Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Einfluss des Insulin-like Growth Factor Systems auf die endokrinologische Antwort nach einer experimentell induzierten Inflammation des Uterus

Holzhausen, Lars

Dairy cattle with low Insulin-like Growth Factor I (IGF-I) concentrations four to six weeks before parturition show a higher incidence of production diseases in com­parison to animals with high IGF-I levels at this time. The Growth Hormone (GH)‑IGF‑I axis interacts with the immune system and other endocrine axes. This present work analysed the influence of different IGF-I concentrations of cattle between the days 240 to 254 post inseminationem (p. insem.) on the endocrine systems during late pregnancy. Furthermore, endocrine changes after an intrauterine inflammatory insult after parturition were investigated. Blood samples were taken from healthy pluriparous Holstein Friesian cows between days 240 and 254 p. insem. to determine peripheral IGF-I concentrations. Ten animals with high (>175 ng/ml) and ten with low (<125 ng/ml) IGF-I concentrations were selected for further studies. The cows were transported to the Clinic for Cattle before day 266 p. insem. One IGF-I low animal was excluded from the experiment before day 266 due to severe aggressiveness. Blood samples were taken daily from the remaining ten IGF-I high and nine IGF-I low animals until birth occurred spontaneously. For a postpartal inflammatory challenge the following essential factors were de­fined: clinical healthiness until birth, a physiological parturition, and an expulsion of the placenta within 12 hours after birth. Thirty minutes after the release of the placenta an intrauterine infusion was performed with 1000 ml Lipopolysaccharide (LPS) solution (E. coli O55:B5, Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, USA, concen­tra­tion 5 µg/ml, IGF-I high and IGF-I low cows each n = 6). Cows, which did not fulfill the present criteria, were used as a control group (n = 7). Endocrine parameters were examined without an iatrogenic inflammatory insult (12 h p.p.; 1000 ml physiological sodium chloride solution intrauterine). A swap sample was taken from every cow 10 minutes before the infusion and examined for microbiological contamination. Furthermore, a blood sample from the vena jugularis was withdrawn before and six times after the infusion in 30 minutes intervals. After 180 minutes the LPS group was sacrificed and tissue samples were taken from uterus, liver, muscle, and fat. The parameters IGF-I, GH, Cortisol, Prostaglandin F2α metabolite, Trijodthyronin, thyroxin (T4), Insulin, Non-Esterified Fatty Acids (NEFA), and Adrenocorticotropic hormone were determined in blood. The tissue samples were examined for the expression of the GH receptor. The liver was additionally semi-quantitatively analyzed for the expression amount of the GH receptor. Until day 275 p. insem. the IGF-I concentrations between the groups were different (P < 0.05). The IGF-I concentration of the IGF-I high group showed a more distinct decline compared to the IGF-I low group (P < 0.05). In contrast the GH concen­trations remained constant in both groups of animals (P > 0.05). Furthermore, during the time period before parturition the IGF-I low group showed lower T4 concentrations as well as higher cortisol and higher NEFA concentrations than the IGF-I high group (P < 0.05). Immediately before the LPS infusion the swap samples of the IGF-I low animals contained significantly more Clostridium species compared to the IGF-I high animals. The intrauterine infusion of LPS led to a decline of T4 in the six IGF-I low cows and to rise of T4 in the six IGF-I high animals (P < 0.05). Cortisol concentrations of the IGF-I low animals were higher (P < 0.05) compared to the IGF-I high group and after 150 minutes an increase (P < 0.05) could be noticed only in the IGF-I low group. There were no histological differences (P ≥ 0.05) between the two IGF-I groups. The GH receptor was detectable via immune histology in all examined tissues. A difference in the expression amount of the liver was not seen. The results of this work show differences in the endocrine constellation and the reaction on an inflammatory insult in the uterus between the IGF-I groups. This might correlate to a higher risk of production diseases in the IGF-I low group out of other publications. These endocrine differences could influence immune cells differently.

