Gewicht der Feten der drei Genotypen zeigte an den Graviditätstagen 100 und 200 keine Unterschiede. Ebenso war das Geburtsgewicht der Kälber aller drei Gruppen ähnlich. Lediglich die Kälber der Gruppe „Chianina × Chianina“ zeigten ein tendenziell (p < 0,06) höheres Geburtgewicht. Da nach FERRELL (1991b) das Wachstum der Feten vor allem im letzten Drittel der Gravidität durch die Größe des Muttertieres limitiert werden kann, untersuchten die Autoren, ob zwischen dem Gewicht der Feten an den Tagen 100 und 200 bzw. dem Geburtsgewicht der Kälber einerseits und dem Gewicht der Muttertiere andererseits Korrelationen bestehen. Eine solche (r = 0,82) bestand nur bei der Gruppe „Chianina
× Chianina“ zwischen dem Geburtsgewicht des Kalbes und dem Gewicht des Muttertieres, während bei allen anderen Gruppen keine Zusammenhänge zwischen den Körpergewichten der Feten und der Mütter bestanden. Die Autoren konnten im Gegensatz zu den Untersuchungen von FERRELL (1991a) folglich keinen Einfluss des fetalen Genotyps auf dessen Gewichtsentwicklung beobachten. Auch ein
maternaler Einfluss war in ihrer Studie nicht zu erkennen.
JOHANSON und BERGER (2003) betrachteten unter anderem den Einfluss der Parität auf das Geburtsgewicht der Kälber. Anhand der Daten von 4528 Holstein Friesian Kühen und deren Kälbern stellten sie fest, dass Kälber uniparer Kühe im Durchschnitt leichter (38,2 kg) waren als Kälber pluriparer Kühe (41,7 kg). Diese Beobachtung bestätigt die Ergebnisse der Studie von KERTZ et al. (1997), welche für ihre Auswertungen die Abkalbedaten von 728 Kühen der Rasse Holstein Friesian heranzogen. Danach ist das Geburtsgewicht der Kälber bei multiparen Kühen um 7 bis 8 % höher als bei denen uniparer Tiere. Dabei beobachteten die Autoren auch, dass die Kühe mit steigenden Paritäten ebenfalls an Gewicht zunahmen.
2.5 Einfluss fetaler Faktoren auf das Kälbergewicht und den uterinen Blutfluss
2.5.1 Anzahl der Feten
Zwillingsgraviditäten treten beim Rind mit einer Wahrscheinlichkeit von 2 % bei den Milchrassen und mit weniger als 1 % bei den Fleischrassen auf (RÜSSE u.
GRUNERT 1993). In der Studie von KERTZ et al. (1997) an Holstein Friesian Kühen betrug das Einzelgewicht der Zwillingskälber 35,4 kg und war damit um 15 % gegenüber Einlingen, die ein durchschnittliches Gewicht von 41,5 kg aufwiesen, reduziert. Die Untersuchungen von GREGORY et al. (1990) bestätigen diese Aussage, da hier Zwillingskälber durchschnittlich 10 kg leichter waren als Einlingskälber. Auch BELLOWS et al. (1990) zeigten in ihrer Studie an geschlachteten Rindern, dass bereits an Tag 180 der Gravidität bei den Zwillingen ein um 8 % höheres Körpergewicht pro Fetus gegenüber den Zwillingen bestand.
Dieser Unterschied vergrößerte sich in deren Studie auf 23 % an Tag 250.
FERRELL und REYNOLDS (1992) stellten bei Kühen mit Zwillingen eine höhere
uterine Blutversorgung fest als bei Kühen mit einem Fetus. Betrachtet man den uterinen Blutfluss pro Fetus, so betrug dieser bei Zwillingen nur 78 % des Blutflusses, der bei Tieren welche nur mit einem Fetus gravid waren, gemessen wurde. Die Autoren zogen aus diesen Ergebnissen die Schlussfolgerung, dass das verringerte Geburtsgewicht von Zwillingen aus einer reduzierten uterinen Blutversorgung und einer demzufolge reduzierten Nährstoffversorgung resultiert.
2.5.2 Geschlecht des Feten
Von vielen Autoren wurde ein Einfluss des Geschlechts auf die Gewichtsentwicklung des Fetus beschrieben (ELEY et al. 1978, BELLOWS et al. 1990, KERTZ et al.
