Untersuchungen zur Beeinflussung des Ovulationszeitpunktes beim laktierenden Rind durch intravenöse Glukoseinfusionen im Proöstrus

Abstract

Die Fruchtbarkeitsleistung hochleistender laktierender Kühe ist in den letzten Jahren deutlich schlechter geworden. Unter anderem wird die gesteigerte Milchleistung für einen sinkenden Erstbesamungserfolg verantwortlich gemacht. Eine mangelhafte Brunsterkennung und Störungen im Ovulationsprozess spielen dabei eine bedeutende Rolle. Feldstudien detektierten in bis zu 46,1 % der dokumentierten Zyklen laktierender Kühe eine verzögerte Ovulation. Es konnte ein signifikanter Zusammenhang zwischen der Energieversorgung am Tag der Besamung und der Inzidenz der verzögerten Ovulation nachgewiesen werden. Aus diesem Ergebnis leiten wir die Hypothese ab, dass eine aktuelle hypoenergetische Stoffwechselsituation den Ovulationsprozess verzögert. Ziel der vorliegenden Studie war es, zu überprüfen, inwiefern intravenöse Glukoseinfusionen zu verschiedenen Zeitpunkten im Proöstrus die endokrine Sekretion, den Ovulationszeitpunkt und verschiedene Zyklusparameter beeinflussen. Dazu wurden zehn multipare, laktierende Deutsche-Holstein-Schwarzbunte Kühe in der mittleren Laktation in vier Gruppen mit unterschiedlichen Behandlungen gelost. Jede Kuh durchlief in unterschiedlicher Reihenfolge alle vier Gruppen. Die Zyklen wurden alle zwei Tage mittels transrektaler Sonographie der Ovarien dokumentiert. Ab einem Durchmesser des dominanten Follikels von über 10 mm erfolgte die Sonographie der Ovarien täglich. Gruppe 1 stellte die unbeeinflusste Kontrolle dar, in der jeweils drei Zyklen von jeder Kuh erhoben wurden (n = 30). In den Gruppen 2 bis 4 erfolgte eine Infusion von 1 Liter einer 5 %igen Glukoselösung an den Tagen 20, 19 und 18 des Zyklus (jeweils n = 10). Die Auswirkungen auf die Zykluslänge, die Östrussymptome, die Anzahl der Follikelwellen, den Follikeldurchmesser und das Alter des dominanten Follikels wurden untersucht. Vom 17. Zyklustag bis zum 5. Tag und am 7. Tag post ovulationem erfolgte die Entnahme von Serumproben zur Bestimmung der Konzentrationen des Östradiol-17 beta, Progesterons und der Glukose.Nachdem die Glukoseinfusion am 19. Zyklustag eine signifikante Verkürzung der Zykluslänge im Vergleich zur Gruppe 1 ergab, wurde in zwei weiteren Gruppen der Effekt der Behandlung am 19. Zyklustag auf die präovulatorische Sekretion des Luteinisierenden Hormons getestet. Die zehn Kühe wurden zwei Gruppen zugelost, in der Gruppe 5 erfolgte eine Glukoseinfusion und in der Gruppe 6 eine Infusion mit dergleichen Menge 0,9 %iger Natriumchloridlösung am 19. Zyklustag (jeweils n = 5). Serumproben wurden alle drei Stunden nach der Behandlung bis zur Ovulation entnommen. Die statistische Auswertung der gewonnen Daten erfolgte mittels den Programmen SPSS 15.0 für Windows und SAS 12.0 für MS-DOS. Folgende relevante Ergebnisse konnten erhoben werden:

