Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Interaktionen von Spermien mit Immunzellen des Rinderuterus

Wendt, Henning

It is well known in porcine and equine species that there is a prominent influx of immune cells into the uterus during estrus after insemination and that these cells play a role in the selection of sperm. The goal of this study was to investigate the influx of immune cells, particularly polymorphonuclear neutrophils (PMNs) and mononuclear cells (MNCs), into the bovine uterus after artificial insemination, to clarify their role in the selection of sperm, and to determine the role of these immune cells in producing the reduced fertility rates observed after insemination with reduced numbers of sperm, as is necessary with sex sorted sperm. In the framework of this project, we inseminated 147 preovulatory cows and heifers with various preparations of sperm and evaluated individual experimental groups separately. The sperm preparations used included: fresh sperm, cryopreserved sperm, sex sorted fresh sperm, sex sorted cryopreserved sperm, epididymal sperm, and cryopreserved epididymal sperm. Following insemination, uteri were flushed with a physiological salt solution and the cells recovered from the uteri were identified and counted. Each animal was subjected to a blank flushing (without insemination) prior to the experimental insemination and the cell counts from this blank flushing were compared to those from the same animal flushed after insemination. In addition, cell counts resulting from the different sperm preparations were compared with each other. The flushings were also evaluated with respect to bacterial contamination. A subgroup of 60 animals were inseminated with fresh sperm and flushed at different time points following insemination to determine if there was a point of maximal PMN infiltration. In the remaining 87 animals, uteri were flushed after six hours, the time of maximal response in horses. A total of 136 biopsies were taken from the corpus uteri and uterine horns and these were examined by scanning electron microscopy. In addition, 27 of the biopsies were examined histologically under the light microscope. The results of the examination of the animals inseminated with unmanipulated fresh sperm and flushed at different intervals revealed no time point at which an influx of leukocytes was evident. Results from the 86 flushings following insemination with preparations used for biotechnological manipulation also showed no influx of immune cells with fresh sperm. Cryopreserved sperm and higher volumes of epididymal sperm (6 ml) did result in low but detectable levels of leukocyte infiltration; however, the ratio of leukocytes to sperm cells was so low that there could not have been any effect on sperm selection. In heifers, none of the preparations caused measurable leukocyte infiltration. Scanning electron microscopy and the light microscope analysis gave no evidence of immune infiltration in the endometrium and only a small number of secretory cells and mobile immune cells in interstitial connective tissue, which is physiological during estrus. Therefore porcine and equine uteri are different not only anatomically but also functionally from the bovine uterus. The bull ejaculates in the vagina and the sperm cells must pass through the cervix where they are selected both physically and biochemically. This takes place at the uterotubal junction in other species, including the boar and stallion, which ejaculate in the uterus and exhibit immunological sperm selection. Sperm induced leukocyte infiltration in the bovine uterus is not sufficiently strong to affect sperm selection and can not be responsible for the decreased fertility rates observed with sexed sperm.

