Beeinflussung der Calciumhomöostase peripartaler Milchkühe durch 25-Hydroxyvitamin D
3in Kombination mit
einer anionenreichen Fütterung
INAUGURAL – DISSERTATION
zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin - Doctor medicinae veterinariae -
vorgelegt von Imke Cohrs
Soltau
Hannover 2013
1. Gutachter: Prof. Dr. Gerhard Breves Physiologisches Institut
2. Gutachter: Prof. Dr. Jürgen Rehage Klinik für Rinder
Tag der mündlichen Prüfung: 14.05.2013
Dieses Projekt wurde mit Mitteln von DSM Nutritional Products gefördert.
Cohrs, I., I. Oberheide, M. Wilkens, E. Azem, B. Schröder, G. Breves (2011)
Influence of feeding anionic salts and 25-hydroxyvitamin D3 as a mineral premix on periparturient dairy cows’ calcium metabolism with special emphasis on the duration of application
Vortrag: 65. Tagung der Gesellschaft für Ernährungsphysiologie 15. 03. - 17. 03. 2011 in Göttingen
Wilkens, M.R., I. Cohrs, A.L. Lifschitz, D. Fraser, K. Olszewski, B. Schröder, G. Breves (2012)
Is the metabolism of 25-hydroxyvitamin D3 age-dependent in dairy cows?
Poster: 15th Vitamin D Workshop
19.06. - 22.06.2012 in Housten, Texas, Vereinigte Staaten von Amerika
Wilkens, M.R., I. Cohrs, A.L. Lifschitz, D.R. Fraser, K. Olszewski, B. Schröder and G. Breves (2013)
Is the metabolism of 25-hydroxyvitamin D3 age-dependent in dairy cows?
J.Steroid. Biochem. Mol. Biol. (in press)
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis ... I Abkürzungsverzeichnis ... V Verzeichnis der Abbildungen ...VII Verzeichnis der Tabellen ...XII
1 Einleitung ... 1
1.1 Aufrechterhaltung der Calciumhomöostase ... 1
1.1.1 Parathormon (PTH) ... 1
1.1.2 1,25-Dihydroxyvitamin D3 (1,25-(OH)2D3) ... 2
1.1.3 Calcitonin ... 3
1.2 Peripartale Hypocalcämie der Milchkuh ... 4
1.2.1 Ätiologie ... 4
1.2.2 Prädisponierende Faktoren ... 5
1.2.3 Wirtschaftliche Relevanz ... 6
1.2.4 Klinik und Behandlung ... 8
1.2.5 Konzepte zur Stabilisierung der Calciumhomöostase der Milchkuh im peripartalen Zeitraum ... 9
1.2.5.1 Orale Applikation von Calcium zur Abkalbung ... 9
1.2.5.2 Calciumrestriktive Fütterung ante partum ...10
1.2.5.3 Konzept der anionenreichen Fütterung ante partum (DCAD-Konzept) ...11
1.2.5.4 Applikation von Vitamin D ...13
1.2.5.5 Weiterführende Studien zur Stabilisierung der Calciumhomöstase mit Vitamin D-Metaboliten im peripartalen Zeitraum ...13
1.2.5.5.1 Applikation von 1,25-(OH)2D3 zur Stabilisierung der peripartalen Calciumhomöostase ...14
1.2.5.5.2 Applikation von 25-OHD3 zur Stabilisierung der peripartalen Calciumhomöostase ...14
1.2.5.5.3 Orale Applikation von 25-OHD3 in Kombination mit der Fütterung einer anionenreichen Diät ...15
1.3 Zielsetzung der Arbeit ... 16
2 Versuchstiere, Material und Methoden ... 17
2.1 Der Betrieb ... 17
2.2 Versuchsdesign ... 18
2.2.1 Versuchsdurchlauf 1 ...19
2.2.2 Versuchsdurchlauf 2 ...20
2.3 Versuchstiere ... 23
2.3.1 Fütterung der Versuchstiere ...23
2.3.2 Kontrolle der Futteraufnahme ...26
2.3.3 Altersstruktur der Tiere ...26
2.3.4 Gesundheitszustand der Tiere ...26
2.3.5 Bestimmung des Body-Condition-Scores (BCS) ...27
2.4 Probennahme ... 28
2.4.1 Harnproben ...28
2.4.2 Blutproben ...28
2.4.3 Milchproben ...28
2.5 Analytische Methoden ... 29
2.5.1 Harnproben ...29
2.5.2 Blutproben ...29
2.5.2.1 Ionisiertes Calcium (Ca2+) im Vollblut ...29
2.5.2.2 Gesamtcalcium (Cat) und Phosphat (Pi) im Plasma ...30
2.5.2.3 25-OHD3 und 1,25-(OH)2D3 im Plasma ...30
2.5.2.4 PTH im Plasma ...30
2.5.2.5 Knochenmarker ...32
2.5.2.5.1 Knochenresorptionsmarker CrossLaps im Plasma ...32
2.5.2.5.2 Knochenformationsmarker Osteocalcin im Plasma ...33
2.5.3 Milchproben ...34
2.5.3.1 25-OHD3 in der Milch ...34
2.6 Berechnung der Halbwertszeit von 25-OHD3 ... 34
2.7 Statistische Auswertung ... 35
3 Ergebnisse ... 37
3.1 Futteraufnahme ... 37
3.2 Parameter des Säure-Basen-Haushalts ... 37
3.2.1 pH-Wert und BSQ im Harn ...37
3.2.2 pH-Wert im Vollblut ...38
3.3 Mineralstoffe im Harn ... 40
3.3.1 Calcium im Harn ...40
3.3.2 Magnesium im Harn ...40
3.3.3 Phosphat im Harn ...40
3.4 Blutparameter im peripartalen Zeitraum ... 42
3.4.1 Vitamin D-Metabolite ...42
3.4.1.1 25-OHD3-Konzentrationen im Plasma ...42
3.4.1.2 1,25-(OH)2D3-Konzentrationen im Plasma ...46
3.4.2 PTH-Konzentrationen im Plasma ...48
3.4.3 Mineralstoffe ...51
3.4.3.1 Calcium ...51
3.4.3.1.1 Ca2+-Konzentrationen im Vollblut...51
3.4.3.1.2 Cat-Konzentrationen im Plasma ...55
3.4.3.2 Pi-Konzentrationen im Plasma ...58
3.4.4 Parameter des Knochenstoffwechsels ...60
3.4.4.1 CrossLaps-Konzentrationen im Plasma ...60
3.4.4.2 Osteocalcinkonzentrationen im Plasma ...62
3.5 Blutparameter im weiteren Verlauf der Laktation ... 63
3.5.1 Vitamin D-Metabolite ...63
3.5.1.1 25-OHD3-Konzentrationen im Plasma ...63
3.5.1.2 1,25-(OH)2D3-Konzentrationen im Plasma ...66
3.5.2 PTH-Konzentrationen im Plasma ...68
3.5.3 Mineralstoffkonzentrationen im weiteren Verlauf der Laktation ...68
3.5.3.1 Mineralstoffkonzentrationen des ersten Versuchsdurchlaufs ...68
3.5.3.2 Ca2+-, Cat- und Pi-Konzentrationen im Vollblut bzw. im Plasma ...68
3.5.3.3 Mineralstoffkonzentrationen des zweiten Versuchsdurchlaufs ...69
3.5.3.3.1 Ca2+-Konzentrationen im Vollblut...69
3.5.3.3.2 Cat-Konzentrationen im Plasma ...70
3.5.3.3.3 Pi-Konzentrationen im Plasma ...71
3.5.4 Parameter des Knochenstoffwechsels ...72
3.5.4.1 CrossLaps-Konzentrationen im Plasma ...72
3.6 Untersuchungsparameter in der Milch ... 73
3.6.1 25-OHD3-Konzentrationen in der Milch ...73
4 Diskussion ... 75
4.1 Beurteilung der angewandten Methoden ... 75
4.1.1 1,25-(OH)2D3 ...75
4.1.2 PTH ...76
4.2 Einflüsse der Fütterung einer anionenreichen Diät ... 76
4.2.1 Futteraufnahme und Mineralstoffversorgung ...76
4.2.2 Einfluss der anionenreichen Fütterung auf den Säure-Basen-Haushalt ...77
4.2.3 Einfluss der Fütterung einer anionenreichen Diät auf die renale Exkretion von Mineralstoffen ...79
4.3 Supplementierung mit Hy-D (25-OHD3) ... 81
4.3.1 Einfluss der Hy-D Supplementierung auf den Säure-Basen-Haushalt ...81
