Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Clinical applicability of non-invasive Doppler ultrasonography in small ruminants throughout pregnancy

Elmetwally, Mohammed Ahmed Ahmed

The aim of the present study was to investigate the clinical applicability of non-invasive Doppler sonography in sheep and goats in order to characterize the blood flow in the uterine artery throughout normal pregnancy. The study includes an evaluation of the effects of number and sex of fetuses as well as total birth weight on blood flow patterns. Additionally, throughout gestation in both species, some effects of maternal temperament on fetal biometric as well as non-invasive fetal and maternal Doppler blood flow parameters were analyzed. In the first part of the investigation (Chapter 1), uterine blood flow (A. uterina, UtA) was studied during three breeding seasons between 2008 and 2011. Eighteen and 20 pregnancies from 11 ewes (German Merino) and 11 does (Boer x German Improved Fawn) were observed. Females were mated with a proven fertile ram or buck during behavioural estrus. The day of estrus in sheep and the second day of estrus in goats were designated as day 0 (D0) of gestation. From wk 2-14 of pregnancy ultrasonic examinations were done transrectally, and from that time until parturition transabdominally, mainly in the case of right-horn pregnancies. Blood flow volume (BFV), time averaged maximum velocity (TAMV), time averaged of mean velocity (TAMEANV), resistance index (RI), pulsatility index (PI), blood flow velocity acceleration (Accel), peak velocity (PV), peak systolic velocity (PSV) and impedance of blood flow (A/B or S/D ratio) were evaluated. The uterine BFV increased approximately 60 fold (P < 0.0001) until the end of pregnancy, with a rapid increase before and a slow increase after wk 18. Time averaged maximum velocity in the uterine artery increased (P < 0.0001) throughout pregnancy in sheep and goats. Time averaged mean velocity decreased at wk 18-20 in both species. Furthermore, there was an effect of the stage of pregnancy on PI and RI (P < 0.001 and P < 0.0001, respectively): both indices decreased until the end of gestation. The blood flow acceleration decreased (P < 0.0001) at wk 18 and wk 16 in sheep and goats, respectively, until parturition. Similar to PI and RI, vascular impedance of the UtA decreased (P < 0.0001) throughout pregnancy. During the second part of the study (Chapter 2) 26 pregnancies were investigated (10 German Merino ewes and 9 Boer x German Improved Fawn goats) in biweekly intervals until parturition (2 breeding seasons: 2009-2011). Allocation to two groups, i.e. “more reactive/anxious” (MR; 6 sheep: 7 pregnancies; 5 goats: 7 pregnancies) and “less reactive /anxious” (LR; 4 sheep: 6 pregnancies; 4 goats: 6 pregnancies) was done on the basis of repeated Arena tests. Fetal B-mode parameters [diameter of amniotic vesicles (AVD, wk 2 - 8), diameters of placentomes (PLD), fetal chest (FCHD) and orbita (FOD), as well as bi-orbital breadth (FBO), fetal occipito-snout length (FOSL), and metacarpal length (MCL, wk 8 – 18)] as well as non-invasive Doppler parameters (resistance index (RI) and pulsatility index (PI)) of uterine (UtA) and umbilical (UMA) arteries were studied in this experiment from wk 2 to wk 20 of pregnancy. In sheep, UtA-PI was significantly higher in MR as compared to LR ewes especially at wk 6 (P > 0.01), 10 (P > 0.05) and 12 (P > 0.05). Moreover, tendential differences of UtA-PI were recognized at wk 14 (P = 0.054). The same was true for UtA-RI during the first 8 weeks of pregnancy (P < 0.03). Similarly, UMA-RI was higher in MR than LR animals at wk 14 (P < 0.0003) and 20 (P < 0.02) of pregnancy. At the same time a tendential difference of UMA-PI (P = 0.053) was observed, while significance was reached at wk 6, 8, 10 and 20 (P < 0.05 – 0.003). Furthermore, AVD (P < 0.03, wk 2-8), FCHD (P < 0.002, wk 8-18) as well as UMD (P = 0.054, wk 8-18) were larger in LR than MR pregnant ewes. In goats, UtA-RI at wk 6, 16, 18 and 20 (P < 0.05 – 0.0001) and UtA-PI at wk 4, 8, 18 and 20 of pregnancy were significantly influenced by reactivity/anxiety of the dam (P < 0.05 – 0.01), showing higher values in MR animals. Both UMA-RI and UMA-PI (wk 8-20, P < 0.01 and < 0.02, resp.) were higher in MR than LR animals. B-mode end points were similar to those in sheep. During wk 8-18 AVD (P < 0.01, until wk 8), FCHD, PLD (P < 0.05-0.005), and FMCL (P < 0.01) were larger in LR than in MR goats. The results of the two parts of the study demonstrate the clinical applicability of Doppler ultrasound as safe, accurate, non-invasive method to evaluate the uterine and the umbilical blood flow in small ruminants during pregnancy. Fetal growth parameters as well as the Doppler indices seem to be affected by the animals’ temperament.

