Neuropeptidgehalt der bovinen Labmagenwand in Abhängigkeit von Rasse und Verlagerungszustand

Abstract

Nach derzeitigem Kenntnisstand kommt den Motilitätsstörungen des Labmagens im Sinne einer Hypotonie oder Atonie in der Pathogenese von Verlagerungszuständen offensichtlich eine entscheidende Bedeutung zu. In der eigenen Studie sollte daher die mögliche Bedeutung der Neuropeptide VIP (Vasoaktives Intestinales Polypeptid) und SP (Substanz P) im Hinblick auf diese Fragestellung untersucht werden. Bei VIP handelt es sich um einen inhibierenden Neurotransmitter des NANC-Nervensystems, bei SP um einen stimulierenden Transmitter. Sowohl ein verminderter Gehalt an SP als auch ein vermehrtes Vorhandensein von VIP in den Ganglien und Nervenfasern der Labmagenwand könnte eine Ursache für die Verminderung der Labmagenmotilität darstellen. Material und Methoden Zur Ermittlung möglicher Rassenunterschiede wurde von jeweils 20 geschlachteten Kühen der Rassen Deutsche Holsteins und Deutsches Fleckvieh im Alter von 3 bis 5 Jahren je ein Bioptat aus dem Corpus abomasi und aus dem Antrum pylori des Labmagens entnommen und immunhistochemisch auf VIP, SP und Neurofilament 200 untersucht. Entsprechende Bioptatentnahmen und Untersuchungen erfolgten bei 20 Deutschen Holstein-Kühen mit linksseitiger Labmagenverlagerung sowie bei 3 weiteren Kühen dieser Rasse, bei denen experimentell durch Anlegen eines Magenbandes eine Labmagendilatation induziert wurde, und zwar vor Anlegen des Magenbandes und ein weiteres Mal nach 72 Stunden. Die entnommenen Bioptate wurden sofort in eine 4 %ige Paraformaldehyd-Lösung überführt und nach Aufbereitung in einer aufsteigenden Alkoholreihe in Paraffin eingebettet. Für die immunhistochemischen Untersuchungen kam ein indirektes Verfahren mit der ABC- / AEC-Methode zur Anwendung. Die dargestellten Peptide wurden quantifiziert, indem die angefärbten Flächen unter Verwendung des halbautomatischen Softwareprogramms AnalySIS (Fa. Olympus) ausgemessen wurden. Ergebnisse Bei den gesunden Kühen konnten bezüglich der immunreaktiven Fläche von Substanz P im Antrum-Bereich zwar keine signifikanten Rassenunterschiede nachgewiesen werden (Deutsche Holsteins: 975 ± 602 µm2, Deutsches Fleckvieh: 1085 ± 605 µm2), doch war im Bereich des Corpus abomasi diese Fläche bei den Deutschen Holsteins (821 ± 607 µm2) signifikant kleiner als bei den Fleckviehkühen (1133 ± 480 µm2; p = 0,025). Der Vergleich der IR-Flächen für VIP zwischen beiden Rassen ergab zwar für beide Lokalisationen keine signifikanten Unterschiede, doch bestand zumindest im Antrum-Bereich eine deutliche Tendenz zu höheren Werten bei den Deutschen Holsteins (1491 ± 684 µm2, vs. 1120 ± 642 µm2 bei Fleckvieh Kühen; p = 0,054). Ebenso ließen sich in Bezug auf die IR-Fläche für Neurofilament 200, dem Kriterium für die Gesamtinnervationsdichte, signifikante Unterschiede zwischen den beiden untersuchten Rassen nachweisen. Während in den Bioptaten aus dem Antrum-Bereich von Kühen der Rasse Deutsche Holsteins eine Fläche von 4997 ± 1379 µm2 ermittelt wurde, betrug diese bei den Fleckviehkühen lediglich 3732 ± 1829 µm2 (p = 0,0052). Ein solcher Unterschied war auch im Bereich des Corpus abomasi nachweisbar, wenn auch in geringerer Ausprägung (Deutsche Holsteins 5475 ± 3086 µm2, Deutsches Fleckvieh 3911 ± 1885 µm2; p = 0,056). Bei den Kühen mit einer Labmagenverlagerung war sowohl der Gehalt an Substanz P als auch an VIP in den Bioptaten im Vergleich zu den Werten der gesunden Holstein-Kühe signifikant vermindert (Substanz P: Antrum 314 ± 161 vs. 975 ± 602 µm2, Corpus 297 ± 143 vs. 821 ± 607 µm2; VIP: Antrum 493 ± 228 vs. 1491 ± 684 µm2, Corpus 466 ± 235 vs. 1661 ± 732 µm2; p jeweils < 0,0001). Gleiches galt auch hinsichtlich der mittels Neurofilament-200-Färbung ermittelten Gesamtinnervationsdichte (Antrum-Bereich: 3900 ± 1859 vs. 4997 ± 1379 µm2, p = 0,008; Corpus: 3516 ± 1681 