Einfluss einer gestaffelten CLA-Supplementation auf die
Gelbkörperfunktion während des Zyklus und der frühen Gravidität bei Hochleistungsmilchkühen
INAUGURAL – DISSERTATION zur Erlangung des Grades eines Doktors der Veterinärmedizin - Doctor medicinae veterinariae -
( Dr. med. vet. )
vorgelegt von
Eike Friedrich Onnen-Lübben
Wilhelmshaven
Hannover 2009
1. Gutachterin: Univ.-Prof. Dr. C. Wrenzycki
2. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. H. Sieme
Tag der mündlichen Prüfung: 23.11.2009
Gefördert aus Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG Wr154/1-1)
Meinen Eltern
2.2 Gefäßversorgung des Rinderovars ... 4
2.3 Ovarialfollikel ... 6
2.4 Die Gelbkörperbildung und Regression... 8
2.4.1 Zelluläre Komposition des Corpus luteums ... 11
2.4.2 Histologische Veränderung am Corpus luteum cyclicum im Verlauf des Zyklus ... 14
2.4.3 Histologische Veränderung am Corpus luteum graviditatis... 15
2.5 Transvaginale ultraschallgeleitete Corpus luteum-Biopsie ... 17
2.6 Endogene Synthese von Steroidhormonen und IGF-1... 22
2.6.1 Progesteronsythese ... 22
2.6.2 Endokrines IGF-I während des Zyklus ... 28
2.6.3 Endokrines IGF-I während der Trächtigkeit... 33
2.7 Grundlagen und Technik der Sonographie... 36
2.7.1 Ultraschalltechnik ... 36
2.7.2 Auswertmethoden ... 40
2.7.3 Sonographische Darstellung des Corpus luteums ... 40
2.7.4 Lutealer Blutfluss beim Rind während des Zyklus... 42
2.7.5 Lutealer Blutfluss beim Rind während der Trächtigkeit ... 46
2.8 Einsatz konjugierter Linolsäuren ... 48
2.8.1 Chemie und Nomenklatur ... 48
2.8.2 Physiologische Eigenschaften... 50
2.8.3 Metabolische Wirkung... 50
2.8.4 Auswirkungen auf die Fruchtbarkeit ... 53
3 Material und Methoden... 57
3.1 Tiere ... 57
3.2 Gruppeneinteilungen ... 58
3.3 Versuchsanordnungen ... 62
Tierversuch... 65
3.5 Dopplersonographische Untersuchungen ... 70
3.5.1 Auswertung der Ultraschallbilder... 71
3.6 Histologische Präpäration und Färbung ... 72
3.6.1 Morphometrische Auswertung der histologischen Schnitte... 74
3.6.2 Zählung der dargestellten Zellen... 74
3.7 Plasmagewinnung und hormonanalytische Untersuchungen... 76
3.8 Bestimmung der Konzentration des Insulin-like-Growth-Faktors-I aus bovinem Plasma ... 79
3.9 Versuchsplan ... 81
3.10 Statistische Auswertung ... 83
4 Ergebnisse ... 84
4.1 Vorversuche ... 84
4.1.1 Ergebnisse der Etablierung der transvaginalen Corpus luteum-Biopsie unter Ultraschallkontrolle ... 84
4.1.2 Ergebnisse des Hauptversuches... 88
4.2 Messung der Corpus luteum-Fläche im B-Mode ... 89
4.2.1 Auswirkung der CLA-Fütterung auf die Corpus luteum-Fläche im Zyklus ... 89
4.2.2 Auswirkung der CLA-Fütterung auf die Corpus luteum-Fläche während der frühen Trächtigkeit... 90
4.2.3 Auswirkung der CLA-Fütterung auf die durchblutete Corpus luteum- Fläche im Zyklus ... 94
4.2.4 Auswirkung der CLA-Fütterung auf die durchblutete Corpus luteum- Fläche während der frühen Trächtigkeit ... 96
4.3 Messung des Progesteronwertes ... 99
4.3.1 Auswirkung der CLA-Fütterung auf den Progesteronwert während des Zyklus ... 99
4.4.1 Auswirkung der CLA-Fütterung auf den IGF-I-Wert während des Zyklus ... 104 4.4.2 Auswirkung der CLA-Fütterung auf den IGF-I-Wert während der frühen Trächtigkeit... 106 4.5 Auswirkung der CLA-Fütterung auf die Anzahl der großen Lutealzellen .. 110 4.5.1 Auswirkung der CLA-Fütterung auf die Anzahl der großen Lutealzellen während des Zyklus... 112 4.5.2 Auswirkung der CLA-Fütterung auf die Anzahl der grossen Lutealzellen während der frühen Trächtigkeit... 114 4.6 Zusammenhänge zwischen Corpus luteum-Gesamtfläche, durchbluteter lutealer Fläche, Anzahl großer Lutealzellen, Plasmaprogesteron- und IGF-I-
Konzentration... 117 4.6.1 Zusammenhänge zwischen Corpus luteum-Gesamtfläche und
durchbluteter lutealer Fläche ... 117 4.6.2 Zusammenhänge zwischen der Corpus luteum-Gesamtfläche und dem Plasmaprogesteronwert... 118 4.6.3 Zusammenhänge zwischen der Corpus-luteum-Gesamtfläche und der Anzahl großer Lutealzellen/mm²... 119 4.6.4 Zusammenhänge zwischen durchbluteter Lutealfläche und
Plasmaprogesteronkonzentration... 121 4.6.5 Zusammenhänge zwischen durchbluteter Fläche und der Anzahl
großer Lutealzellen/mm²... 121 4.6.6 Zusammenhänge zwischen dem ermittelten Plasmaprogesteron- und IGF-Wert... 123 4.6.7 Zusammenhänge zwischen der Anzahl großer Lutealzellen/mm² und dem Plasmaprogesteronwert... 123 5 Diskussion ... 124
5.1.2 Lutealer Blutfluss und Corpus luteum-Fläche während der frühen
Gravidität ... 127
5.2. Progesteronwerte im Plasma während des Zyklus und der frühen Trächtigkeit ... 130
5.2.1 Progesteronwerte während des Zyklus ... 130
5.2.2 Progesteronwerte während der frühen Trächtigkeit ... 131
5.3 IGF-I-Werte im Plasma während des Zyklus und der frühen Trächtigkeit 136 5.3.1 IGF-I-Werte im Plasma während des Zyklus... 136
5.3.2 IGF-I-Werte im Plasma während der frühen Gravidität ... 138
5.4 Anzahl der grossen Lutealzellen/mm² während des Zyklus und der frühen Gravidität... 140
5.4.1 Einfluss der transvaginalen ultraschallgeleiteten Corpus luteum-Biopsie ... 140
5.4.2 Anzahl der großen Lutealzellen/mm² während des Zyklus... 141
5.4.3 Anzahl großer Lutealzellen/mm² während der Trächtigkeit ... 143
5.5 Schlussfolgerung und Ausblick ... 145
6 Zusammenfassung ... 147
7 Summary ... 152
8 Anhang ... 156
9 Verzeichnisse ... 162
9.1 Tabellenverzeichnis... 162
9.2 Abbildungsverzeichnis... 165
9.3 Abkürzungsverzeichnis ... 168
9.4 Literaturverzeichnis ... 171
1 Einleitung
Milchkühe mit hohen Jahresmilchleistungen sind in vielen landwirtschaftlichen Betrieben keine Ausnahme mehr. Dabei stellt ein Herdendurchschnitt mit über 9000 kg Milch pro Kuh und Jahr keine Ausnahme mehr da und ist in modern geführten Betrieben inzwischen Standard geworden. Für den Milcherzeugerbetrieb stellen die Fruchtbarkeit der Milchkuh und damit die Reproduktionsleistung der Herde häufig den wichtigsten ökonomischsten Faktor dar. Ein optimales Herdenmanagement ist notwendig für die Gesundheit der Tiere. Präventive Maßnahmen im Bereich der Fütterung können Stoffwechselentgleisungen, die durch negative Energiebilanzen nach der Abkalbung auftreten, verhindern.
Während der frühen Laktation sind bei Milchkühen negative Energiebilanzen zu beobachten, da bei der einsetzenden Milchproduktion die Futteraufnahme den Energiebedarf nicht decken kann (BAIRD et al. 1980). Um dieses Defizit zu kompensieren, erfolgt vorwiegend ein Abbau von körpereigenen Fettreserven. Diese übermäßige Lipolyse zieht meistens Leberverfettung und Ketosen nach sich, die sich unter anderem negativ auf die Fertilität des Rindes auswirken können (GERLOF et al. 1986; BOBE 2004). Die verminderte Fertilität von Hochleistungskühen spiegelt sich wieder in einem verspäteten Wiedereinsetzen des Zyklusgeschehens, sowie in der hohen embryonalen Mortalität in den ersten 3 Wochen nach der Insemination, wovon etwa 35 bis 50 % aller besamten Tiere betroffen sind (LEROY et al. 2008).
Der Einsatz diätetischer Fette kann zu einer Modifikation der Ovar- und Gelbkörperfunktion bei Hochleistungsmilchkühen führen, und diese damit positiv beeinflussen. Die Verbesserung des Energiestatus sowie die gesteigerte Verfügbarkeit von Vorstufen für die Produktion von Steroidhormonen sind hierbei primär zu erwähnen (MATTOS et al. 2000).