4.3.2 Einfluss der Hy-D Supplementierung auf die renale Exkretion von Mineralstoffen ...81
4.3.3 Einfluss der Hy-D Behandlung auf die 25-OHD3-Plasmakonzentrationen ...82
4.3.3.1 Absorption des 25-OHD3 ...82
4.3.3.2 Ausscheidung und Halbwertszeit des 25-OHD3 ...83
4.4 Auswirkungen auf die Calcium- und Phosphathomöostase ... 88
4.4.1 Ante partum ...88
4.4.2 Peripartal ...90
4.4.3 Effekt der Dosis und der Behandlungsdauer ...91
4.4.3.1 Ante partum ...91
4.4.3.2 Peripartal ...93
4.4.4 Effekt der Laktationsnummer ...97
4.4.5 Auswirkungen auf die Calciumhomöostase im weiteren Verlauf der Laktation ... ... 100
4.5 Einfluss der Hy-D Behandlung auf die 25-OHD3-Konzentrationen in der Milch ... 103
4.6 Schlussfolgerung und Ausblick ... 104
5 Zusammenfassung ... 107
6 Summary ... 109
7 Literaturverzeichnis ... 111
8 Danksagung ... 127
Abkürzungsverzeichnis
Abb. Abbildung
ADF acid detergent fiber (engl.), Zahlwert der Gerüstsubstanzen (Zellulose und Lignin) der Futteranalyse
ADL acid detergent lignin (engl.), Lignin a.p. ante partum (lat.); vor der Geburt
Aqua dest. Aqua destillata (lat.); destilliertes Wasser
BCS Body Condition Score (engl.), System zur Beurteilung der Körperkondition BHV1 Bovines Herpes Virus 1
bzw. beziehungsweise
Ca Calcium
Ca2+ ionisiertes Calcium
Cat Gesamtcalcium
CaCO3 Calciumcarbonat
Cl- Chlorid
Crea Kreatinin
C-Zellen Calcitonin bildende Zellen in der Schilddrüse
DCAD Dietary Cation Anion Difference (engl.); Kationen-Anionen-Differenz der Diät EDTA Ethylen-Diamin-Tetra-Acetat
engl. englisch
Eq Äquivalentmasse, Maßeinheit
et al. et altera (lat.); und andere
Fa. Firma
FM Frischmasse
g Gramm
g Vielfaches der Erd- oder Normalbeschleunigung (gn=9,80665 m·s-2)
HWZ Halbwertszeit
Hy-D Rovimix®-Hy-D® 1,25%: enthält 1,25% an 25-OHD3 I.E. Internationale Einheiten
i.m. intramuskulär
i.v. intravenös
K+ ionisiertes Kalium
Kap. Kapitel
kg Kilogramm
l Liter
lat. lateinisch
LKS Landwirtschaftliche Kommunikations-und Servicegesellschaft GmbH
ME umsetzbare Energie
meq Milliequivalent
MJ Megajoule
Mg Magnesium
ml Milliliter
mm Millimeter
MW Mittelwert
µg Mikrogramm
µl Mikroliter
n Anzahl der Tiere
Na+ ionisiertes Natrium
NDF neutral detergent fiber (engl); neutrale Detergenzfaser
NEL Netto-Energie-Laktation
NFC non-fibre-carbohydrats (engl.); Nicht-Faser-Kohlenhydrate
NH4+ Ammonium
nm Nanometer
n.s. nicht signifikant
nXP nutzbares Rohprotein
25-OHD3 25-Hydroxyvitamin D3, 25-Hydroxycholecalciferol, Calcidiol
1,25-(OH)2D3 1,25-Dihydroxyvitamin D3, 1,25-Dihydroxycholecalciferol, Calcitriol p p-value engl. von probability; Signifikanzwert,
Überschreitungswahrscheinlichkeit
pH negativer dekadischer Logarithmus der Wasserstoffionen-Konzentration
Pi anorganisches Phosphat
PTH Parathormon
p.p. post partum (lat.); nach der Geburt
r2 Bestimmtheitsmaß
RANK receptor activator of NF-kB (engl.)
RANKL ligand of receptor activator of NF-kB (engl.) rpm rounds per minute (engl.); Umdrehung pro Minute SEM standard error of the mean (engl.); Standardfehler
SID Strong Ion Difference (engl.): Differenz der starken Ionen SO42- Schwefel (ionisiert)
SP Proteinlöslichkeit
Tab. Tabelle
TMR total-mixed-ration (engl.): totale Mischration
TRPV5 transient-receptor-potential-channel vanilloid-subfamily-member 5 (engl.) TRPV6 transient-receptor-potential-channel vanilloid-subfamily-member 6 (engl.)
TS Trockensubstanz
UDP undegradable protein (engl.): unabgebaute Proteine V. vena (lat.;) Vene
V1 Versuchsdurchlauf 1
V2 Versuchsdurchlauf 2
VDR vitamin D receptor (engl.): Vitamin D-Rezeptor
VDRE vitamin D responsive elements (engl.): Elemente in Promotorregionen der entsprechenden Zielgene, die eine Bindung mit Vitamin D eingehen
XA Rohasche
XF Rohfaser
XL Rohfett
XP Rohprotein
XS Stärke
XX nitrogen free extractives (engl.): stickstofffreie Extraktstoffe XZ water soluble carbohydrate (engl.): wasserlösliche Kohlenhydrate Chemische Elemente wurden nach dem Periodensystem der Elemente abgekürzt.
Verzeichnis der Abbildungen
Abbildung 2.1: Schematische Darstellung der Blutentnahmezeitpunkte (Tage) des ersten Versuchsdurchlaufs in Relation zur Abkalbung. ... 20 Abbildung 2.2: Schematische Darstellung der Harnprobenentnahmezeitpunkte (Tage / gestrichelte
Linien) des ersten Versuchsdurchlaufs in Relation zur Abkalbung. ... 20 Abbildung 2.3: Schematische Darstellung der Blutentnahmezeitpunkte (Tage) des zweiten
Versuchsdurchlaufs in Relation zur Abkalbung. ... 21 Abbildung 2.4: Schematische Darstellung der Harn- (Tage / gestrichelte Linien) und der
Milchprobenentnahmezeitpunkte (Tage / graue Linien) des zweiten Versuchsdurchlaufs in Relation zur Abkalbung. ... 21 Abbildung 3.1: Verlauf des pH-Wertes im Vollblut. Dargestellt sind MW ± SEM. Ergebnisse der 1- faktoriellen Varianzanalyse mit Messwiederholungen: V1: Zeit (p < 0,001); V2: Zeit (p
< 0,001). Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zum jeweiligen Zeitpunkt wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 39 Abbildung 3.2: Darstellung der linearen Regression der 25-OHD3-Konzentrationen in Abhängigkeit
der Fütterungsdauer beider Versuchsdurchläufe. Die p-Werte geben signifikante Unterschiede zu 0 an. ... 43 Abbildung 3.3: V1: 25-OHD3-Konzentrationen im Plasma. Dargestellt sind MW ± SEM. Ergebnisse
der 3-faktoriellen Varianzanalyse mit Messwiederholungen: Zeit (p < 0,001), Be- handlung (p < 0,001), Behandlungsdauer (p = 0,012), Behandlung
* Behandlungsdauer (p = 0,009), Zeit * Behandlungsdauer (p = 0,005), Zeit * Behandlung (p < 0,001), Zeit * Laktationsnummer (p = 0,004), Zeit * Behandlung * Behandlungsdauer (p = 0,002). Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 44 Abbildung 3.4: V2: 25-OHD3-Konzentrationen im Plasma. Dargestellt sind MW ± SEM. Ergebnis der
3-faktoriellen Varianzanalyse mit Messwiederholungen: Zeit (p < 0,001), Behandlung (p < 0,001), Behandlungsdauer (p < 0,001), Behandlung * Behandlungsdauer (p = 0,003), Zeit * Behandlung (p < 0,001), Zeit * Behandlungsdauer (p < 0,001), Zeit * Laktationsnummer (p < 0,001), Zeit * Behandlung * Behandlungsdauer (p < 0,001).
Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 45 Abbildung 3.5: V1: 1,25-(OH)2D3-Konzentrationen im Plasma. Dargestellt sind MW ± SEM. Ergeb- nisse der 3-faktoriellen Varianzanalyse mit Messwiederholungen: Zeit (p < 0,001), Behandlung (p = 0,001), Laktationsnummer (p = 0,006), Zeit * Behandlungsdauer (p
= 0,008), Zeit * Laktationsnummer (p = 0,001). Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zum jeweiligen Zeitpunkt wieder.
Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 47
Abbildung 3.6: V2: 1,25-(OH)2D3-Konzentrationen im Plasma. Dargestellt sind MW ± SEM. Ergebnis der 3-faktoriellen Varianzanalyse mit Messwiederholungen: Zeit (p < 0,001), Laktationsnummer (p = 0,001), Zeit * Laktationsnummer (p < 0,001), Behandlungsdauer (p = 0,060). Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zum jeweiligen Zeitpunkt wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 48 Abbildung 3.7: V1: PTH-Konzentrationen im Plasma. Dargestellt sind die MW ± SEM der
Differenzen zum Basalwert der absoluten PTH-Konzentrationen vor Versuchsbeginn.
Ergebnisse der 3-faktoriellen Varianzanalyse mit Messwiederholungen:
Behandlungsdauer (p = 0,045). Die Anzahl der Tiere ist Klammern angegeben. .... 49 Abbildung 3.8: V2: PTH-Konzentrationen im Plasma. Dargestellt sind die MW ± SEM der
Differenzen zum Basalwert der absoluten PTH-Konzentrationen vor Versuchsbeginn;
Oben: Einfluss der Behandlung und der Behandlungsdauer; Unten: Einfluss der Laktationsnummer; Ergebnisse der 3-faktoriellen Varianzanalyse mit Messwiederholungen: Laktationsnummer (p < 0,001), Behandlung * Behandlungsdauer * Laktationsnummer (p = 0,013); Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zum jeweiligen Zeitpunkt wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 50 Abbildung 3.9: V1: Ca2+-Konzentrationen im Vollblut aller Tiere. Dargestellt sind MW ± SEM.
Ergebnisse der 3-faktoriellen Varianzanalyse: Zeit (p < 0,001), Laktationsnummer (p
= 0,011), Zeit * Behandlung (p = 0,053). Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zu den jeweiligen Zeitpunkten wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 51 Abbildung 3.10: V1: Ca2+-Konzentrationen im Vollblut der Kühe in der 2. Laktation (oben) und der
Tiere in der ≥3. Laktation. Dargestellt sind MW ± SEM. Ergebnisse der 2-faktoriellen Varianzanalyse mit Messwiederholungen: Oben: Zeit (p < 0,001) Unten: Zeit (p <
0,001). Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zu den jeweiligen Zeitpunkten wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 52 Abbildung 3.11: V2: Ca2+-Konzentrationen im Vollblut aller Tiere. Dargestellt sind MW ± SEM.
Ergebnis der 3-faktoriellen Varianzanalyse mit Messwiederholungen: Zeit (p <
0,001), Behandlung (p = 0,037), Laktationsnummer (p < 0,001), Zeit * Laktationsnummer (p < 0,001), Behandlung * Behandlungsdauer (p = 0,018), Behandlung * Laktationsnummer (p = 0,006), Behandlung * Behandlungsdauer * Laktationsnummer (p = 0,017). Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zum jeweiligen Zeitpunkt wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 53 Abbildung 3.12: V2: Ca2+-Konzentrationen im Vollblut der Kühe der zweiten Laktation (oben) und der
Tiere der ≥3. Laktation (unten). Dargestellt sind MW ± SEM. Ergebnis der 2- faktoriellen Varianzanalyse mit Messwiederholungen: Oben: Zeit (p < 0,001); Unten:
Zeit (p < 0,001), Behandlung * Behandlungsdauer (p = 0,029). Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zum jeweiligen Zeitpunkt wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 54
Abbildung 3.13: V1: Cat-Konzentrationen im Plasma. Dargestellt sind MW ± SEM. Ergebnisse der 3- faktoriellen Varianzanalyse mit Messwiederholungen: Zeit (p < 0,001), Zeit * Behandlung (p = 0,025). Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den unterschiedlichen Gruppen zum jeweiligen Zeitpunkt wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 56 Abbildung 3.14: V2: Cat-Konzentrationen im Plasma. Dargestellt sind MW ± SEM. Ergebnis der
3-faktoriellen Varianzanalyse mit Messwiederholungen: Zeit (p < 0,001), Laktations- nummer (p < 0,001), Behandlung * Behandlungsdauer (p = 0,027), Zeit * Be- handlung (p < 0,001). Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zum jeweiligen Zeitpunkt wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 56 Abbildung 3.15: V2: Cat-Konzentrationen im Plasma der Tiere der 2. Laktation (oben) und der ≥3.
Laktation (unten). Dargestellt sind MW ± SEM. Ergebnis der 2-faktoriellen Varianzanalyse mit Messwiederholungen: Oben: Zeit (p < 0,001), Zeit * Behandlung (p < 0,001); Unten: Zeit (p < 0,001), Behandlung * Behandlungsdauer (p = 0,027), Zeit * Behandlung (p = 0,006). Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zum jeweiligen Zeitpunkt wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 57 Abbildung 3.16: V1: Pi-Konzentrationen im Plasma. Dargestellt sind MW ± SEM. Ergebnis der 3- faktoriellen Varianzanalyse mit Messwiederholungen: Zeit (p < 0,001), Zeit * Laktationsnummer (p = 0,022). Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zum jeweiligen Zeitpunkt wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 59 Abbildung 3.17: V2: Pi-Konzentrationen im Plasma. Dargestellt sind MW ± SEM. Ergebnis der 3- faktoriellen Varianzanalyse mit Messwiederholungen: Zeit (p < 0,001), Behandlung (p = 0,002), Zeit * Behandlung (p < 0,001). Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zum jeweiligen Zeitpunkt wieder.
Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 60 Abbildung 3.18: V1: CrossLaps-Konzentrationen im Plasma. Dargestellt sind MW ± SEM der
Differenzen zum Basalwert; Ergebnis der 3-faktoriellen Varianzanalyse mit Messwiederholungen: n.s. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 61 Abbildung 3.19: V2: CrossLaps-Konzentrationen im Plasma. Dargestellt sind MW ± SEM der
Differenzen zum Basalwert. Ergebnisse der 3-faktoriellen Varianzanalyse mit Mess- wiederholungen: Zeit (p < 0,001), Zeit * Behandlung * Behandlungsdauer (p = 0,042). Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zum jeweiligen Zeitpunkt wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 61 Abbildung 3.20: V1: Osteocalcinkonzentrationen im Plasma. Dargestellt sind MW ± SEM. Ergebnis
der 3-faktoriellen Varianzanalyse mit Messwiederholungen: Zeit (p < 0,001). Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 62 Abbildung 3.21: V1: 25-OHD3-Konzentrationen im Plasma post partum. Dargestellt sind MW ± SEM.