1997). KERTZ et al. (1997) konnten bei einer Studie an 728 Holstein Friesian Kühen ein um durchschnittlich 8,5 % höheres Geburtsgewicht bei männlichen Kälbern (43,2 kg) gegenüber weiblichen Kälbern (39,8 kg) nachweisen. Nach ELEY et al.
(1978), welche die Daten von Schlachttieren unterschiedlicher Rassen zusammentrugen, ist bereits der Wachstumsanstieg in den ersten 100 Tagen bei männlichen Feten stärker als bei weiblichen Feten. An Tag 100 konnte dementsprechend bereits ein Gewichtsunterschied von 94,8 g zwischen den Geschlechtern beobachtet werden. Von diesem Zeitpunkt an verliefen die Wachstumskurven bis zum 280. Tag relativ ähnlich. Die männlichen Kälber waren gegenüber den weiblichen Kälbern an Tag 280 um 880 g schwerer. Über die absoluten Gewichte machen die Autoren keine Angaben. BELLOWS et al. (1990) beobachteten an Hereford × Jersey bzw. Hereford × Charolais Kühen die Gewichtsentwicklung der Feten. An den Trächtigkeitstagen 95, 180 und 250 konnten sie bei männlichen Feten ein um 12 % höheres Körpergewicht als bei weiblichen Feten feststellen und bestätigten somit die Ergebnisse von ELEY et al. (1978). Sie zeigten auch, dass der Einfluss des Geschlechts auf die Gewichtsentwicklung gegenüber anderen Faktoren wie die Anzahl der Feten und die Rasse des Bullen im Verlauf der Gravidität abnimmt.
Ob ein geschlechtsspezifischer Unterschied im uterinen Blutfluss besteht, überprüften PANARACE et al. (2006) mit Hilfe der Farbdopplersonographie in den
Trächtigkeitswochen 4, 12, 24 und 28. Der Resistance Index, die mittlere Blutflussgeschwindigkeit und das Blutflussvolumen differierten zu keinem dieser Untersuchungszeitpunkte zwischen männlichen und weiblichen Kälbern.
2.5.3 Zusammenhang zwischen uterinem Blutfluss und Geburtsgewicht der Kälber
Die Untersuchungen von PANARACE et al. (2006; siehe auch Kapitel 2.3.4) an dreizehn Angus Kühen zeigte eine positive Korrelation zwischen dem uterinen Blutflussvolumen (r = 0,34) bzw. der mittleren Blutflussgeschwindigkeit (r = 0,52) einerseits und dem Geburtsgewicht der Kälber andererseits. Zwischen dem Resistance Index und dem Geburtsgewicht der Kälber bestand ein negativer Zusammenhang (r = -0,47). Dagegen konnten NISHIDA et al. (2001) keinen Zusammenhang zwischen uterinem Blutflussvolumen und dem Geburtsgewicht der Kälber nachweisen.
2.6 Zusammenhang zwischen Plasmaöstrogenen, Geburtsgewicht der Kälber und uterinem Blutfluss
ZHANG et al. (1999) stellten Zusammenhänge zwischen der maternalen Plasmakonzentration von Östronsulfat und dem Geburtsgewicht der Kälber fest, aber erst ab dem 210. Tag der Trächtigkeit. Der Korrelationskoeffizient stieg von Tag 210 bis zur Geburt von 0,42 auf 0,65 an. Die Autoren konnten dabei, ebenso wie ROBERTSON und KING (1979) keinen Einfluss des Geschlechts des Kalbes auf die Östronsulfatkonzentration ausmachen.
FERRELL und FORD (1980) verzeichneten bis Tag 140 der Trächtigkeit einen Anstieg der Östron- und Östradiol-17β-Konzentration in dem aus der V. uterina entnommenen Blutplasma von etwa 20 pg/ml (Östron- und Östradiol-17β) auf circa 800 pg/ml (Östradiol-17β) bzw. 500 pg/ml (Östron). Im Gegensatz zu anderen Studien (HOFFMANN et al. 1973, ROBERTSON u. KING 1979, HOFFMANN et al.
1997), fiel die Konzentration danach bis Tag 182 wieder ab und blieb anschließend bis zum 250. Trächtigkeitstag bei circa 50 pg/ml (Östradiol-17β) bzw. bei etwa 300 pg/ml (Östron) auf konstantem Plateau. Der uterine Blutfluss stieg bis Tag 180 und blieb dann auf gleichem Niveau. Die Autoren interpretieren ihre Ergebnisse dahingehend, dass hohe Östrogenkonzentrationen zwar notwendig sein, um den Anstieg der uterinen Blutflussversorgung zu stimulieren, nicht aber für dessen Aufrechterhaltung.