Das Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss einer gestaffelten Supplementation von konjugierten Linolsäuren (CLA) auf die Gelbkörperfunktion bei Milchkühen während des Zyklus und der ersten 45 Tage der Frühgravidität zu untersuchen. Mit Hilfe der transvaginalen Corpus luteum-Biopsie unter Ultraschallkontrolle konnte damit zu unterschiedlichen Zeitpunkten am selben Gelbkörper mehrmals Gewebe entnommen
werden, ohne den Zyklus oder die frühe Trächtigkeit zu beeinflussen. Weiterhin wurde durch ultra- und dopplersonographische Analysen die Größe und Durchblutung des Corpus luteums überprüft. Ebenfalls erfolgte eine Messung des Progesteron- und IGF-I-Wertes aus dem Plasma der Tiere an den verschiedenen Untersuchungstagen.
Die Ergebnisse dieser Arbeit geben einen Einblick auf die Auswirkungen einer CLA- Supplementation auf die Corpus luteum-Funktion bei der Hochleistungsmilchkuh während des Zyklus und der frühen Gravidität. .
2 Schrifttum
2.1 Makroskopische und mikroskopische Anatomie des Rinderovars
Das Ovar des Rindes ist auffallend klein, oval und seitlich abgeplattet und hat die Ausmaße von 40 mm x 20 mm x 15 mm. Die Maße können jedoch stark variieren (NICKEL 1999). Es besitzt ein durchschnittliches Gewicht von etwa 15-19 g (SCHUMMER 1995). Die paarig angelegten Eierstöcke können beim Keimdrüsenabstieg des Rindes bis an die ventrale Bauchwand kranial vom Pecten ossis pubis wandern (KÖNIG u. LIEBICH 2004). Morphologisch werden im Ovar ein zentraler Bereich, Zona vasculosa (Mark), und ein peripheres Areal (Rinde), Zona parenchymatosa, unterschieden, welche oft nicht deutlich sichtbar ist (LEISER 1990).
Das Mark (Medulla ovarii) enthält ein Netzwerk bestehend aus lockerem Bindegewebe und elastischen Fasern, in dem stark gewundene Arterien und Venen verlaufen, die untereinander anastomosieren (PLENDL 2000).
Die Rinde (Cortex ovarii) enthält die für das Ovar essentiellen Strukturen, nämlich Follikel, Gelbkörper und Gefäße (LEISER 1990). Sie liegt als Bindegewebsschicht der Markzone außen auf. Ihre strukturelle Grundlage ist ein spinozelluläres Bindegewebe, dessen Stromazellen fibrozytenähnlich sind und eine hohe Regenerationsfähigkeit und Neigung zur vermehrten Teilung aufweisen.
Im Bereich des Margo mesovaricus ist der Eierstock von Serosa bedeckt und daher durch eine glatte Oberfläche gekennzeichnet (NICKEL 1999). Den äußeren Abschluss der Ovarien bildet das Epithelium superficiale, bei dem es sich um ein isoprismatisches (kubisches), bei älteren Tieren auch abgeflachtes einschichtiges Deckepithel handelt. Die dem Epithelium superficiale umlagerte, gefäßarme Tunica albuginea ist mit dem Stroma der Zona parenchymatosa verbunden, welche von einem dichten Kapillarnetz durchsetzt ist, um optimal Keimzellen, Ovarialfollikel und Corpora luteae verschiedener Entwicklungs- und Rückbildungsstufen zu versorgen (KÖNIG u. LIEBICH 2004).
2.2 Gefäßversorgung des Rinderovars
Das Ovar der Kuh wird durch die Ateria (A.) ovarica versorgt, die als stark geschlängeltes Gefäß von ihrem Ursprung aus der Aorta abdominalis bis etwa 10 cm proximal des Ovars eng der Oberfläche der Vena (V.) ovarica anliegt (LAMOND u. DROST 1974). Dieses ca. 3 mm dicke Gefäß, dass seine Größe während des Zyklus und der Trächtigkeit kaum verändert (VOLLMERHAUS 1964), verläuft von der dorsalen Bauchwand, im kranialen Rand des Mesovarium unmittelbar kranial und parallel der A. uterina in Richtung Eierstock (WAIBL 1996).
Fünf bis 10 cm kaudodorsal des Eierstocks entlässt sie zunächst den Ramus (R.) uterinus, der die Uterushornspitze und das Ovidukt versorgt, und dann den R.
tubarius, der im Mesovarium zum Eileiter zieht.
Der Endabschnitt der A. ovarica (WAIBL 1996) bzw. der R. ovaricus (VOLLMERHAUS 1964) teilt sich schließlich in einzelne Äste auf, wobei sich durch besonders starke Schlängelung ein kegelförmiges Gefäßkonvolut ergibt, dessen Basis an das Ovar grenzt (VOLLMERHAUS 1964).
Dabei scheint jeder dieser Äste nach Eintritt in das Ovar ein abgrenzbares Areal zu versorgen (LAMOND u. DROST 1974; KÖNIG u. AMSELGRUBER 1988).
Der Abtransport des venösen Blutes aus dem Eierstock erfolgt über zahlreiche kleine Venen, die das Ovar am Hilus verlassen, um sich zum R. ovaricus zu vereinigen, welcher sich mit dem R. tubarius und dem R. uterinus zur V. ovarica verbindet. Diese zieht mit der wesentlich kleineren A. ovarivca im Mesovarium Richtung V. cava caudalis (VOLLMERHAUS 1964; WAIBL 1996).
Das Gefäßsystem des Gelbkörpers ist klar von dem des übrigen Ovars getrennt (KÖNIG 1981). Die stärker ausgebildeten Endäste der A. ovarica dienen der nutritiven und funktionellen Versorgung des Corpus luteums, wobei sie mäanderförmig an den im Inneren des Ovars liegenden Pol des Gelbkörpers heranführen (LAMOND u. DROST 1974). Aus diesen entspringen so genannte Kapselaterien, welche das Corpus luteum korbartig umwachsen und dabei zentripetal verlaufende Septumarterien entlassen, die jeweils ein Gelbkörperläppchen versorgen (KÖNIG u. AMSELGRUBER 1988). Im
A. ovarica
R. tubarius R. ovaricus
A. uterina
R. uterinus
V. ovarica
Ovar
Uterus
Läppchenzentrum, erfolgt der venöse Abfluss über Venolen, die sich zu Venen vereinigen und den Kapselvenen zustreben (KÖNIG u. AMSELGRUBER 1986).
Abbildung 1: Schematische Darstellung des unilateralen Verlaufs der A. ovarica und A. uterina bei der Kuh (Honnens 2006).
2.3 Ovarialfollikel
In den Ovarien der Kuh ist wie bei allen Säugetieren schon bei der Geburt bereits ein vollständiger Pool an Oozyten vorhanden. Eine funktionelle und strukturierte Einheit von Eizelle und Follikelepithel stellen das Gerüst eines Follikels dar. Die Oozyte verharrt bis zur Ovulation in der Prophase 1 der Meiose. Schließlich gelangen nur etwa 1% der Follikel zur Ovulation, während sich der Rest wieder zurückbildet (RÜSSE 1991). Besonders zahlreich kommen die Primordialfollikel vor, die subkapsulär liegen und einen Durchmesser von 30 µm aufweisen (LEISER 1990).
Sie bestehen aus der Oozyte und einer Schicht aus undifferenziertem Follikelepithel (LEISER 1990). Bei der Oogenese stehen Differenzierung, Wachstum und Reifung im Vordergrund. Die Aufgabe des wachsenden und sich differenzierenden Follikelepithels besteht jedoch darin, die sich entwickelnde Oozyte zu ernähren und zu beherbergen. Bereits vor der Pubertät verlassen einige Follikel den Pool und fangen an zu wachsen. Bis zur Ovulation durchlaufen die Follikel verschiedene Entwicklungsphasen (RÜSSE 1998), die sich anhand von Größe und Entwicklungsstruktur in vier Follikelpopulationen unterscheiden: Primordial-, Primär-, Sekundär- und Tertiärfollikel (LIEBIG et al., 2004).
Der Primordialfollikel stellt ein Ruhestadium dar, das von Gonadotropinen unbeeinflusst jahrelang andauern kann (LEISER 1990). Einige dieser Primordialfollikel entwickeln sich kontinuierlich, jedoch zu unbestimmten Zeitpunkten unter dem Einfluss des Follikelstimmulierenden Hormons (FSH) zu Primärfollikeln mit einem Durchmesser von 30 bis 100 µm (LEISER 1990; GRUNERT 1999 b). Durch polare Zellvermehrungen der Follikelzellen wächst der Primärfollikel zu einem Sekundärfollikel heran, der flüssigkeitsgefüllte Spalträume entstehen lässt, die konfluieren und zur späteren Follikelhöhle werden. Durch eine ständige Vermehrung der Follikelzellen, sowie durch intrazelluläre Teilung und Verdickung der inneren Follikelwandschicht entsteht zunächst der Tertiärfollikel (König 2004). Während sich bei diesem ein so genanntes Antrum bildet, verlagert er sich in Richtung des Ovarmarks, wo eine bessere Durchblutung vorherrscht. Die Eizelle selbst befindet sich im Follikel randständig (RÜSSE 1998). Das FSH regt das weitere Wachstum
des Tertiärfollikels an. Dabei kommt es auch zu einer Vermehrung der Rezeptorenzahl des Luteinisierenden Hormons (LH) und des FSH im mittlerweile differenzierten Follikelepithel (RÜSSE 1998)
Die Eizelle ist von einer Substanz umgeben, die auch als Zona pellucida bezeichnet wird. Ihr folgt eine einschichtige Lage aus prismatischen Follikelzellen, welche auch als Corona radiata bekannt ist. In diesem Stadium differenziert sich die Theka follicularis in einen äußeren und inneren Bereich. Im Bereich der Theka interna befinden sich Stromazellen, die sich nun zu epitheloiden Zellen umwandeln und somit in der Lage sind, Steroidhormone zu produzieren. Die äußere Schicht der Follikelschicht wird von spindelförmigen Stromazellen der Theka externa gebildet (RÜSSE 1998). Es folgt eine Selektion der Tertiärfollikel, aus der sich der Graafsche Follikel (dominante Follikel) bildet (FRICKE u. WILTBANK 1999; WILTBANK et al.