vs. 5475 ± 3086 µm2; p = 0,011). Dies hatte jedoch keine signifikanten Auswirkungen auf das jeweilige Verhältnis der beiden Neurotransmitter SP und VIP an den beiden Lokalisationen zueinander. Bezogen auf die NF-200-immunreaktive Fläche war jedoch der SP-Anteil bei Labmagenpatienten im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant erniedrigt (Antrum-Bereich: p < 0,0001, Corpus-Bereich: p = 0,025). Entsprechendes galt bezüglich VIP (p < 0,0001). Als Folge der durch Anlegen eines Magenbandes induzierten Labmagenanschoppung kam es innerhalb von 72 Stunden zu einer signifikanten Verminderung der Werte für die IR-Flächen von SP und VIP. Die nach 72 Stunden bei diesen Probanden gemessenen SP-Werte lagen jedoch im Antrum-Bereich immer noch signifikant über denjenigen der Labmagenpatienten (Antrum: 555 ± 187 vs. 314 ± 161 µm2, p = 0,04; Corpus: 256 ± 54 vs. 297 ± 143 µm2; p = 0,87). Bezüglich der VIP-positiven Flächen galt dies für beide Lokalisationen; hier wurden bei den Magenband-Probanden im Antrum-Bereich 1223 ± 496 µm2 und bei den Patienten mit LMV 493 ± 228 µm2 gemessen (p = 0,004). Für den Corpus-Bereich ergaben sich Werte von 1010 ± 193 µm2 (Magenbandgruppe) vs. 466 ± 235 µm2 (Patientengruppe); p = 0,02. Schlussfolgerungen Die ermittelten Unterschiede hinsichtlich der Gehalte an Substanz P und VIP in der Labmagenwand deuten darauf hin, dass bei den Deutschen Holsteins der stimulierende Einfluss auf die Labmagenmotilität geringer und der hemmende deutlicher ausgeprägt ist als bei Kühen der Rasse Deutsches Fleckvieh. Zusätzlich zu anderen Einflussfaktoren könnte dies erklären, warum Holstein-Kühe häufiger an Labmagenverlagerung erkranken.Die Ergebnisse der Untersuchungen an Probanden mit einer experimentell induzierten Labmagenanschoppung deuten darauf hin, dass es sich bei den ermittelten Unterschieden hinsichtlich Substanz P und VIP zwischen gesunden Holstein-Kühen und solchen mit einer Labmagenverlagerung eher um eine Folge der Verlagerung als um deren Ursache handelt. Auf die Gesamtinnervationsdichte hatte die induzierte Labmagendilatation dagegen keine Auswirkungen. Die diesbezüglichen Unterschiede zwischen gesunden Holstein-Kühen und solchen mit Labmagenverlagerung könnten daher einen Hinweis geben auf eine mögliche Ursache für die bekannte interindividuelle Variation innerhalb der Holstein-Rasse im Hinblick auf die Prädisposition für das Auftreten einer Labmagenverlagerung. Motility disorders of the abomasum, i.e. hypotonia or atonia, play an important role in the pathogenesis of abomasal displacement (AD). The aim of this study was to examine the possible relevance of the neuropeptides vasoactive intestinal polypeptide (VIP) and substance P (SP) in cows with motility disorders. VIP belongs to the family of inhibiting neurotransmitters of the non adrenergic non cholinergic nerve system, whereas SP belongs to the family of stimulating peptides. Both, a decreased expression of SP and an increase of VIP in the ganglia and nerve fibres (neurofilament 200 positive) of the abomasal wall could cause a decrease of abomasal motility. Material and methods In order to evaluate potential differences between breeds, biopsies of the corpus abomasi and antrum pylori were taken from 20 slaughtered German Holstein cows and 20 German Fleckvieh cows aged 3 to 5 years, respectively. Corresponding biopsies were taken from 20 German Holstein cows suffering from left abomasal displacement as well as from three cows of the same breed, in which an abomasal impaction was artificially induced by gastric banding. In these three cows, biopsies were taken twice, i.e. before and 72 hours after the procedure. All biopsies were immediately fixed in 4 % paraformaldehyde, dehydrated in alcohol and embedded in paraffin. Sections were cut and stained immunohistochemically (ABC-/ AEC-technique), thereby displaying VIP, SP and NF 200. The