LEIDL (2000) beobachtete in der Spätgravidität und im Frühpuerperium einen mittelgradigen positiven Zusammenhang zwischen der Blutflussgeschwindigkeit und der Gesamtöstrogenkonzentration (r = 0,51). Die PI – Werte korrelierten negativ, jedoch weniger deutlich (r = -0,40) mit den Hormonkonzentrationen.
3. Material und Methoden
3.1 Tiere
Die Untersuchungen wurden an 44 laktierenden Kühen der Rasse Holstein Friesian zwischen der 21. und der 39. Graviditätswoche durchgeführt. Die Tiere stammten aus dem Institut für Tierernährung der Versuchstation Braunschweig der Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft des Bundesministeriums für Verbraucherschutz und Landwirtschaft (FAL Braunschweig). Von diesen Tieren waren je 22 Tiere das zweite bzw. das dritte Mal gravid. Die Durchführung der Studie erstreckte sich von Mai 2005 bis Mai 2006. Die Tierversuche wurden beim Niedersächsischen Landesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit in Oldenburg angezeigt (Az 33.42502/09-A-02.05 vom 31.05.2005).
3.2 Haltung und Fütterung
Während der Laktation erfolgte die Haltung der Tiere in einem Boxenlaufstall mit Spaltenboden und Tiefliegeboxen. In der Zeit der Trockenstehperiode kamen die Tiere auf die Weide oder in einen separaten Laufstall. Eine Woche vor dem errechneten Geburtstermin wurden sie in einem Abkalbestall aufgestallt. In diesem wurden die Tiere einzeln oder zu zweit in einer Box mit Stroheinstreu gehalten.
Spätestens einen Tag nach der Geburt wurden die Kühe von den Kälbern getrennt und wieder in den Boxenlaufstall verbracht.
Das Grundfutter der Tiere bestand aus einer Mais – Gras – Silage und war für eine Leistung von 10 kg Milch veranschlagt. Pro 2 kg Milchleistung mehr bekamen die Tiere über Transponderfütterung zusätzlich 1 kg.
3.3 Versuchsaufbau
Die Messungen wurden an den Kühen ab der 21. Graviditätswoche in einem zeitlichen Abstand von je vier Wochen durchgeführt. Im letzten Trächtigkeitsmonat erfolgte eine zusätzliche Untersuchung im Abstand von zwei Wochen zum
vorhergehenden Untersuchungszeitpunkt (Tab. 3.1).
Tab. 3.1: Tabellarische Darstellung der Untersuchungszeitpunkte Untersuchungs-
zeitpunkt 1 2 3 4 5 6
Graviditäts-
woche 21 25 29 33 37 39
Graviditätstage
( x ± s) 144 ± 3 171 ± 2 199 ± 2 226 ± 2 252 ± 1 266 ± 1
Die Durchführung der Untersuchungen erfolgte in einem separaten, dem Boxenlaufstall angrenzenden Raum, der für die sonographischen Messungen abgedunkelt wurde. Er war mit zwei Untersuchungsständen ausgestattet. So war es möglich, zur Beruhigung des zu untersuchenden Tieres immer ein zweites Tier im Raum zu haben. Nach dem Verbringen der Tiere in den Untersuchungsstand erfolgte eine klinische Allgemeinuntersuchung. Weiterhin wurde eine Blutprobe aus der A.
bzw. V. coccygica caudalis entnommen. Um vor der Blutflussmessung Manipula- tionen an dem inneren Genitale zu vermeiden, erfolgte eine transrektale manuelle Palpation erst nach der dopplersonographischen Untersuchung.
3.4 Klinische Untersuchung
Bei jedem Tier wurde eine Allgemeinuntersuchung nach dem Untersuchungsschema von STÖBER (1990) durchgeführt. Des Weiteren wurde das äußere und innere Genitale auf eventuelle pathologische, die Trächtigkeit beeinflussende Veränderungen untersucht. Die allgemeine Untersuchung dauerte durchschnittlich 15 Minuten pro Tier.
3.5 Gewicht, Laktationsleistung, Trockenstehzeit
Zu Studienbeginn, also in der 21. Graviditätswoche, sowie einen Tag nach der Abkalbung wurde das Körpergewicht der Tiere erhoben. Weiterhin wurden die Laktationsleistung und die Länge des Trockenstehens dokumentiert.