2000). Der bei Brunstbeginn 10-12 mm große präovulatorische Follikel wächst innerhalb eines Tages auf einen Durchmesser von 17–18 mm heran. Er hat mit dieser Größe das Endstadium des Follikelwachstums erreicht und steht kurz vor der Ovulation.
Hierbei kommt es am Graafschen Follikel zu einer massiven Ausschüttung von Östradiol-17ß, wodurch eine vermehrte Freisetzung von LH aus der Hypophyse provoziert wird, die wiederum die Ovulation auslöst. Beim Rind beginnt der Eisprung erst nach 26 Stunden der LH-Ausschüttung (SCHAMS et al. 1977).
2.4 Die Gelbkörperbildung und Regression
LH induziert im Graafschen Follikel schon vor der Ovulation eine Reihe morphologischer und biochemischer Veränderungen an den Follikelzellen, die als Vorbereitung zur Corpus luteum (C.l.)–Bildung dienen (NISWENDER et al. 1994).
Innerhalb der Ovarrinde bildet sich eine endokrine Drüse heran. Bei der Ovulation kommt es zum Einreißen der Basalmembran. Dabei wachsen Kapillaren in die vormals gefäßfreie Wand und treten zusammen mit den haarnadelförmig angeordneten Ateriolen der Theka externa in die ehemalige Follikelhöhle über, die nach der Ovulation mit Blutserum, Blutkoagulum und Resten der Follikelflüssigkeit gefüllt ist (LIEBICH 2003). Der Vascular Endothel Growth Factor (VEGF) ist größtenteils für die Wachstumsvorgänge am Corpus luteum verantwortlich. Aus vorherigen Untersuchungen ist ersichtlich, dass die luteale Expressionen des Wachstumsfaktors (VEGF) in erster Linie in steroidhormonproduzierenden Zellen (Granulosaluteinzellen) vorhanden ist, aber auch in Thekaluteinzellen, jedoch weniger in den Endothelzellen (BERISHA u. SCHAMS 2005; SKARZYNSKI et al.
2008). Das C.l. wird zu diesem Zeitpunkt als Corpus luteum haemorrhagicum oder Corpus luteum rubrum bezeichnet und ist bis Tag 3 post ovulationem (p.ov.) auf der Oberfläche des Ovars sichtbar (MODLICH 1997; NICKEL et al. 2004). Durch die einsprossenden Kapillaren gelangen Makrophagen, Fibroblasten, Granulosazellen und Zellen der Theka folliculi in die ehemalige Follikelhöhle. Hier findet innerhalb der ersten fünf Tage nach der Ovulation die Organisation des Corpus luteum haemorrhagicum statt, wobei Blutbestandteile und Follikelfragmente von Makrophagen phagozytiert werden (KÖNIG u. LIEBICH 2004).
Die Thekazellen bilden innerhalb des Hohlraums Wände, sogenannte Trabekel, die zwei unterschiedliche Zelltypen entstehen lassen. Aus den Granulosazellen entstehen große und aus den Thekazellen kleine Lutealzellen (ALILA u. HANSEL 1984). Durch die intrazytoplasmatische Einlagerungen von Lipochromen (KÖNIG u.
LIEBICH 2004) luteinisieren Granulosazellen zu Granulosaluteinzellen und die Zellen der Theka folliculi zu Thekaluteinzellen (MAYBIN u. DUNCAN 2004).
Die Granulosazellschicht hat den größten Anteil an der entstehenden Drüse (BAKER et al. 1972). Nach ca. 7 Tagen ist das 1,9 bis 3 cm große Corpus luteum goldgelb gefärbt und wird nun als Blütegelbkörper bezeichnet (NICKEL et al. 2004). Dieser Prozess der Luteinisierung wird mit der Formation von Tumorgewebe verglichen, da in keiner weiteren Gewebeart das Zellwachstum und die Gefäßeinsprossung so rasant fortschreitet (SKARZYNSKI et al. 2008).
Kommt es nicht zur Befruchtung der Eizelle sowie nicht zur Einnistung eines Embryos im Uterus, beginnt der Prozess der Corpus luteum-Regression an Tag 17 bis 19 des bovinen Geschlechtszyklus (MCCRACKEN et al. 1999). Dieser Prozess ist charakterisiert durch sowohl funktionelle als auch durch strukturelle Veränderungen, welche sich in den Lutealzellen, die zur Steroidsynthese fähig sind, sowie in den nichtlutealen (akzessorischen) Zellen, ereignen (JUENGEL et al. 1993;
MEIDAN et al. 1999). Es kommt zu einer Sekretion von Prostaglandin F2α (PGF2α) im Uterus, welche zuvor von einer Oxytocinfreisetzung am C.l. eingeleitet wurde (BRITT 1992). Das vom Gelbkörper stammende Oxytocin bindet an die Oxytocinrezeptoren im Uterus, worauf hin es dort zu einer vermehrten Freisetzung von Prostaglandin F2α
kommt. Die Bildung der Oxytocinrezeptoren am Uterus ist von der Progesteron- bzw.
Östrogenkonzentration im Laufe des Zyklus abhängig.
Das Oxytocin bedingt ein Anschwellen der Gefäßwände am Ovar mit nachfolgender Konstriktion. Der Verschluss der Gefäßlumina bewirkt die anschließende Degeneration des betreffenden Kapillargebietes (MODLICH et al. 1996).
MODLICH (1997) unterschied vier Stadien der Corpus luteum-Rückbildung. Der frühe Regressionsgelbkörper (Durchmesser: 1,4 bis 2 cm) war gekennzeichnet durch Auflösungserscheinungen der Lutealzellen. Im späten Regressionsgelbkörper (Durchmesser: 1,2 bis 1,4 cm) befanden sich die Lutealzellen schon in Auflösung.
Die Gefäße zeichneten sich durch ein aterioläres Aussehen aus.
Im frühen Residualgelbkörper (Durchmesser: 0,5 bis 1 cm) wirkten die ateriolären
Gefäße eng zusammen gedrückt, wo hingegen im späten Residualgelbkörper (Durchmesser < 0,5 cm) das Gefäßlumen der eng beieinander liegenden Gefäße fast
immer verschlossen schien.
Mit dem Beginn der Luteolyse verringerte sich die Anzahl der Kapillaren durch vaskuläre Regression. Ebenfalls stieg die Dichte der in Apoptose übergehenden Lutealzellen in den Ateriolen. Die ateriolären Gefäße des frühen und späten Residualgelbkörpers waren von elastischem Bindegewebsinseln und zwei bis drei Lagen vaskulärer, glatter Muskelzellen umgeben (MODLICH 1997) .
Die während der Luteolyse zugrunde gegangenen Endothel- und Lutealzellen werden von Makrophagen aufgenommen (LIEBICH 2003). Durch PGF2α-Sekretion kommt es zur Expression von Monocyte Chemoattractant Protein (MCP-1)-mRNA in den lutealen Endothelzellen, welches zu einer Invasion von aktivierten Makrophagen in den sich zurückbildenden Gelbkörper führt (OHTANI et al. 1998). Der Durchmesser des Regressionsgelbkörpers hat sich an Tag 21 nach der Ovulation gegenüber dem Corpus luteum in Blüte halbiert (KÖNIG u. AMSELGRUBER 1987).
Eine Gewebeinvolution ohne Anzeichen einer Entzündungsreaktion im umgebenen Gewebe ist kennzeichnend für die Luteolyse (ACOSTA et al. 2002).
2.4.1 Zelluläre Komposition des Corpus luteums
Histologisch betrachtet ist das C.l. ein heterogenes Gewebe, welches aus Endothelzellen, großen und kleinen Lutealzellen, Fibroblasten, Immunzellen, glatten Muskelzellen und Perizyten besteht (SAKUMOTO et al. 2000; BERISHA u. SCHAMS 2005; STOCCO et al. 2007). Die großen Lutealzellen repräsentieren 40% des C.l.- Volumens, wobei sie nur 10 % der gesamten Zellzahl ausmachen. Die Granulosaluteinzellen entwickeln sich aus den Wandzellen des Follikels. Durch ihre hohe mitotische Aktivität tragen sie entscheidend zur Größe des Corpus luteums bei.
In der Literatur gibt es unterschiedliche Angaben bezüglich des Durchmessers von großen Lutealzellen (siehe Tabelle 1).
Tabelle 1: Angaben zum Durchmesser großer Lutealzellen während des Zyklus
Autor Durchmesser großer Lutealzellen
QUIRK et al. (1979) ≥ 22,5 µm
RODGERS u. O`SHEA (1982) > 19 µm
CHEGINI et al. (1984) 18-45 µm
O´SHEA et al. (1989) 24-45 µm
LEI et al. (1991) 23-31 µm
WILTBANK et al. (1994) 26-31 µm
Die großen Lutealzellen sind charakterisiert durch einen großen, runden, vesikulären, sphärischen Kern mit unregelmäßigen Zellgrenzen, der sich durch gleichmäßig verteiltes Kernchromatin auszeichnet (CHEGINI et al. 1984). Ebenfalls sind große Mengen von fein granuliertem Cytoplasma in den Zellen vorhanden (HORSTMANN 1971).
Große Lutealzellen besitzen im Vergleich zu kleinen ein höheres Zytoplasma/Kern- Verhältnis mit einem Zytoplasma, das reichlich Mitochondrien, Lipidtröpfchen und blasenfreie Granula enthält (CHEGINI et al. 1984). Strukturelle Kennzeichen der
Granulosaluteinzellen (große Lutealzellen) sind Mitochondrien vom Tubulustyp und ein endoplasmatisches Reticulum in hoher Dichte (FIELDS et al. 1985; O'SHEA et al.
