Dissertation

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

 

Claudia Raschka

Quantifizierung unterschiedlicher Fettdepots mittels Ultrasonographie und deren Entwicklung in der Transitperiode unter dem Einfluss von Niacin bei Milchkühen

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-106783

title (engl.)

Ultrasonographic quantification of different adipose tissue depots and their dynamic changes during transition period under influence of niacin in dairy cows

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2015

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/raschkac_ss15.pdf

abstract (deutsch)

Lipomobilisation spielt vor allem in der Transitphase bei Milchkühen eine wichtige Rolle. Eine übermäßige Lipomobilisation, wie sie beim Lipomobilisationssyndrom vorkommt, führt zu den typischen Produktionskrankheiten, wie Labmagenverlagerung, Ketose und Leberverfettung und setzt außerdem die Fruchtbarkeit herab (GRUMMER 1993; DRACKLEY 1999; LEBLANC 2010; OSPINA et al. 2010; MCART et al. 2012). Dadurch folgen wirtschaftliche Schäden für den Tierhalter. Es ist also von großer Bedeutung eine übermäßige Lipomobilisation zu verhindern. Es ist bekannt, dass vor allem eine übermäßige Körperkondition zum Lipomobilisationssyndrom post partum führen kann (ROCHE 2006; ROCHE et al. 2007). Eine genaue Beurteilung der Körperkondition ist also von großer Bedeutung. Beim Menschen ist bekannt, dass vor allem das Vorkommen von übermäßig viel viszeralem Fett zu gesundheitlichen Problemen führt, wie zum Beispiel Diabetes oder dem metabolischen Syndrom (WAJCHENBERG 2000; LEE et al. 2013). Auch beim Rind gibt es Untersuchungen, die zeigen, dass sich zum Beispiel das retroperitoneale Fett aber auch andere viszerale Depots als lipolytisch aktiver zeigt als das subkutane (LOCHER et al. 2011; VON SOOSTEN et al. 2011; LOCHER et al. 2012; HÄUSSLER et al. 2013; JI et al. 2014; KABARA et al. 2014; SAREMI et al. 2014). Im mesenterialen Depot wird bei Rindern bei Überfütterung schneller Fett angelagert als im subkutanen Depot (DRACKLEY et al. 2014). RIBEIRO et al. 2008 haben eine Methode entwickelt um das internal fat (IFAT) bei Fleischrindern mit Hilfe von ultrasonographischer Dickenmessung an der Niere zu schätzen. Dadurch ist es möglich das IFAT zu berechnen, ohne das Tier schlachten zu müssen, wodurch eine Entwicklung des IFAT über einen längeren Zeitraum bei demselben Tier möglich wird. Dennoch lässt sich mit dieser Methode nur die gesamte Menge an Fett berechnen und nicht einzelne Depots.

Ziel des ersten Teils dieser Arbeit war daher eine Methode zu entwickeln, mit der sich mit ultrasonographischen Messungen der Fettdicke und der Bestimmung von Körpermaßen verschiedene Fettdepots von Deutschen Holstein Kühen berechnen ließen. Dazu wurden 29 Deutsche Holsteins (Kühe und Färsen) ultrasonographisch untersucht und anschließend geschlachtet. Die ultrasonographischen Messungen erfolgten an transkutanen Messpunkten von subkutaner Fettdicke, der Messung der Bauchwanddicke und der Messung der Dicke der Nierenfettkapsel, sowie Messungen des retroperitonealen Fetts an der Leber. Nach der Schlachtung wurden das subkutane, gesamtabdominale, retroperitoneale, mesenteriale und omentale Fettdepot vom Schlachtkörper getrennt und gewogen. Die vorangegangene ultrasonographische Messung erfolgte in Doppelmessungen aus denen jeweils ein Mittelwert für den jeweiligen Messpunkt berechnet wurde. Anschließend erfolgte die weitere Auswertung nur noch mit Hilfe der Mittelwerte. Die statistische Auswertung wurde mit SAS 9.3 durchgeführt. Es wurde eine schrittweise, multivariate Regressionsanalyse gerechnet. Dabei wurden zur Berechnung der Depots alle Ultraschallparameter und Körpermaße verwendet. Zur Überprüfung der Genauigkeit der Ultraschallmessungen wurden wiederholte Messungen von zwei Tieren an zwei Tagen durchgeführt und Variationskoeffizienten für die jeweiligen Messpunkte errechnet. Die Genauigkeit der Schätzgleichungen wurde durch die Berechnung der root mean square error (RMSE) als Standardfehler für Schätzgleichungen überprüft. Außerdem wurde eine Korrelation der berechneten und der gemessenen Werte für das jeweilige Depot durchgeführt.

