Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Dynamic of subcutaneous and abdominal adipose depots during the transition period of German Holstein dairy cows with different body condition and the effects of monensin

Szura, György

Adipose tissue depots have an important role in dairy cows, as they are usually mobilized after parturition in response to negative energy balance (NEB), a consequence of increased nutrient demand of fetal growth and onset of milk production, which cannot be satisfied by feed intake. The most common methods to evaluate fat depots, thus the condition of the cows are measurement of body weight and body condition scoring. However, these procedures lack the accuracy to predict changes of subcutaneous and internal fat depots. Recently, a new method was developed to assess the mass of different fat depots by ultrasonography. This method allowed to assess non-invasively mass of subcutaneous and abdominal adipose depots with sufficient accuracy, and changes of these depots over time in vivo. Earlier studies used this method to evaluate the adipose tissue mass of different depots, the changes in depot masses, as well as the effect of feed additives on depots. The results of these studies showed that more fat accumulates in abdominal (AAT) depots and that AAT has greater lipolytic activity compared to subcutaneous (SCAT) depot. The aim of this work was to evaluate the fat depots of dairy cows with higher and lower body condition during the transition period and early lactation. We found that ultrasonography was a suitable tool to determine the depot masses and to follow their changes over time. Our results were similar to those presented in earlier studies. The mass of the adipose depots increased during the dry period and decreased after calving. The SCAT had smaller mass than AAT during the whole trial period, as well as that, more fat was mobilized from AAT compared to SCAT after calving. This indicates that AAT has a greater role in fat storage and mobilization in dairy cows. Further, we found that leaner cows had smaller adipose depots and mobilized less fat after parturition. Additionally, we found a lack of correlation between NEB and mobilization of adipose depots during the fresh cow period, suggesting NEB is not the only cause of fat mobilization in this period. Mechanisms involved in homeorhetic adaption to lactation, such as decoupling of somatotropic axis, responsiveness to insulin or β-adrenergic stimulation of lipolysis, as well as inflammatory stimuli, could have affected the usage of fat depots. Our results point to complexity of adipose metabolism and further research could better elucidate the underlying effects. Another part of this study was to examine the effects of monensin (MON), an ionophore, on fat depots and mobilization. Earlier studies found that MON decreases the levels of non-esterified fatty acids, one of the indicators of the level of fat mobilization in dairy cows after calving, which might indicate an antilipolytic activity of this compound. We could not prove this hypothesis, as MON had no effect on fat depo masses or their change. The lack of MON effect on post calving NEFA levels further strengthened our findings. These results suggest that MON most likely effects the hepatic or post hepatic utilization of NEFA in the period after calving. We examined and compared the daily activity of leaner and fatter dairy cows, a possible additional cause for higher NEFA levels in cows with higher body condition. Muscles can use NEFA to cover their energy requirements during the transition period. Authors of a recent publication reported a negative correlation between NEFA levels and walking activity of dairy cows. This might indicate that fatter cows are less active, thus using less NEFA during the transition period, conversely leading to higher NEFA concentrations. However, our results do not support this, as there was no difference in daily activity of cows with low and high condition after calving. On the other hand, activity is an indicator of animal welfare and comfort. In the dry period, the fatter cows had higher number of lying bouts compared to lean cows: This could indicate that cows with higher condition experienced less comfort during lying, as a consequence of greater body mass. Taken together, the results of this study show that there are significant differences between the subcutaneous and internal adipose depots, not just on cow level, but between the individual animals, too. Additionally, it was demonstrated that monensin, as well as daily activity did not affect the adipose depots of dairy cows.