1990), sowie zahlreiche kleine Einschlüsse von Phospholipiden, Triglyceriden, Cholesterin und deren Ester (LIEBICH 2003).
Diese Zellen besitzen außergewöhnliche steroid- und proteinsynthetisierende Kapazitäten. Die sekretorischen Granula, die Oxytocin, Vasopressin und Neurophysin enthalten, wurden in großen Lutealzellen bei Hauswiederkäuern entdeckt (WHATES u. SWANN 1982; FIELDS et al. 1983; GULDENAAR et al. 1984;
IVELL u. RICHTER 1984; SAWYER et al. 1986; THEODOSIS et al. 1986).
Wie bereits zuvor erwähnt, entstehen die kleinen Lutealzellen aus den Thekazellen und repräsentieren ca. 20% (WILTBANK 1994) bis 28% (HANSEL u. DOWD 1986) des C.l.-Volumens. Sie verfügen über einen Durchmesser von ca. 14 bis 22 µm (LEI et al. 1991; SANGHA 2002) machen ca. 25% der Gesamtzellmenge am Corpus luteum aus (WILTBANK 1994).
Als strukturelle Eigenschaften der kleinen Lutealzellen sind die spindelartige Form der Zelle, der Zellkern mit seinen unregelmäßigen, zytoplasmatischen Einschlüssen, die konzentrischen Wirbel des weichen und rauhen Endoplasmatischen Reticulums und diffus verteilte Mitochondrien mit tubulären Cristae und kristallinen Einschlüssen zu nennen (LEI et al. 1991; SANGHA 2002). Kleine und große Lutealzellen besitzen eine Vielzahl von membrangebundenen dichten Granula, die scheinbar wahllos im Zytoplasma verteilt sind. Das Zytoplasma/Kern-Verhältnis ist geringer als bei den großen Lutealzellen (CHEGINI et al. 1984). Mit Haematoxylin-Eosin färbte eine Autorengruppe histologische Schnitte von Corpus luteum-Gewebe an (VAUGHAN et al. 1996). Hierbei waren zwei deutlich ausgeprägte Zellpopulationen im zu untersuchenden C.l. erkennbar. Große Lutealzellen waren rund oder oval mit einem hell angefärbten Zytoplasma. Die Zellkerne, die normalerweise zentral liegen, waren groß und blasenartig. Diese sind auch schwach gefärbt und besitzen ein geringes Chromatinnetzwerk. Hervortretende Kerne sind ein Zeichen für große Lutealzellen.
Kleine Lutealzellen sind sternförmig und haben eine eher unregelmäßig geformte Außenhülle mit stark angefärbtem Zytoplasma. Sie besitzen einen dunklen und kompakten Kern mit einem verdichteten Chromatinnetzwerk.
Tabelle 2: Charakteristische Morphologie großer Lutealzellen bei der lichtmikroskopischen Untersuchung mit HE-Färbung
Autor Zellmorphologie
HORSTMANN (1971)
Zellform: rundlich Zellkern: blasenartig
Zytoplasma: große, fein granuliert Mengen in den Zellen.
CHEGINI et al. 1984
Zellform: rund und polyedrisch Zellkern: blasenartig mit fein verteiltem Chromatin.
VAUGAN et al. (1996)
Zellform: rund bis oval deutlich hervortretend gegenüber anderen Zellen.
Zellkern: zentral liegend, blasenartig mit geringen Chromatinanteil.
Zytoplasma: hell angefärbt
2.4.2 Histologische Veränderung am Corpus luteum cyclicum im Verlauf des Zyklus
Histologische Untersuchungen am Corpus luteum wurden in der Vergangenheit oft mit dem Ziel durchgeführt, das Alter oder den Funktionszustand des Gelbkörpers zu bestimmen.
Ein locker gefügter Zellverband um den 1. bis 4. Zyklustag charakterisiert die frühe Phase der C.l.-Anbildung. Hierbei sind überwiegend kleine Lutealzellen vorhanden, zwischen die sich Endothelzellen drängen und zusammen ein Kapillarnetz ausbilden.
In der späten Phase der Anbildung besteht das Gelbkörpergewebe in erster Linie aus noch nicht ausgereiften Lutealzellen, die von einem dichten Kapillarnetz umgeben sind, wobei die Gefäßeinsprossung aber noch nicht abgeschlossen ist. Zwischen den Lutealzellen sind feine Bindegewebsfasern zu erkennen (HORSTMANN 1971;
GASSE et al. 1985). Das histologische Bild der C.l.-Blütephase zeigt einen festen Zellverband, der zum größten Teil aus großen polygonalen Lutealzellen mit deutlicher Zellgrenze, granuliertem Zytoplasma und relativ chromatinarmen Zellkernen besteht.
Insgesamt erscheinen die Blutgefäße gut gefüllt und zeigen ein weites Lumen.
Endothelzellen mit einer sichtbaren Kernverdichtung sind das erste Anzeichen einer beginnenden Luteolyse (HORSTMANN 1971; GASSE et al. 1985). Diese endet dann in einem apototischen Zelluntergang (BOOS 1997). Danach kommt es auch bei den anderen Lutealzellen zur Einfaltung der Kernmembran, Kern- und Zytoplasmaverdichtung und beginnender Zunahme von Lipideinlagerung (HORSTMANN 1971; GASSE et al. 1985). Mit dem Beginn der Gelbkörperregressionsphase treten vermehrt Degenerationserscheinungen an den großen Lutealzellen auf. Dabei sind vermehrt Kollagenfasern zu beobachten, sowie geschlossene Kapillaren, die funktionslos zwischen den Lutealzellen liegen. Eine massive Rückbildung der Lutealzellen und eine massenhafte Einlagerung von intrazellulärem Fett sind Charakteristika der fortschreitenden Rückbildungsphase des Gelbkörpers. In der späten Phase der lutealen Regression stellt ein aktives Bindegewebe den Ersatz für das schwindende Lutealgewebe dar. In diesem ist
ebenfalls ein kräftiges Kollagenetz mit Zellmaterial phagozytierender Makrophagen erkennbar (PEUKERT-ADAM 1981; PEUKERT-ADAM et al. 1983; GASSE et al.
1985). Lutealzellen mit unterschiedlicher Ausreifung sind in jedem Entwicklungsstadium des Gelbkörpergewebes beteiligt. Das trifft besonders auf das Blütestadium zu, weil hier nebeneinander noch nicht ausgereifte, reife und solche mit erkennbaren Degenerationserscheinungen vorkommen. Dabei scheinen Anbildungs- und Rückbildungsvorgänge fließend ineinander überzugehen (GASSE et al. 1984).
2.4.3 Histologische Veränderung am Corpus luteum graviditatis
Beim trächtigen Rind bleibt das Corpus luteum in seiner Funktion als endokrine Drüse bis zum Ende der Gravidität bestehen. Dabei kommt es jedoch zu einer histomorphologischen Veränderung im Laufe der Trächtigkeit (HÖFLINGER 1948;
HARMS 1950; OKUDA 1982; LOMMETZ 1986; GASSE et al. 1987).
Im Verlauf der Frühgravidität stellt sich das Lutealgewebe zwischen dem 16. und 33.
Tag wie folgt dar: Am 16. Tag der Trächtigkeit liegen die Lutealzellen dicht nebeneinander in einen gut ausgebildeten Kapillarnetz. Hierbei beobachteten FOLEY u. GREENSTEIN (1958) vornehmlich kleine und sogenannte noch nicht ausgereifte Lutealzellen. In den darauf folgenden 6 Tagen traten immer kleinere und mittelgroße, aber auch große Vertreter dieser Zellart im histologischen Bild in Erscheinung. Gleichzeitig wurden jedoch auch schon degenerative Formen der Lutealzellen in einigen Gewebeabschnitten beobachtet. Letztendlich offenbarte der 25. und 45 Trächtigkeitstag die größten Variationen im Erscheinungsbild. Im 2.
Trächtigkeitsmonat erscheint das Lutealgewebe dichter, sowie die Zellen, verglichen mit den früheren Stadien, runder sowie größer. Auch die Anfärbbarkeit des Zytoplasmas verringert sich. Die Kühe, die eine gestörte Gravidität aufwiesen, zeigten im lichtmikroskopischen Bild häufig degenerierte Lutealzellstadien auf (FOLEY u. GREENSTEIN 1958).
In einer späteren Studie wurde im Rahmen von Progesteronbestimmungen bei Frühgraviditäten auch histologische Examinationen durchgeführt (ZIMBELMAN et al.
1961). Dabei zeigte sich, dass der größte Anteil von großen Lutealzellen an Tag 14 der Trächtigkeit erscheint. Ab dem 56. Tag der Trächtigkeit wurden kaum noch kleine Lutealzellen, sondern vielmehr große und spindelförmige Vertreter dieser Zellart entdeckt, die von ZIMBELMAN et al. (1961) auch als degenerative Art angesprochen wurden.
Die Entwicklung der sich fortlaufend ändernden Zellpopulationen erweckt den Eindruck, dass im Verlauf eines Umbauprozesses lokal ein konstanter Austausch der Zellpopulation stattfindet. In einer Studie von GASSE et al. (1987) konnten zwischen den ersten drei Trächtigkeitsmonaten histomorphologische Differenzen dokumentiert werden. Diese Veränderungen erfassen jedoch nie das ganze Lutealgewebe gleichzeitig, sondern traten eher vereinzelt auf.