Alle diese Berechnungen zeigten, dass eine Schätzung der Menge der benannten Fettdepots anhand der Messung von ultrasonographischen Messungen hinreichend genau möglich ist. Mit dieser Methode ist es möglich dynamische Veränderungen dieser fünf Fettdepots über eine bestimmte Zeit zu verfolgen.

 

Im zweiten Teil der Arbeit erfolgte die Anwendung dieser Methode auf einen Fütterungsversuch mit 47 Tieren der Rasse Deutsche Holstein im peripartalen Zeitraum (Tag 42 ap, Tag 3, 21 und 100 pp). Es wurden zwei unterschiedliche Fütterungsregime, die sich durch die Fütterung von zwei unterschiedlichen Konzentratanteilen im Futter auszeichneten, betrachtet. Die Niedrigkonzentrat Gruppe (low concentrate group, LC, n = 22) wurde praxisnah gefüttert und fing an Tag 42 ap mit 30 % Konzentrat und 70 % Raufutter an und wurde von Tag 1 bis 16 nach der Kalbung auf 50 % Konzentrat und 50 % Raufutter in der Trockenmasse gesteigert. Die Hochkonzentratgruppe (high concentrate group, HC, n = 25) fing mit 60 % Konzentrat und 40 % Raufutter an, wurde nach der Kalbung auf 30 % Konzentrat und 70 % Raufutter gesenkt und dann langsam bis Tag 24 pp auf 50 % Konzentrat und 50 % Raufutter im Trockenmasseanteil gesteigert. Dieser Konzentratanteil wurde bis zum Ende des Versuchs an Tag 100 pp beibehalten. Das Raufutter bestand aus 50 % Maissilage und 50 % Grassilage und wurde über Wiegetröge (Typ RIC, Insentec B.V., Merknese, The Netherlands) gefüttert. Diese beiden Basisfütterungsgruppen wurden wiederum jeweils in zwei Gruppen aufgeteilt, von denen jeweils eine als Kotrollgruppe diente (LCC, n = 12, HCC, n = 13) und die andere mit 24 g nicht pansengeschützter Nicotinsäure (NA, Mianyang Vanetta Pharmaceutical Technology Co., Ltd, Sichuan, 119 China) pro Tag supplementiert wurde (LCN, n = 10, HCN, n = 12). Diese 24 g NA wurden in 1 kg pelletiertes Kraftfutter eingearbeitet und täglich von Tag 42 ap bis 24 pp gefüttert. In jeder dieser insgesamt 4 Fütterungsgruppen waren sowohl Färsen als auch mehrkalbige Kühe. An diesen Tieren wurde an vier Zeitpunkten (Tag 42 ap, Tag 3, 21 und 100 pp) die oben beschriebenen ultrasonographischen Messungen der Fettdicke und Bestimmungen der Körpermaße durchgeführt. Um eine Vorstellung der antepartalen Zunahme und postpartalen Abnahme zu erhalten wurden Differenzen zwischen den Mengen der Fettdepots zu diesen Zeitpunkten durchgeführt. Es wurde zum einen die antepartale Zunahme zwischen Tag 42 ap und Tag 3 pp berechnet, die Mobilisation der Frischmelker zwischen Tag 3 und 21 sowie die Mobilisation in der Frühlaktation zwischen Tag 21 und 100. Zusätzlich wurde tägliche Zu-und Abnahme in diesen Zeiträumen berechnet, wobei davon ausgegangen wird, dass es sich um lineare Zusammenhänge handelt. Diese Werte wurden mit Hilfe der Proc GLM von SAS 9.3 für wiederholte Messungen mit den Faktoren Fütterung, Niacin, Laktationsnummer, Zeit und deren Interaktionen untereinander ausgewertet. Außerdem wurden die dynamischen Veränderungen der verschiedenen Fettdepots verglichen. Dazu wurde erneut eine Varianzanalyse durchgeführt. Dieses Mal mit den Faktoren Zeit, Fettdepot und deren Interaktion. Um aufzudecken ob die Fettdepots einen Einfluss auf Parameter der klinischen Chemie hatten wurde zunächst eine Pearson Korrelationsanalyse durchgeführt.