Die Zykluslänge in Gruppe 3 nach Glukoseinfusion am 19. Zyklustag betrug 21,3 ± 1,3 Tage und war somit signifikant kürzer als in der Gruppe 1 (23,3 ± 1,9 Tage; p < 0,01), während die Behandlung in den Gruppen 2 und 4 ohne signifikanten Einfluss auf die Zykluslänge blieb. In Gruppe 1 wurden in 56,7 % der Zyklen Östrussymptome detektiert. Es bestand ein Trend zur Detektion von mehr Zyklen mit Östrussymptomen in der Gruppe 3 (90 %), der jedoch nicht als statistisch signifikant belegt werden konnte (p = 0,12). Der Durchmesser des präovulatorischen Follikels wurde nicht signifikant durch die Behandlung beeinflusst (p > 0,05), allerdings variierte der Follikeldurchmesser signifikant zwischen den zehn einzelnen Kühen (p = 0,018). Die Glukosekonzentration steigt in den Gruppen 1 bis 4 präovulatorisch an. Ein Zusammenhang zwischen der Glukosekonzentration und den Konzentrationen des Östradiol-17 beta und des Progesterons in der Gruppe 1 konnte nicht detektiert werden. Die maximalen Östradiol-17 beta-Konzentrationen zwei Tage vor der Ovulation waren in den Gruppen 2 bis 4 nach Glukoseinfusion signifikant höher als in Gruppe 1. In Gruppe 3 steigt die Glukosekonzentration vier und sechs Stunden (p = 0,022 und p = 0,028) sowie in der Gruppe 4 vier Stunden nach der Behandlung (p = 0,050) signifikant an. Ein Einfluss der Behandlung auf die Östradiol-17& #946;-Konzentration war nur für die Gruppe 3 nachweisbar. Der Anstieg der mittleren Östradiol-17 beta-Konzentration war zum Zeitpunkt 24 Stunden nach der Infusion signifikant (p = 0,033). Die mittlere LH-Peak-Konzentration war in Gruppe 5 nach Glukoseinfusion signifikant niedriger als in Gruppe 6 nach Infusion von 0,9 % iger Kochsalzlösung (p = 0,043). Das Intervall zwischen der Behandlung am 19. Zyklustag und dem LH-Peak war mit 25,8 ± 9,6 Stunden in Gruppe 5 kürzer als in Gruppe 6 (52,8 ± 35,7 Stunden; p = 0,21). An den Tagen fünf und sieben nach der Ovulation war die mittlere Progesteronkonzentration der Zyklen über 23 Tagen Dauer signifikant höher als in der Gruppe der Zykluslängen bis zu 23 Tagen (p = 0,032 und p = 0,001). In der Gruppe der Zyklen bis 23 Tagen ist die mittlere Glukosekonzentration an den beiden Tagen vor der Ovulation signifikant höher als in der Gruppe der Zyklen über 23 Tagen Dauer (p = 0,040 und p = 0,033). Die Ergebnisse dieser experimentellen Untersuchungen konnten zum ersten Mal die Möglichkeit einer Beeinflussung des Ovulationszeitpunktes durch einen kurzfristigen Energiebolus beim laktierenden Rind belegen. Die Glukoseinfusion in einer zeitlich eng limitierten Phase des Proöstrus am 19. Zyklustag bedingt eine Steigerung der Östradiol-17 beta-Synthese, wodurch es zu einer frühzeitigeren Ausschüttung des präovulatorischen LH-Peaks kommt. Dies ist im Zusammenhang mit Untersuchungen bei Labornagern und beim kleinen Wiederkäuer zu sehen. Die vorliegende Arbeit zeigt eine weitere Ebene auf, auf der ein Zusammenhang zwischen der Energieversorgung und der Fruchtbarkeit beim laktierenden Rind besteht.