Ziel der vorliegenden Studie war es, die klinische Anwendbarkeit der nicht-invasiven Doppler-Ultrasonographie bei Schafen und Ziegen zu untersuchen, um bei beiden Spezies im Verlauf physiologischer Graviditäten Blutflussparameter in der Arteria uterina, auch unter Berücksichtigung der Anzahl und des Geschlechts der Feten sowie des Gesamtgeburtsgewichts, zu analysieren. Daneben wurden Auswirkungen des Temperaments der Muttertiere auf die Durchblutung der A. uterina sowie das fetale Wachstum und den Nabelschnurblutfluss bis hin zur Geburt untersucht. In dem ersten Teil der Studie (Kapitel 1) wurden die Blutflussverhältnisse in der A. uterina bei Schafen und Ziegen untersucht (Zuchtsaison 2008/09 bis 20010/11; 18 Graviditäten bei 11 Mutterschafen der Rasse Merinolandschaf; 20 Trächtigkeiten bei 11 Ziegen der Rasse Bunte Deutsche Edelziege x Burenziege). Die Tiere wurden während der Verhaltensbrunst mit einem fertilen Bock verpaart. Der Tag der Brunst bei Schafen und der zweite Tag der Brunst bei Ziegen wurden als Tag 0 (D0) der Trächtigkeit bezeichnet. Ultraschalluntersuchungen wurden von der zweiten bis einschließlich zur 14. Woche der Gravidität transrektal Ultraschall und anschließend, insbesondere im Fall von Rechtshornträchtigkeiten, bis zur Geburt transabdominal durchgeführt. Das Blutflussvolumen (BFV), die Time averaged maximum velocity (TAMV), die Time averaged mean velocity (TAMEAN), der Resistance Index (RI) und der Pulsatilitäts-Index (PI), die Beschleunigung der Blutflussgeschwindigkeit (Accel), die Peak velocity (PV), die Peak systolic velocity (PSV) und die Impedanz des Blutflusses (A/B- oder S/D-Verhältnis) wurden als Parameter in dieser Studie verwendet. Das uterine BFV erhöhte sich im Verlauf der Gravidität etwa um das 60-fache (P < 0,0001), wobei ein schneller Anstieg in der frühen Trächtigkeit erfolgte, während sich ein langsamer Anstieg nach der 18. Woche zeigte. Eine TAMV-Steigerung fiel bei beiden untersuchten Spezies geringer aus (ca. 4-fach, P < 0,0001). Auch das PI- und RI-Profil veränderte sich während der Gravidität hochsignifikant (PI: P < 0,001 bzw. RI: P < 0,0001). Beide Parameter sanken im Trächtigkeitsverlauf bis zur Geburt. Die mittlere Blutflussgeschwindigkeit nahm in der 18.-20. Woche sowohl bei Schafen als auch Ziegen ab. Accel reduzierte sich bei beiden Spezies in der 16.-18. Woche bis zur Geburt, im Vergleich zur vorausgehenden Untersuchungsperiode (P < 0,0001). Vergleichbar zu dem PI und RI, nahm die Gefäß-Impedanz der A. uterina im Trächtigkeitsverlauf ab (P < 0,0001). Im zweiten Teil der Studie (Kapitel 2) wurden 26 Graviditäten analysiert (10 Tiere der Rasse Merinolandschaf und 9 Ziegen der Rasse Bunte Deutsche Edelziege x Burenziege; Saison 2009/10 und 2010/2011). Die Individuen wurden hinsichtlich ihrer