Dissertation

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

 

Klaas-Dietrich Strüve

 

Einfluss von Entzündungen auf das bovine Corpus luteum

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-103582

title (engl.)

Inflammatory effects on the bovine corpus luteum

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2013

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/struevek_ss13.pdf

abstract (deutsch)

Ziel der Dissertation war es, die Auswirkungen von Entzündungen auf das Corpus luteum (CL) zu untersuchen. Dafür wurden zwei verschiedene Studien durchgeführt. Über den Zeitraum vom ersten bis zum vierten postpartalen Zyklus wurde in einer Feldstudie die Auswirkung einer Metritis auf das CL bei laktierenden Kühen analy­siert (Metritis-Studie). Damit sollte ein möglicher Langzeiteffekt einer Entzündung auf die luteale Aktivität bestimmt werden. Weiterhin wurden Kühen in einer experimen­tellen Studie Lipopolysaccharide (LPS) als intravenöser Bolus verabreicht, um den unmittelbaren Einfluss einer standardisierten Entzündungsreaktion auf die luteale Aktivität zu untersuchen (LPS-Studie).

In der Metritis-Studie wurden 47 laktierende Kühe der Rasse Deutsche Holstein vom Partus bis zum vierten postpartalen Zyklus untersucht. Tiere, die postpartal einen abnorm vergrößerten Uterus mit Geruchsabweichungen des Lochialsekrets aufwie­sen, wurden der Metritis-Gruppe (Gruppe M; n = 18) zugeordnet. Alle anderen Tiere bildeten die gesunde Gruppe (Gruppe G; n = 29). Im ersten (Gruppe G: n = 11, Grup­pe M: n = 12), zweiten (Gruppe G: n = 23, Gruppe M: n = 18) und vierten (Gruppe G: n = 11, Gruppe M: n = 7) postpartalen Zyklus wurde einmalig im Diöstrus (Tag 9-13; Tag 1 = Ovulation) die CL Größe sonographisch erfasst und eine Blutprobe zur Pro­gesteron (P4) Bestimmung im Serum gewonnen. Von neun bzw. sieben Tieren der Gruppen G bzw. M wurden im zweiten und vierten postpartalen Diöstrus transvaginal CL Biop­sien zur Genexpressionsanalyse von Regulationsproteinen der P4 Synthese (Stero­idogenic Acute Regulatory Protein, Cytochrom P450, 3ß-Hydroxysteroid-Dehydroge­nase) entnommen. Trat ein persistierendes CL (Zykluslänge > 28 Tage) auf, wurde einmalig zwischen den Tagen 29 und 33 die luteale Größe erfasst, P4 im Serum bestimmt und eine CL Biopsie durchgeführt. Im Anschluss daran wurde ein PGF2α Analogon injiziert, um die Luteolyse einzuleiten. Im darauf folgenden Zyklus wurden während des Diöstrus (Tag 9 bis 13) nochmals dieselben Parameter erfasst. Die Tiere der Gruppe M wiesen im ersten postpartalen Diöstrus kleinere CLs als die Tiere der Gruppe G auf (p = 0,04). Die P4 Konzentrationen unterschieden sich nicht (p = 0,50) zwischen den Tieren beider Gruppen. Im zweiten und vierten Zyklus pp waren zwischen den Gruppen G und M keine Unterschiede (p > 0,11) in der lutealen Größe, P4 Konzentration oder Genexpression festzustellen. Im Vergleich zu gesun­den Tieren (3/29, 10%) entwickelten Tiere mit einer Metritis (6/18, 33%) tendenziell häufiger (p = 0,07) persistierende CLs, die aber nur im ersten postpartalen Zyklus auftraten. Persistierende CLs unterschieden sich in keinem der untersuchten Para­meter von normal zyklischen CLs des Folgezyklus (p > 0,20).