2.5 Transvaginale ultraschallgeleitete Corpus luteum-Biopsie
Die Ultraschalltechnologie stellt in der Medizin ein bedeutendes Hilfsmittel dar, indem unter visueller Kontrolle gezielt Gewebebiopsien aus abdominalen Organen beim Menschen (HASTAK et al. 1982) und beim Tier (NYLAND u. HAGER 1985) entnommen werden konnten. Hierbei wurden bisher 2 verschiedene Arten von Biopsieinstrumenten benutzt. Die feine Biopsienadel (22-20 gauge) eignet sich für die Zellaspiration, während die großen True-Cut-Nadeln mit einem automatischen Schuss-Lade-Mechanismus eher für Gewebebiopsien (z.B. Leber) verwendet werden. In einer Studie erfolgte ein Vergleich von zwei Biopsietechniken an Leber und Nierengewebe (HOPPE et al. 1986). Dabei stellte sich heraus, dass die automatische ultraschallgeleitete Biopsietechnik vorteilhafter ist als die manuelle Prozedur. Die Kombination aus Ultraschalltechnik und Biopsienadel, die von einer Person durchführbar war, lieferte durch den Schuss-Lade-Mechanismus der Nadeln Biopsien mit einer hohen Qualität und senkte die Gefahr von Traumen in den Organen. Diese Ergebnisse konnten in einer anderen Untersuchung bestätigt werden. Dabei wurden mit einer 18 gauge True-Cut-Biopsiekanüle, die mit einem automatischen Schuss-Auslöse-Mechanismus ausgestattet war, Biopsien unter Ultraschallkontrolle aus dem Magen-Darm-Trakt von Kleintieren entnommen (PENNINCK et al. 1993)
In der Großtierreproduktionsmedizin beschränkten sich die Gewebeentnahmen zunächst nur auf den equinen Uterus, wobei ein Biopsieinstrument unter transrektaler Ultraschallkontrolle in die Gebärmutter eingeführt wurde (GASTAL et al.
1995).
Corpus luteum-Biopsien wurden in der Vergangenheit vornehmlich aus Ovarien von geschlachteten Rindern (WILTBANK et al. 1995), mit Hilfe einer Vaginotomie (WATSON u. SERTICH 1990) oder während einer Laparatomie (ELECKO et al.
1990) entnommen. Diese Art der Gewebegewinnung war jedoch nur einmalig durchführbar und stellte auch ein invasives Operationsverfahren für die Tiere dar.
Mit Hilfe der transvaginalen ultraschallgeleiteten Corpus luteum-Biopsie war es möglich, Gewebebiopsien des Gelbkörpers von Rindern zu verschiedenen Zeiten
des Zyklus entnehmen (KOT et al. 1999). Diese Technik orientiert sich am Ovum Pick Up (PIETERSE et al. 1988), der intrafollikulären Injektion (KOT et al. 1995) und einem Verfahren, bei dem Follikelflüssigkeit transvaginal (GINTHER et al. 1997) gewonnen wurde.
Nachdem KOT et al. (1999) eine Methode entwickelt hatten, mit der es möglich war, eine transvaginale ultraschallgeleitete Biopsie aus dem bovinen Corpus luteum zu entnehmen, wurden die Auswirkungen dieser Prozedur auf den Zyklus der Tiere untersucht. An Tag 10 p.ov. wurden von jeder Färse in einem Abstand von 4 Stunden jeweils 3 C.l.-Biopsien entnommen. Ebenfalls gewannen die Autoren noch eine Blutprobe vor jeder Biopsie, um den Progesterongehalt zu bestimmen.
Weiterhin dokumentierten KOT el al. (1999) die maximale Größe des Gelbkörpers per Ultraschall. Die Durchschnittsgröße einer C.l.-Biopsie betrug 1 mm x 11,7 mm und das durchschnittliche Gewicht belief sich auf 4,6 mg. Das Gewebe wies eine einheitliche gelbe Färbung mit roten Punkten auf. Bei der nachfolgenden histologischen Untersuchung zeigte sich ein klares Bild mit einer repräsentativen Anzahl von kleinen und großen Lutealzellen (KOT et al. 1999).
Diese Biopsiemethode bot den Vorteil, dass die Biopsienadel mit ihrer Probenkammer in kürzester Zeit exakt ins Lutealgewebe platziert werden konnte.
Jede Gewebegewinnung wurde nach Applikation einer Epiduralanästhesie durchgeführt, um eine Behinderung des Operateurs durch rektale Kontraktionen zu verhindern. Insgesamt gelangen 3 von 39 Biopsieversuchen (8%) nicht beim 1. Mal, weil das C.l. eine große Kavität oder eine sehr flüssige Gewebekonsistenz aufwies.
Alle 3 Fehlversuche waren aber nach einer erneuten Positionierung der Nadel von Erfolg gekrönt. Die 6-fache Gewebeentnahme an Tag 10 p. ov. beeinflusste weder die Lebensspanne des C.l. noch die Progesteronproduktion, denn der erste signifikante Abfall dieser Messgrößen wurde erst an Tag 17 und 18 nach der Ovulation festgestellt. Der Progesterongehalt im Plasma der Tiere aus der Kontrollgruppe unterschied sich nicht signifikant von den Tieren der Biopsiegruppe.
Ebenfalls testeten die Autoren in dieser Studie 2 verschiedene Biopsienadeln mit unterschiedlichen Biopsiekammergrößen. Dabei konnten mit einer Nadel mit einer Kammergröße von 20 mm Länge x 1,2 mm Tiefe die reproduzierbarsten Ergebnisse
erzielt werden. Die transvaginale ultraschallgeleitete Corpus luteum-Biopsie stellte somit eine Methode dar, mit der es möglich war, wiederholt am selben C.l. während des Zyklus eine Gewebeprobe zu entnehmen, ohne den Zyklus des Rindes zu beeinflussen.
Diese Ergebnisse konnten in einer anderen Studie bestätigt werden (TSAI et al.
2001). Auch hier wurde die gleiche Biopsietechnik eingesetzt, die bereits in früheren Untersuchungen verwendet wurde (KOT et al. 1999). Mit Hilfe der transvaginalen ultraschallgeleiteten Corpus luteum-Biopsie konnten luteale Gewebeproben gewonnen werden, die durch Einsatz der quantitativen Reverse Transscriptase Poly Chain Reaction (RT-PCR) untersucht wurden.
Im ersten Experiment wurden Färsen 9–10 Tage nach der Ovulation einer Gelbkörperbiopsie unterzogen, um zunächst die Wiederholbarkeit dieser Methode zu überprüfen. Nachdem die Gewebeexemplare (2,1 mg bis 5,5 mg / Biopsie) innerhalb von 15 min gewonnen und in flüssigem Stickstoff zwischengelagert wurden, folgte die Bestimmung von verschiedenen mRNA-Konzentrationen. Die Ergebnisse der RT- PCR zeigten dabei eine konstante Reproduzierbarkeit.
Im zweiten Versuch wurden die Tiere 9-11 Tage nach der Ovulation in unterschiedliche Gruppen eingeteilt, wobei hier Änderungen in der lutealen mRNA nach der Biopsie und nach einer PGF2α-Injektion untersucht wurden.
Durch die Biopsie allein kam es weder zu Änderungen im Serumprogesteronwert noch im C.l.-Durchmesser der Tiere. Die Ergebnisse der RT-PCR zeigten jedoch eine Verringerung der Konzentration von StAR (steroidogenic acute regulatory protein), FP-Rezeptor, 3β-Hydroxysteroid Dehydrogenase, Cytosolischer Phospholipase A2 und LH-Rezeptoren 4 Stunden nach der PGF2α-Injektion.
Gleichzeitig konnte im Serum der Versuchstiere eine Erhöhung des Prostaglandin F2α sowie eine Erhöhung der mRNA-Konzentration für Prostaglandin- G/H Synthase-2, MCP-I und C-Fos nachgewiesen werden.
Auch in dieser Studie zeigte sich, dass die transvaginale ultraschallgeleitete Corpus luteum-Biopsie zu keiner Beeinflussung des Zyklus führte.
Den Einfluss einer wiederholten Epiduralanästhesie sowie transvaginaler Ovar-und Corpus luteum-Punktion auf das Wohlbefinden von Rindern wurde in einer anderen
Studie untersucht (CHASTANT-MAILLARD et al. 2003). Dabei stellte sich heraus, dass diese Prozedur sich nicht negativ auf die Milchproduktion und den Cortisolhaushalt auswirkte.
In einer anderen Untersuchung wurde die transvaginale ultraschallgeleitete Corpus luteum-Biopsie dazu benutzt, um von 8 Stuten Gelbkörpergewebe zu gewinnen (BEG et al. 2005). Die Erfolgsquote der gelungenen Biopsieversuche betrug hierbei 68%. Retrospektiv ließ sich kein Postbiopsieeffekt in Bezug auf die Größenänderung des C.l. feststellen. Allerdings kam es bei den Stuten einer Gruppe zu einem Absinken des Progesteronwertes im Plasma und zu einer Zyklusverkürzung nach der Biopsie verglichen mit den Tieren der Kontrollgruppe. Die mögliche Ursache für diese Veränderung post Biopsie stellte laut den Autoren die Tatsache dar, dass anstatt einer 18 gauge Nadel (KOT et al. 1999; TSAI et al. 2001) eine 12 gauge Nadel benutzt wurde. Weiterhin entnahmen BEG et al. (2005) eine größere Anzahl von Biopsien als in den vorher genannten Studien.
