Aus der Klinik für Rinder
der Tierärztlichen Hochschule Hannover
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Einfluß des postpartalen Drenchens mit Kalziumpropionat auf die Stoffwechselgesundheit, Milchleistung, Fertilität
und Allgemeingesundheit bei hochleistenden Milchkühen
INAUGURAL-DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer
D OKTORIN DER V ETERINÄRMEDIZIN (Dr. med. vet.)
durch die Tierärztliche Hochschule Hannover
vorgelegt von Yasmin Gundelach
aus Berlin
Hannover 2005
Wissenschaftliche Betreuung: Univ.-Prof. Dr. M. Hoedemaker, Ph.D.
1. Gutachterin: Univ.-Prof. Dr. M. Hoedemaker (Klinik für Rinder, Arbeitsbereich Bestandstiermedizin der Tierärztlichen Hochschule Hannover)
2. Gutachter/in: Apl. Prof. Dr. rer. nat. B. Schröder (Physiologisches Institut der Tierärztlichen Hochschule Hannover)
Datum der mündlichen Prüfung: 16.11.2005
Für mein eines M und meine großartigen J`s
Für mein eines M und meine großartigen J`s Für mein eines M und meine großartigen J`s
Für mein eines M und meine großartigen J`s
1 Einleitung ... 1
2. Literaturübersicht... 2
2.1. DER ENERGIESTOFFWECHSEL DER MILCHKUH... 2
2.2. STÖRUNGEN DES ENERGIEHAUSHALTES... 4
2.2.1. BOVINE KETOSE... 4
2.2.2. LIPOMOBILISATIONSSYNDROM... 5
2.3. LABORPARAMETER ZUR BESTIMMUNG DER ENERGIEBILANZ... 7
2.3.1. DATEN AUS DER MILCHLEISTUNGSPRÜFUNG... 7
2.3.1.1. MILCHFETT... 7
2.3.1.2. MILCHFETT-MILCHEIWEISS-QUOTIENT... 7
2.3.1.3. MILCHEIWEISS UND MILCHHARNSTOFFGEHALTE... 8
2.3.2. ß-HYDROXYBUTTERSÄURE (BHB) UND NICHT VERESTERTE FETTSÄUREN (NEFA)9 2.3.2.1. ß-HYDROXYBUTTERSÄURE (BHB)...10
2.3.2.2. NICHT VERESTERTE FETTSÄUREN (NEFA) ...10
2.4. AUSWIRKUNGEN EINER NEGATIVEN ENERGIEBILANZ AUF DIE FRUCHTBARKEIT...11
2.4.1. ZUSAMMENHÄNGE ZWISCHEN ENERGIEBILANZ UND ZYKLUSGESCHEHEN...12
2.4.2. PROGESTERON...16
2.5. ZUSAMMENHANG ZWISCHEN EINER NEGATIVEN ENERGIEBILANZ BZW. KETOSE UND ANDEREN ERKRANKUNGEN...18
2.6. PROPHYLAXE EINES ENERGIEDEFIZITES MIT HILFE GLUKOPLASTISCHER VERBINDUNGEN...21
2.7. MINERALSTOFFWECHSEL...23
2.7.1. REGULATION UND ZUSAMMENHÄNGE ZWISCHEN KALZIUM,PHOSPHOR UND MAGNESIUM...24
2.7.2. KALZIUM...25
2.7.2.1. FUNKTIONEN UND ALLGEMEINER STOFFWECHSEL...25
2.7.2.2. GEBÄRPARESE UND SUBKLINISCHE HYPOKALZÄMIE...27
2.7.2.3. GEBÄRPARESEPROPHYLAXE...31
2.7.2.3.1. PROPHYLAXE MIT HILFE DES DCABKONZEPTES...31
2.7.2.3.2. PROPHYLAXE DURCH ANWENDUNG ORAL ZU VERABREICHENDER KALZIUMPRÄPARATE...34
2.7.3. MAGNESIUM...34
2.7.4. PHOSPHOR...36
3.1. MATERIAL UND METHODEN...38
3.1.1. VERSUCHSPRÄPARAT KALZIUMPROPIONAT...38
3.1.2. VERSUCHSGRUPPENEINTEILUNG...40
3.1.2.1. BEHANDLUNGSSCHEMA DER PROBANDEN...40
3.1.2.2. BESCHREIBUNG DER HERDENLEISTUNG...40
3.1.2.3. HALTUNG UND FÜTTERUNG DER VERSUCHSTIERE...40
3.1.3. TIEREXPERIMENTELLER TEIL...42
3.1.3.1. KRANKHEITEN...42
3.1.3.2. FRUCHTBARKEITSKENNZAHLEN...43
3.1.3.3. MILCHLEISTUNG...44
3.1.4. LABORANALYTISCHER TEIL...44
3.1.4.1. PROGESTERONBESTIMMUNG...44
3.1.4.2. NICHT VERESTERTE FETTSÄUREN (NEFA), ß-HYDROXYBUTTERSÄURE (BHB), KALZIUM (CA),MAGNESIUM (MG) UND PHOSPHOR (P). ...45
3.1.5. STATISTISCHE AUSWERTUNG...46
3.2. ERGEBNISSE...47
3.2.1. STOFFWECHSELGESUNDHEIT...47
3.2.1.1. NICHT VERESTERTE FETTSÄUREN (NEFA) ...48
3.2.1.2. ß-HYDROXYBUTTERSÄURE (BHB)...54
3.2.2. MINERALSTOFFHAUSHALT...57
3.2.2.1. KALZIUM...57
3.2.2.2. MAGNESIUM...62
3.2.2.3. PHOSPHOR...64
3.2.3. ZUSAMMENHÄNGE ZWISCHEN STOFFWECHSEL- UND MINERALSTOFFPARAMETERN...65
3.2.4. VERLAUF DES PUERPERIUM...71
3.2.5. FRUCHTBARKEITSLEISTUNG UND ABGANGSGRÜNDE...72
3.2.5.1. TRÄCHTIGKEITEN...73
3.2.5.2. FRUCHTBARKEITSKENNZAHLEN...73
3.2.5.3. PROGESTERONKONZENTRATION IM BLUTSERUM...75
3.2.5.4. OVARIALZYSTEN...77
3.2.6. MILCHLEISTUNG UND MILCHINHALTSSTOFFE...77
3.2.6.1. MILCHMENGE...77
3.2.6.2. MILCHINHALTSSTOFFE...79
3.2.7. EUTERGESUNDHEIT...82
3.2.7.2. KLINISCHE EUTERENTZÜNDUNGEN...83
3.2.8. KRANKHEITEN...84
4. Diskussion...86
4.1. STOFFWECHSELGESUNDHEIT...86
4.1.1. NICHT VERESTERTE FETTSÄUREN (NEFA) ...86
4.1.2. ß-HYDROXYBUTTERSÄURE (BHB) ...88
4.2. STOFFWECHSELPARAMETER UND ALLGEMEINGESUNDHEIT...89
4.3. MINERALSTOFFHAUSHALT...91
4.3.1. KALZIUM...91
4.3.2. MAGNESIUM...93
4.3.3. PHOSPHOR...94
4.4. ZUSAMMENHÄNGE ZWISCHEN DEN UNTERSUCHTEN BLUTPARAMETERN NICHT VERESTERTE FETTSÄUREN (NEFA), ß-HYDROXYBUTTERSÄURE (BHB),KALZIUM (CA),MAGNESIUM (MG) UND PHOSPHOR (P) ...94
4.5. PUERPERALE STÖRUNGEN...96
4.6. PROGESTERON...97
4.7. OVARIALZYSTEN...98
4.8. TRÄCHTIGKEITEN...99
4.9. FRUCHTBARKEITSKENNZAHLEN...100
4.10. MILCHLEISTUNG...101
4.11. MILCHINHALTSSTOFFE...102
4.11.1. MILCHFETT...102
4.11.2. EIWEISS...103
4.11.3. LAKTOSE...104
4.11.4. HARNSTOFF...105
4.12. MILCHZELLGEHALT UND KLINISCHE EUTERENTZÜNDUNG...106
4.13. KRANKHEITEN...108
4.14. SCHLUSSFOLGERUNG...109
5. Zusammenfassung ...110
6. Summary...112
7. Literaturverzeichnis ...114
ACTH Adrenokortikotropes Hormon a.p. ante partum
BCS Body- condition- score BHB ß-Hydroxybuttersäure
Ca Kalzium
C.l. Corpus luteum CP Kalziumpropionat d.h. das heißt
FSH Follikelstimulierendes Hormon
g Gramm
GnRH Gonadotropin–Releasing-Hormon HF Holstein-Friesian
IGF-1 Insulin-like growth factor 1
K Kontrolle
KB Künstliche Besamung
kg Kilogramm
l Liter
LH Luteinisierendes Hormon
Log 10 dekadischer Logarithmus zur Basis 10
Mg Magnesium
mg Milligramm
ml Milliliter mmol Millimol µmol Mikromol
MJ Mega Joule
ml Milliliter
MP Melkphase
MW Mittelwert
n Anzahl
NEFA nicht veresterte Fettsäuren (non esterified fatty acids) NEL Netto – Energie - Laktation
nmol Nanomol o.g. oben genannt
P Phosphor, (Statistische Irrtumswahrscheinlichkeit) PG Propylenglykol
p.p. post partum ppm Parts per million PTH Parathormon
r Korrelationskoeffizient Ret. sec. Retentio secundinarum SD Standardabweichung STH Somatotropes Hormon z.B. zum Beispiel
1. E INLEITUNG