Ergebnis der 3-faktoriellen Varianzanalyse mit Messwiederholungen: Zeit (p <
0,001), Behandlung (p < 0,001), Behandlung * Behandlungsdauer (p = 0,039), Zeit *
Behandlung (p < 0,001), Zeit * Behandlungsdauer (p < 0,021), Zeit * Behandlungs- dauer * Laktationsnummer (p = 0,025). Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zu den jeweiligen Zeitpunkten wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 63 Abbildung 3.22: V2: 25-OHD3-Konzentrationen im Plasma post partum. Dargestellt sind MW ± SEM.
Ergebnis der 3-faktoriellen Varianzanalyse mit Messwiederholungen (Zeitpunkte:
Tag 1 p.p., Tag 2 p.p.,Tag 4 p.p., Tag 8 p.p., Tag 16 p.p. und Tag 32 p.p.): Zeit (p <
0,001), Behandlung (p < 0,001), Behandlungsdauer (p < 0,001), Laktationsnummer (p = 0,001), Behandlung * Behandlungsdauer (p = 0,025), Zeit * Behandlung (p <
0,001), Zeit * Behandlungsdauer (p < 0,021), Zeit * Behandlung * Behandlungsdauer (p = 0,015), Zeit * Behandlung * Behandlungsdauer * Laktationsnummer (p = 0,006).
Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zum jeweiligen Zeitpunkt wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 64 Abbildung 3.23: V2: Darstellung der berechneten Halbwertszeit der 25-OHD3- Plasmakonzentrationen. Dargestellt sind MW ± SEM.Ergebnis der univariaten 3- faktoriellen Varianzanalyse: Laktationsnummer (p = 0,005). Sternchen geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 65 Abbildung 3.24 Darstellung der Halbwertszeit der 25-OHD3-Plasmakonzentrationen in Abhängigkeit
von den Plasmakonzentrationen von 1,25-(OH)2D3, ΔPTH und ΔCrossLaps am ersten Tag p.p.. Lineare Regressionsanalyse: n.s. ... 66 Abbildung 3.25: 1,25-(OH)2D3-Konzentrationen im Plasma post partum. Dargestellt sind MW ± SEM.
Oben: V1:Tag 10 p.p.: Ergebnis der univariaten 3-faktoriellen Varianzanalyse:
Behandlung (p = 0,022); Unten: V2: Tag 16 p.p.: Ergebnis der univariaten 3- faktoriellen Varianzanalyse: n.s. Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zum jeweiligen Zeitpunkt wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 67 Abbildung 3.26: V2: PTH-Konzentrationen im Plasma an Tag 32 p.p. Dargestellt sind MW ± SEM der
Differenzen zum Basalwert. Ergebnis der univariaten 3-faktoriellen Varianzanalyse:
n.s. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 68 Abbildung 3.27: V1: Mineralstoffkonzentrationen im Vollblut (Ca2+) bzw. Plasma (Cat und Pi).
Dargestellt sind MW ± SEM. Oben links: Ca2+-Konzentrationen an Tag 10 p.p.:
Ergebnis der univariaten 3-faktoriellen Varianzanalyse: Behandlung (p = 0,046), Behandlung * Behandlungsdauer (p = 0,044). Oben rechts: Cat-Konzentrationen an Tag 10 p.p.: Ergebnis der univariaten 3-faktoriellen Varianzanalyse: Behandlung (p = 0,044), Behandlung * Behandlungsdauer (p < 0,001). Unten: Pi-Konzentrationen an Tag 10 p.p.; Ergebnis der univariaten 3-faktoriellen Varianzanalyse: n.s.
Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 69 Abbildung 3.28: V2: Ca2+-Konzentrationen im Vollblut. Dargestellt sind MW ± SEM der Tage 8 p.p.,
16 p.p., 32 p.p.. Ergebnis der univariaten 3-faktoriellen Varianzanalyse: Tag 8 p.p.:
Behandlungsdauer (p = 0,016); Tag 16 p.p.: Behandlungsdauer (p = 0,005), Laktationsnummer (p = 0,029); Tag 32 p.p.: Laktationsnummer (p = 0,033);
Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen langer und kurzer Behandlungsdauer wieder. Sternchen geben signifikante Unterschiede zwischen den Tieren der 2. und den höheren Laktationen wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben... 70 Abbildung 3.29: V2: Cat-Plasmakonzentrationen der Tage 8 p.p., 16 p.p., 32 p.p. Ergebnis der
univariaten 3-faktoriellen Varianzanalyse: Tag 8 p.p.: Behandlung (p < 0,001), Behandlungsdauer (p = 0,031); Tag 16 p.p.: n.s.; Tag 32 p.p.: n.s. Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 71 Abbildung 3.30: V2: Pi-Plasmakonzentrationen der Tage 8 p.p., 16 p.p., 32 p.p. Dargestellt sind MW
± SEM. Ergebnisse der univariaten 3-faktoriellen Varianzanalyse: Tag 8 p.p.:
Behandlung * Laktationsnummer (p = 0,017); Tag 16 p.p.: Behandlung (p = 0,017);
Tag 32 p.p.: Behandlung (p = 0,021); Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 72 Abbildung 3.31: V2: CrossLaps-Konzentrationen im Plasma an Tag 32 p.p. Dargestellt sind MW ±
SEM der Differenzen zum Basalwert. Ergebnis der univariaten 3-faktoriellen Varianzanalyse: Behandlung * Laktationsnummer (p = 0,014). Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen wieder. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 73 Abbildung 3.32: V2: 25-OHD3-Konzentrationen in der Milch des 1. Gemelks und an den Tagen 4, 8,
16 und 32 p.p. Dargestellt sind Scatter-plots mit MW ± SEM. Kruskal-Wallis-test:
Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zum jeweiligen Zeitpunkt wieder. ... 74 Abbildung 3.33: V2: Darstellung der linearen Regressionen zwischen den 25-OHD3-Konzentrationen
in der Milch und des Blutes zu den jeweiligen Zeitpunkten. ... 74 Abbildung 4.1: V2: Darstellung der 25-OHD3-Plasmakonzentrationen als Funktion der
Fütterungsdauer der mit 25-OHD3 supplementierten Tiere. Die Steigungen differieren signifikant voneinander (p < 0,05). Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben.
... 87 Abbildung 4.2: Darstellung der linearen Regression zwischen den Ca2+- (links) bzw. Cat- (rechts)
Plasmakonzentrationen am zweiten Tag a.p. und Δ Calcium (Differenz zwischen den Calciumkonzentrationen am zweiten Tag a.p. und zur Abkalbung) aus beiden Versuchsdurchläufen. Links: Versuchsdurchlauf 1 (V1): r2=0,53; p<0,0001;
Versuchsdurchlauf 2 (V2): r2=0,19; p<0,0001; Rechts: V1: r2=0,39; p<0,0001; V2:
r2=0,31; p<0,0001; ... 94 Abbildung 4.3: V2: Darstellung des Zusammenhangs zwischen Ca2+ und ΔCrossLaps am Tag 1
p.p.. Die gestrichelten Hilfslinien dienen der besseren Übersichtlichkeit. ... 100 Abbildung 4.4 Darstellung der linearen Regression zwischen den 25-OHD3 Konzentrationen und
dem ionisierten Calcium (links) bzw. den Gesamtcalciumkonzentrationen postpartum beider Versuchsdurchläufe; ... 101
Verzeichnis der Tabellen
Tabelle 2.1: Gruppeneinteilung des ersten Versuchsdurchlaufs. Die Anzahl der Tiere ist in Klammern angegeben. ... 20 Tabelle 2.2: Gruppeneinteilung des zweiten Versuchsdurchlaufs. Die Anzahl der Tiere ist in
Klammern angegeben. ... 22 Tabelle 2.3: Rationszusammensetzung: Ergebnisse der Analyse nach Van Soest und der
Mineralstoffanalyse (Mittelwerte) des Futters beider Versuchsdurchläufe. Dietary- Cation-Anion-Difference berechnet als DCAD [meq*kg-1 TS] = (Na+ + K+) – (Cl- + SO4
2-). ... 24 Tabelle 2.4: Ergebnisse der Mineralstoffanalyse der Mineralfutter beider Versuchsdurchläufe.
