HABILITATIONSSCHRIFT

 


Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – University of Veterinary Medicine Hannover – Foundation / Library

 

Martin Schulze

 

Entwicklung und Implementierung wissenschaftsbasierter Konzepte zur Qualitätssicherung in Besamungseberstationen

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-h2797

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Habilitationsschrift, 2016

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/h_schulze16.pdf

Zusammenfassung

Im Rahmen der vorliegenden Habilitationsschrift wurden wissenschaftsbasierte Konzepte zur Qualitätssicherung in Besamungseberstationen entwickelt. Insgesamt wurden sechs Module entlang der Prozesskette der Eberspermaproduktion bearbeitet.

 

In einer multifaktoriellen Varianzanalyse wurden 4.611 Daten von 3.633 Jungebern (Pietrain, Deutsche Landrasse, Large White, Duroc und Yorkshire) aus einem spermatologischen Referenzlabor über einen Zeitraum von 11 Jahren ausgewertet. Ungefähr die Hälfte der Jungeber (47,3%) war nach den ZDS-Gewährschaftsbestimmungen für den Produktionseinsatz nicht geeignet. Besonders Eber der Altersklasse unter acht Monaten wurden reklamiert. Der Hauptgrund für die Reklamation waren mit 36,7% morphologische Defizite gefolgt von Mängeln in der Spermienmotilität in 12,7% der Proben. Sehr deutlich waren der Einfluss der Rasse und des Alters (p < 0,001) auf die Spermaqualität. Saisonale Effekte waren nur marginal ausgeprägt. Die Spermaqualität muss neben anderen Leistungskriterien in der Eberselektion vermehrt Berücksichtigung finden und es wird ein Mindestalter für die spermatologische Erstuntersuchung von acht Monaten empfohlen.

 

In einer Fallstudie wurde im Rahmen der Qualitätssicherung einer Station der Effekt einer subklinischen PRRSV Infektion (EU-1) auf die Spermaqualität analysiert. Ejakulate von elf zufällig ausgewählten Pietrain-Ebern wurden umfangreich mit einem erweiterten Methodenspektrum vier Wochen vor und vier Wochen nach dem errechneten Infektionszeitpunkt untersucht. Alle Eber zeigten während der Studienphase einen ungestörten Habitus. Die Membran- (p = 0,021) und Akrosomintegrität (p = 0,012) sowie die Bewegungsform der Spermatozoen wurden nach der Infektion deutlich beeinträchtigt. Der Anstieg der Kopfauslenkungsamplitude der Spermatozoen (p = 0,047) bewirkte einen Anstieg der Nichtlinearität (p = 0,01) der Spermienbewegung gekoppelt mit einer Erhöhung der Kreisbeweglichkeit (p = 0,013). Eine Verknüpfung von CASA Daten mit dem PRRSV Monitoring sollte in Zukunft fester Bestandteil des Gesundheitsmanagements einer Station sein und somit einen wertvollen Beitrag zur Früherkennung von potentiellen Ausbrüchen leisten.

 

Die mikrobiologischen Daten eines Qualitätssicherungsprogramms in 24 Besamungseberstationen in Deutschland und Österreich im Jahr 2010/11 zeigten, dass 26% (88/344) der verdünnten Ejakulate in 66,7% (18/24) der Stationen bakteriell kontaminiert waren. In 95,5% (84/88) der Proben konnte die Bakterienspezies nicht aus den korrespondierenden nativen Ejakulaten isoliert werden. Daraus lässt sich schließen, dass in den meisten Fällen eine bakterielle Kontamination während der Spermaverarbeitung auftritt. Zusätzlich wurden neun hygienische kritische Kontrollpunkte (HCCPs) im Labor identifiziert. Nach einem zweiten Audit im Jahr 2012/13 wurde eine deutliche Verbesserung der Laborhygiene festgestellt (p = 0,0343, F-Test). Das Risiko, ein bakteriell kontaminiertes Ejakulat im zweiten Audit zu finden, war deutlich reduziert. Signifikante Unterschiede ergaben sich für die HCCPs Wärmeschrank (Verbesserung, p = 0,0388) und Handbedienelement (Verbesserung, p = 0,0002). Einen sehr guten Hygienestatus zeigten die HCCPs Verdünner, Verdünnertankdeckel, Farbstoff und Reinstwasserproduktion. Die höchsten bakteriellen Kontaminationen wurden in den Laborabflüssen gefunden. Hohe Bakterienzahlen (>103 KbE/cm2) wiesen die HCCPs Wärmeschrank, Ejakulattransfersystem, Handbedienelement und Laboroberfläche auf. Die Ergebnisse dieser Arbeit heben besonders die Bedeutung einer intensiven Forschung auf dem Gebiet der bakteriellen Resistenzentwicklung in der Eberspermakonservierung hervor.

