Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Letizia Debertolis

Effects of an intravenous infusion of Escherichia coli

lipopolysaccharide in early pregnant dairy cattle

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-106268

title (ger.)

Auswirkung einer intravenösen Infusion von Escherichia coli Lipopolysaccharide in der Frühgravidität des Rindes

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2015

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/debertolisl_ss15.pdf

abstract (deutsch)

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Effekte einer intravenösen Endotoxininfusion aus E. coli gewonnenen Lipopolysacchariden (LPS) auf das Corpus luteum sowie die uterine Perfusion in der Frühgravidität des Rindes zu charakterisieren. Acht Kühen der Rasse Deutsche Holstein wurde am Tag 35 ± 3 der Trächtigkeit (Mittelwert ± SD; Range: Tag 29-38) 0,5 µg/kg Körpergewicht E.coli-LPS über einen intravenösen Katheter appliziert. Sieben tragende Färsen (Tag 41 ± 6, Range: Tag 33-49), die als Kontrolltiere galten, erhielten statt LPS eine Injektion 0,9%iger Kochsalzlösung. Die Injektionszeit wurde als Stunde (h) 0 definiert. Alle Tiere wurden nach der Injektion bis zu 12 h klinisch überwacht und zusätzlich 24, 48, 72 sowie 96 h nach der Injektion klinisch untersucht. Mittels transrektaler B-Mode-Ultrasonographie wurde 48, 72 und 96 h nach der Injektion durch den Nachweis des embryonalen Herzschlags die Aufrechterhaltung der Trächtigkeit bestätigt. Eine Stunde vor der Infusion (-1 h) und 3, 6, 9, 12, 24, 48, 72 und 96 h nach Infusion wurden die Gelbkörpergröße (LS) sowie die luteale Durchblutung (LBF) mittels transrektaler B-Mode- bzw. Dopplersonographie erfasst. Blutflussvolumen (BFV) und Resistance Index (RI) der Arteria uterina des tragenden Uterushorns wurden in den Stunden -12, 12 und 48 h dopplersonographisch untersucht. Blutproben zur Bestimmung der Progesteron- (P4) sowie der Prostaglandin-zwei-alpha-Metabolitenkonzentrationen (PGFM) wurden -1, 0,5, 1, 2, 3, 4, 6, 9, 12, 24, 48, 72 und 96 h nach der Injektion aus der Vena jugularis entnommen. Außerdem wurden 12 und 48 h nach der Injektion Biopsieproben aus dem Corpus luteum über eine ultraschallgeleitete, transvaginale Gelbkörperpunktion genommen, um die mRNA-Expression von Caspase-3, Steroidogenic Acute Regulatory Protein (StAR), Basic und Acidic Fibroblast Growth Factors (FGF-1 und FGF-2) und der Toll-like Receptors 2 und 4 (TLR-2 und TLR-4) zu quantifizieren. Tiere, die mit LPS behandelt wurden, zeigten eine deutliche Symptomatik eines septischen Schocks, die bei allen Tieren innerhalb von 24 h nach Infusion abgeklungen war. Die Kontrolltiere wiesen nach NaCl-Injektion keine Störung des Allgemeinbefindens auf. Bei keinem der Studientiere konnte eine embryonale Mortalität beobachtet werden. Innerhalb der ersten 12 Stunden nach der LPS-Infusion sank LS von 3,80±0,50 bis 3,12±0,29 cm2, blieb bis 48 h auf diesem Niveau und stieg dann wieder auf den Basalwert an. In den ersten 24 Stunden nach LPS sank LBF um 57% ab, nahm danach wieder zu, erreichte bei 48 h seinen Ausgangswert und blieb bis zum Ende der Untersuchungen konstant. Nach Injektion der Kochsalzlösung variierten LS und LBF bei den Kontrolltieren nicht. Zwölf Stunden nach der LPS Injektion deutete sich ein leichter Rückgang der Parameter BFV und RI an, der nach 48 h wieder ausgeglichen war. Die P4-Konzentrationen nahmen bei LPS-behandelten Tieren innerhalb der ersten 3 Stunden abrupt zu und waren 12 h nach der Injektion wieder auf 2,8 ng/ml abgesunken. In der Kontrollgruppe änderten sich diese Parameter nicht. Nach einem initialen, rapiden Anstieg der PGFM-Konzentration innerhalb der ersten 0,5 h nach der LPS-Injektion, erreichte sie wieder das Ausgangsniveau. Die Expression von Genen, die für die Funktionalität des CLs verantwortlich sind, bestätigte die oben genannten Beobachtungen. Bei LPS behandelten Tieren war die Expression der mRNA für StAR und für FGF-1 im Lutealgewebe 12 h nach LPS Injektion niedriger als bei den Kontrolltieren. Dieser Unterschied war 48 h nach der Infusion wieder aufgehoben. Für FGF-2 ergab sich kein Unterschied. Innerhalb der LPS Gruppe war die Expression der mRNA für StAR und FGF-1 12 h nach Injektion erniedrigt und für Caspase-3 und TLR-4 erhöht. Schlussfolgernd lässt sich aus der vorliegenden Studie zusammenfassen, dass durch eine intravenöse Administration von LPS-Endotoxinen in der Frühgravidität des Rindes die Gelbkörperfunktion temporär deutlich beeinträchtigt wurde, dies aber bei keinem Tier zu einer embryonalen Mortalität geführt hat.