Das Fettgewebe subkutaner und abdominaler Depots dient hochleistenden Milchkühen als Energiereserve, die in Phasen der negativen Energiebilanz (NEB) mobilisiert werden kann. NEB tritt regelmäßig postpartal bei Milchkühen auf, da in dieser Laktationsphase der mit Einsetzen der Laktation bestehende Mehrbedarf an Energie nicht über die Futteraufnahme gedeckt werden kann. Die aus dem Fettgewebe im Rahmen der Lipolyse freigesetzten unveresterten Fettsäuren (NEFA) werden in der Leber zum großen Teil unvollständig zu Ketonkörpern oxidiert, wie dem Beta-Hydroxybutyrat (BHB). Insbesondere zum Zeitpunkt des Partus überkonditionierte Kühe neigen zur exzessiven Lipomobilisation und in der Folge auch zur Hyperketonämie und subklinischen Ketose (SCK). Die SCK ist mit einer Inzidenz von 20 % - 60 % eine häufige metabolische Gesundheitsstörung hochleistender Kühe und ist mit Produktionseinbußen, verminderter Fruchtbarkeit, vorzeitiger Verwertung sowie verschiedenen Krankheiten vergesellschaftet, zu denen Mastitis, Metritis und die Labmagenverlagerung zählen. Die Vermeidung einer Überkonditionierung ist daher erklärtes Ziel im Herdengesundheitsmanagement. Zu diesem Zweck wird ein Monitoring der Körperkondition empfohlen, für das entweder Body condition scoring (BCS) oder die sonographische Messung der Rückenfettdicke Verwendung finden. Der Nachteil beider Verfahren ist, dass sie nur das subkutane Fettgewebe (SCAT) und nicht das abdominale (AAT) erfassen. Aus diesem Grunde wurde jüngst ein sonographisches Verfahren entwickelt und validiert, dass quantitativ SCAT und AAT, sowie die abdominalen Unterdepots erfasst (retroperitoneales: RPAT, omentales: OMAT, mesenteriales (MAT Fettgewebe). Die Methode erlaubt wiederholt nicht-invasiv die Messung der Fettdepotmassen durchzuführen und damit auch deren Veränderungen im Verlauf der Transitperiode zu erfassen. In Vorgängerstudien wurde bereits gezeigt, dass Kühe etwa dreimal mehr Fett abdominal einlagern als subkutan, und dieses sich auf die drei Depots RPAT, OMAT und MAT etwa gleichmäßig verteilt. Postpartal weisen die abdominalen Fettdepots zudem eine höhere lipolytische Aktivität als die subkutanen auf. Ziel dieser Studie war es daher, die Dynamik subkutaner und abdominaler Fettdepots in der Transitphase hochleistender Kühe zu erfassen. Ferner sollte der Effekt einer Überkonditionierung zum Zeitpunkt des Partus sowie von Monensin hierauf geprüft werden. Gegenstand der Untersuchung war auch, ob sich aus den Untersuchungen weitere Anhaltspunkte für funktionelle Disparitäten zwischen subkutanen und abdominalen Depots ableiten lassen und welche Bedeutung sie für die Leistung und metabolische Gesundheit der Kühe haben. Auch in den eigenen Untersuchungen war die Masse abdominaler Fettdepots von Kühen etwa dreimal größer als die subkutanen und es wurde postpartal mehr Fett aus abdominalen als auch subkutanen Depots mobilisiert. Subkutane und abdominale Fettdepots lagerten in der Trockenstehphase antepartum, wenn die Energiebilanz positiv ist, Fett ein, dies war quantitativ bei Kühen mit niedriger und hoher Körperkondition etwa gleich. Postpartal wurden in den ersten vier Wochen (FCP) mehr Fett aus den subkutanen und abdominalen Depots mobilisiert als in den Wochen 5 bis 10 post partum (ELP). Überkonditionierte Kühe mobilisierten postpartal signifikant mehr und länger Fettmasse aus SCAT und AAT. Die abdominalen Unterdepots verhielten sich etwa gleich. Verschiedene Befunde lieferten Anzeichen für eine funktionale Disparität zwischen SCAT und AAT. Im Gegensatz zu SCAT korrelierte der Verlust an Fettgewebsmasse in AAT in FCP signifikant mit dem Ansatz an Fettgewebsmasse in der Trockenstehzeit. Je mehr Fett abdominal ante partum eingelagert wurde, umso mehr wurde postpartal aus AAT mobilisiert. Ferner korrelierte der präpartale Ansatz und postpartale Verlust an SCAT signifikant mit der Energiebilanz in den entsprechenden Zeiträumen, hingegen galt gleiches nicht für AAT. Je positiver die präpartale Energiebilanz, umso mehr nahm die Fettmasse von