Viele Milchkühe sind heute aufgrund ihrer genetischen Veranlagung zu Laktationsleistungen von weit mehr als 8.000 Litern fähig. Mit steigender Leistung nimmt jedoch die Stoffwechselbelastung der Tiere zu. In den ersten Wochen post partum entsteht unausweichlich ein Konflikt zwischen begrenztem Vermögen Trockensubstanz aufzunehmen und sprunghaft steigendem Energiebedarf. Die Folge ist das Abgleiten der Milchkuh in eine Phase der negativen Energiebilanz. Es ist offenbar kein Zufall, daß die häufigsten Erkrankungen der Milchkuh in den ersten 2 Laktationsmonaten anzutreffen sind und danach drastisch zurückgehen. Störungen des Energiestoffwechsels (Fettmobilisationssyndrom, Ketose, subklinische Ketose) und des Mineralstoffwechsels (Gebärparese, subklinische Hypokalzämie) können das Immunsystem im peripartalen Zeitraum zusätzlich schwächen und das Auftreten von Folgeerkrankungen wie Mastitis, Nachgeburtsverhaltung und Endometritiden begünstigen. Neben dem Einfluß auf die Allgemeingesundheit ist ein ausgeglichener Mineral- und Energiestoffwechsel auch entscheidend für gute Reproduktions- und Milchleistungen. In landwirtschaftlichen Milchviehbetrieben besteht also ein wirtschaftliches Interesse daran, Störungen des Stoffwechsel- und Mineralstoffhaushaltes vorzubeugen. In dieser Arbeit wurde unter Feldbedingungen untersucht, ob ein prophylaktisches Drenchen mit Kalziumpropionat von hochleistenden Milchkühe während des postpartalen Zeitraums die negativen Folgen einer unausgeglichenen Energiebilanz und Mineralstoffversorgung entschärfen kann.
Da prophylaktische Maßnahmen wie das Drenchen finanzielle und arbeitszeitliche Aufwendungen erfordert, soll in dieser Arbeit geprüft werden, ob aus wirtschaftlicher Sicht der Einsatz einer solchen Prophylaxe sinnvoll ist.
2. L ITERATURÜBERSICHT
2.1. DER ENERGIESTOFFWECHSEL DER MILCHKUH
Für die auf hohe Leistung gezüchtete Milchkuh entsteht in den ersten Wochen post partum (p.p.) unausweichlich ein Konflikt zwischen begrenztem Vermögen Trockensubstanz aufzunehmen und sprunghaft steigendem Energiebedarf für Erhaltung und Leistung (BUTLER u. SMITH 1989; DOMECQ et al. 1997). Eine Übersicht gibt Abbildung 1. Bei einer Leistung von 35 kg pro Tag benötigt die Kuh dreimal mehr Energie für die Milchproduktion als für die Erhaltung (BUTLER u.
SMITH 1989), wobei erschwerend hinzukommt, daß die Milchleistung ihren Höhepunkt vor der maximalen Futteraufnahme erreicht (LUCY et al. 1991a).
Während die Milchleistung zwischen der 3. und 7. Woche post partum ihr Maximum erlangt (STAUFENBIEL et al. 1989; STAPLES et al. 1990; NEBEL u. MCGILLIARD 1993), steuert die Trockensubstanzaufnahme verzögert, etwa 5 bis 11 Wochen p.p.
(STAUFENBIEL et al. 1989a), teilweise erst nach bis zu 16 Wochen (COPPOCK et al. 1974), ihrem Höhepunkt zu. Die Folge ist das Abgleiten der Milchkuh in eine Phase der negativen Energiebilanz, wobei unter Energiebilanz die auf der Nettoenergie basierende Aufrechnung der Energieaufnahme gegen den Energiebedarf für Erhaltung und Leistung verstanden wird (STAUFENBIEL et al.
1989; LUCY et al. 1991a). Mindestens 80 % (VILLA-GODOY et al. 1988; DOMECQ et al. 1997) bis zu 92 % (COPPOCK et al. 1974) aller Milchkühe durchlaufen in der Frühlaktation eine solche Phase negativer Energiebilanz. Dauer und Betrag jedoch sind individuell variabel (BUTLER et al. 1981). Die Höhe des Defizites kann bis zu -63 MJ/Tag erreichen (LUCY et al. 1991a), in einzelnen Fällen fiel die Bilanz sogar auf -115 MJ/Tag (BERGMANN et al. 1999). In der Frühlaktation wird über die Mobilisation körpereigener Energiereserven der Milchkuh versucht, das Mißverhältnis zwischen Energieaufnahme über das Futter und Energieabgabe über die Milch auszugleichen (BUTLER u. SMITH 1989; GEARHART et al. 1990). Energetisch ermöglicht diese Einschmelzung von Körperreserven über 30 % der Milchproduktion im ersten Laktationsmonat (BAUMAN u. CURRIE 1980; BINES u. HART 1982), wobei der Abbau so lange voranschreitet, bis die Milchleistung auf unter 80 % des Maximalwertes gefallen ist (BAUMAN u. CURRIE 1980). Die Dauer der negativen Energiebilanz mit Mobilisation von Körperreserven wird durchschnittlich mit etwa 8
Wochen (BOISCLAIR et al. 1986; BERHORN et al. 1988; STAPLES et al. 1990, DOMECQ et al. 1997) angegeben, bei Variation der Angaben von 5 Wochen (STEVENSON u. BRITT 1979, BUTLER u. SMITH 1989), zehn Wochen (BAUMANN u. CURRIE 1980) bis zu 14 Wochen (GALLO et al. 1996) beziehungsweise 16 Wochen (BUTLER u. ELROD 1992).
Abbildung 1: Verlauf und Ausmaß der negativen Energiebilanz (BUTLER u. ELROD 1992)
Die Frühlaktation ist nicht nur in Bezug auf die Milchleistung eine kritische Phase, hier werden der Kuh auch bedeutende Fruchtbarkeitsleistungen abverlangt. Die Puerperalphase mit Rückbildung und Reinigung des Uterus ist ebenso zu bewältigen wie das Wiederanlaufen der Ovartätigkeit und nach Besamung die erneute Konzeption (STAUFENBIEL et al. 1991). Weiterhin ist die Kuh in der Puerperalphase aufgrund des hochgradig belasteten Stoffwechsels anfällig für die Entstehung von Krankheiten (SCHILLING 1976). Daraus ergibt sich, daß die von der wirtschaftlich zu haltenden Kuh geforderten Leistungen Milchproduktion, Fruchtbarkeit und Gesundheit sowie bei Jungkühen zusätzlich das Wachstum in einer Konkurrenzbeziehung zueinander stehen (SCHILLING 1976; STAUFENBIEL et al.
1991).
Milk production (kg/d) Net energy intake (Mcal/d) Net energy balance (Mcal/d)
Milk
Energy intake Energy balance Weeks postpartum
2.2. STÖRUNGEN DES ENERGIEHAUSHALTES
2.2.1. Bovine Ketose
Die Ketose ist eine der wichtigsten Stoffwechselerkrankungen der Hochleistungskuh, sowohl in tiergesundheitlicher als auch in wirtschaftlicher Hinsicht. In den ersten sechs bis acht Wochen nach der Geburt ist die Kuh einer besonders hohen Beanspruchung ausgesetzt. Es kommt bei Hochleistungstieren in diesem Zeitraum so gut wie immer zu einem Ungleichgewicht zwischen Futteraufnahme und Milchleistung, das heißt, es liegt eine negative Energiebilanz vor. Die Inzidenz der klinischen Fälle von Ketose beträgt in Hochleistungsherden etwa 5-10 %, bei inadäquater Fütterung auch erheblich mehr (MOORE 1997a). Einer Untersuchung von STEEN et al. (1997) zufolge stellt die Ketose bei Milchkühen in 12,1 % aller tierärztlichen Interventionen die Ursache für Krankheitsfälle dar.