Dietary-Cation-Anion-Difference berechnet als DCAD [meq*kg-1 TS] = (Na+ + K+) – (Cl- +SO4
2-)... 25 Tabelle 2.5: Ergebnisse der anhand der Mineralstoffanalyse der Grundfutterration und der
verschiedenen Mineralfutter kalkulierten Mineralstoffkonzentrationen der kompletten Futterration a.p. Dietary-Cation-Anion-Difference berechnet als DCAD [meq*kg-1 TS]
= (Na+ + K+) – (Cl- +SO4
2-). ... 25 Tabelle 2.6: Altersstruktur der Tiere in den Gruppen beider Versuchsdurchläufe. ... 26 Tabelle 2.7: Häufigkeit verschiedener Erkrankungen je Versuchsgruppe (n = 30) von Versuchs- beginn der Versuchsdurchläufe bis 3 Wochen p.p. (V1) bzw. bis zum Ende des Beobachtungszeitraums (V2).Fisher’s exact test (V1), Chi-Quadrat-Test (V2): n.s. 27 Tabelle 2.8: Darstellung des BCS (EDMONSON 1989) je Versuchsgruppe (n = 30) zu Ver- suchsbeginn beider Versuchsdurchläufe, zur Abkalbung und am Tag 16 p.p. des zweiten Versuchsdurchlaufs. Dargestellt sind MW ± SEM. V1: Student’s t-test; V2: 1- faktorielle Varianzanalyse. Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unter- schiede (p<0,05) zwischen den verschiedenen Zeitpunkten innerhalb einer Gruppe wieder. ... 27 Tabelle 3.1: pH-Werte im Harn. Dargestellt sind MW ± SEM. V1: Student’s t-test, 1-faktorielle
Varianzanalyse. V2: 1-faktorielle Varianzanalyse. Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen eines Versuches zum jeweiligen Zeitpunkt wieder: p < 0,05. Sternchen geben signifikante Unterschiede innerhalb der Gruppen im Vergleich zum Basalwert wieder: p < 0,001: ***, p < 0,001.
... 38 Tabelle 3.2: Basen-Säuren-Quotient im Harn. Dargestellt sind MW ± SEM. V1: Student’s t-test, 1- faktorielle Varianzanalyse. V2: 1-faktorielle Varianzanalyse. Unterschiedliche Buch- staben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen eines Versuches zum jeweiligen Zeitpunkt wieder: p < 0,05. Sternchen geben signifikante Unter- schiede innerhalb der Gruppen im Vergleich zum Basalwert wieder: p < 0,001: ***. 38
Tabelle 3.3: Ca-Konzentrationen in Relation zu den Creatininkonzentrationen im Harn.
Dargestellt sind MW ± SEM. V1: Student’s t-test; 1-faktorielle Varianzanalyse (exkl.
post partum) post partum: Mann-Whitney-Test; Kruskal-Wallis-Test. V2: 1-faktorielle Varianzanalyse. Unterschiedliche Buchstaben geben signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen eines Versuches zum jeweiligen Zeitpunkt wieder: p < 0,05.
Sternchen geben signifikante Unterschiede innerhalb der Gruppen im Vergleich zum Basalwert wieder: p < 0,05: *, p < 0,01: **, p < 0,001: ***. ... 41 Tabelle 3.4: Mg-Konzentrationen in Relation zu den Creatininkonzentrationen im Harn.
Dargestellt sind MW ± SEM. V1: Student’s t-test; 1-faktorielle Varianzanalyse. V2: 1- faktorielle Varianzanalyse. Sternchen geben signifikante Unterschiede innerhalb der Gruppen im Vergleich zum Basalwert wieder: p < 0,05: *, p < 0,01: **. ... 41 Tabelle 3.5: Pi-Konzentrationen in Relation zu den Creatininkonzentrationen im Harn. Dargestellt
sind MW ± SEM. V1: Student’s t-test, 1-faktorielle Varianzanalyse (exkl. post partum) post partum: Mann-Whitney-Test; Kruskal-Wallis-Test. V2: 1-faktorielle Varianzanalyse. ... 42
1 Einleitung
1.1 Aufrechterhaltung der Calciumhomöostase
Die Aufrechterhaltung der Calciumhomöostase stellt eine überlebenswichtige Funktion dar. Das Mengenelement Calcium (Ca) liegt im Körper zu 99% gebunden im Knochen und zu einem geringen Anteil auch im Plasma, einerseits gebunden an Proteine, aber auch frei und ionisiert (Ca2+), vor. In dieser Form wird es für unterschiedlichste physiologische Prozesse wie die Muskelkontraktion, die Blutgerinnung, die Sekretionstätigkeit verschiedener Drüsen, die präsynaptische Ausschüttung von Neurotransmittern sowie als second messenger (RAMASAMY 2006) benötigt. Aus diesem Grund haben Wirbeltiere ein komplexes endokrines System entwickelt, das die Ca-Plasmakonzentrationen in seinen sehr engen physiologischen Grenzen von 2,1-2,5 mmol*l-1 (GOFF 2006) hält. Diese Regulation erfolgt hauptsächlich mithilfe der drei Hormone Parathormon (PTH), 1,25-Dihydroxyvitamin D3 (1,25-(OH)2D3) und Calcitonin (GOFF et al. 1991b;
RAMASAMY 2006).
1.1.1 Parathormon (PTH)
PTH, ein Peptidhormon aus 84 Aminosäuren, wird in der Nebenschilddrüse gebildet und in Sekretgranula gespeichert (LITTLEDIKE u. GOFF 1987). Aus diesen wird es innerhalb von Sekunden ausgeschüttet, wenn der calcium-sensing-receptor ein Absinken der Ca2+-Konzentrationen registriert (BROWN u. MACLEOD 2001). PTH wirkt über membranständige Rezeptoren vor allem an der Niere und am Knochen. Es steigert beim monogastrischen Tier innerhalb von Minuten die tubuläre Resorption von Ca (GREGER et al. 1978). Bei nur geringen Belastungen der Ca-Homöostase kann die Wirkung des PTHs auf die renale Resorption ausreichen, so dass nach Erreichen der Normocalcämie die PTH-Konzentrationen im Plasma auf das Basalniveau zurückgehen (GOFF et al. 1991b). Bei länger andauernden bzw.
schweren Belastungen der Ca-Homöostase durch erhöhten Bedarf oder vermindertes Angebot fördert die andauernde PTH-Sekretion die Freisetzung von
Ca2+ und Phosphat (Pi) aus dem Knochen. An der Niere aktiviert es die 1α-Hydroxylase (siehe Kapitel 1.1.2) und wirkt somit indirekt auf die intestinale Ca-Absorption (GOFF et al. 1991b; HOENDEROP et al. 2005).
1.1.2 1,25-Dihydroxyvitamin D3 (1,25-(OH)2D3)
Das Steroidhormon 1,25-(OH)2D3 entsteht über zwei Hydroxylierungsschritte aus Vitamin D, welches UV-Licht-abhängig in der Haut gebildet (Vitamin D3) oder über das Futter aufgenommen wird (Vitamin D2 und Vitamin D3). In der Leber wird das Vitamin D von mitochondrialen Enzymen zu 25-Hydroxyvitamin D (25-OHD) konvertiert. Ein Großteil des Vitamin D liegt in dieser Form im Körper vor, da die 25-Hydroxylase weitestgehend substratgesteuert ist (RAMASAMY 2006). Der zweite Hydroxylierungsschritt, der in der Niere am ersten Kohlenstoffatom (C1) des Vitamin D-Metaboliten stattfindet, ist dagegen sehr eng reguliert. Dabei entsteht das Steroidhormon 1,25-(OH)2D3 (FRASER u. KODICEK 1970). Das hydroxylierende Enzym, die 1α-Hydroxylase, wird von PTH (GARABEDIAN et al. 1972), 1,25-(OH)2D3, Calcitonin (MURAYAMA et al. 1999), aber auch direkt von bestehenden Ca- bzw. Pi-Spiegeln im Plasma (TANAKA u. DELUCA 1973;
TRECHSEL et al. 1979) reguliert.