Von den Spezies Schwein und Pferd ist bekannt, dass es zum Zeitpunkt des Östrus nach einer Besamung zu einem bedeutenden Einstrom von Immunzellen in den Uterus kommt und diese für eine Selektion der Spermatozoen verantwortlich sind. Ziel dieser Studie war es, einen Influx von Immunzellen, insbesondere polymorphkernige neutrophile Granulozyten (PMN) und mononukleäre Zellen (MNC), in den Uterus des Rindes nach einer Besamung zu prüfen und damit einen Selektionsvorgang für Spermatozoen abzuklären, der für geringere Fertilitätsraten besonders bei Insemination mit stark reduzierter Spermienzahl verantwortlich sein könnte. Im Rahmen dieser Arbeit wurden dazu 147 Kühe und Färsen mit verschiedenen Spermapräparationen präovulatorisch belegt und separat untersucht. Es wurden Frischsperma, kryokonserviertes Sperma, gesextes Frischsperma, gesextes und kryokonserviertes Sperma, Nebenhodenschwanzsperma, sowie kryokonserviertes Nebenhodenschwanzsperma eingesetzt. Die Uteri wurden nach sechs Stunden mit physiologischer Kochsalzlösung gespült, darin enthaltene Zellen identifiziert und quantitativ bestimmt. Diese Uterusspülung wurde einer vorangegangenen „Nullspülung“, die ohne Besamung stattfand, gegenübergestellt. Darüber hinaus sind die Spülungen zwischen den Besamungen mit unterschiedlichen Spermapräparationen miteinander verglichen worden. Die Uterusspüllösung wurde außerdem auf bakteriellen Keimgehalt geprüft. In den Vorversuchen kamen 60 Tiere zum Einsatz, die mit Frischsperma belegt und nach unterschiedlichen Zeitpunkten nach der Besamung gespült wurden, um den für die Hauptversuche günstigsten Spülzeitpunkt zu ermitteln. Die 87 Tiere der Hauptversuche wurden nach sechs Stunden gespült, weil zu diesem Zeitpunkt in einer Studie beim Pferd der höchste Leukozyteninflux in den Uterus gemessen werden konnte. Einhundertsechsunddreißig anschließend entnommene Uterusbioptate aus dem Uteruskörper und dem Uterushorn wurden rasterelektronenmikroskopisch und weitere 27 histologisch untersucht. Die Ergebnisse des Hauptversuchs zeigten unter den gegebenen Versuchsbedingungen keinen Einstrom von Abwehrzellen nach uteriner Insemination mit unterschiedlichen Spermienpräparationen und gaben keinen Hinweis auf eine durch Immunzellen verursachte Spermienselektion. Weder konnte in den Vorversuchen ein Zeitpunkt ermittelt werden, an dem ein Leukozyteneinstrom in den Rinderuterus sein Maximum erreicht, noch schienen unterschiedliche biotechnologische Einflüsse auf Spermien eine immunologische Antwort nach sich zu ziehen. Lediglich bei Insemination von Kühen mit kryokonserviertem Sperma, sowie Besamung mit einem auf 6 ml erhöhten Volumen für Nebenhodenschwanzsperma war ein signifikanter Anstieg an Leukozyten im Uterus zu verzeichnen. Bei Färsen trat dieser Unterschied nicht auf. In der hier ermittelten Größenordnung scheint der Leukozytenanstieg aber für eine Selektion von Spermien keine Relevanz zu haben. Die rasterelektronenmikroskopisch und histologisch untersuchten Proben gaben keinen Hinweis auf wandständige Immunzellen, sondern zeigten Sekretzellen und mobile Abwehrzellen im lockeren Bindegewebe, wie sie für den Östrus physiologisch sind. Demnach scheint sich der Uterus von Pferd/Schwein im Vergleich zum Rind nicht nur anatomisch, sondern auch in funktioneller Hinsicht zu unterscheiden. Während reproduktionsphysiologisch der Bulle das Ejakulat in der Vagina absetzt und die Spermien bei der Passage der Zervix einer mechanischen und biochemischen Selektion unterzogen werden, die der in der utero-tubalen Verbindung anderer Spezies adäquat ist, setzen Hengst und Eber das Ejakulat in den Uterus ab, wodurch dort eine immunologische Spermienselektion induziert wird. Eine spermieninduzierte Immunreaktion im Uterus beim Rind findet in dem für eine Spermienselektion notwendigen Ausmaß nicht statt. Daher kann eine immunologische Reaktion im Rinderuterus für die insbesondere bei Einsatz gesexten Spermas verminderten Fertilitätsraten nicht verantwortlich gemacht werden.

Vorschau

Zitieren

Zitierform:

Wendt, Henning: Interaktionen von Spermien mit Immunzellen des Rinderuterus. Hannover 2007. Tierärztliche Hochschule.

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten

Export