SCAT zu, und je negativer die Energiebilanz postpartal war, umso mehr SCAT wurde mobilisiert. Schließlich bestand eine signifikante Korrelation zwischen dem Verlust an SCAT-Masse in FCP und der Futtereffizienz der Kühe, nicht jedoch zwischen AAT und Futtereffizienz. Je mehr Fettmasse aus SCAT mobilisiert wurde, umso höher war die Futtereffizienz. In ELP hingegen war die Korrelation zwischen Futtereffizienz sowohl für SACT als auch AAT signifikant. Die möglichen Disparitäten zwischen SCAT und AAT erklären sich womöglich aus Unterschieden in der homöorhetischen Anpassung der Fettgewebe, an der die Entkopplung der somatotropen Achse oder Differenzen in der Insulinsensitivität, beta-adrenerger Stimulierbarkeit der Lipolyse oder entzündliche Stimuli beteiligt sein können. Ferner bedürfen die beobachteten funktionellen Disparitäten weitere Untersuchung zu deren Bedeutung für die metabolische Gesundheit sowie Produktivität von Milchkühen. Die Behandlung von Milchkühen mit Monensin in der Transitperiode ergab keine Effekte auf die sonographisch erfassten Depotmassen sowie auf die Mobilisation von Fettmasse aus SCAT und AAT postpartum. Auch die Blut-NEFA-Konzentrationen blieben postpartum von Monensin unbeeinflusst, was ein weiteres Indiz dafür ist, dass Monensin keine direkten oder indirekten antilipolytischen Effekte aufweist. Allerdings reduzierte Monensin signifikant die Blut-BHB-Konzentrationen sowie die Ketoseinzidenz im Vergleich zu Kontrollkühen, obwohl die Trockenmasse- und Energieaufnahme nicht erhöht und die Energiebilanz bei den Monensin behandelten Kühe sogar negativer als bei den Kontrollkühen war. Es scheint, dass der antiketogene bei fehlendem antilipolyischem Effekt von Monensin auf eine effizientere hepatische Nutzung von NEFA hindeutet, möglicherweise bedingt durch die erhöhte Bereitstellung von Propionat aus der ruminalen Fermentation, einem wichtigen Vorläufersubstrat für die Gluconeogenese, oder durch Verminderung von Energieverlusten aus reduzierter ruminaler Methanproduktion. Zumindest hat in dieser Studie Monensin die Futtereffizienz von behandelten im Vergleich zu Kontrollkühen verbessert. Im Rahmen dieser Untersuchung wurde auch die tägliche Aktivität der Kühe untersucht, da die Nutzung von NEFA und BHB durch Muskelaktivität gefördert wird und zu verminderten NEFA und BHB Blutkonzentrationen führen kann. Es wurden prä- und postpartal mittels eines an den Hintergliedmaßen befestigten Accelerometers die tägliche Liegezeit, die Zahl der Liegephasen/d, die Liegedauer/Liegephase sowie die Aktivität in Schritten während der Stehzeiten erfasst. Die Vermutung, dass überkonditionierte Kühe postpartal weniger aktiv als schlankere Kühe sind, hat sich nicht bestätigt. In der Trockenstehzeit fiel allerdings auf, dass überkonditionierte Kühe signifikant mehr Liegephasen und kürzere Liegezeiten/Liegephase aufweisen als schlanke Kühe. Dies ist möglicherweise darauf zurückzuführen, dass die vorhandenen Liegeboxen für überkonditionierte Kühe in der Endphase der Trächtigkeit zu unbequem sind und sie deshalb häufiger und nach kürzeren Liegephasen erneut aufstehen. Zusammenfassend war es möglich, mit der sonographischen Erfassung subkutaner und abdominaler Fettdepots und deren Veränderungen über die Zeit der Transitperiode begründete Anhaltspunkte für funktionelle Disparitäten zwischen subkutanen und abdominalen Fettdepots bei Milchkühen aufzuzeigen. Deren Bedeutung für die Gesundheit bedarf allerdings weiterer Studien. Ferner konnte gezeigt werden, dass Monensin zwar antiketogene, aber nicht antilipolytische Effekte aufweist. Was wiederum neue Untersuchungen zur Effizienz der hepatischen Nutzung von NEFA zu initiieren vermag.

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Szura, György: Dynamic of subcutaneous and abdominal adipose depots during the transition period of German Holstein dairy cows with different body condition and the effects of monensin. Hannover 2019. Tierärztliche Hochschule Hannover.

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