Das entstandene 1,25-(OH)2D3 bindet an einen spezifischen Vitamin D-Rezeptor (VDR), einen ligandenaktivierten Transkriptionsfaktor, der in besonders hohen Konzentrationen im Darm, den Knochen und der Niere vorkommt (RAMASAMY 2006). Nach der Bildung eines Heterodimers mit dem Retinoid X Rezeptor und der Anlagerung an vitamin D responsive elements (VDRE) in den Promotorregionen der entsprechenden Zielgene wird die genomische Wirkung vermittelt (BROWN et al.
1999; HOENDEROP et al. 2005).
Im Darm und in der Niere wird die Expression der epithelialen Ca-Kanäle TRPV 6 und TRPV 5, der cytosolischen Transportproteine (Calbindin-D9K und Calbindin-D28k) und der basolateral gelegenen Ca-Pumpe (Plasma Membrane Calcium ATPase (PMCA)) bzw. des Natrium-Calcium-Austauschers (NCX) gesteigert und somit die
aktive intestinale Absorption bzw. die renale Resorption von Ca erhöht (HOENDEROP et al. 2005).
Am Knochen resultiert eine 1,25-(OH)2D3-VDR-Interaktion in den Osteoblasten in einer verstärkten Expression des Liganden RANKL. Bindet dieser an einen auf der Oberfläche von Vorläuferzellen der Osteoklasten befindlichen Rezeptor (RANK), fördert dies die Reifung und Differenzierung dieser Zellen zu Osteoklasten (DUSSO et al. 2005). Erhöhte Plasmakonzentrationen von 1,25-(OH)2D3 können je nach Verfügbarkeit von Ca und Pi im Zusammenspiel mit Calcitonin eine Mineralisierung des Knochens oder im Zusammenspiel mit PTH die vermehrte Freisetzung von Ca und Pi aus dem Knochen (BROWN et al. 1999) bewirken.
Ebenso verursacht 1,25-(OH)2D3 VDR-vermittelt eine gesteigerte Expression der intestinalen und renalen 24-Hydroxylase, die die erste Stufe des Vitamin D-Katabolismus katalysieren und somit im Sinne eines negativen Feedback-Mechanismus die aktiven Vitamin D-Formen (25-OHD3 und 1,25-(OH)2D3) inaktivieren (ENGSTROM et al. 1987).
1.1.3 Calcitonin
Das Peptidhormon Calcitonin, welches aus 32 Aminosäuren besteht, wird in den C-Zellen der Schilddrüse gebildet und bei ansteigenden Ca-Konzentrationen im Plasma (LITTLEDIKE u. GOFF 1987), die durch einen in den C-Zellen exprimierten calcium-sensing-receptor (KANTHAM et al. 2009) erfasst werden, ausgeschüttet.
Zum einen bewirkt das Calcitonin eine Hemmung der Knochenresorption und somit eine vermehrte Mineralisierung des Knochens (PECHET et al. 1967; WEISBRODE u.
CAPEN 1974). Zum anderen wird postuliert, dass es die renale, tubuläre Resorption von Ca, Pi und auch Magnesium (Mg) vermindert (LITTLEDIKE u. GOFF 1987).
Somit wird durch die Ausschüttung von Calcitonin in erster Linie eine Hypercalcämie vermieden. Bei Aufnahme von calciumreichem Futter kann die Calcitoninausschüttung schon vor dem Ansteigen des Ca-Spiegels im Plasma ausgeschüttet werden. Auslösende Faktoren sind in diesem Fall intestinale Hormone (Gastrin, Glukagon und Cholecastokin) (CARE et al. 1970; COOPER et al. 1972).
1.2 Peripartale Hypocalcämie der Milchkuh 1.2.1 Ätiologie
Bei der Milchkuh treten im peripartalen Zeitraum Probleme bei der Stabilisierung der Ca-Homöostase auf. In der letzten Phase der Gestation beträgt der Bedarf einer hochtragenden, trockenstehenden Milchkuh etwa 10-12 g Ca pro Tag für die Versorgung des Fetus und den Ausgleich des über den Urin und die Faeces ausgeschiedenen Ca (GOFF et al. 1991b). Dieser Bedarf wird leicht über die Fütterung gedeckt. Mit dem Einsetzen der Laktation steigt der Bedarf jedoch um ein Vielfaches an. Ein Kilogramm Milch enthält 1,1 g Ca, Kolostrum sogar 1,7-2,3 g Ca*kg-1 (GOFF 2004). Das bedeutet, dass eine Kuh, die 10 Liter (kg) Kolostrum gibt, mit nur einem Gemelk bis zu 23 g Ca „verliert“ (GOFF et al. 1991b).
Die Menge des extrazellulär vorhandenen Ca beträgt dagegen nur 9-11 g, von denen nur 3 g als verfügbarer Ca-Pool im Plasma vorliegen. Dieser Pool muss deshalb durch vermehrte Freisetzung aus dem Knochen und gesteigerte intestinale Resorption von Ca mehrfach täglich wiederaufgefüllt werden (REINHARDT et al.
1988; GOFF et al. 1991b).
Da die notwendigen Mechanismen zur Abkalbung nur zu einem geringen Anteil aktiviert sind (RAMBERG et al. 1984), sinken die Ca-Konzentrationen im Plasma ab und können hypocalcämische Werte, also Konzentrationen unter 2,0 mmol*l-1, erreichen. Obwohl ein Großteil der Kühe 24 Stunden a.p. bis 72 Stunden p.p. einen bestimmten Grad der Hypocalcämie entwickelt (GOFF et al. 1991b), treten aber nur bei einem Teil der Tiere die klinischen Symptome der hypocalcämischen Gebärparese (auch Milchfieber, puerperales Festliegen oder peripartale Hypocalcämie genannt) auf. Warum einige Kühe bei hypocalcämischen Konzentrationen klinische Symptome zeigen, bei einem Großteil diese Hypocalcämie aber subklinisch verläuft, ist bis heute nicht geklärt. Innerhalb von 24-48 Stunden erreichen die vermehrt induzierte intestinale Absorption sowie die Mobilisierung aus dem Knochen in der Regel ihre volle Leistungsfähigkeit (REINHARDT et al. 1988;
HORST et al. 1994), so dass wieder eine Normocalcämie entsteht.
1.2.2 Prädisponierende Faktoren
Das Risiko, eine Hypocalcämie im peripartalen Zeitraum zu entwickeln, steigt mit zunehmendem Alter der Milchkuh. Diese Altersprädisposition beruht auf einer sinkenden Anzahl an VDR am Darm und Knochen (HORST et al. 1990) und Osteoklasten sowie einer geringeren resorptiven Knochenoberfläche bei älteren Tieren (REINHARDT et al. 1988; VAN MOSEL et al. 1993). Als Folge der geringeren Anzahl an VDR konnte eine verminderte Expression von calciumtransportierenden Strukturen festgestellt werden (JOHNSON et al. 1995). Zudem ist die Antwort der 1α-Hydroxylase in Ca-Stresssituationen bei älteren Tieren verringert (ARMBRECHT et al. 1980; GOFF et al. 1991b). Da auch die Milchleistung mit dem Alter positiv korreliert ist (HARDENG u. EDGE 2001), steigt der Ca-Bedarf der älteren Tiere im Vergleich zu dem der jüngeren Tiere aber gleichzeitig stärker an. In der Literatur wird zum einen ein größeres Risiko an Milchfieber zu erkranken bei Tieren mit höherer Milchleistung beschrieben (PAYNE u. MANSTON 1967), zum anderen aber von widersprüchlichen Aussagen über den Zusammenhang zwischen Milchleistung und der Milchfieberinzidenz berichtet (GROHN et al. 1988).