Ferner untersuchten die Autoren den Einfluss einer durch PGF2α-induzierten Luteolyse 8 Tage nach der Ovulation und gewannen 12 Stunden nach der Injektion transvaginal Corpus luteum-Biopsien. Es erfolgte mittels einer RT-PCR eine Untersuchung des lutealen Gewebes, wobei unterschiedliche mRNA- Konzentrationen verschiedener Gene quantifiziert wurden. Die PGF2α-Behandlung führte zu einer signifikanten Erhöhung der mRNA-Konzentration von Cyclooxygenase-2 und zu einem Absinken von der mRNA-Konzentration von StAR und LH-Rezeptoren. BEG et al. (2005) waren der Ansicht, dass diese Art der Biopsie dazu eignet sei, die Veränderungen am equinen C.l. auf mRNA-Ebene während der Luteolyse zu analysieren. Die bisherigen Erfahrungen mit der transvaginalen Corpus luteum-Biopsie sind in Tabelle 3 zusammengefasst.
Tabelle 3: Bisheriger Einsatz der transvaginalen Corpus luteum-Biopsie unter Ultraschallkontrolle
Autor Biopsiezeitpunkt Biopsieanzahl Biopsiegewicht Biopsienadelgröße
Auswirkung auf Zyklus oder C.l.
KOT et al.
(1999)
10 Tage p. ov. 6 pro Kuh 1,8-7,5 mg 18 gauge
keine
TSAI et al.
(2001)
9-11 Tage p.ov 6 pro Kuh 2,1-5,5 mg 18 gauge
keine
BEG et al.
(2005)
8 Tage p. ov. Mehrmals pro Stute
Gesamtgewicht von allen Biopsien: 30 - 183 mg
12 gauge
Verkürzter Zyklus, aufgrund zu großer
Biopsienadel
2.6 Endogene Synthese von Steroidhormonen und IGF-1
2.6.1 Progesteronsythese
Abbildung 2: Schematische Darstellung der Progesteronsynthese und Wirkung
Die Sekretion des Steroidhormons Progesteron ist wohl die bedeutendste Funktion des Corpus luteums. Durch das Steroidhormon wird die Länge des Brunstzyklus kontrolliert sowie die Aufrechterhaltung der Trächtigkeit gewährleistet (SCHAMS u.
BERISHA 2004). Die Synthese des Progesterons wird durch die Ausschüttung von Hypothalamus
FSH LH
Ovar
Cholesterin
Pregnenolon Progesteron
C.l.
Embryo
Sekretion im Endometrium
Kontraktion + Myometrium
Cervixverschluss IFNT
Uterus
+ -
Hypophsyse GnRH
+ +
+
+
PGF2α -
LH induziert (NETT et al. 1988). Gebildet wird LH im Hypophysenvorderlappen nach Stimulation durch das Releasing-Hormon Gonadoliberin (GnRH) aus dem Hypothalamus. Um darauf zu reagieren, kommt es am C.l. zur Ausbildung von LH- Rezeptoren, wobei der Höhepunkt der Rezeptorendichte in der Mitte der Lutealphase erreicht wird (DIEKMAN et al. 1978). Im Verlauf des Zyklus beginnt das C.l. zwischen dem zweiten und vierten Tag mit der Progesteronsynthese und hält diese bis zum 16. oder 17.Tag aufrecht (MÜLLER et al. 1982; TABAN u. HANN 1984; DIAZ et al.
1986; BERISHA u. SCHAMS 2005). Dabei wird in den Mitochondrien Cholesterin zu Pregnenolon durch das Enzym Desmolase katalysiert. Im Endoplasmatischen Reticulum erfolgt die Umwandlung von Pregnenolon durch 3β-Hydroxysteroid- Dehydrogenase zu Progesteron. In einer Studie von HERZOG et al. (2007) wurde der luteale Blutfluss während der Zyklus per Dopplersonographie untersucht. Die gleichzeitig gemessenen Progesteronwerte zeigten eine positive Korrelation zu dem lutealen Gewebezuwachs bzw. Rückgang. Ein Hohlraum im Gelbkörper scheint dabei keine Beeinträchtigung in der Progesteronproduktion darzustellen (HONNENS 2006).
Der Funktionszustand des C.l. kann durch Bestimmung des Progesterongehaltes im Blutplasma oder in der Milch nachgewiesen werden (KOCH u. GLATZEL 1990).
Die P4-Konzentation bewegt sich laut MÜLLER et al. (1982) und DIAZ et al. (1986) in einem Messbereich von unter 1 ng/ml, wenn sich das Rind im Proöstrus bzw. Östrus befindet. Im darauf folgenden Diöstrus startet der Anbildungsgelbkörper mit der P4- Synthese, wobei die Werte bis zum 6. Zyklustag aber nur langsam ansteigen (TABAN u. HANN 1984). Von Tag 7 bis Tag 13 des Zyklus kommt es zu einer deutlichen Steigerung der Progesteronsekretion (DIAZ et al. 1986). Die höchsten Werte des Steroidhormons wurden zwischen dem 10. und 17. Zyklustag gemessen (DIAZ et al. 1986; STEVENSON et al. 2008). Ein deutliches Absinken des P4- Niveaus ist ab Tag 16 bis zum Eintreten der erneuten Brunst zu verzeichnen (SCHALLENBERGER et al. 1985; DIAZ et al. 1986; KOCH u. GLATZEL 1990).
In den ersten 10 Wochen post partum (p.p) konnten basale Progesteronwerte im Plasma bei 0,3 bis 0,4 ng/ml ermittelt werden. Die Höchstwerte betrugen in den ersten beiden Wochen p.p. 0,8 ng/ml, in der dritten Woche >1,0 ng/ml und ab der
vierten Woche nach der Geburt konnten Werte zwischen 2,9 und 4,5 ng/ml im Plasma von zyklischen Kühen gemessen werden (POPE et al. 1982;
ABEYAWARDENE et al. 1984; HOEDEMAKER et al. 2004).
Die Höhe des gemessenen P4-Wertes p.p. hängt von mehreren Faktoren ab. In der Regel wird die 1. Ovulation nicht registriert, da die Kuh keine Anzeichen einer Brunst zeigt. Diese „stille“ Brunst ist gekennzeichnet durch einen verkürzten Zyklus (ca. 8-10 Tage) und eine eingeschränkte Lutealphase (KYLE et al. 1992). Durch frühzeitiges Freisetzen von PGF2α beginnt bereits nach 8-10 Tagen die C.l.-Regression und stellt damit eine Ursache für die geringen P4-Werte kurz nach der Abkalbung dar (AURICH et al. 1995). Die 2. Brunst zeichnet sich durch eine normale Zykluslänge und eine gewöhnliche Lutealphase aus, in der das C.l. größere Mengen an Progesteron produzieren kann (PETER et al. 1989).
Während der Frühträchtigkeit produziert der Embryo das sogenannte Interferon Tau (IFNT), wodurch der Ablauf der luteolytischen Mechanismen verhindert wird. Die häufigste Ursache der embryonalen Mortalität liegt darin, dass der luteolytische Prozess nicht unterbrochen wird. Deshalb muss die IFNT-Produktion des Embryos am 16. Tag der Gravidität ausreichend sein, um mit Hilfe der maternalen P4- Produktion, die beginnende Regression des Gelbkörpers zu verhindern. In einer Studie konnte gezeigt werden, dass der Embryo der Luteolyse entgegen wirkt, indem er die Anbildung der Oxytocin-Rezeptoren im luminalen Epithel des Endometriums verhindert, wodurch die Oxytocin induzierte PGF2α –Sekretion in der Gebärmutter unterbunden wird (THATCHER et al. 1995).
Der Initiationsschritt der Luteolyse ist gekennzeichnet durch ein Ansteigen der Östrogenrezeptoren mit nachfolgender Expression von Oxytocinrezeptoren (OXTR) im luminalen Epithel des Endometriums (WATHES u. LAMMING 1995; MANN u.
LAMMING 1999). Eine Erhöhung der Östrogenkonzentration im Blut ist die Vorraussetzung für eine vermehrte Kontraktilität des Myometriums durch eine erhöhte Oxytocinansprechbarkeit der Myozyten und bewirkt durch einen positiven Feedback auf den Hypophysenvorderlappen eine vermehrte Ausschüttung von LH (NIEMANN u. MEINECKE 1993; GRUNERT 1999). Bei Schafen konnten gezeigt werden, dass Progesteron im Zusammenspiel mit seinem Rezeptor die Expression
von Aromatase unterdrückt und damit die Ausbildung von OXTR in der frühen Trächtigkeit verhindert (LEUNG et al. 1998). IFNT verhindert die Expression von OXTR in vitro (TELGMANN et al. 2003) und in vivo (SPENCER u. BAZER 1995;
SPENCER et al. 1998). Allerdings ist weiterhin unklar, ob IFNT direkt auf das OXTR- Gen wirkt (MANN u. LAMMING 1999) oder indirekt durch Unterdrückung der Östrogenrezeptoren (SPENCER et al. 1996). Die Hypothese von der direkten Wirkung auf die OXTR wird durch die Beobachtung von TELGMANN et al. (2003) unterstützt. In dieser Studie konnte gezeigt werden, dass in der bovinen OXTR- Promoter-Region Interferon-Tau-Elemente (IRE) enthalten sind, an die Interferon- Regulationsfaktoren (IRF)-1 und (IRF)-2 binden können.
Ein verzögerter Anstieg im Progesteronwert nach der Ovulation bzw. eine geringe Sekretion des Hormons innerhalb der Lutealphase resultiert in der Entwicklung eines Embryos mit geringer oder ausbleibender Interferonproduktion zum kritischen Zeitpunkt (MANN u. LAMMING 1999).
Einige Autoren stellten sich die Frage, in wie fern der postovulatorische Progesteronanstieg mit dem Überleben des Embryos verknüpft ist (THATCHER et al.
1994). Diese Frage wird sehr kontrovers in der Literatur diskutiert. Auf der einen Seite konnte kein Unterschied im Progesteronanstieg zwischen tragenden und zyklischen Tieren innerhalb des 6-tägigen Zeitraumes nach der Ovulation festgestellt werden. Lediglich subfertile Kühe zeigten einen langsameren Progesteronanstieg während dieses Zeitintervalls (SHELTON et al. 1990; CHAGAS E SILVA et al. 2002).