Die bovine Ketose tritt in zwei klinischen Formen auf, als subklinische und klinisch manifeste Ketose. Die subklinische Ketose ist definiert als das Stadium der Erkrankung, in dem ein erhöhter Spiegel an Ketonkörpern im Blut, Harn und Milch nachzuweisen ist, aber keine klinischen Symptome zu erkennen sind (ANDERSSON 1988). Des weiteren können im Blut Anzeichen für eine Hypoglykämie, erhöhte Werte an nicht veresterten Fettsäuren sowie eine verminderte hepatische Glukoneogenese nachgewiesen werden (BERGMANN 1971; KRONFELD 1971).
Dieser Zustand bleibt meist unentdeckt und führt ohne Behandlung zu gesundheitlichen Risiken oder Leistungseinbußen (BAIRD 1982).
Die klinische Ketose wird in eine primäre und eine sekundäre Form eingeteilt. Die primäre Form der klinischen Ketose tritt bei empfänglichen, hochleistenden Milchkühen zwischen der zweiten und siebten Laktationswoche auf. Klinisch lassen sich Appetitlosigkeit, verminderte Pansentätigkeit, Indigestion und reduzierte Darmmotilität mit nachfolgender Obstipation erkennen. Deshalb wird diese Form auch „digestive Form“ genannt. Weitere Symptome sind eine sinkende Milchleistung, Hypoglykämie, Hyperketonämie und ein rascher körperlicher Verfall. Ein Teil der Kühe ist leicht erregbar und zeigt nervöse Symptome. Deshalb spricht man von der
„nervösen Form“ der Ketose (BAIRD 1982; ANDERSSON 1984; FOSTER 1988). Im Vergleich zur digestiven Form kommt die nervöse Form selten vor (ALEX et al.
1992). Bei der sekundären Ketose entsteht das Energiedefizit durch andere Erkrankungen. Häufig ist eine klare Trennung zwischen beiden Formen nicht
möglich, da sich viele Erkrankungen im postpartalen Zeitraum mit der negativen Energiebilanz überlagern. So erhöht sich das Ketoserisiko beträchtlich, wenn die Kuh an Gebärparese, akuter toxischer Endometritis, Labmagenverlagerung und schmerzhaften Klauenschäden erkrankt ist (STÖBER 1994a).
Bei maximaler Belastung des Energiestoffwechsels insbesondere während der Frühlaktation, wird dem Intermediärstoffwechsel vermehrt Glukose für die Laktosesynthese entzogen. Der Organismus versucht die entstandene Hypoglykämie durch eine erhöhte Glukoneogenese wieder auszugleichen. Die verstärkte Glukoneogenese entzieht dem Zitratzyklus vermehrt Oxalazetat. Wenn nun Oxalazetat nicht im ausreichenden Maße nachgeliefert wird, fehlt der Reaktionspartner in den Mitochondrien der Leberzellen für die aus dem Fettstoffwechsel anfallenden C2- Bruchstücke. Aus dem biologisch aktivierten C2- Bruchstück Azetyl-CoenzymA entstehen sehr rasch Ketonkörper. Die Hypoglykämie bedingt zusätzlich einen niedrigen Plasmainsulinspiegel, der seinerseits eine fortschreitende Lipolyse begünstigt (BAIRD 1982).
2.2.2. Lipomobilisationssyndrom
Bei Kühen mit hoher Milchleistung haben metabolisch bedingte Hepathopathien große Bedeutung (ROBERTS et al. 1981). Das Fettlebersyndrom (Lipomobilisationssyndrom) der Milchkuh ist nach SACHS (1987) zur primären Ketose zu zählen. Im Gegensatz dazu bezeichnen STÖBER und DIRKSEN (1982) dies als den Gesamtkomplex derjenigen peripartalen Krankheiten und Leistungsstörungen, der bei verfetteten Kühen eine sekundäre Ketose auslöst, mit ihr einhergeht oder auf sie folgt.
Bedingt durch eine exzessive Fettmobilisation bei für Erhaltung und Milchleistung unzureichender Energieaufnahme, erhöht sich im peripartalen Zeitraum die Konzentration nicht veresterter Fettsäuren (NEFA) im Serum (GRUMMER 1993). Die zirkulierenden NEFA werden zum großen Teil von der Leber aufgenommen und entweder zu Triglyzeriden (TG) synthetisiert oder zu Azetyl- CoenzymA (Azetyl-CoA) abgebaut (RUKKWAMSUK et al. 1999). Während die präpartal absinkende Futteraufnahme und der Geburtsstreß in Verbindung mit erhöhten Adrenalin- und Noradrenalinkonzentrationen zum Kalbezeitpunkt die NEFA-Konzentration zusätzlich erhöhen, fördern der Anstieg (plazentalen) Östrogens und der Progesteronabfall
vermutlich die TG-Synthese und -Speicherung in der Leber (GRUMMER 1993).
Dabei erhöhen sich die hepatische Fettsäureaufnahme, Veresterung und TG- Speicherung proportional zur NEFA-Konzentration im Plasma (GRUMMER 1993;
GRUM et al. 1996). Diese steigt in den letzten zwei Wochen a.p. auf den vierfachen Wert an (GRUMMER 1993).
Eine Leberverfettung entwickelt sich in dem Fall, in dem die TG-Syntheserate der Leber die Summe von TG-Hydrolyserate und TG-Export als „very low density lipoprotein“ (VLDL) übersteigt (GERLOFF et al. 1986). Dieser VLDL-Export ist beim Wiederkäuer ein vergleichsweise langsamer Vorgang und damit ein Hauptfaktor in der Entstehung der Fettleber (BERTICS et al. 1992; GRUMMER 1993). Bedingt durch die verstärkte Lipolyse und die damit einhergehende Erhöhung der NEFA- Konzentration weisen zum Kalbezeitpunkt überkonditionierte Kühe in der ersten Laktationswoche um das zwei- bis dreifache erhöhte Leberfettgehalte auf (FRONK et al. 1980; GRUMMER 1993). Mit zunehmendem Grad der Leberverfettung erhöht sich somit das Risiko einer passageren oder terminalen Leberinsuffizienz (REHAGE 1996). Im Unterschied zu gesunden Tieren weisen Kühe mit manifester Leberinsuffizienz eine Hyperinsulinämie auf, die eventuell auf eine unzureichende hepatische Clearance zurückzuführen ist (TAYLER et al. 1985; PETRIDES u.
STROHMEIER 1986; REHAGE 1996). Gleichzeitig ist die Blutglukosekonzentration bei leberinsuffizienten Tieren erhöht; demzufolge ist von einer Insulinresistenz auszugehen (VERNON u. SASAKI 1991; REHAGE 1996). Als Ursachen der Insulinresistenz bei Kühen mit Leberinsuffizienz kommen vor allem der erhöhte Glukokortikoidspiegel und/oder die extrem niedrigen Insulin-like growth factor 1 (IGF- 1) Plasmakonzentrationen in Frage (VERNON u. FINLEY 1986; HUSSAIN et al.
1994; REHAGE 1996).
Die wichtigsten Auswirkungen der Leberverfettung auf den Gesundheitszustand der Milchkuh sind neben einer reduzierten Glukoneogeneserate (CADORNIGA-VALINO et al. 1997) die verringerten Abbauraten sowohl von Endotoxinen als auch von Hormonen (RUKKWAMSUK et al. 1999).
2.3. LABORPARAMETER ZUR BESTIMMUNG DER ENERGIEBILANZ
2.3.1. Daten aus der Milchleistungsprüfung
Aus den Daten der Milchleistungskontrolle stehen die Parameter Milchmenge, Fettgehalt, Eiweißgehalt und Harnstoffgehalt zur Verfügung. Daraus lassen sich durch einfache Verknüpfungen Aussagen über die Energieversorgung treffen.
2.3.1.1. Milchfett
Die beim Abbau von Körperfett entstehenden langkettigen Fettsäuren werden in der Frühlaktation vermehrt zur Milchfettsynthese herangezogen, woraus sich eine deutlich positive Korrelation zwischen Körperfettmobilisation und Milchfettgehalt ergibt (FARRIES 1982; STAUFENBIEL et al. 1988). Die Beurteilung der Milchfettgehalte muß in Abhängigkeit vom Laktationsstadium der Tiere erfolgen (DIRKSEN et al. 1997). Leistungsgerecht versorgte Milchkühe haben Milchfettgehalte zwischen 3,5 % und 4,5 % (ROSSOW et al. 1990).
DE VRIES und VEERKAMP (2000) weisen darauf hin, daß eine stark negative Energiebilanz lediglich zu Laktationsbeginn mit erhöhten Milchfettgehalten einhergeht. Bereits in den ersten Wochen p.p. sinken diese auf unterdurchschnittliche Werte. Demnach kann nicht der Milchfettgehalt selbst, sondern dessen Rückgang in der Frühlaktation als Indikator für die Energieversorgung der Milchkuh herangezogen werden.