Kühe, deren Ca-Konzentrationen im Plasma schon in früheren Laktationen im peripartalen Zeitraum auf hypocalcämische Werte absanken, erkranken in den darauf folgenden Laktationen mit höherer Wahrscheinlichkeit an Milchfieber (OETZEL 1988).
Ein weiterer, das Hypocalcämierisiko beeinflussender Faktor, ist die Rassezugehörigkeit des Rindes. Es wurde beobachtet, dass Tiere, die z.B. der Rasse Jersey (ERB u. MARTIN 1978; GOFF et al. 1995a) bzw. Channel Island (KUSUMANTI et al. 1993) angehören, häufiger eine Hypocalcämie entwickeln als Holstein Friesian. Es wird vermutet, dass bei den betroffenen Rinderrassen eine geringere Anzahl an VDR exprimiert ist (GOFF et al. 1995a).
Auch die Fütterung in der späten Gestationsphase hat einen großen Einfluss auf die peripartalen Ca-Konzentrationen im Plasma. Die entscheidende Bedeutung hoher Ca-Konzentrationen sowie hoher Anteile von Kationen in der Ration der trockenstehenden Kuh werden im Kapitel zur Milchfieberprophylaxe (Kapitel 1.2.5.2 und 1.2.5.3) behandelt.
Außerdem erhöhen hohe Pi-Plasmakonzentrationen, die z.B. durch Pi-Gehalte von über 80 g*Tag-1 im Futter auftreten können, die Milchfieberinzidenz (JORGENSEN 1974; JULIEN et al. 1977; REINHARDT u. CONRAD 1980a; REINHARDT et al.
1988) durch die direkte Hemmung der Aktivität der 1α-Hydroxylase (TANAKA u.
DELUCA 1973). In der Folge wird der Anstieg der intestinalen Ca-Absorption durch die geringere 1,25-(OH)2D3 Bildung vermindert (HORST et al. 1994).
Auch die Mg-Konzentrationen im Plasma beeinflussen die Adaptation an Ca-Stresssituationen. Eine Hypomagnesiämie, welche z.B. durch kaliumreichen und sehr magnesiumarmen Weideaufwuchs verursacht werden kann (GOFF 2000), hemmt zum einen die PTH-Sekretion aus der Nebenschilddrüse bei leichtem Abfall der Ca-Konzentrationen im Plasma, zum anderen wird die PTH-Sensitivität des Gewebes vermindert, da Magnesium als Cofaktor ebenso wie PTH an seinem Rezeptor nötig ist, um die Wirkung zu vermitteln (GOFF 2008).
Es konnte darüber hinaus gezeigt werden, dass Kühe, die ante partal einen BCS von
> 3,5 aufwiesen häufiger an Milchfieber erkrankten als die mit einem BCS < 3,5 (HEUER et al. 1999).
1.2.3 Wirtschaftliche Relevanz
Die Inzidenz von klinisch manifester hypocalcämischer Gebärparese liegt je nach Studie zwischen 5% und 10% (DEGARIS u. LEAN 2008; GOFF 2008; MULLIGAN u.
DOHERTY 2008). Für Tiere in der dritten oder einer höheren Laktation, wurde eine Inzidenz von >10% festgestellt (RADOSITIS 2000). Die Höhe der Inzidenz war dabei sehr stark herdenabhängig, es konnten Schwankungsbreiten von <1% bis >25% in unterschiedlichen Herden festgestellt werden (MULLEN 1975).
Deutlich höher ist hingegen das Risiko für die Entwicklung einer subklinischen Hypocalcämie. Die Inzidenz steigt mit zunehmendem Alter von 25% in der ersten Laktation bis 54% in der fünften Laktation (REINHARDT et al. 2010).
Für die Betriebe entstehen hohe ökonomische Verluste, zum einen durch die direkten Kosten der klinischen Milchfieberbehandlung, und zum anderen durch die Therapie von Folgeerkrankungen für die eine Hypocalcämie, klinisch manifest oder
subklinisch verlaufend, prädisponierend wirkt. CURTIS et al. (1983) zeigten positive Korrelationen zwischen peripartaler Hypocalcämie und Dystokien, Nachgeburtsverhaltung, Mastitiden, Ketose und Labmagenverlagerung, wodurch die Produktivität der betroffenen Milchkühe verringert wird.
Dystokien und Nachgeburtsverhaltungen wie auch Uterusvorfälle treten häufig als direkte Folge des durch die Hypocalcämie bedingten verminderten Muskeltonus auf (CURTIS et al. 1983; GOFF 2008).
Die bei klinisch erkrankten Tieren beobachtete weiter reduzierte Futteraufnahme (MARQUARDT et al. 1977) verstärkt die Problematik der negativen Energiebilanz im peripartalen Zeitraum. Eine verminderte Futteraufnahme in Verbindung mit einer inhibierten Insulinsekretion (LITTLEDIKE et al. 1968) sowie einer erhöhten Insulinresistenz des Zielgewebes, welche für das Schaf beschrieben wurde (SCHLUMBOHM et al. 1997), führen zu einer vermehrten Körperfettmobilisation in der frühen Laktation, was wiederum prädisponierend für die Entwicklung einer Ketose wirkt (GOFF u. HORST 1997). Aus dem geringeren Füllungsgrad des Pansens in Verbindung mit einer verminderten Motilität von Pansen und Labmagen resultiert schließlich ein erhöhtes Risiko, eine Labmagenverlagerung zu entwickeln (GOFF u. HORST 1997; GOFF 2008).
Darüber hinaus bilden Kühe mit moderater bis schwerer Hypocalcämie eine deutliche peripartale Immunsuppression aus, die zum einen durch erhöhte Cortisolkonzentrationen (GOFF u. HORST 1997) und zum anderen durch eine verminderte Kapazität von Immunzellen, auf Stimuli zu antworten (KIMURA et al.
2006) erklärt werden kann. Das daraus resultierende steigende Infektionsrisiko prädisponiert diese Kühe für Metritiden (ERB et al. 1985) und, in Zusammenhang mit einem, aufgrund des niedrigeren Muskeltonus, verringerten Zitzensphinkterschlusses (GOFF 2008) ebenfalls für Mastitiden. Zusätzlich war häufiger bei Tieren mit klinisch manifestem Milchfieber eine reduzierte Fertilität festzustellen, selbst, wenn dieses erfolgreich behandelt wurde (OLTENACU et al. 1983).
Vor diesem Hintergrund ist es nicht erstaunlich, dass als direkte Folge der Hypocalcämie bzw. deren Sekundärerkrankungen außerdem mit vermehrten
Abgängen zu rechnen ist (ERB et al. 1985; STEVENSON u. CALL 1988; SEIFI et al.
2010).
1.2.4 Klinik und Behandlung
Die Symptome der klinischen Hypocalcämie beruhen hauptsächlich auf dem Ausfallen neuromuskulärer Funktionen (GOFF 2006). Es können drei Stadien voneinander abgegrenzt werden. Das erste Stadium ist geprägt von Nervosität und erhöhter Erregbarkeit. Äußerlich ist es gekennzeichnet durch Trippeln, Zähneknirschen (ALLEN u. DAVIES 1981) und tetanische Muskelkrämpfe. Aufgrund seines kurzen Auftretens von nur einer Stunde wird dieses Stadium oftmals übersehen (OETZEL 1988). Im zweiten Stadium liegt die Kuh somnolent und mit schlaffen Lähmungen in Brustlage, häufig in autoauskultatorischer Haltung. Dieses Stadium dauert eine bis zwölf Stunden an (ALLEN u. DAVIES 1981; OETZEL 1988).
Tiere im dritten und letzen Stadium liegen mit zunehmend getrübtem Bewusstsein bis hin zum Koma in Seitenlage und überleben ohne eine Behandlung nur noch wenige Stunden.
An klinisch manifester hypocalcämischer Gebärparese erkrankte Milchkühe sterben zu 75%, falls eine Behandlung ausbleibt (OETZEL 1988).