Die Fütterung zeigte nur einen Einfluss auf das OMAT in der täglichen Mobilisierung bei den Frischmelkern. Hier mobilisierte die HCN Gruppe am wenigsten. Das AAT ist an allen Zeitpunkten signifikant größer als SCAT und mobilisiert absolut auch signifikant mehr. Die relative Mobilisierung ist zwischen AAT und SCAT allerdings nicht unterschiedlich. Schaut man sich die Unterabteilungen von AAT im Vergleich mit SCAT an, erkennt man, dass SCAT und OMAT signifikant größer sind als MAT und RPAT.SCAT und OMAT und auch RPAT und MAT unterscheiden sich aber nicht. In den absoluten Differenzen gab es keine Unterschiede zwischen diesen Depots. Betrachtet man die relative Mobilisierung fiel auf, dass die Frischmelker signifikant mehr MAT als SCAT mobilisierten. In der Korrelation zeigten die Fettdepots einen Einfluss auf die Konzentrationen von NEFA an Tag 35 pp im Blut. NEFA wird dabei von abspD des AAT der FC beeinflusst.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass auch bei Milchkühen Unterschiede in der Mobilisation von den unterschiedlichen Fettdepots bestehen. Die Erfassung dieser der abdominalen Fettdepots scheint zur Bestimmung der Köperkondition und zur Bewertung des Risikos für Stoffwechselerkrankungen wichtig zu sein. Die vorliegende Methode bietet im experimentellen Bereich eine gute Möglichkeit die dynamischen Unterschiede über einen bestimmten Zeitraum in diesen Fettdepots zu erfassen und auszuwerten.

abstract (englisch)

Lipomobilization is an important factor during transition period in dairy cattle. An exceeded lipomobilization, as in the lipomobilization syndrome, is leading to typical production diseases like displaced abomasum, ketosis or fatty liver and additionally causes a decreased fertility (GRUMMER 1993; DRACKLEY 1999; LEBLANC 2010; OSPINA et al. 2010; MCART et al. 2012). This has economic consequences for farmers. Therefore it is important to prevent exceeded lipomobilization. Overcondition is known to cause lipomobilization syndrome post partum (ROCHE 2006; ROCHE et al. 2007). Therefore, a precise assessment of the body condition is essential. For humans it is known, that especially to much visceral fat leads to health problems as diabetes and the metabolic syndrome (WAJCHENBERG 2000; LEE et al. 2013). Also in cattle there are studies that show metabolic differences between subcutaneous and visceral adipose tissue, like higher lipolytic activity in retroperitoneal fat tissue (LOCHER et al. 2011; VON SOOSTEN et al. 2011; LOCHER et al. 2012; HÄUSSLER et al. 2013; JI et al. 2014; KABARA et al. 2014; SAREMI et al. 2014). Also overfeeding in cattle leads to a faster accumulation in the mesenteric fat depot (DRACKLEY et al. 2014). RIBEIRO et al. 2008 developed a method to assess internal fat (IFAT) in beef cattle by measuring kidney fat depth ultrasonographically. This provides a possibility to detect the dynamic changes of IFAT in one animal over a certain period of time, without slaughtering the animal. Nevertheless only the total amount of fat in an animal is estimated and not single depots.