 

Eine Fehldosierung des Konservierungsmediums hat weitreichende Konsequenzen für die Spermaqualität und nachfolgend für die Fertilitätsleistung. Eberspermatozoen tolerieren Osmolalitäten von 200 bis 440 mOsm kg-1. Der Brechungsindex eines korrekt angesetzten BTS Verdünners, ermittelt über die Refraktometrie, betrug 4,6 ± 0,0°Bx (316 ± 16 mOsm kg-1) und korrelierte mit der Osmolalität des Konservierungsmediums (r = 0,99; p < 0,001). Die Sensitivität ist ausreichend, um Fehler in der Dosierung des Konservierungsmediums festzustellen, bevor negative Effekte in der Spermaqualität sichtbar werden.

 

Aufgrund der Lipidphasenseparation sind frisch gewonnene Eberspermatozoen sehr sensitiv gegenüber einer schnellen Temperaturabsenkung. Das Temperaturmanagement während der Spermaverarbeitung hat einen enormen Einfluss auf die Qualität konservierter Spermatozoen. Weltweit sind derzeit zwei Konservierungsmethoden für Ebersperma von Bedeutung: die einphasig isotherme und die zweiphasig hypotherme Verdünnung. Beide Methoden wurden unter Labor- (n = 12) und Feldbedingungen (23 Besamungsstationen; einphasig: 7 Station; zweiphasig: 15 Stationen; jeweils n = 15) geprüft. Die Temperaturkurven zeigten, dass bereits 150 min nach Verdünnung in beiden Verfahren die gleiche Temperatur in den Besamungsportionen erreicht wird. Im Vergleich beider Konservierungsmethoden führte eine zweiphasig hypotherme Verdünnung zu einer signifikant (p < 0,05) verringerten Spermaqualität. Der negative Effekt des Temperatursprungs in der zweiphasig hypothermen Verdünnung potenzierte sich mit zunehmender Lagerungsdauer. Durch die Nutzung eines Langzeitverdünners (AndroStar® Plus) konnte der Effekt kompensiert werden. Der Nachteil der einphasig isothermen Verdünnung, ein größeres Volumen des Verdünners während der Produktion auf eine höhere Temperatur zu erwärmen, erhöht die täglichen Produktionskosten, kann aber durch eine höhere Produktqualität und Kundenzufriedenheit amortisiert werden.

 

Ein tägliches Wenden von Besamungstuben ist in der Besamungspraxis ein gängiges Verfahren, um die Sedimentation von Spermatozoen zu unterbinden. Es konnte jedoch gezeigt werden, dass eine kontinuierliche Resuspension von Eberspermatozoen während der Lagerung, hervorgerufen über ein zweimaliges tägliches Wenden oder ein automatisches Rotationssystem, unabhängig vom eingesetzten Puffersystem des Konservierungsmediums zu einer Beeinträchtigung der Spermaqualität führte (p < 0,05). Aufgrund der neuen Erkenntnisse kann ein tägliches Wenden von Besamungstuben während der Lagerung nicht mehr empfohlen werden.

 

Auf der Basis der mehrjährigen vergleichenden Analyse von Prozessschritten in verschiedenen Besamungsstationen und komplementären experimentellen Studien unter standardisierten Laborbedingungen wurden Verfahrensstandards für die Konservierung von Ebersperma entwickelt und aktualisiert. Ein Großteil der Ergebnisse der vorliegenden Arbeit ist heute fester Bestandteil der Qualitätssicherung von 30 europäischen Besamungseberstationen in zehn verschiedenen Besamungsorganisationen in Deutschland, in der Schweiz und in Österreich.

 

keywords

Eber, Eberspermakonservierung, Qualitätssicherung; boar, boar semen preservation, quality assurance

kb

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