3.6 Sonographische Untersuchungen
Nach der klinischen Allgemeinuntersuchung wurde den Kühen noch eine Eingewöhnungszeit von 15 Minuten gewährt. In dieser Zeit wurden keine weiteren Manipulationen an den Tieren durchgeführt. Die anschließende sonographische Untersuchung nahm durchschnittlich etwa 30 Minuten in Anspruch.
3.6.1 Geräte und Sonden
Für die sonographischen Messungen diente der Farbdopplersonograph SSA 370 A Version K (Firma Toshiba, Tokyo/Japan). Die Aufnahmen im pulsed – wave – Modus wurden mit einer 7,0 MHz Mikrokonvexsonde (PVF- 738 F) durchgeführt. Sieben Tiere wiesen in der 37. und 39. Graviditätswoche so hohe Blutflussgeschwindigkeiten auf, dass hier die Aufnahmen im continuous-wave-Modus mit einer 3,75 MHz Sektorsonde (PSM-37AT) erfolgten. Die Farbdoppleraufnahmen wurden mit einem analogen Videorecorder (Firma Funai 29A - 650) aufgezeichnet. Die Speicherung der im B – Modus erstellten Bilder erfolgte digital auf einer MAGNETO-OPTICAL DISK 640 MB (Firma Sony) im Bitmap – Format.
3.6.2 Untersuchungen im B – Modus
Im Folgenden werden die A. uterina, die sich auf der Seite des graviden Uterushorns befindet, als ipsilaterale Arterie und diejenige, die auf der gegenüberliegenden Seite liegt, als kontralaterale Arterie bezeichnet.
Um den Durchmesser des Gefäßlumens zu ermitteln, wurden im B – Modus jeweils drei Querschnitte der rechten und linken A. uterina aufgenommen. Diese Aufnahmen
erfolgten an derselben Lokalisation des Gefäßes, an der auch die Blutflussmessung stattfand. Die digitalisierten Bilder wurden für die Auswertung auf einen Personal Computer übertragen. Die Bestimmung des Gefäßdurchmessers erfolgte mit Hilfe des Bildbearbeitungsprogramms FixFoto® (Version 2,74, Fa. Joachim Koopmann Software, Wrestedt – Stederdorf/Deutschland; Abb. 3.1). Pro Gefäß standen somit drei Werte für den Durchmesser zur Verfügung, aus denen für die weiteren Auswertungen der Mittelwert gebildet wurde.
kontralateral ipsilateral
Abb. 3.1: Sonographische Darstellung der Gefäßquerschnitte der Aa. uterinae kontralateral und ipsilateral zum graviden Uterushorn in der 33.
Graviditätswoche einer Kuh in der dritten Parität.
3.7 Untersuchungen im Doppler – Modus
Die rechten und linken Aa. uterinae wurden nach der von BAUMGARTNER (1998) beschriebenen Methode transrektal in der Nähe der A. und V. iliaca externa dargestellt (Abb. 3.2). Zur sicheren Identifizierung wurde die A. uterina bis zu ihrem Ursprung aus der A. umbilicalis, die wiederum aus der A. iliaca interna abzweigt, nach dorsal und ventral bis zu ihrer Endaufzweigung am Uterus verfolgt.
1 2
3
1 2
3
Abb. 3.2: Farbdopplersonographische Darstellung der A. uterina (1) in der 29.
Graviditätswoche der Trächtigkeit in der Nähe der V. iliaca externa (2) und der A. iliaca externa (3).
Für die Blutflussmessung wurde im pulsed – wave – Modus (PW – Modus; Abb. 3.3) ein Dopplerfenster über die A. uterina. bzw. im continuous – wave – Modus (CW – Modus; Abb. 3.4) ein Dopplerstrahl durch dieses Gefäß gelegt. Die im Laufe der Untersuchungen erhaltenen Dopplerwellen wurden dann auf Videoband aufgezeichnet.
Abb. 3.3: Farbdopplersonographische Darstellung der rechten A. uterina in der 33. Graviditätswoche im Triplex - Modus. Auf der rechten Seite ist die A. uterina (rot) inklusive Dopplerfenster erkennbar. Auf der linken Seite sind die von der A. uterina abgeleiteten Dopplerwellen abgebildet.