In der LPS-Studie wurden sieben nicht-laktierenden Kühen der Rasse Deutsche Holstein im Alter von 5,1 ± 0,8 Jahren (MW ± Standardfehler) am Tag 10 des Zyklus (Ovulation = Tag 1) intravenös 10 ml einer Kochsalzlösung verabreicht (Kontroll­gruppe). Anschießend wurden die Kühe bis Tag 10 des folgenden Zyklus untersucht. Es folgte eine Ruhephase von mindestens 21 Tagen, an denen sie nicht behandelt wurden. An Tag 10 eines der folgenden Zyklen wurde der Versuch wiederholt. Allerdings wurde dabei statt der Kochsalzlösung eine LPS-Lösung (0,5 µg/kg) appliziert (LPS-Gruppe). Die Größen der CLs reduzierten sich innerhalb von 24 Stunden nach der LPS Behandlung von 5,2 auf 3,8 cm² (p ≤ 0,05) und waren bei der LPS-Gruppe für die folgenden drei Tage (Tage 1-3 nach der Behandlung) kleiner als bei der Kontrollgruppe. Anschließend unterschieden sich die Größen der CLs beider Gruppen nicht mehr. Der luteale Blutfluss verminderte sich drei Stunden nach der LPS Applikation um ein Drittel (p ≤ 0,05) und blieb für 72 Stunden reduziert. Die P4 Konzentration im Plasma erhöhte sich (p ≤ 0,05) innerhalb von drei Stunden nach LPS Gabe, nahm anschließend ab und war in der LPS-Gruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe für den Zeitraum von 9 bis 72 Stunden nach der Behandlung erniedrigt. Die Kühe wiesen 30 Minuten nach der LPS Behandlung zehnmal höhere Plasma Konzentrationen an Prostaglandin (PG) F Metaboliten auf als nach der Infu­sion der Kochsalzlösung (9,2 versus 0,8 ng/ml, p ≤ 0,05). Die Plasma PGE Konzen­tration der LPS-Gruppe war bezogen auf die Kontrollgruppe eine Stunde nach der Behandlung ebenfalls auf annähernd das Doppelte angestiegen (3,61 versus 1,98 ng/ml, p ≤ 0,05). In den lutealen Biopsien war der Gehalt an Caspase-3 kodierender mRNA zwölf Stunden nach der Behandlung mit LPS im Gegensatz zur Behandlung mit der Kochsalzlösung erhöht (p ≤ 0,05), während der Gehalt an Steroidogenic Acute Regulatory Protein (StAR) kodierender mRNA vermindert war (p ≤ 0,05). Im Gegensatz zur Kontrollgruppe, bei der das Caspase-3 Protein immunhistochemisch im Zytoplasma der Lutealzellen nachzuweisen war, führte die Exposition mit LPS zu einer Anhäufung des Caspase-3 Proteins im Zellkern der Lutealzellen. Im Zyklus, der sich der Behandlung mit der Kochsalz- bzw. LPS-Lösung anschloss, konnten keine Unterschiede zwischen den beiden Behandlungsgruppen bezüglich der CL Größe, Plasma P4 Konzentration sowie der Genexpression festgestellt werden.

Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse der Dissertation, dass akute Entzün­dungen in der Lage sind, die luteale Aktivität zu beeinträchtigen. Im ersten postpar­talen Zyklus wiesen Kühe mit einer Metritis kleinere CLs als gesunde Tiere auf und nach einer LPS Applikation konnte eine Reduktion der lutealen Größe und Durchblu­tung sowie eine Beeinflussung der Genexpression nachgewiesen werden. Allerdings war sowohl in der Metritis-Studie ab dem zweiten postpartalen Zyklus als auch in der LPS-Studie im Zyklus nach der Behandlung in sämtlichen untersuchten Parametern kein Unterschied zwischen den Metritis/LPS-Kühen und Kontrollkühen mehr festzustellen. Damit scheinen Entzündungen die luteale Aktivität nur temporär einzuschränken, ohne einen Langzeiteffekt auf das CL auszuüben.

 

abstract (englisch)

The objective of this work was to characterize the influence of inflammations on the corpus luteum (CL). Therefore, two different studies were conducted. In the first in­vestigation the impact of metritis on the CL was investigated over the period from the first to the fourth postpartum cycle (metritis-study). With this study a potential long term effect of an inflammation on luteal activity was analysed. In another study cows were treated with lipopolysaccharide (LPS) by an intravenous bolus injection to exa­mine potential immediate effects of a standardized inflammation on luteal activity (LPS-study).