2.3.1.2. Milchfett-Milcheiweiß-Quotient
Die alleinige Bewertung des Milchfettgehaltes birgt Fehlermöglichkeiten in der Interpretation. Rohfasermangel (Milchfettabfall) und hoher Fettgehalt infolge erhöhter Lipomobilisation können sich gegenseitig neutralisieren und schwerwiegende energetische Mängel verschleiern. Als zusätzliche Hilfe zur Erkennung energiedefizienter und somit ketosegefährdeter Kühe dient der Quotient aus Milchfett und Milcheiweiß (SPOHR u. WIESNER 1991). Die Einflußfaktoren für Milchfett und Milcheiweiß lassen sich wie folgt zusammenfassen. Aus dem Energiemangel (erhöhter Bedarf bei relativ oder absolut zu geringem Angebot an Energie) resultiert ein erhöhter Fettabbau (Lipolyse) und eine verstärkte Milchfettsynthese. Der Milchfettgehalt steigt an. In den Vormägen synthetisiertes mikrobielles Protein bildet die Hauptquelle des Aminosäurepools. Aus dem Futter stammende pflanzliche
Eiweiß- und Nicht-Protein-Stickstoff (NPN)- Verbindungen werden zu Ammoniak abgebaut und teilweise unter ATP-Verbrauch von den Pansenmikroben zu hochwertigem mikrobiellen Protein transformiert (FARRIES 1983). Eine unzureichende Aufnahme von Kohlenhydraten kann eine verminderte Proteinsynthese im Pansen bewirken, wodurch dem Euter weniger Aminosäuren zugeführt werden und damit der Eiweißgehalt in der Milch abfällt.Die dritte Folge des Energiemangels ist eine verminderte Laktosebildung und damit der Rückgang der Milchleistung. Durch die Quotientenbildung werden die gegenläufigen Veränderungen dieser beiden Parameter bei Mangel- bzw. Unterversorgung deutlicher und die Abhängigkeit von der Milchmenge durch Wegfall des Volumenbezugs minimiert.
In der Literatur sind verschiedene Angaben zum Fett-Eiweiß-Quotienten (FEQ) als Schwellenwert für eine Stoffwechselgefährdung zu finden. GRAVERT (1991) und KÜMEL-MÖLLERING und ROSSOW (1994) geben den FEQ der ersten Milchkontrolle, also den Wert innerhalb des ersten Laktationsmonats, als besonders aussagekräftig hinsichtlich Stoffwechselgefährdung an. Überschreitet der FEQ den Wert 1,3 liegt ihrer Ansicht nach eine Gefährdung vor. DIRKSEN et al. (1997) setzen den Schwellenwert für eine Stoffwechselgefährdung auf FEQ > 1,4. Der mit 1,5 höchste Wert stammt aus den Studien von SPOHR et al. (1992), DUFFIELD et al.
(1997). Nach KRAFT et al. (1999) steigt der Informationswert der FEQ erst ab der 3.
bis 5. Woche, da besonders in den ersten Tagen p.p. eine große Variabilität der lipolyseabhängigen Milchfettsynthese vorliegt und sich die Milchfett- und die – eiweißkonzentrationen zu unterschiedlichen Zeiten im Laktationsverlauf stabilisieren.
2.3.1.3. Milcheiweiß und Milchharnstoffgehalte
Der Milcheiweißgehalt ist streng energieabhängig, d.h. die Hauptursache seiner Variabilität ist die Energieversorgung der Tiere. Leistungsgerecht versorgte Tiere haben Milcheiweißgehalte von > 3,2 % (ROSSOW et al. 1990). Milcheiweißgehalte von unter 3,2 % lassen auf eine energetische Unterversorgung schließen (KAUFMANN 1977). Harnstoffgehalte in der Milch sowie im Blut hängen stark vom Energie- und Eiweißverhältnis ab. Erhöhte Harnstoffgehalte können von einem überhöhten Eiweißangebot oder einem relativen Energiemangel herrühren.
Niedrige Harnstoffgehalte deuten auf Eiweißmangel oder Energieüberschuß hin (SPOHR u. WIESNER 1991). In Kombination mit der Milcheiweißkonzentration gibt der Harnstoffwert eine gute Möglichkeit zur Beurteilung der Rohprotein- und Energieversorgung eines Bestandes (KLEIN et al. 1987; REINARTZ u. HOFMANN 1989; SCHOLZ 1990). Laut DIRKSEN et al. (1997) kann die biologische Komplexität dieser Parameterkombination auf diese Art nicht erfasst werden und daher ermöglicht dieses Verfahren während der Frühlaktation keine zuverlässigen Rückschlüsse auf die Energie- und Eiweißversorgung der Milchkühe. Für Harnstoff in der Milch errechneten KIRCHGESSNER et al. (1985) einen physiologischen Normbereich von 2,5 bis 5,0 mmol/l. Im Verlauf der Laktation fällt der Gehalt in der Milch ab.
2.3.2. ß-Hydroxybuttersäure (BHB) und nicht veresterte Fettsäuren (NEFA) Azetoazetat und ß-Hydroxybuttersäure sind die in der Literatur meist zitierten Ketonkörper, um klinische und subklinische Ketosen nachzuweisen (FILAR 1979;
KAUPPINEN 1983; ANDERSSON 1984). Ketonkörper treten aufgrund des übersteigert ablaufenden Abbaus von Körperreserven infolge eines Energiedefizits auf. Hierbei entsteht Azetyl-CoA, das mittels Oxalazetat zur Energiegewinnung weiter umgebaut wird. Oxalazetat wird aber auch für die Laktose-Synthese benötigt.
Deshalb hat der Organismus bei steigender Milchleistung weniger Oxalazetat zur Verfügung. Das infolgedessen nicht nutzbare Azetyl-CoA wird dann umgebaut als Ketonkörper frei (FREITAG 1995) und kann in gewissem Umfang im peripheren Energie- Metabolismus genutzt werden (TVEIT et al. 1992).
Der Bestimmung von Azetoazetat- und ß-Hydroxybuttersäure- Blutkonzentrationen sowie ihrem Verhalten zueinander wird eine gute Aussagekräftigkeit über den Energiestatus und die Herkunft der Ketonkörper zugesprochen (FILAR 1982;
DARGEL 1987). Die Kenntnis der Konzentration der beiden die Ketogenese bestimmenden Verbindungen ermöglicht dabei nicht nur eine klare Einschätzung der ketotischen Stoffwechsellage (klinische oder subklinische Ketose) sondern auch weitgehend Rückschlüsse auf die Herkunft der Ketonkörper (alimentär oder hepatisch). Azetoazetat steigt fast ausschließlich infolge hepatogener Synthese aus mobilisiertem Depotfett an. Bei ß-Hydroxybuttersäure ist hingegen auch dessen alimentäre Synthese zu berücksichtigen (DARGEL 1987).
2.3.2.1. ß-Hydroxybuttersäure (BHB)
BHB macht mit ca. 81 % den Hauptbestandteil der Gesamtketokörperkonzentration beim Wiederkäuer aus (SCHLERKA u. FILAR 1981). BHB wird als der aussagekräftigste labordiagnostische Indikator für die Energiebilanz und Ketogenese (RUSSEL u. WRIGHT 1983) sowie für die Fettleberdiagnostik beim Rind angesehen (GRÖHN et al. 1983). Die BHB-Konzentration im Serum muss laut FÜRLL (2000) aber im Komplex mit weiteren den Fett- und Energiestoffwechsel charakterisierenden Parametern gesehen werden.
Im Gegensatz zu Azetoazetat und Azeton kann BHB teilweise für die Synthese von Milchfett herangezogen werden. Diese Menge kann die aus Azetoazetat erzeugte BHB-Konzentration aufheben, so daß keine erhöhten Werte im Plasma feststellbar sind (REIST et al. 2000). Zudem hat ß-Hydroxybuttersäure eine signifikante Tages- und Laktationsdynamik (GIESECKE et al. 1987).
Der Referenzbereich für BHB im Blutserum liegt nach KRAFT et al. (1999) bei 0,05–
0,5 mmol/l. BHB-Konzentrationen von über 1,0 mmol/l im Blut sprechen für das Vorhandensein einer subklinischen Ketose (REHAGE et al. 1996).