Beim Auftreten klinischer Symptome sollte eine Behandlung so früh wie möglich eingeleitet werden, da durch ein Festliegen in weniger als 4 Stunden der durch das Gewicht der Kuh erhöhte Druck auf das Gewebe das crush syndrome in den unten liegenden Gliedmaßen auslösen kann. Die daraus resultierende Ischämie der Muskeln und Nerven mit eventuell folgenden Nekrosen können zum downer cow syndrome führen (GOFF 2008).
Die Behandlung der klinischen Hypocalcämie erfolgt üblicherweise mit einer intravenösen Infusion von Ca-Salzen, meist einer Ca-Boroglukonatlösung (ALLEN u.
DAVIES 1981). Dabei beträgt die Dosierung 2 g Calcium je 100 kg Körpergewicht (GOFF 2008). Bei der Verabreichung sollten nicht mehr als 1 g Ca*Minute-1 infundiert werden, um Herzarrhythmien vorzubeugen.
Die Behandlung einer klinischen Milchfiebererkrankung bewirkt ein Überleben der erkrankten Tiere bis zur Adaptation der Mechanismen (GOFF 1999b), die zur Stabilisierung der Ca-Homöostase führen.
1.2.5 Konzepte zur Stabilisierung der Calciumhomöostase der Milchkuh im peripartalen Zeitraum
Aufgrund der hohen ökonomischen Verluste, die eine Erkrankung an klinisch manifester, aber auch subklinisch verlaufender peripartaler Hypocalcämie nach sich zieht, wird seit Jahrzehnten nach Möglichkeiten zur Verringerung der Erkrankungsrate gesucht.
Nachfolgend werden zum einen Konzepte, die in der Milchfieberprävention Anwendung finden, aber zum anderen auch weiterführende Studien, die bisher nicht in der gängigen Praxis durchgeführt werden, vorgestellt.
1.2.5.1 Orale Applikation von Calcium zur Abkalbung
Eine Möglichkeit der Milchfieberprävention ist die orale Verabreichung von Ca zur Abkalbung, z.B. in Form von Calciumchlorid- oder Calciumpropionatgelen, durch die die passive, intestinale Absorption erhöht wird (GOFF 2006). Im Gegensatz zu der aktiven Ca-Aufnahme über den Darm ist diese nicht abhängig von der 1,25-(OH)2D3
Synthese und seiner genomisch vermittelten Wirkung (GOFF 2008), sondern steigt mit zunehmendem luminalem Ca-Angebot (BREVES et al. 1995). Je nach Dosierung (40 g-125 g Ca je Verabreichung) werden 2-4 Anwendungen im Zeitraum von 12-24 Stunden a.p. bis 24 Stunden p.p. empfohlen (THILSING-HANSEN et al. 2002b;
GOFF 2008). Durch diese Behandlung steht der Milchkuh zum Zeitpunkt des erhöhten Bedarfs mehr Ca zur Verfügung. Calciumpropionat hat den zusätzlichen Vorteil, mit Propionat einen gluconeogenetischen Precursor zu enthalten (PEHRSON et al. 1998) und wirkt somit der negativen Energiebilanz, die im peripartalen Zeitraum bei den Tieren bestehen kann, entgegen. Allerdings besteht insbesondere bei der Verwendung von schnell verfügbarem Calciumchlorid die Gefahr von starken
Irritationen der gastrointestinalen Mukosa und nicht kompensierten, metabolischen Acidosen (WENTINK u. VAN DEN INGH 1992), besonders bei Kühen, die ante partum schon mit sauren Salzen gefüttert wurden (GOFF u. HORST 1993).
Da aufgrund der schnellen Ausscheidung mehrmalige Anwendungen nötig sind (THILSING-HANSEN et al. 2002b), ist diese Methode der Milchfieberprävention sehr arbeitsaufwendig. Zusätzlich besteht die Gefahr von Aspirationspneumonien.
1.2.5.2 Calciumrestriktive Fütterung ante partum
Das Prinzip der calciumrestriktiven Fütterung in der späten Trockenstehphase (mindestens 14 Tage vor der Abkalbung) beruht auf der vermehrten Aktivierung der Ca-Freisetzung aus dem Knochen und der aktiven, gastrointestinalen Ca-Absorption (siehe Kapitel 1.1) schon vor dem Einsetzen der Laktation (KICHURA et al. 1982).
Bei einer Diät mit weniger als 20 g Ca je Tag konnte ein Absinken der Milchfieberinzidenz festgestellt werden (OETZEL 1991; HORST et al. 1997). Durch den geringen Ca-Gehalt im Futter sinken die Ca-Plasmakonzentrationen, was wiederum eine vermehrte PTH-Ausschüttung und 1,25-(OH)2D3-Synthese bewirkt (GREEN et al. 1981). Die Reifung und Differenzierung von Osteoklasten und die Induktion der Expression der an der aktiven, gastrointestinalen Absorption beteiligten Strukturen ist die Folge. Mit den bereits aktivierten Regulationsmechanismen können die Tiere den steigenden Bedarf an Ca zur Abkalbung besser und schneller kompensieren (HOUE et al. 2001). Allerdings enthalten übliche Grundrationen deutlich mehr als 20 g Ca (RAMBERG et al. 1984), sodass eine calciumrestriktive Diät oft nur realisierbar wird, wenn sogenannte Ca-Binder, z.B. Zeolithe A eingesetzt werden (JORGENSEN et al. 2001; THILSING-HANSEN u. JORGENSEN 2001;
THILSING-HANSEN et al. 2002a). Dabei wurde aber ein weiterer Rückgang der Futteraufnahme vor der Abkalbung durch den Einsatz von Zeolithe A beobachtet (GRABHERR et al. 2009).
1.2.5.3 Konzept der anionenreichen Fütterung ante partum (DCAD-Konzept) Schon in den 1940er Jahren wurde gezeigt, dass eine metabolische Alkalose Kühe für Milchfieber und subklinische Hypocalcämie prädisponiert (CRAIGE u. STOLL 1947). Diese kann durch einen hohen Kaliumanteil, also einen hohen Kationenanteil, in der Futterration der Milchkuh induziert werden (GOFF u. HORST 1997, 2003).
Die Fütterung einer anionenreichen Diät 10-28 Tage a.p. (OETZEL 1993) hatte dagegen in vielen Studien einen positiven Einfluss auf die Stabilisierung der Ca-Konzentrationen im peripartalen Zeitraum und konnte somit die Inzidenz für Milchfieber und subklinische Hypocalcämie senken (ENDER et al. 1971; BLOCK 1984; OETZEL 1988; MOORE et al. 2000; GOFF 2008)
Dabei wird der sogenannte DCAD-Wert, die Dietary Cation Anion Difference, abgesenkt (OETZEL 1993; HORST et al. 1997). Zur Berechnung des DCAD-Wertes werden die Kationen und Anionen mit einbezogen, die die Strong Ion Difference (SID) des Blutes beeinflussen können. Am häufigsten findet die Gleichung zur Berechnung der DCAD Anwendung, die schon von ENDER et al. (1971) beschrieben wurde:
Metaanalysen zeigen, dass ein linearer Zusammenhang zwischen der Milchfieberinzidenz und dem DCAD-Wert besteht (CHARBONNEAU et al. 2006;
LEAN et al. 2006). Die effektivste Milchfieberprävention lässt sich im deutlichen negativen Bereich erkennen (OETZEL 1993; HORST et al. 1997; MOORE et al.
2000; THILSING-HANSEN et al. 2002b).
Durch die Anreicherung von Anionen in der Diät werden diese vermehrt über den Darm absorbiert. Nach der so genannten Strong Ion Theory (STEWART 1983), die von CONSTABLE (1999) vereinfacht wurde, führt ein erhöhtes Vorhandensein von starken Anionen wie Chlorid und Sulfat durch den Ausgleich von positiven und negativen Ladungen bei einem gleichbleibenden Anteil von Wasser, der dissoziiert vorliegt, zum Absinken des pH Wertes im Plasma und somit zu einer metabolischen