positive signals were quantified by measuring the stained areas using the semiautomatic software program AnalySIS (Olympus). Results In the healthy cows, the antral immunoreactive (IR) area for substance P showed no significant differences between both breeds (German Holsteins: 975 ± 602 µm2, German Fleckvieh: 1085 ± 605 µm2). Nonetheless, the corresponding area in the corpus abomasi was significantly smaller in the German Holsteins (821 ± 607 µm2) than in the German Fleckvieh cows (1133 ± 480 µm2; p = 0.025). No significant differences between both breeds could be found for both localisations comparing the VIP IR-areas. Even though the stained areas of the antrum pylori tended to display higher values in the German Holsteins (1491 ± 684 µm2) than in the Fleckvieh cows (1120 ± 642 µm2; p = 0.054). Regarding the IR-areas for NF 200, being the criteria for the overall nerve density, significant differences between both breeds could be demonstrated. In biopsies taken from the antrum of German Holstein cows NF 200 positive areas of 4997 ± 1379 µm2 were measured, in comparison to 3732 ± 1829 µm2 in the German Fleckvieh cows (p = 0.0052). The same tendency could be shown in the corpus abomasi (German Holsteins 5475 ± 3086 µm2, German Fleckvieh 3911 ± 1885 µm2; p = 0.056). In cows with abomasal displacement, both, the content of substance P and VIP in the biopsies taken were significantly decreased in comparison to the values from healthy Holstein cows (SP: antrum 314 ± 161 vs. 975 ± 602 µm2, corpus 297 ± 143 vs. 821 ± 607 µm2; VIP: antrum 493 ± 228 vs. 1491 ± 684 µm2, corpus 466 ± 235 vs. 1661 ± 732 µm2; p < 0.0001 each). Equivalent results were seen regarding the overall nerve density identified by staining for NF 200 (antral area: 3900 ± 1859 vs. 4997 ± 1379 µm2, p = 0.008; corpus: 3516 ± 1681 vs. 5475 ± 3086 µm2; p = 0.011). However, there was no significant impact on the ratio of SP to VIP in both localisations. Relating to the NF 200 IR-area, the fraction of SP was significantly decreased in patients with abomasal displacement in comparison to the control group of healthy animals (antral area: p < 0.0001, corpus: p = 0.025). Equivalent results could be demonstrated for VIP (p < 0.0001). As a consequence of the abomasal impaction induced by gastric banding a significant decrease of the levels of the SP and VIP IR-areas could be seen 72 hours after the procedure. However, SP levels measured in the antrum pylori in these animals after 72 hours were significantly higher than those from patients with displaced abomasum (antrum: 555 ± 187 vs. 314 ± 161 µm2, p = 0.04; corpus: 256 ± 54 vs. 297 ± 143 µm2; p = 0.87). Equivalent results could be seen concerning the VIP IR-areas in both localisations (antrum pylori: 1223 ± 496 µm2 (gastric banding) vs. 493 ± 228 µm2 (AD); p = 0.004 and corpus abomasi: 1010 ± 193 µm2 (gastric banding) vs. 466 ± 235 µm2 (AD); p = 0.02). Conclusions The differences detected concerning the content of substance P and VIP in the abomasal wall suggest that in German Holsteins the stimulating effects on the motility of the abomasum are smaller and that the inhibiting influence seems to be more distinct than in German Fleckvieh cows. In addition to further influencing factors, this could explain why Holstein cows do suffer from abomasal displacement more frequently than Fleckvieh cows. The presented data from animals with artificially induced impaction of the abomasum indicate that the decrease of SP and VIP may rather be the result of displacement than being the actual cause.However, the induced distension of the abomasum had no effect on the overall nerve density. In this regard, differences between healthy Holstein cows and those with abomasal displacement support the hypothesis of an interindividual variation within the Holstein breed concerning predisposition for the occurrence of abomasal displacement.