2.3.2.2. Nicht veresterte Fettsäuren (NEFA)
Nicht veresterte oder freie Fettsäuren (NEFA) sind sehr stark korreliert mit dem Grad an Fettmobilisation und dienen deshalb als Indikator für den Energiestoffwechsel (BOWDEN 1971). Die Mobilisierung der nicht veresterten Fettsäuren aus dem Körperfett gilt als erster Schritt zur Entstehung der Ketose und wird durch vermehrte Anforderung des Stoffwechsels nach Nahrung eingeleitet (BERGMANN 1971). Der Anstieg der NEFA-Konzentration ein bis zwei Wochen vor dem Abkalben kann auf schlechtere Futteraufnahme in den Wochen vor der Geburt zurückgeführt werden (GRUMMER 1993). Ein Übersicht über die in der Literatur genannten NEFA- Konzentrationen im Blutserum gibt die Tabelle 1. Laut DUFFIELD (2004) besteht bei einer NEFA-Konzentration von > 0.7 mmol/l eine Woche ante partum ein annährend 5-fach höheres Risiko post partum an einer subklinischen Ketose zu erkranken.
Somit kann ein Monitoring der NEFA-Konzentration etwa 1 Woche a.p. ein praxisnahes Hilfsmittel darstellen, um ein erhöhtes Risiko für eine subklinische Ketose und die damit verbundenen Risiken an Nachgeburtsverhaltung, Ketose, linksseitige Labmagenverlagerung und Mastitis zu erkranken, früh zu erkennen.
Tabelle 1: Literaturübersicht der Serumkonzentrationen nicht veresterter Fettsäuren bei Milchkühen mit und ohne Ketose
Autor Gesunde Kühe
mmol/l
Ketotische Kühe mmol/l
BAIRD 1977 0,04 0,92
FILAR 1979 0,03 +/- 0,01 0,78 +/- 0,11
MÄDER 1980 0,11 +/- 0,13 0,68 +/- 0,35
ROSSOW et al. 1991 0,23- 0,35
Bei Milchrindern mit einer subklinischen Ketose verschiebt sich das Ketonkörpermuster in allen Körperflüssigkeiten zugunsten des Azetons, verbunden mit einer Abnahme des ß-Hydroxybuttersäure. Der Azetoazetatanteil bleibt annähernd konstant, so daß sich mit der Abnahme des ß-Hydroxybuttersäure- Azetoazetat-Quotienten eine gesteigerte Ketogenese nachweisen lässt. Das Verhältnis von Azetoazetat und ß-Hydroxybuttersäure liegt bei gesunden Kühen weiter auseinander als bei erkrankten, es beträgt mehr als 1:10 (BERGMANN 1971;
KRONFELD 1971; FILAR 1979). FILAR (1979) nennt 1:14 als das Verhältnis gesunder Kühe, klinisch an Ketose erkrankte Kühe hingegen hatten ein Azetoazetat : ß-Hydroxybuttersäure-Verhältnis von durchschnittlich 1:4,3.
2.4. AUSWIRKUNGEN EINER NEGATIVEN ENERGIEBILANZ AUF DIE FRUCHTBARKEIT
Die negative Energiebilanz und die damit verbundene Mobilisation von Körpersubstanz zu Laktationsbeginn und während der Hochlaktation hat laut vieler Autoren einen negativen Einfluß auf die Fruchtbarkeit von Milchkühe (BUTLER u.
SMITH 1989; STAPLES et al. 1990; LUCY et al. 1991a; METZNER et al. 1993;
HEUWIESER et al. 1995; ZUREK et al. 1995; MACMILLAN et al. 1996; FERGUSON 1996). Der massive Abbau von Körpersubstanz ist häufig mit einer verminderten Reproduktionsleistung der Tiere verbunden (HEUWIESER u. MANSFELD 1992).
Energetische Unter- bzw. Überversorgung führen zu erhöhten
Stoffwechselbelastungen und zu einer Verringerung der Konzeptionsrate bei Milchkühen (KLUG et al. 1989). Nachgeburtsverhaltungen (Ret. sec.), eitrige Genitalkatarrhe, Brunstlosigkeit oder Stillbrünstigkeit, verzögerte Ovulationen und Ovarialzysten werden als Reaktionen auf energetische Unterversorgung beschrieben (SCHILLING 1976; IMAKAWA et al. 1987; BUTLER u. SMITH 1989; SCHILLO 1992).
In die Phase der negativen Energiebilanz fällt die Wiederherstellung der Funktionen der Hypothalamus–Hypophysen–Ovar-Achse im Anschluß an Trächtigkeit und Kalbung (MALVEN 1984) mit einer Reihe von Veränderungen, an deren Ende die Reinitiation der zyklischen Ovaraktivität steht. Diverse Studien belegen, daß die Konzeptionsrate laktierender Kühe von der Anzahl der vor der Insemination abgelaufenen ovulatorischen Zyklen abhängig ist (FERNANDES et al. 1978;
BUTLER u. SMITH 1989; SCHILLO 1992; SENATOR et al. 1996). Deren möglichst frühzeitiges Wiedereinsetzen post partum ist also ein entscheidender Schritt in Richtung eines hohen Erstbesamungserfolges, zumal eine einmal initiierte Zyklusaktivität sich unbeeinflußt von der Energiebilanz kontinuierlich fortzusetzen scheint (BUTLER u. SMITH 1989; LUCY et al. 1991a).
2.4.1. Zusammenhänge zwischen Energiebilanz und Zyklusgeschehen
Die Follikelphase im Rinderovar ist gekennzeichnet durch das regelmäßige und synchrone Reifen von Follikeln. Während des Sexualzyklus des Rindes erfolgt in den ersten fünf Tagen nach der Ovulation die Anbildung eines Gelbkörpers. Zwei Tage nach der Ovulation beginnt das Wachstum (sogenannte Rekrutierung) von mehreren neuen Follikeln auf den Ovarien (STOCK u. STOLLA 1995). GOODMAN und HODGEN (1993) benutzten die Begriffe Rekrutierung, Selektion und Dominanz für die Beschreibung der verschiedenen Follikelabläufe in der Follikulogenese. Die Rekrutierung der Follikel erfolgt unter dem Einfluß des FSH (Follikelstimulierendes Hormon). Es wirkt auf eine Gruppe von Follikeln, die in den ersten Tagen des Ovarzyklus nahezu gleich wachsen; ihr Wachstum beträgt 2 mm pro Tag (MIHM et al. 2002). Aus dieser Ausgangsgruppe findet einige Tage später die Selektion von einem reifen Follikel (12–16 mm) statt. Er wächst unter dem Einfluß des FSH und LH (Luteinisierendes Hormon) und hemmt gleichzeitig das Wachstum der übrigen Follikel. Dieser Mechanismus wird Follikeldominanz genannt. Im dominanten Follikel werden Östrogene und Inhibin produziert, die am Hypophysenvorderlappen über ein
negatives Feedback die Freisetzung von FSH hemmen. Solange das Tier sich im Interöstrus befindet, d.h. unter Progesteroneinfluß, kann der dominante Follikel auf Grund der niedrigen LH-Freisetzung nicht ovulieren. Er atresiert und verliert seine blockierende Wirkung auf die Hypophyse. Eine neue Gruppe von Follikeln wird in einer neuen Follikelwelle rekrutiert. Erst wenn die Luteolyse erfolgte, gelangt der dominante Follikel einer zweiten oder dritten Follikelwelle des Zyklus zur Ovulation, stimuliert durch die nun vermehrte LH-Blutkonzentration (präovulatorischer oder ovulationsauslösender LH-Peak). Nur bei ausreichender LH-Pulsfrequenz kommt es zur Ovulation (LAMMING et al. 1982; SCHILLO 1992). Bei LH-Pulsfrequenzen von weniger als einem Puls pro Stunde atresiert der Follikel. Bei den meisten Kühen nimmt die Pulsfrequenz der hypophysären LH-Sekretion in den ersten zwei bis drei Wochen p.p. zu (ECHTERNKAMP u. HANSEL 1973; EDGERTON u. HAFS 1973;
FERNANDES et al. 1978). Ursache hierfür ist einerseits der verminderte hemmende Einfluß von Östradiol, dessen Konzentration innerhalb von vier bis acht Tagen p.p.
von präpartalen Spitzen- auf Basalwerte zurückgeht (STEVENSON u. BRITT 1979;
SCHILLO 1992). Zum anderen verlieren sich die hemmenden Wirkungen von Saugstimulus und Progesteron (LAMMING et al. 1982; SCHILLO 1992). Ein weiterer Grund ist in dem Wiederansprechen der LH-produzierenden Zellen im Hypophysenvorderlappen (HVL) auf Gonadotropin-Releasing-Hormon (GnRH) ab etwa 10 Tagen p.p zu sehen. (FERNANDES et al. 1978). Die neuroendokrine Kontrolle der LH-Freisetzung wird als einer der wichtigsten Mechanismen der Interaktion zwischen Energiestatus und Fruchtbarkeitsaktivität der Milchkuh angesehen (SCHILLO 1992).