Milchkühe mit einer niedrigen Insulin-ähnlichen Wachstumsfaktor I (IGF‑I)-Konzentration vier bis sechs Wochen vor der Geburt zeigen eine höhere Krankheitsinzidenz als Tiere mit hohen IGF-I-Werten. Die Wachstumshormon (GH)-IGF-I-Achse interagiert mit dem Immunsystem und anderen endokrinen Achsen. In der vorliegenden Arbeit wurde geprüft, welchen Einfluss unterschiedliche IGF-I-Konzentrationen bei Rindern zwischen dem 240. bis 254. Tag post inseminationem (p. insem.) auf die endokrinologische Entwicklung während der Spätträchtigkeit haben. Desweiteren sollte nach der Geburt die endokrinologische Reaktion auf einen Entzündungsreiz im Uterus untersucht werden. Für die Untersuchung wurde zunächst gesunden pluriparen Holstein Friesian Kühen zwischen dem 240. bis 254. Tag p. insem. jeweils eine Blutprobe entnommen, um die periphere IGF-I-Konzentration zu bestimmen. Anhand der Blutwerte wurden da­raufhin jeweils zehn Tiere mit hohen (>175 ng/ml) und zehn mit niedrigen (<125 ng/ml) IGF-I-Konzentrationen ausgewählt und vor dem 266. Tag p. insem in die Klinik für Rinder überführt. Ein IGF-I niedriges Tier wurde aufgrund hoher Aggressivität aus dem Versuch ausgeschlossen, so dass letztlich mit Gruppen von 10 IGF-I hohen und 9 IGF-I niedrigen Tieren gearbeitet wurde. Allen Tieren wurde vom 266. Tag p. insem. bis zur Spontangeburt täglich Blut entnommen. Die Kühe, die bis zur Spontangeburt klinisch gesund waren und eine physiologische Geburt sowie einen normalen Nachgeburtsabgang (< 12 Stunden; h) zeigten, wurden im weiteren Verlauf der Studie für einen postpartalen Entzündungsversuch verwendet. Hierzu erfolgte eine intrauterine Infusion von 1000 ml Lipopolysaccharid (LPS) Lösung (E. coli O55:B5, Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, USA, Endkonzentration 5 µg/ml, IGF-I hoch n=6 und IGF-I niedrig n=6) 30 Minuten nach Abgang der Nachgeburt. Die Tiere, die den Kriterien nicht entsprachen, wurden als Kontrolltiere (n=7) genutzt, d.h. an ihnen wurden die Änderungen endokriner Parameter ohne iatrogen induzierten Entzündungsreiz (12 h p.p.; 1000 ml physiologische Kochsalzlösung intrauterin) untersucht. Bei allen Tieren wurde zehn Minuten vor der Infusion eine Tupferprobe aus dem Uterus entnommen, die auf den mikrobiellen Keimgehalt hin untersucht wurde. Des Weiteren wurden jeweils einmal vor und sechs Mal nach der Infusion im Abstand von jeweils 30 Minuten Blutproben aus der Vena jugularis entnommen. Nach 180 Minu­ten wurden die LPS-Versuchstiere euthanasiert und Gewebeproben aus Uterus, Leber, Muskulatur und Fettgewebe entnommen. Anhand der Blutproben wurden die Konzentrationen von IGF-I, GH, Cortisol, Prostaglandin F2αMetabolit, Trijod­thyronin, Thyroxin (T4), Insulin, freien Fettsäuren (FFS) und dem adreno­corticotropen Hormon bestimmt. In den Gewebeproben wurde die Expression des Wachstumshormonrezeptors immunhistologisch ermittelt. Eine semiquantitative Analyse der Rezeptor Expressionsstärke wurde in Leberproben durchgeführt. Bis zum 275. Tag p. insem. unterschied (P < 0,05) sich die IGF-I-Konzentrationen im Blut der beiden Gruppen. Jedoch fiel zur Geburt hin die IGF-I-Konzentration in der IGF-I hohen Gruppe stärker ab als in der IGF-I niedrigen Gruppe (P < 0,05). Die Wachstums­hormon­konzen­tra­tionen blieben hingegen bei beiden Gruppen vergleichbar (P > 0,05). Zudem wiesen die IGF-I nied­rigen Tiere während des präpartalen Zeitraums niedrigere T4-Konzentrationen, sowie höhere FFS- und Cortisolkonzentration als die IGF-I hohen Tiere auf (P < 0,05). Zum Zeitpunkt des LPS-Versuches enthielten die Tupferproben der IGF-I niedrigen Tiere signifikant häufiger Clostridien als diejenigen der Tiere mit hohen IGF-I-Kon­zen­trationen. Die intrauterine Infusion von LPS führte bei den sechs Tieren der IGF-I niedrigen Gruppe zu einem Abfall der T4-Konzentrationen. Im Gegensatz dazu kam es bei den sechs IGF-I hohen Tieren zu einem Anstieg (P < 0,05). Des Weiteren waren die Cortisolkonzentrationen der IGF-I niedrigen Tiere höher (P < 0,05) als die der IGF-I hohen Tiere und nur bei den IGF-I niedrigen Tieren war zudem 150 Minuten post infusionem ein Anstieg der Cortisolkonzentrationen zu verzeichnen (P < 0,05). Histologisch waren zwischen den beiden IGF-I-Gruppen keine Unterschiede zu erkennen. Der Wachstumshormonrezeptor war immunhistologisch in allen untersuchten Geweben nachweisbar. Eine unterschiedliche Expressionsstärke war nicht erkennbar. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen Unterschiede in der hormonellen Konstellation und der Reaktion auf einen Entzündungsreiz im Uterus zwischen den IGF-I-Gruppen. Dieses könnte mit einer erhöhten Krankheitsanfälligkeit der IGF-I niedrigen Tiere aus anderen Publikationen korrelieren. Die endokrinen Unterschiede könnten sich unterschiedlich auf die Immunzellen auswirken.

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Holzhausen, Lars: Einfluss des Insulin-like Growth Factor Systems auf die endokrinologische Antwort nach einer experimentell induzierten Inflammation des Uterus. Hannover 2012. Tierärztliche Hochschule.

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