Auf der anderen Seite wiesen Kühe bei einem Embryotransferversuch mit einem degenerierten Embryo geringere P4-Werte im Plasma am 3. Tag nach der Brunst auf als die Tiere, die einen gesunden Embryo im Uterus beherbergten (MAURER u.
ECHTERNKAMP 1982). Am 12. Tag post inseminationem konnte ein niedrigerer Progesteronwert bei den Tieren nachgewiesen werden, deren Konzeptus vermutlich der frühen embryonalen Mortalität zum Opfer fiel (MANN u. LAMMING 1999). In einer anderen Untersuchungen wurde ein höherer P4-Wert im Plasma an Tag 16 bei trächtigen Tieren gemessen als bei nicht tragenden Rindern (BOYD et al. 1969). Laut GRUNERT (1999) gibt es verschieden Gründe für eine verminderte P4-Produktion.
Zum einen kommt eine gestörte präovulatorische Follikelentstehung oder eine
abnormale Gelbkörperreifung in Frage, wobei auch eine verminderte Überlebensdauer des Corpus luteums eine mögliche Ursache für dieses Phänomen darstellt. Ebenso kann die Gelbkörperfunktion auch infolge einer Infektion (z.B. IBR) oder auch durch Hitzestress im Sommer beeinträchtigt werden (GRUNERT 1999).
Das Corpus luteum graviditatis bleibt bis zum Ende der Trächtigkeit als endokrine Drüse bestehen. Aus diesem Grund bleibt die Progesteronkonzentration im Plasma auch nach dem 20. Tag p.ov. auf einem hohen Niveau. Wenn keine Befruchtung stattgefunden hat oder der Embryo vor dem 15. Tag der maternalen Reaktion degeneriert, erfolgt ab dem 17. Tag nach der Besamung die funktionelle und morphologische Regression des Corpus luteums (NIEMANN u. MEINECKE 1993).
Daher sind an Tag 20/21 nur noch basale P4-Werte im Plasma messbar (VAN DER WEIJDEN u. TAVERNE 1999).
Ob ein gewisses Niveau des Progesteronwertes im Plasma zu einem bestimmten Zeitpunkt nach der Besamung eine Aussage in Bezug auf eine erfolgreiche Befruchtung zulässt, ist weiterhin strittig. Dazu erfolgte in einer Studie ein Vergleich der peripheren P4-Konzentrationen von angepaarten und zyklischen Kühen (SHEMESH et al. 1968). Nach Ansicht der Autoren hatte eine Konzeption stattgefunden, wenn am 19. Tag nach der Brunst im Plasma eine P4-Konzentration von mehr als 3 ng/ml gemessen wurde. In einer späteren Untersuchung berichtete eine Autorengruppe (SCHAMS et al. 1972), dass der maximale Progesteronwert am 20./21. Tag der Trächtigkeit gemessen wurde (12,0 ng/ml). Im weiteren Verlauf kam es zu einem leichten Abfall des Wertes, wobei anschließend sich die Progesteronkonzentration bis zum 240. Tag mit Werten von 5 ng/ml bis 9 ng/ml relativ konstant blieb. Erst 2 Tage vor der Geburt begann der P4-Wert der Kühe auf 2 ng/ml zu sinken.
Die Synthese des Gelbkörperhormons, welches die Zykluslänge kontrolliert und die Aufrechterhaltung der Trächtigkeit gewährleistet, obliegt in erster Linie den großen Lutealzellen (NETT et al. 1988). Untersuchungen ergaben, dass Progesteron in auto- und parakriner Art und Weise einen Einfluss auf die Funktion des frühen und späten bovinen Cl ausübt (SKARZYNSKI u. OKUDA 1999; DURAS et al. 2005). Hierbei wurden in einem Laborversuch bovine Lutealzellen in Kultur mit einem spezifischen
Progesteronantagonisten (Onapristone) behandelt (SKARZYNSKI u. OKUDA 1999;
OKUDA et al. 2004). Bei den frühen lutealen Zellstadien bewirkte dies eine Senkung der Progesteron-, Oxytocin-, PGF2α– und PGE2–Ausschüttung. Der P4-Antagonist hemmte jedoch die Oxytocin-Sekretion von Lutealzellen des mittleren Zyklus, wobei aber die PGF2α –Produktion stimuliert wurde (SKARZYNSKI u. OKUDA 1999). Zuvor wurde berichtet, dass Progesteron im mittleren C.l.-Zyklus die PGF2α–Sekretion reguliert, jedoch im späteren Stadium des C.l. diese Fähigkeit nicht mehr besitzt (PATE 1988). Progesteron hat einen Einfluss auf Sekretionsfähigkeit des bovinen Gelbkörpers. Diese ist wiederum abhängig von den einzelnen Entwicklungsstufen des Corpus luteums, dessen Zellkomposition und deren Kommunikation untereinander (TOWNSON u. PATE 1996; SKARZYNSKI u. OKUDA 1999;
MURAKAMI et al. 2001; WEEMS et al. 2002).
2.6.2 Endokrines IGF-I während des Zyklus
Insulin-ähnliche Wachstumsfaktoren sind Polypeptide, die dem Insulin ähneln. Die Wirkung des IGF-I entspricht weitgehend der des Insulins. Durch Insulin wird in erster Linie die Zellhypertrophie durch vermehrte Nährstoffeinlagerung induziert.
Gleichzeitig beeinflusst IGF-I die Proliferation, Differenzierung und Hypertrophie von verschieden Zellarten. Durch eine Verknüpfung mit diversen Bindungsproteinen und Anheftung an entsprechende Rezeptoren kann es seine biologische Aktivität entfalten (MCCUSKER 1998). Reproduktion, Laktation und Wachstum von Rindern werden von Somatropin und insulinähnlichen Wachstumsfaktoren beeinflusst. Die IGF-I-Synthese findet hauptsächlich in der Leber, aber auch im Ovar, in der Plazenta und in anderen Körperzellen statt (LUCY 2000). Das sich im Ovar befindende IGF-I wirkt sowohl endokrin als auch auto- und parakrin (DAUGHADAY u. ROTWEIN 1989). Es aktiviert die ovarielle Funktion in Zusammenarbeit mit den Gonadotropinen, indem es Wachstum, Differenzierung und Steroidsynthese der ovariellen Zellen unterstützt. IGF-I arbeitet mit verschiedenen Bindungsproteinen, die entweder dem Blut entstammen oder lokal im Follikel hergestellt werden (BAXTER u.
MARTIN 1989). Einen Überblick zum besseren Verständnis bietet Abbildung 3.
Abbildung 3: Effekt von Somatotropin auf die IGF – Konzentrationen im Blut und im Ovar (nach LUCY 2000)
Die Konzentration von IGF-I im Blutplasma hängt primär mit der metabolischem Situation des Rindes zusammen (CHIESA et al. 1991; RICHARDS et al. 1991;
RICHARDS 1995; BOSSIS 1999). Dabei kommt es zur Stimulation der Steroidsynthese durch IGF-I in den bovinen Lutein- und Granulosazellen. In einer Studie wurde der IGF-I-Gehalt im Plasma von Rindern 12 Wochen post partum ermittelt. Dabei wiesen Tiere mit einer negativen Energiebilanz während der Lutealphase niedrigere IGF-I- und Progesteronwerte im Serum gegenüber den Kühen, die sich in einer positiven Energiebilanz befanden, auf (SPICER et al. 1990).
Bei einer anderen Untersuchung erfolgte die Messung des IGF-I-Wertes in der Leber und im Corpus luteum (VANDEHAAR et al. 1995). Hierbei galt es zunächst zwei Rindergruppen unterschiedlich energetisch zu füttern, damit einige eine positive und andere eine negative Energiebilanz aufwiesen. Gleichzeitig fand eine ultrasonographische Vermessung des Gelbkörpers statt.
Die Kühe, die eine negative Energiebilanz aufzeigten, präsentierten geringe IGF-I- Messwerte in der Leber, wobei die Konzentration des Wachstumsfaktors im C.l. sich nicht veränderte. Dafür waren die Corpora lutea, sowie der Progesteronwert dieser Gruppe kleiner als bei den Kühe mit einer positiven Energiebilanz. Die Autoren vermuteten daraufhin einen Zusammenhang zwischen dem IGF-I-Wert in der Leber und dem geringen Gelbkörperwachstum, was nach ihrer Ansicht auf eine mögliche endokrine Regulationsfunktion von IGF-I hinweist. Die These konnte durch eine andere Studie bestätigt werden, indem eine Applikation von IGF-I mit einem Mikrodialysesystem durchführt wurde und damit die Progesteronproduktion in vitro stimulierte (SCHAMS et al. 1999).
Diesem Thema widmete sich auch eine andere Autorengruppe, wobei in diesem Fall die Ovarfunktion von fütterungsbedingten azyklischen Kühen nach GnRH- Behandlung untersucht wurde (HAMILTON et al. 1999). Der Einsatz von Gonadoliberin bewirkte eine Konzentrationssteigerung von IGF-I und Östrogenen in der Follikelflüssigkeit. Dabei wurde bei den azyklischen Tieren ein geringerer IGF-I- Wert in der Follikelflüssigkeit gemessen als bei den zyklischen Tieren. Daraufhin untersuchten HAMILTON et al. (1999) in einem anderen Experiment die Wirkung von IGF-I und Insulin auf Granulosazellen in vitro. Hierbei zeigte sich eine
Reaktivitätssteigerung der Epithelzellen auf FSH, die zu einer Zellproliferation und zu Progesteronproduktion führte (HAMILTON et al. 1999).