Dabei ist sowohl die Höhe als auch die Dauer der negativen Energiebilanz p.p.
entscheidend (LUCY et al. 1991a). Eine stark negative Energiebilanz dämpft Betrag und Frequenz der pulsatilen LH-Sekretion (IMAKAWA et al. 1987; LUCY et al.
1991b) und verzögert somit die Ovulation. Auch BUTLER und SMITH (1989) sehen in der Wiedererlangung eines normalen LH-Pulses den Schlüsselfaktor für die ovarielle Follikelreifung und die Initiation der postpartalen Zyklusaktivität. Und schreiben einer negativen Energiebilanz einen wesentlichen hemmenden Einfluß auf die LH-Sekretion zu. ZUREK et al. (1995) bezeichnen die Dynamik der Energiebilanz post partum als den dominierenden Faktor für die Inhibition der Ovartätigkeit.
Das ovulationsauslösende Luteinisierende Hormon (LH) und das die Nebennierenrinde stimulierende Adrenokortikotrope Hormon (ACTH) werden in
denselben Zellen des Hypophysenvorderlappens (HVL) gebildet und können in ihrer Synthese konkurrieren (SCHILLING 1976). Somit besteht eine funktionelle Kopplung der Regulation von Energiestoffwechsel und Sexualfunktionen. Ebenso gehen BUTLER U. SMITH 1989 von einer Hemmung der Synthese gonadotroper Hormone in Energiemangelsituationen zugunsten des ACTH aus. Die von SCHILLING (1976) beschriebenen erhöhten Glukokortikoidwerte bei gestörten Fortpflanzungsprozessen sind als Ausdruck dieser Konkurrenzsituation zu werten. Weiterhin scheint die Fähigkeit des Östradiols, den präovulatorischen LH-Peak auszulösen, durch die postpartale Energiesituation der Kuh beeinflußt zu werden (SCHILLO 1992). In Energiemangelsituationen ist der LH-Peak später zu beobachten und weist niedrigere Amplituden auf. Zusätzlich wird eine Verminderung der Ansprechbarkeit des Ovars für LH diskutiert (SCHILLO 1992). Da der Ernährungszustand den intermediären Stoffwechsel beeinflußt, wird angenommen, daß die LH-Sekretion durch im Blut zirkulierende Botenstoffe (Hormone und/oder Metaboliten), die den metabolischen Status reflektieren, gesteuert wird. Laut SCHILLO (1992) sind solche Signale die Blutkonzentrationen von Insulin, bestimmten Aminosäuren und NEFA.
Generell werden Perioden der Unterernährung von abnehmender pankreatischer Insulinsekretion, erhöhten NEFA-Konzentrationen sowie von Veränderungen der Blutkonzentrationen verschiedener Aminosäuren begleitet. PEDRON et al. (1993) fanden die höchsten NEFA-Konzentrationen und die niedrigsten Insulinwerte bei jenen Kühen, die mit den höchsten Konditionsnoten kalbten und die größte Menge subkutanen Fettgewebes abbauten. Insulin wird als ein die LH-Freisetzung steuerndes ernährungsphysiologisches Signal angesehen, da es direkt proportional zur Futteraufnahme bei Wiederkäuern ist (BASSET et al. 1971) und die Blut-Hirn- Schranke passieren kann (VAN HOUTEN et al. 1979). Die plasmatische Insulinkonzentration fällt mit zunehmendem Betrag der negativen Energiebilanz und ist negativ mit der Länge des postpartalen anöstrischen Intervalls assoziiert (LUCY et al. 1991a). Durch Transport über die Zerebrospinalflüssigkeit kann Insulin auf hypothalamischer Ebene wirken, wobei aufgrund der dort nachgewiesenen Insulinrezeptoren (VAN HOUTEN et al. 1979) eine direkte Wirkung von Insulin auf die GnRH-Ausschüttung angenommen wird (LUCY et al. 1991a). Insulin scheint außerdem unmittelbar am Ovargewebe Wirkungen entfalten zu können, die denen der hypophysären Gonadotropine ähneln (BUTLER u. SMITH 1989; LUCY et al.
1991a). Genannt werden hier direkte Effekte auf steroidogene Enzyme, Modulation
der Gonadotropinrezeptorendichte, synergistische Effekte mit anderen Gonadotropinen sowie eine unspezifische Erhöhung der Zellvitalität (BUTLER u.
SMITH 1989). Desweiteren wird ein mitogener Effekt des Insulins auf die follikuläre Proliferation diskutiert (LUCY et al. 1991a). Insgesamt kann daraus geschlossen werden, daß eine von der Ausprägung der negativen Energiebilanz abhängige niedrigere Insulinverfügbarkeit in der Frühlaktation am ovariellen Follikel für eine geringere Ansprechbarkeit auf gonadotropine Stimulation sorgt. Ebenfalls hemmende Wirkung auf die GnRH- und LH-Freisetzung wird den durch die Mobilisation von Körperfettreserven entstehenden Ketonkörpern zugesprochen (BUTLER u. SMITH 1989). Durch seine regulative Funktion auf den Fettstoffwechsel spielt das Insulin auch hier eine indirekte Rolle. Da die in Phasen verstärkter Lipolyse vermehrt freigesetzten nicht veresterten Fettsäuren in die Ovarien einzudringen imstande sind (RABIEE et al. 1997), wird deren direkter Einfluß auf das Fruchtbarkeitsgeschehen diskutiert (RUKKWAMSUK et al. 2000). Hinsichtlich bestimmter Aminosäuren wird besonders dem Tyrosin eine positive Beeinflussung der reproduktiven Aktivität durch Steigerung der LH-Sekretion zugesprochen (SCHILLO 1992). Grundlage hierfür ist vermutlich eine gesteigerte Synthese von cholaminergen Neurotransmittern, die die GnRH-Freisetzung stimulieren. Die Verfügbarkeit von Tyrosin erhöht sich mit Abnehmen der Verstoffwechselung von Aminosäuren für die Glukoneogenese und Milchsynthese und somit mit rückläufiger negativer Energiebilanz (ZUREK et al.
1995). SCHILLO (1992) beschreibt die direkte Abhängigkeit der die pulsatile GnRH- Freisetzung steuernden Neurone von der Verfügbarkeit oxidierbarer Metaboliten und damit einen direkten Zusammenhang zur Höhe des Energiedefizites. Als weiterer parakriner inhibitorischer Faktor auf das GnRH- Pulssystem und somit die LH- Freisetzung werden neuroendokrine Opioide, vor allem β-Endorphin, genannt (BUTLER u. SMITH 1989). Deren Ausschüttung wird unter anderem durch die gesteigerte Futteraufnahme post partum erhöht.
Die plasmatische Konzentration an Insulin-like growth factor 1 (IGF-1) korreliert mit der LH-Pulsfrequenz (ZUREK et al. 1995) und wird als Mediator in der Regelung der Hypothalamus-Hypophysen-Funktion diskutiert (RYAN et al. 1994). Schließlich ist die regulative Funktion des Gelbkörpers und dessen Progesteron-Sekretion zu berücksichtigen, welche mit drei die Fruchtbarkeit beeinflussenden Ereignissen assoziiert ist: Ausprägung der Brunst, Trächtigkeit und embryonale Überlebensrate (VILLA-GODOY et al. 1988). Bei Kühen mit erheblicher negativer Energiebilanz p.p.
(>-13 MJ) wurde zwar eine normale Lebensdauer, jedoch eine reduzierte Funktion des zweiten und dritten postpartalen Corpus luteum (C.l.) beobachtet (VILLA- GODOY et al. 1988). Die energetische Situation in der Frühlaktation zeigt demnach einen verzögerten Einfluß (STAPLES et al. 1990). Die damit einhergehende Reduktion der totalen und maximalen Progesteronausschüttung erklärt sich durch eine gehemmte luteale Entwicklung und/oder verminderte sekretorische Aktivität der Lutealzellen bei Energiemangel. Das Fehlen einer Beeinflußbarkeit des ersten C.l.
wird durch dessen ohnehin limitierte Funktion, den verzögerten Einfluß der negativen Energiebilanz und das Vorhandensein anderer modulierender Effekte während der ersten Lutealphase begründet (VILLA-GODOY et al. 1988; STAPLES et al. 1990). In der Lutealphase senkt Progesteron durch Wirkung am Hypothalamus die Frequenz der GnRH- Ausschüttung. Solange ein in ausreichender Menge Progesteron produzierendes C.l. vorhanden ist, wird jede Ovulation verhindert (KARG 1995). Ist die Progesteronkonzentration jedoch zu gering, so kann es aufgrund des unzureichenden negativen Feedback zu einem vorzeitigen LH-Peak mit verfrühter Ovulation kommen (BURKE et al. 1998). Durch Beeinflussung der hypothalamischen GnRH-Sekretion und damit der Gonadotropinfreisetzung haben Höhe und Dauer der negativen Energiebilanz überdies einen direkten negativen Einfluß auf die Progesteronkonzentration. Auf diese Weise wird neben der Ausprägung der Brunsterscheinungen auch die Unterstützung des Uterus in der Frühträchtigkeit beeinflußt (NEBEL u. MCGILLIARD 1993).