The reproductive performance of high producing dairy cows has clearly been decreasing for years. Among others the increasing milk yield is responsible for decreasing conception rates after first artificial insemination. A lack of oestrus detection and failures of the ovulatory process play thereby an important role. Field studies revealed in up to 46.1 % of documented cycles in dairy cows a delayed ovulation. A significant correlation between the energy supply at the day of artificial insemination and the incidence of delayed ovulations could be demonstrated. From these results we suggested, that an actual hypoenergetic metabolic situation delays the ovulatory process. The aim of the present study was therefore to check, if intravenous infusions of glucose at different terms in pre-oestrus influence the endocrine secretion, the time of ovulation and different oestrus cycle parameters. Ten lactating, multiparous German Holstein Cows in the middle of lactation were randomized in six groups with different treatments. Each cow passed through all four groups in different order. All oestrus cycles were documented via transrectal ultrasonography of the ovaries. The transrectal sonography took place daily when the dominat follicle reached a diameter of ten millimetres. Group 1 represented the untreated control in which three cycles of each cow were recorded (n = 30). In groups 2 to 4 an infusion of one litre of a 5 % glucose solution was carried out at the days 20, 19 an 18 of the oestrus cycle respectively (each group n = 10). The effects on the length of oestrus cycles, the oestrus behaviour, the number of waves of follicular growth and the diameter of the preovulatory follicle were examined. From day 17 of the cycle to the 5th day and at the 7th day after ovulation blood samples were taken to determine the concentrations of progesterone, estradiol-17 beta and glucose. Since the infusion of glucose at day 19 of the oestrus cycle resulted in a significant shortening of cycle length, the effect of the treatment at day 19 of the oestrus cycle on the preovulatory secretion of luteinizing hormone was tested. The ten cows were randomly allocated into two groups. In group 5 an infusion of a 5 % glucose solution and in group 6 an infusion of a 0.9 % sodium chloride-solution took place at day 19 of the oestrus cycle (each group n = 5). Blood samples were taken every three hours after the treatment until ovulation. Statistical analysis of the data was calculated with the programs SPSS 15.0 for Windows und SAS 12.0 for DOS. The following relevant results were documented:

The length of oestrus cycles in group 3 after glucose infusion at day 19 of the cycle was 21.3 ± 1.3 days and thus significant shorter than in group 1 (23.3 ± 1.9 days; p < 0.01), whereas the treatment in groups 2 and 4 had no significant effect on the length of oestrus cycles. In group 1 in 56.7 % of cycles oestrus signs were detected. There was at least a trend to the detection of more cycles with characteristic oestrus symptoms in group 3 (90 %), which could not be proven significantly (p = 0.12). The treatment did not influence the diameter of the preovulatory follicle (p > 0.05), but the diameter of the preovulatory follicle varied significantly between the ten individual cows (p = 0.018). The concentration of glucose increases before ovulation in groups 1 to 4. A correlation between the concentration of glucose and the concentrations of estradiol-17 beta or progesterone could not be detected.- The maximum estradiol-17 beta-concentrations two days before ovulation were significantly higher in groups 2 to 4 after infusion of glucose compared to group 1. The concentrations of glucose increase significantly four and six hours after the treatment in group 3 (p = 0.022 and p = 0.028) and four hours after the treatment in group 4 (p = 0.050). An influence of the treatment on the concentration of estradiol-17 beta was only given in group 3. The estradiol-17 beta concentration increases significantly 24 hours after the treatment (p = 0.033). The mean surge-concentration of LH in group 5 after infusion of glucose was significant lower than in group 6 after infusion of 0.9% sodium chloride (p = 0.043). The interval between the treatment at day 19 of the oestrus cycle and the surge concentration of LH was 25.8 ± 9.6 hours in group 5 and thus shorter than in group 6 (52.8 ± 35.7 hours; p = 0.21). . - The mean progesterone concentrations at days five and seven after the ovulation were significant higher in oestrus cycles over 23 days than in cycles up to 23 days (p = 0.032 and p = 0.001). In the group of oestrus cycles up to 23 days the mean concentration of glucose at the two days before ovulation is significant higher than in cycles lasting over 23 days (p = 0.040 and p = 0.033). The results of this experimental study could for the first time prove the possibility of a manipulation of the ovulation time by a short-term energy supply in lactating dairy cows. The infusion of glucose in a temporally strictly limited period of pre-oestrus at day 19 causes an increase of estradiol-17 beta synthesis and in consequence an earlier induction of the preovulatory surge of LH. This effect has already been proven in rodents and sheep. This study points out a further level of relationship between energy balance and fertility in lactating dairy cows.