The aim of the first part of this work was to develop a method to assess the weight of different fat depots of German Holstein by using ultrasonographic measuring points and body size measurements. Therefore 29 German Holstein cows and heifers were examined ultrasonographically and slaughtered afterwards. The transcutaneous ultrasonographic measuring points were located to measure subcutaneous fat thickness, thickness of the abdominal wall, kidney fat thickness and retroperitoneal fat thickness over the liver. After slaughter process fat was dissected from the carcass and weight separately as subcutaneous, total abdominal, retroperitoneal, omental and mesenteric fat depot. The previous measurement of the fat thickness was done in duplicate and afterwards means were calculated. Further statistical analysis was done with means of every ultrasonographic measuring point. Statistical analysis was done using SAS 9.3. A stepwise multivariate regression analysis was calculated for the five mentioned fat depots. For calculating the depots all measuring points and body sizes were used. Repeated measurements for two animals on two days and calculation of variation coefficients of each ultrasonographic measuring point were done to check repeatability. Additionally root mean square error (RMSE) was calculated to check the accuracy of the estimation equations. Furthermore estimated and actual values of the fat depots were correlated. All those calculations showed that estimation of the above mentioned fat depots is possible with those ultrasonographic measurements with sufficient precision. This method provides a possibility to examine the dynamic changes of those five fat depots over a certain period of time.

 

In the second part of this study the developed method was used to examine the changes of the mentioned fat depots during the last 42 days before estimated parturition and first 100 days in milk and testing two types of feeding regimes with and without supplementation of niacin. The animals were divided into two basic feeding groups. The low concentrate group (LC, n = 22) got feed with practical orientation, starting at day 42 ap with 30 % concentrate and 70 % roughage, which was increased from day 1 pp until day 16 pp up to 50 % concentrate and 50 % roughage. The high concentrate group (HC, n = 25) started with 60 % concentrate and 40 % roughage, was decreased after calving to 30 % concentrate and 70 % roughage and raised slowly up to 50 % concentrate and 50 % roughage until day 24. Feeding level of 50 % concentrate and 50 % roughage in both groups was maintained until the end of the trial at day 100. Roughage included 50 % corn silage and 50 % grass silage on DM basis and was fed ad libitum via self- feeding stations (type RIC, Insentec B.V., Merknese, The Netherlands) (Tienken, oral communication). The LC and HC group were again subdivided into two groups. One of each as a control group (LCC, n = 12, HCC, n = 13) and one of each with a supplementation of 24 g powdered, not rumen protected NA (Mianyang Vanetta Pharmaceutical Technology Co., Ltd, Sichuan, 119 China) included in 1 kg pelleted concentrate per day between day 42 ap and day 24 pp (LCN, n = 10, HCN, n = 12). Each of the four feeding groups contained heifers and cows. The ultrasonographic measurement took place on day 42 ap, day 3, 21 and 100 pp. To detect the de- and increase of the fat depots differences in three time periods were calculated. Fist the accumulation in the dry period between day 42 ap and 3 pp was calculated, than the decrease in FC between day 3 and 21 and additionally between day 21 and100 pp in EL. Furthermore the daily de- and increase was calculated for the same time periods assuming a linear relationship in those time periods. Estimated absolute weight and calculated differences were subjected to an analysis of variance (ANOVA) using PROC GLM of SAS 9.3 for repeated measurements at four points and three time periods of time with time, feeding regime, niacin, parity and interactions between them as factors. Afterwards an ANOVA with the factors time, adipose tissue depot and the interaction between them was calculated to detect the dynamics between the calculated adipose tissue depots. To examine if the values of NEFA and BHB are related to the adipose tissue parameters a pearsons correlation analysis was accomplished.

Feeding did show an effect on the daily mobilization of OMAT of FC. The HCN group had the lowest mobilization in this period. AAT is significantly higher than SCAT at all points of time. Also the absolute mobilization of AAT is higher than SCAT but not the relative. Looking on the subdivisions of AAT in comparison with SCAT, SCAT and OMAT are bigger than MAT and RPAT. No significant distinctions could be detected in the absolute differences. But MAT is mobilizing relatively more in FC than SCAT. The correlation analysis showed dynamics of adipose tissue depots have an impact on NEFA on 35 DIM. NEFA on 35 DIM is negatively correlated with absDpD of AAT in FC.

In conclusion we can say that there are differences concerning mobilization of different fat depots in dairy cattle. Adipose tissue in the abdominal region of the cow should be regarded if analyzing body condition and evaluating possible risks for metabolic disorders provoked by enhanced lipomobilization. The presented method provides a possibility to examine dynamic differences in fat depots over certain time periods under experimental conditions.

keywords

nicht invasive Quantifizierung, Fettdepots, Lipomobilisation, non invasive quantification, adipose tissue depots, lipomobilization

kb

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