In wie weit ein hormoneller Einfluss zu einer IGF-I-Konzentrationsveränderung in den Granulosazellen führt, wurde in einer anderen Studie überprüft (SPICER u.
CHAMBERLAIN 2000). Die bei dieser Untersuchung ermittelten Resultate signalisierten, dass die physiologische Erhöhung der Östrogenwerte im Ovar von zyklischen Rindern eine IGF-I-Senkung bewirkt. Dadurch wurde eine frühzeitige Zellteilung im ovulierendem Follikel verhindert. Somit deutete sich an, dass es durch eine hormonell induzierte Veränderung an den Granulosazellen, jedoch nicht an den Thekazellen, während der follikulären Reifung zu einem Wandel in der intrafollikulären IGF-I-Konzentration kommt.
SPICER et al. (2008) verglichen den Effekt des Plasmas von zyklischen und fütterungsbedingt anovulatorischen Färsen auf das Wachstumsverhalten von Granulosazellen (siehe Tabelle 4). Dabei wurden Granulosazellen aus bovinen Follikeln gewonnen und entweder dem Plasma von zyklischen oder anovulatorischen Rindern ausgesetzt. Bei der nachfolgenden Zellzahlbestimmung stellte sich heraus, dass die besten Proliferationsraten von Granulosazellen mit dem Plasma der zyklischen Tiere erzielt wurden (SPICER et al. 2008).
Nach Ansicht der Autoren enthält das Plasma von Färsen, die sich in einem normalen Zyklus befinden, eine höhere Konzentration des Wachstumsfaktors IGF-I, der das Granulosazellwachstum stimuliert, als das anovulatorischer Tiere (SPICER et al. 2008).
Jene Vermutung äußerte bereits eine andere Autorengruppe, nachdem in einem Versuch durch Futterreduktion das Ausbleiben der Ovulation induziert wurde, und dabei eine schrittweise Reduzierung des IGF-I-Wertes in der Follikelflüssigkeit festgestellt werden konnte (PRADO et al. 2002).
Diese Studien belegen, dass eine entsprechende zirkulierende IGF-I-Konzentration im Blut vorhanden sein muss, um die Ovulation auszulösen.
Ob IGF-I im Plasma einen Einfluss auf den Follikeldurchmesser hat, wurde bereits in einer andere Studie untersucht, in der Färsen mit einem Diätfuttermittel über einen längeren Zeitraum behandelt wurden (SPICER et al. 1991). Dabei konnte beobachtet
werden, dass es zu einer Reduzierung der Follikelgrößen kam, jedoch ohne die IGF- I-Konzentration im Plasma zu beeinflussen. Ebenfalls hängt die Serum-IGF-I- Konzentration nicht mit den Schwankungen der Follikelanzahl während der Follikelwellen bei laktierenden Tieren zusammen (BURNS et al. 2005).
Weiterhin stellte sich die Frage, inwiefern der peripher gemessene IGF-I-Wert der IGF-I-Konzentration in der Follikelflüssigkeit und in den Ovarien ähnelt. Hierbei waren die Werte in der Follikelflüssigkeit sowohl geringer (ECHTERNKAMP et al.
1990; SPICER u. ENRIGHT 1991) oder gleich (SPICER u. GEISERT 1992 ), aber auch höher (SPICER et al. 1992 ; ORTEGA et al. 2008) als das peripher gemessene IGF-I. Das der Leber entstammende IGF-I kann in einer Kurz-Hunger-Phase signifikant abfallen ohne dabei die intrafollikuläre IGF-I-Konzentration zu beeinflussen (SPICER et al. 1992 ). Unter pathologischen Bedingungen, wie z.B. der Zystischen-Ovar-Degeneration, besteht die Möglichkeit, dass der IGF-I-Wert im Follikel geringer ist als im Serum. Begründet wurde diese These damit, dass es eine Veränderung in der Diffusionsrate zwischen dem Blut und der Follikelflüssigkeit gab (ORTEGA et al. 2008).
Ebenfalls wurden Sekretionsmuster von IGF-I während des Zyklus bei Rindern gemessen, die nicht unter Nahrungsmangel litten. Dabei ergaben sich jedoch widersprüchliche Daten. Einige Autoren berichteten, dass es während der präovulatorischen Phase zu einen Anstieg des zirkulierenden IGF-I bei Fleisch- und Milchrindern kam (KAWASHIMA et al. 2007). Gleichermaßen erläuterten sie, dass die Plasma-IGF-I-Konzentration, die zweimal wöchentlich gemessen wurde, vorrübergehend während der Follikelphase anstieg und zu Beginn der Lutealphase wieder abnahm.
Diese zyklusabhängigen Veränderungen der IGF-I-Konzentrationen wurden sowohl bei Schafen (SPICER et al. 1993) als auch bei Ziegen (STEVENSON et al. 1994) beschrieben. Auf der anderen Seite konnten bei einem Versuch konstante IGF-I- Werte während des Zyklus gemessen werden, wobei in diesem Fall ein kürzeres Probennahmeintervall verwendet wurde als in den oben genannten Studien (ALVAREZ et al. 2000). Bei einem anderen Experiment behandelten die Autoren Kühe mit LH und entnahmen nach 24 Stunden alle 2 Tage eine Blutprobe, um den
IGF-I-Wert zu bestimmen. Auch hier zeigten sich keine Veränderungen bei der Konzentration des Wachstumsfaktors (ROBINSON et al. 2002). Die wahren Gründe für diese Messdiskrepanzen waren nicht eindeutig zuzuordnen. Es wurde jedoch postuliert, dass die Probensammelmethodik sowie die unterschiedlichen Zeitabstände bei der Probenentnahme die Erklärung für dieses Phänomen sein könnten (VELAZQUEZ et al. 2008).
Tabelle 4: Zusammenhang zwischen IGF-I-Wert und Reproduktionsleistung (↑=Anstieg;
↓=Abfall)
Autor Versuch Auswirkung
SPICER et al (1991)
Futterreduktion IGF-I ↓
Follikeldurchmesser ↓ VANDERHAAR et al.
(1999)
Rinder mit NEB
Rinder ohne NEB
IGF-I ↓ P4 ↓
IGF-I ↑ P4 ↑ SCHAMS et al. (1999)
IGF-I-Supplementation bei zyklischen Rindern
IGF-I ↑ P4 ↑
HAMILTON et al. (1999)
GnRH-Applikation bei zyklischen Rindern
Östrogen in
Follikelflüssigkeit ↑ IGF-I ↑
CHAMBERLAINE et al.
(2000)
Östrogenwerte ↑ IGF-I ↓
PRADO et al. (2002)
Futterreduktion IGF-I ↓
keine Ovulation
SPICER et al. (2008)
Plasma IGF-I ↑
Plasma IGF-I ↓
Ganulosazellprofiferation ↑
Ganulosazellprofiferation ↓
2.6.3 Endokrines IGF-I während der Trächtigkeit
Nach der Befruchtung muss der Embryo das Ovidukt passieren und sich im Uterus einnisten, um dort eine Trächtigkeit zu etablieren. Endokrines IGF-I vermag dabei möglicherweise direkt die Überlebensfähigkeit des Konzeptus zu beeinflussen, z.B.
beim Transport im Eileiterlumen zum Uterus. Auch eine indirekte Wechselwirkung des Wachstumsfaktors mit dem Reproduktionstrakt scheint möglich. So zeigte sich in mehreren Versuchen, dass IGF-I einen positiven Einfluss auf die bovine Präimplantationsphase des Embryos hat (HERRLER et al. 1992; MATSUI et al.
1997; PALMA et al. 1997; PRELLE et al. 2001; BYRNE et al. 2002; MAKAREVICH u.
MARKKULA 2002; MOREIRA et al. 2002; SIRISATHIEN et al. 2003; LIMA et al.
2006; STEFANELLO et al. 2006). In der Tat zeigten in vitro entwickelte bovine Embryonen, die während der Kulturperiode mit IGF-I behandelt worden waren, eine höhere Überlebensrate nachdem sie auf Empfängertiere übertragen wurden (BLOCK et al. 2003; BLOCK 2007; BLOCK u. HANSEN 2007). IGF-I entfaltet seine Wirkung durch Bindung an den IGF-I-Rezeptor (IGF-IR), die der Embryo schon während der Präimplantationsphase aufweist (WATSON et al. 1992; YASEEN et al. 2001). Jedoch konnte bei einer semiquantitativen RT-PCR-Analyse keine mRNA für IGF-I im bovinen Embryo nachgewiesen werden, sondern nur für IGF-IR, IGF-II-Rezeptor (IGF-RII) und IGF-II (YASEEN et al. 2001). IGF-I und IGF-II binden jeweils spezifisch an ihren Oberflächenzellrezeptor. Dabei ist auch eine Bindung der beiden Wachstumsfaktoren am heterologen Rezeptor möglich, jedoch mit abgeschwächter Affinität (KANE et al. 1997; DIAZ-CUETO u. GERTON 2001). Zu der IGF-Familie gehören neben den Zelloberfächenrezeptoren (IGF-IR und IGF-IIR) auch noch 6 bekannte IGF-Bindungsproteine (IGF-BP). Die Anheftung an die Bindungsproteine, insbesondere IGF-BP3, ermöglicht eine Verlängerung der Halbwertszeit der zirkulierenden IGF-I-Konzentration im Plasma. Gleichzeitig ermöglicht diese Verbindung zwischen den beiden Liganden auch einen exakten Transport zu den Zielorganen und Geweben (MURPHY u. BARRON 1993; WETTERAU et al. 1999).
Dabei bleibt es fraglich, ob das zirkulierende IGF-I den Embryo überhaupt erreicht,