2.4.2. Progesteron
Der Sexualzyklus des weiblichen Rindes lässt sich in eine Follikel- und in eine Gelbkörperphase unterteilen (NOHNER u. HAHN 1989; GRUNERT u. DE KRUIF 1999). Synchron zu diesen beiden Phasen verändert sich die Progesteronkonzentration im Blut und in der Milch (CLAUS et al. 1985;
HOEDEMAKER u. HELD 1985; NOHNER u. HAHN 1989; SCHOPPER et al. 1993).
Die im peripheren Blut und in der Milch gemessenen Progesteronkonzentrationen stehen in unmittelbarer Beziehung zur Gelbkörperfunktion (HOFFMANN u.
HAMBURGER 1973; RUIZ et al. 1989).
Abbildung 2.: Progesteronprofil in der Milch und im Serum einer zyklischen nichttragenden Kuh über den Zeitraum eines Reproduktionszyklus (HOEDEMAKER u. HELD 1985)
Progesteron ist das physiologische Gelbkörperhormon und wichtigstes natürliches Gestagen. Beim Rind wird es überwiegend im Corpus luteum der Ovarien gebildet (HOEDEMAKER u. HELD 1985; RUIZ et al. 1989).
Progesteronkonzentrationen im Serum von mehr als 1 ng/ml lassen auf einen Progesteron sezernierenden Gelbkörper schließen (OTTO et al. 1986). Die Bestimmung der peripheren Progesteronkonzentration, die eine objektive Analyse der Gelbkörperfunktion erlaubt, stellt in Verbindung mit einer klinisch- gynäkologischen Untersuchung ein wichtiges Hilfsmittel dar, um Reproduktionsstörungen beim Rind erkennen und diagnostizieren zu können (HOEDEMAKER u. HELD 1985).
2.5. ZUSAMMENHANG ZWISCHEN EINER NEGATIVEN ENERGIEBILANZ BZW. KETOSE UND ANDEREN ERKRANKUNGEN
GODKIN (2000) beschreibt, daß die Ketose zu einer Beeinträchtigung des Immunsystems führt, was einen verminderten Abwehrmechanismus gegen andere Krankheiten zur Folge hat. Die Tiere sind somit anfälliger für Krankheiten wie Mastitis und Klauenentzündungen. Zu den Folgeerscheinungen eines Energiedefizits in der Startphase gehören weiterhin auch die verzögerte Rückbildung der Gebärmutter, Gebärmutterkatarrh und Eierstockszysten. HOFFMANN (1992) nennt Fettlebersyndrom, Nachgeburtsverhaltung (Retentio secundinarum), Gebärmutterentzündung (Endometritis), erhöhte Neigung zu Euterentzündungen (Mastitiden) und Fruchtbarkeitsstörungen als häufige Begleiterscheinungen der latenten (subklinischen) Ketose.
Das Auftreten einer Leberverfettung im peripartalen Zeitraum beeinflußt die Proteinproduktion negativ, was zu einer verminderten Immunkompetenz mit geringerer Anzahl an zirkulierenden neutrophilen Granulozyten führt (MORROW et al. 1979; GERLOFF et al. 1986). Hohe Konzentrationen an NEFA im Blut beeinflussen die Immunantwort vermutlich direkt durch eine Verminderung der Synthesefunktionen und der chemotaktischen Fähigkeiten von Leukozyten (RUKKWAMSUK et al. 1999). Die Immunsuppression nimmt mit stärker ausgeprägter negativer Energiebilanz zu (GOFF u. HORST 1997; HEUER et al. 1999).
SURIYASATHAPORN et al. (2000) nennen in einer Übersichtsarbeit mehrere mögliche Erklärungen für eine verminderte unspezifische Immunabwehr des Euters bei Kühen, die sich in einer negativen Energiebilanz befinden. Eine verminderte Phagozytosekapazität von polymorphkernigen Leukozyten und Makrophagen. Eine verminderte Produktion von Zytokinen (Interferon, Interleukine, Tumor- Nekrose- Faktor) durch Lymphozyten und eine herabgesetzte Chemotaxis der Leukozyten.
Schließlich ist die Kapazität der Blutleukozyten zum Einwandern ins Euter vermindert. Nach einer Berechnung von KLUG et al. (1989) ist das Risiko für Kühe an einer klinischen Mastitis zu erkranken nach einer Ketose etwa 5x höher, als für Tiere, die nicht an Ketose erkrankt waren. KLUG et al. (1989) sahen ebenso ein erhöhtes Risiko für das Auftreten von Klauenentzündungen, Mastitiden und Endometritiden infolge einer Ketose. Der in der Frühlaktation auftretende Anstieg von Ketonkörpern im Blut führt zu einer Senkung des Muskeltonus und fördert damit
insbesondere eine Uterusatonie mit den damit verbundenen Involutionsstörungen sowie das Auftreten von Krankheiten wie der Retentio secundinarum (STAUFENBIEL et al. 1987). Hinzu kommt eine durch Leberschädigungen bedingte Beeinträchtigung der immunologischen Abwehrmechanismen (GERLOFF et al.
1986) und damit eine verzögerte Regeneration des Endometriums mit dem Auftreten von Endometritiden und eitrigen Genitalkatarrhen (SCHILLING 1976; MARKUSFELD 1985; BUTLER u. SMITH 1989). Hohe Leistungen, die mit einem entsprechenden Energiebedarf und niedriger Kondition einhergehen, steigern die Inzidenz von Klauenerkrankungen. So gehen stark ausgeprägte negative Energiebilanzen mit einem erhöhten Lahmheitsrisiko einher (HEUER et al. 1999). COLLARD et al. (2000) formulieren ebenfalls eine enge Beziehung zwischen Lahmheiten und Erkrankungen des Verdauungsapparates und der Energiebilanz in der frühen Laktation.
Auch unter den Stoffwechselstörungen Ketose und Gebärparese besteht eine enge Beziehung (CURTIS et al. 1983; GOFF u. HORST 1997). Es bestätigt sich, daß einzelne Erkrankungen nicht isoliert betrachtet werden dürfen. Sind die Regelkapazitäten des Tieres erschöpft, können verschiedene Krankheiten gemeinsam oder zeitversetzt auftreten. CONNER et al. (2004) hat die Konzentrationen der nicht veresterten Fettsäuren (NEFA) bei 135 Kühen am 4. Tag a.p. bestimmt. Die Autoren ermittelten ein Odds Ratio von 2,3 für Nachgeburtsverhaltung, 1,7 für Ketose und 3,1 für linksseitige Labmagenverlagerung bei erhöhten NEFA-Konzentrationen eine Woche a.p.. Eine Beziehung zur Metritis bestand nicht.
Die Labmagenverlagerung (Dislocatio abomasi, DA) ist eine häufig vorkommende, multifaktorielle Erkrankung in leistungsstarken Milchviehherden. Dabei kann die Fütterung, besonders in der Trockenperiode, als einer der wichtigsten und gleichzeitig bestkontrollierbaren Faktoren angesehen werden (CAMERON et al.
1998). Eine Überkonditionierung a.p., die mit einem verstärkten peripartalen Energiedefizit, aber auch mit erhöhtem Geburtsstreß einhergeht, führt zu einer exzessive Fettmobilisierung. Viele Autoren (CURTIS et al. 1985; MARKUSFELD 1986; VÖRÖS u. KARSAI 1987; CORREA et al. 1990; KUIPER 1991; JACOBSEN 1995; FÜRLL u. KRÜGER 1999b) sehen daher in der Minimierung ketophorer Substrate einen wichtigen Ansatzpunkt zur Vermeidung einer Labmagenverlagerung.
Kühe die in der Vorbereitungsfütterung für die nächste Laktation energetisch überversorgt wurden, mobilisieren nach der Abkalbung verstärkt ihre während der
Trockenstehperiode angelegten Fettreserven, wodurch es zur Lipomobilisation und zur Leberverfettung kommen kann. Eine derartig veränderte Leber kann ihre Entgiftungsfunktion nicht mehr aufrechterhalten. Zusätzlich ist wahrscheinlich durch die Verfettung der Leber die Cholesterinproduktion vermindert. Da das Cholesterin die Endotoxine im Blut bindet, kommt es vermutlich durch den Cholesterinmangel zu stärkeren Endotoxinwirkungen im Körper, wobei die Endotoxine auch die Labmagenentleerung beeinträchtigen können. Eine Gasansammlung mit Dilatation des Labmagens ist die Folge, die ihrerseits zu einer Labmagenverlagerung führen kann (FÜRLL u. KRÜGER 1999b). Dieser Vorgang wird durch die aufgrund geringerer Trockensubstanzaufnahme verminderte Pansenfüllung unterstützt.