abstract (englisch)

The goal was to characterize effects of a single intravenous dose of endotoxin in early pregnant cows, in particular, effects on the corpus luteum (CL). Eight German Holstein cows at day 35 ± 3 of pregnancy (mean ± SD; range: day 29 to 38) received 0.5 µg/kg weight E.coli LPS via an intravenous catheter. Seven pregnant heifers (day 41 ± 6, range 33 to 49) underwent the same procedure, but received an infusion of 0.9% saline instead of LPS, thus forming the control group. The time of infusion was designated 0 h. Clinical symptoms of animals were monitored continuously up to 12 h, then at 24, 48, 72 and 96 h after infusion. Transrectal B-mode ultrasonography was performed 48, 72, and 96 h after infusion to determine maintenance of pregnancy (embryonic/fetal heart beats). One hour before infusion (−1 h) and at 3, 6, 9, 12, 24, 48, 72 and 96 h after infusion, luteal size (LS) and luteal blood flow (LBF) were assessed with transrectal Doppler sonography. Blood flow volume (BFV) and resistance index (RI) of the uterine artery ipsilateral to the pregnant horn were determined by transrectal Doppler ultrasonography at -12, 12 and 48 h after infusion. Serum progesterone (P4) concentrations as well as prostaglandin two-alpha metabolites (PGFM) were measured at -1, 0.5, 1, 2, 3, 4, 6, 9, 12, 24, 48, 72 and 96 h after infusion. Luteal tissue samples were gathered by ultrasound-guided transvaginal puncture of the CL 12 h and 48 h after infusion to quantify the levels of mRNA encoding Caspase-3, steroidogenic acute regulatory protein (StAR), basic and acidic fibroblast growth factors (FGF-1 and FGF-2), and Toll-like receptors 2 and 4 (TLR-2 and TLR-4). Cows given LPS had an array of toxaemia-related clinical signs that disappeared within 24 h after infusion, whereas control cattle did not show any disturbances of general health condition. None of the cattle experienced pregnancy loss during or after the study period. Within the first 12 h after LPS infusion, LS decreased from 3.80±0.50 to 3.12±0.29 cm2 (P≤0.05), stayed at this level up to 48 h and then returned to pre-treatment values (P≤0.05). In the first 24 h after LPS, LBF declined by 57% (P≤0.05), increased again to the pre-treatment levels (P≤0.05) at 48 h, and remained at a constant level (P>0.05) until the end of examinations. Luteal size and LBF did not change after infusion of saline solution (P>0.05). Only in the LPS-group, BFV and RI had a modest decline in blood flow to the pregnant horn 12 h after infusion, with a subsequent recovery at 48 h. In LPS-treated cows, P4 concentrations increased abruptly within the first 3 h and successively declined to 2.8 ng/ml by 12 h (P≤0.05), although they did not vary in control cattle. In both groups, P4 concentrations declined over the following 4 days compared to the values measured before infusion (P ≤ 0.05). Serum concentration of PGFM peaked 0.5 h after LPS infusion (P ≤ 0.05), than declined to pre-treatment level. Molecular parameters of luteal function confirmed previous observations. Relative abundance of transcript for mRNA encoding StAR as well as those encoding FGF-1, but not FGF-2, were at 12 h lower (P ≤ 0.05) in luteal tissues of cattle given LPS vs. saline. However, there was no difference at 48 h after infusion. Furthermore, temporary variations (P ≤ 0.05) of mRNA level occurred after LPS for FGF-1, StAR, Caspase-3 and TLR-4. In conclusion, a single dose of LPS in early pregnant cattle clearly depressed luteal function and moderately reduced uterine blood flow. These effects, however, were transient and did not cause pregnancy loss.

keywords

LPS, Frühträchtigkeit, Rind / LPS, early pregnancy, cattle

kb

762