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Influence of a dietary L-carnitine supplementation on performance, health status and energy metabolism in lactating pluriparous German Holstein cows during the transition period and an induced acute phase reaction in mid-lactation

Die Gesundheit von Milchkühen ist ein wichtiger Faktor für die ökonomische Milchproduktion. Viele, mit der Milchproduktion assoziierte Krankheiten, wie Ketose oder Mastitis sind bekannt. Es gibt zwei Herausforderungen im Leben fast jeder Milchkuh: Der Übergang von der tragenden, nicht laktierenden in die nicht-tragende, laktierende Periode und die durch Endotoxine induzierte Akute-Phase-Reaktion außerhalb der Transitphase. Beide dieser Herausforderungen stellen energieverbrauchende Prozesse dar. Milchkühe sind in ihrer Futteraufnahmekapazität und auch in ihrer Energieaufnahmekapazität – bedingt durch die empfindliche Pansenmikrobiota – eingeschränkt. Dadurch spielt die Verbesserung des Energiemetabolismus – vor allem während Perioden von Energiedefiziten – eine kritische Rolle in der Gesundheit von Milchkühen. L-Carnitin ist in den Transport aktivierter Fettsäuren durch die mitochondriale Membran involviert, wo Prozesse der Energiegewinnung, wie zum Beispiel die β-Oxidation, stattfinden. Wir unterstellten, dass eine L-Carnitin Zulage die Erholung von Milchkühen nach Energiedefiziten verbessern könnte. In dieser Studie wurde der Effekt einer dietätischen, pansengeschützten L-Carnitin Zulage (25 g pro Kuh und Tag) in 29 Milchkühen (CAR) vom Tag 42 ap bis zum Tag 126 pp untersucht. Weitere 30 Milchkühe wurden als Kontrollgruppe genutzt (CON). Futter- und Wasseraufnahme, Körpergewicht und Milchleistungen aber auch Milchinhaltsstoffe und Zellzahlen in der Milch wurden bestimmt. Blutproben wurden während der gesamten Versuchsperiode entnommen und sogar hochfrequent (0.5, 1, 2, 3, 4, 6, 9, 12, 24, 48, 76 h) nach der Kalbung (Manuskript 1) und nach einer i.v. Injektion von 0.5 µg/kg Körpergewicht E. Coli LPS an Tag 111 pp (Manuskript 2). In diesen wurden Carnitin, seine Vorstufen und Metabolite, klinisch-chemische Parameter (NEFA, BHB, TG), Laktat, Glukose und Insulin, Blutgase, weiβe Blutkörperchen, Haptoglobin und Cortisol bestimmt. Auβerdem wurden die Kühe vor jeder Blutprobenentnahme klinisch untersucht und es wurden Ultraschalluntersuchungen der Fettgewebe vorgenommen. Die L-Carnitin Zulage in diesem Versuch steigerte die Milchleistung und den Milchfettgehalt in der frühen Laktation, reduzierte die NEFA-Konzentration im Blut kurz vor, und auch nach der Kalbung sowie nach der LPS Injektion – potentiell durch eine Effizienzsteigerung der β-Oxidation induziert. Die L-Carnitin Zulage führte an Tag 1 ap zu höheren Triacylglycerid-Konzentrationen im Blut (möglicherweise resultierend aus reduzierter Akkumulation in der Leber). Auβerdem reduzierte die L-Carnitin Zulage nach einer intravenösen LPS-Injektion die Anzahl der primären Pansenkontraktionen, einhergehend mit erhöhten Insulinkonzentrationen bei gleichen Glukosekonzentrationen im Blut von CON und CAR. Die mit der Lipomobilisation assoziierten Parameter waren stärker durch die Herausforderung der Kalbung als durch die Herausforderung des LPS beeinflusst. Der Einfluss der LPS-Injektion auf Blutleukozyten und -Kortisol war ausgeprägter und gegensätzlich zu dem Effekt der Kalbung. Die L-Carnitinzulage reduzierte die Effekte der Energiedefizite nach der Kalbung und nach LPS leicht. Diese Effekte könnten auf zellulärer (mitochondrialer) Ebene noch stärker ausgeprägt sein.

 

The health of dairy cows is an important factor for economic dairy production. Many production-related diseases, e.g. ketosis and mastitis are known for dairy cows. There are two challenges in a life of nearly every dairy cow: the transition from pregnant, non-lactating to the non-pregnant, lactating period and the acute phase reaction induced by endotoxins outside of the period of transition. Both described challenges represent energy-using processes. Dairy cows are restricted in their capacity of feed intake and also in energy intake due to the sensitive ruminal microbiota. Therefore, the improvement of efficiency of energy metabolism – especially during periods of energy deficits – plays a critical role in the health of dairy cows. L-carnitine is involved in the transport of activated fatty acids through mitochondrial membrane, where processes of energy production e.g. β-oxidation, takes place. We had hypothesized that an L-carnitine supplementation might enhance the recovery of dairy cows after periods of energy deficits. In this study, the effect of a dietary rumen-protected L-carnitine supplementation (25 g per cow and day) was performed in 29 dairy cows (CAR) and other 30 dairy cows were used as control group (CON) from day 42 ap until day 126 pp. Feed and water intake, body weight and milk yield and also milk ingredients and somatic cell counts were determined. Blood samples were taken over the whole period, but with high-resolution (0.5, 1, 2, 3, 4, 6, 9, 12, 24, 48, 76 h) after calving (manuscript 1) and after an i.v. injection of 0.5 µg/kg BW E. Coli LPS on day 111 pp (manuscript 2). They were analyzed for carnitine and its precursors and metabolites, clinical-chemical (NEFA, BHB, TG) parameters, lactate, glucose and insulin, blood gas, white blood cell counts, haptoglobin and cortisol. Furthermore, cows were clinically examined before each blood sampling and finally ultra-sonographic measurements of fat tissues were performed. The L-carnitine supplementation in this trial increased milk yields and milk fat contents in early lactation, decreased blood NEFA concentrations shortly before, as well as after calving and after LPS injection – potentially induced by increasing efficiency of β-oxidation. The L-carnitine supplementation resulted in higher blood concentrations of triacylglycerides on day 1 ap (possibly resulting from decreased liver accumulation). Furthermore, the L-carnitine supplementation decreased numbers of primary rumen contractions after an intravenous LPS injection, which was accompanied by increased blood insulin levels at equal concentrations of blood glucose in CON and CAR. Lipomobilisation-related parameters were affected more highly by the challenge of calving than by the challenge of LPS. The effect of LPS injection on blood leukocytes and cortisol were more pronounced and contrary than the effect of calving. The L-carnitine supplementation reduced the effects of energy deficits after calving and LPS injection slightly. The mentioned effects might be more pronounced on cellular (mitochondrial) level.

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