Signifikante Beziehungen bestehen zwischen einer präpartal auftretenden negativen Energiebilanz und erhöhter DA-Inzidenz post partum. Eine Abnahme der Labmagenmotilität wird als der Schlüsselfaktor in der Entstehung der Verlagerung angesehen (CAMERON et al. 1998), wobei vor allem die den Muskeltonus senkende Wirkung der Ketonkörper zu betonen ist (STAUFENBIEL et al. 1987). ROHRBACH et al. (1999) fanden bei ihrer Untersuchung einen Zusammenhang zwischen Labmagenverlagerung und Ketose. Sie berechneten ein Odds Ratio von 8,6. Eine ketotische Kuh hat demnach ein 8,6-fach höheres Risiko, an Labmagenverlagerung zu erkranken. Eine oft gleichzeitig vorkommende, durch die erhöhten NEFA- Konzentrationen im Plasma verursachte Leberverfettung beschleunigt das Krankheitsgeschehen, vermutlich durch eine die Labmagenentleerung hemmende, verzögerte Glukose-Clearance (VAN MEIRHAEGHE et al. 1988). Ist das Tier bereits an einer Ketose erkrankt, so sind Trockensubstanzaufnahme und Pansenfüllung weiter reduziert bei gleichzeitig herabgesetzter Vor- und Labmagenmotilität (CAMERON et al. 1998). Es ist jedoch zu beachten, daß eine ketotische Stoffwechsellage nicht nur ein Risikofaktor für sondern auch eine Konsequenz von Labmagenverlagerungen sein kann (ERB u. GROHN 1988). Viele Autoren sind sich über die Kausalität nicht einig, beobachteten jedoch eine signifikante Häufung des gemeinsamen Auftretens beider Erkrankungen (WALLACE 1975, MANNUSS 1984, VAN DORP et al. 1999). Entweder wurde die Ketose als Ursache der Labmagenverlagerung angesehen (FÜRLL u. KRÜGER 1999c), wobei in Feldstudien auch eine subklinische Ketose als mögliche Ursache postuliert wurde (VÖRÖS u.
KARSAI 1987; GEISHAUSER et al. 1999), oder sie wurde als Folge der Erkrankung gewertet (DIRKSEN 1961; AREGGER 1992).
2.6. PROPHYLAXE EINES ENERGIEDEFIZITES MIT HILFE GLUKOPLASTISCHER VERBINDUNGEN
Der Einsatz glukoplastischer Verbindungen in der Vorbereitungsfütterung zur Laktation und während der Hochleistung soll auf metaphylaktischem Wege die energetische Stoffwechsellage der Milchkühe positiv beeinflussen. In den letzten Jahren wurden zahlreiche Studien diesbezüglich vorgenommen.
PIATKOWSKI et al. (1973) schlugen vor, in ketosegefährdeten Hochleistungsherden zur Zeit des erhöhten Glukosebedarfs bis zu 500 g eines Propylenglykolpräparates zweimal täglich zu verabreichen.
MIETTINEN (1995) verabreichte zur Verhinderung von Energiemangelsituationen 200 ml einer 50 % Propylenglykollösung und einer einprozentigen Nikotinamidlösung zweimal täglich an Milchkühe. Als indirekten Parameter der Energiebilanz der Milchkühe benutzte er dabei die Milchazetonkonzentration. In der Propylenglykolgruppe sank der mittlere Azetontgehalt von 0,4 mmol/l auf 0,23 mmol/l. Der mittlere Azetontgehalt der Kontrollgruppe stieg während der Frühlaktation von 0,23 mmol/l auf 0,43 mmol/l an. FORMIGONI et al. (1996) setzten Propylenglykol (PG) bei einem Versuch an multiparen Holstein-Kühen ein. Sie gaben 300 g je Tier und Tag, 10 Tage a.p. mit dem Futter und nach der Kalbung an den Tagen 3, 6, 9 und 12 als Drench in einem Liter Wasser. Die Autoren fanden keine signifikante Beeinflussung von Milchmenge sowie Milchbeschaffenheit. Allerdings wurde der Zellgehalt der Milch gesenkt (P < 0,01). Die Plasmakonzentration von nicht veresterten Fettsäuren wurde vermindert und ebenso die Milchharnstoffkonzentration.
Unterschiedliche Dosierungen von Propylenglykol (296, 592, 887 ml) verabreichten GRUMMER et al. (1994) an Färsen sechs Stunden vor der Fütterung als Drench.
Begonnen wurde 90 Tage vor der Kalbung. Als Ergebnis konnte eine Reduzierung von NEFA und BHB im Blutplasma sowie eine Erhöhung von Glukose und Insulin realisiert werden. Die Dosierung von 296 ml je Tier konnte als die Menge von Propylenglykol mit der effektivsten positiven Wirkung auf den Stoffwechsel oben genannter Parameter ermittelt werden.
STUDER et al. (1993) erzielten folgende Versuchsergebnisse. Sie verabreichten 13 multiparen Kühen 1 l Propylenglykol als Drench 10 Tage a.p. bis zum Partus.
Dadurch erzielten sie eine Senkung der NEFA-Konzentration und ein Ansteigen der
Insulinkonzentration (354 auf 679 ng/ml) im Plasma am 1. und 21. Tag postpartal.
CHRISTENSEN et al. (1997) verglichen in ihrer Studie verschiedene Methoden der Verabreichung von Propylenglykol. In drei Versuchsgruppen und einer Kontrollgruppe wurde Milchkühen Propylenglykol appliziert, zum einen als Drench einmal täglich, zum zweiten eingemischt in Konzentratfutter und somit getrennt verabreicht von der Grobfutterration und zum dritten als totale Mischration. Mit einer Tagesdosierung von 2,5 ml/kg KGW Propylenglykol wurde mit der direkten Gabe des Präparates als Drench oder dem Zusatz zur Konzentratfütterung ein deutlicherer Anstieg des Plasmainsulins und eine effektivere Verringerung der Konzentration der nicht veresterten Fettsäuren im Plasma erzielt, als über die Gabe in der Mischration.
Untersuchungen von STAUFENBIEL und HÜNNIGER (1999) bestätigen ebenfalls den stabilisierenden Einfluß von Propylenglykol (PG) auf den Energiehaushalt von Milchrindern in der Frühlaktation. Sie verabreichten den trockenstehenden Kühen in den letzten zwei Wochen vor dem errechneten Abkalbetermin 150 g PG je Tier und Tag. Nach der Abkalbung erhielt jedes Tier 200 g/Tag. Das PG wurde mit einer Gießkanne über das Grundfutter verteilt. Unter entsprechenden Bedingungen kann laut ihrer Untersuchungen eine Steigerung der Milchmenge bis zur 8.
Laktationswoche von ca. 2 l/Tier und Tag erzielt werden.
PRANGE (2001) untersuchte den Einfluß der Zufütterung von Propylenglykol auf die Tier- und Stoffwechselgesundheit im peripartalen Zeitraum sowie auf die Reproduktions- und Milchleistung von Hochleistungskühen. Der Versuch wurde an 234 Milchkühen durchgeführt, davon erhielten 117 Kühe ab dem 13. Tag a.p. 3 kg Kraftfutter täglich, welches 9,57 % Propylenglykol enthielt. Ab der Abkalbung bis zum 10. Tag p.p. wurde von diesem Kraftfutter täglich 1 kg verfüttert. 117 Kühe erhielten das gleiche Kraftfutter im gleichen Zeitraum, aber ohne den Zusatz von Propylenglykol. Im Rahmen dieses Versuches konnten zwar positive Effekte auf die Stoffwechselparameter NEFA, BHB, IGF-1 und auf die Uterusinvolution, aber keine signifikanten Verbesserungen in den Bereichen Tiergesundheit, Fruchtbarkeit und Milchleistung festgestellt werden.
STOKES und GOFF (2001) untersuchten in einer Studie an 169 Tiere den Einfluß eines zweimaligen Drenches (4 h p.p. und 24 h p.p.) auf die Stoffwechsel- und Allgemeingesundheit sowie die Milchleistung. Dabei erhielten 61 Kühe der Kontrollgruppe ca. 10 Liter handwarmes Wasser. 58 Tiere der ersten Versuchsgruppe bekamen zusätzlich jeweils 310 g Propylenglykol und 50 Kühe der