Reaktivität/Ängstlichkeit gegenüber einem unbekannten Stimulus aufgrund wiederholter Arena-Tests in zwei Gruppen eingeteilt: "more reactive/anxious" (MR; 6 Schafe: 7 Graviditäten; 5 Ziegen: 7 Trächtigkeiten) und "less reactive/anxious" (LR; 4 Schafe: 6 Graviditäten, 4 Ziegen: 6 Trächtigkeiten). Fetale B-Mode-Parameter [(Durchmesser der Frucht-/Amnionblase (AVD; Woche 2-8), Durchmesser von Plazentomen (PLD), fetalem Brustkorb (FCHD) und Orbita (FOD), Orbita-Abstand (FBO), fetale Kopf- (FOSL) und Metakarpus-Länge (MCL), jeweils Graviditätswoche 8-18] sowie nicht-invasive Doppler-Parameter (RI, PI) der A. uterina und der Nabelschnur-Arterien (UMA) wurden erhoben. Der PI der A. uterina war bei MR-Schafen im Vergleich zu LR-Schafen signifikant gesteigert (Graviditätswoche 6, 10 und 12, P < 0,05 – 0,01). Eine ähnliche Beobachtung betraf den RI während der ersten 8 Wochen der Gravidität (P < 0,03) bei diesen Spezies. Ähnliche Beobachtungen wurden hinsichtlich der Umbilikal-Gefäße gemacht. Sowohl der RI (Graviditätswoche 14 und 20, P < 0,02 – 0,0003) als auch der PI (P = 0,053) waren bei MR- im Vergleich zu LR-Tieren gesteigert. Auch das Größenwachstum der Frucht wurde durch das Temperament der Muttertiere beeinflusst und fiel bei LR-Individuen höher aus als bei MR-Tieren [AVD (P < 0,03, Woche 2-8), FCHD (P < 0,002, Woche 8-20), Durchmesser der Nabelschnur (P < 0,054, Woche 8-18)]. Bei Ziegen wurde der RI und PI der A. uterina signifikant durch die Reaktivität/Ängstlichkeit der Muttertiere beeinflusst. Es wurde jeweils eine Steigerung bei MR-Tieren festgestellt (RI: Woche 6, 16, 18 und 20, P < 0.05 – 0.0001); PI: Woche 4, 8, 18-20, P < 0,05-0,01). Sowohl der RI als auch der PI der Umbilikalarterien war bei MR- im Vergleich zu LR-Ziegen gesteigert (Woche 8-20; RI: P < 0,01 und PI: P < 0,02). Ergebnis der Messungen im B-mode bei Ziegen ähnelten denen der Schafe während der Trächtigkeitswochen 8-20 [AVD (P < 0,01, bis Woche 8), FCHD, PLD (P < 0,05-0,005), und FMCL (P < 0,01). Die Maße waren bei LR-Tieren größer als bei MR-Ziegen. Die Ergebnisse der beiden Teilstudien verdeutlichen die klinische Anwendbarkeit Doppler-ultrasonographischer Untersuchungen, wobei es sich um eine sichere, akkurate, nicht-invasive Methode handelt, um den uterinen (UtA) und umbilikalen Blutfluss während der Trächtigkeit bei kleinen Wiederkäuern zu untersuchen. Sowohl fetale Wachstumsparameter als auch Doppler-Indices scheinen durch das Temperament der graviden Muttertiere beeinflusst zu werden.

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Elmetwally, Mohammed Ahmed Ahmed: Clinical applicability of non-invasive Doppler ultrasonography in small ruminants throughout pregnancy. Hannover 2012. Tierärztliche Hochschule.

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