In the metritis-study forty-seven lactating German Holstein cows were examined during the first four postpartum estrous cycles. Cows with abnormal uterine enlarge­ment and malodorous lochia were classified as having metritis (group M, n = 18) and all others were considered healthy (group H, n = 29). Luteal size was measured once between days 9 and 13 of the first (group H, n = 11; group M, n = 12), second (group H, n = 23; group M, n = 18) and fourth (group H, n = 11; group M, n = 7) postpartum luteal phases. Serum progesterone (P4) concentration was measured at the same time. Sixteen cows (group H, n = 9; group M, n = 7) underwent transvaginal luteal biopsy for gene expression analysis of steroidogenic regulatory proteins (steroidogenic acute regulatory protein, cytochrome P450, 3ß-hydroxysteroid-dehy­drogenase) during the second and fourth cycles. Cows with persistence of the CL underwent determination of luteal size, luteal biopsy and serum P4 measurement once between days 29 and 33, followed by prostaglandin treatment to induce luteo­lysis. The same procedures were repeated once between days 9 and 13 of the indu­ced cycle. Cows in group M had smaller first-cycle CLs than cows in group H (P = 0.04), but P4 concentrations did not differ between groups (P = 0.50). Luteal size, P4 concentration and gene expression did not differ (P > 0.11) between the two groups during the second and fourth cycles. Compared with healthy cows (3/29, 10%), there was a trend (P = 0.07) toward a higher prevalence of persistent CLs in cows with metritis (6/18, 33%). Persistent CLs were limited to the first cycle. Persistent CLs and the induced cyclic CLs did not differ with regard to the variables investigated (P > 0.20).

In the LPS-study seven non-lactating German Holstein cows, 5.1 ± 0.8 years old (mean ± SEM), were given 10 ml saline intravenously on day 10 (ovulation = day 1) of a control estrous cycle. Cows were subsequently examined until day 10 of the following cycle. Afterwards a resting period of at least 21 days without any treatments was arranged. On day 10 of a subsequent cycle the same experimental protocol was conducted but 0.5 µg/kg LPS instead of saline was given. Within 24 h after LPS treat­ment luteal size decreased from 5.2 to 3.8 cm² (P ≤ 0.05). For a period of three days (day 1-3 after treatment) LPS-treated cows had smaller CLs than the control cows (P ≤ 0.05) but afterwards there was no difference in luteal sizes between both treatments. At 3 h after LPS luteal blood flow was reduced by one third (P ≤ 0.05) and remained lower for 72 h. Plasma P4 concentrations increased (P ≤ 0.05) within 3 h after LPS but subsequently declined and were lower in the LPS cycle than in the control cycle between 9 to 72 h after treatment. Within 30 min after LPS treatment prostaglandin F metabolites concentrations in LPS-treated cows were approximately tenfold higher than in control cows (9.2 versus 0.8 ng/ml, P ≤ 0.05). Plasma prosta­glandin E concentrations were nearly twice as high in cows given LPS versus saline at 1 h after treatment (3.61 versus 1.98 ng/ml, P ≤ 0.05). Amounts of mRNA encoding Caspase-3 in luteal biopsies were increased (P ≤ 0.05) within 12 h, whereas those encoding the steroidogenic acute regulatory protein decreased (P ≤ 0.05) in LPS-treated compared to control cows. Using immunolocalization the Caspase-3 protein was predominantly found in the cytoplasm of luteal cells in control cows, whereas the exposure to LPS resulted in a strong nuclear reaction of Caspase-3. In the estrous cycle following treatment luteal sizes, plasma P4 concentrations and gene expressions did not differ between LPS-treated and control cows.

In conclusion, the results of this work show that an acute inflammation has the ability to impact luteal function. In the first postpartum cycle cows with metritis had smaller CLs in comparison to healthy cows. Furthermore, the LPS treatment resulted in a transient regression in luteal size and blood flow and in alterations of gene expression of luteal tissue. However, after the first postpartum estrous cycle in the metritis-study and after the treatment-cycle in the LPS-study no differences occurred in analyzed parameters between metritis/LPS cows and control cows. Therefore, inflammations are able to impair luteal activity transiently, but do not seem to have a long term effect on luteal function.

 

keywords

Corpus luteum, Entzündung, Rind, inflammation, cattle

kb

641