23. Hülsenberger GesprächeH. Wilhelm Schaumann Stiftung

Lübeck, 2.-4. Juni 2010

Störungen

im

Energiestoffwechsel

im Zyklus

der

Reproduktion

bei

Milchkühen

Juergen Rehage

Klinik für RinderStiftung Tierärztliche Hochschule Hannover

Einleitung

Stoffwechsel

Interaktion Stoffwechsel – Reproduktion

Schlussfolgerungen

Durchschnittliche Jahresmilchleistung(Osnabrück Holstein Genetics)

02000400060008000

10000120001400016000

1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025year

milk

yie

ld p

er y

ear

(kg) Average herd

Top 10%

Annex to the

EFSA Journal (2009) 1143, 41-284

Zwischenkalbezeit

Inzidenz/Praevalenz von Produktionskrankheiten

– Milchfieber: 1 bis 20%– Subklinische Ketosen: 2 bis 20%– SARA: 0 bis 50%– Labmagenverlagerung: 0 bis 30%– Lahmheiten: 5 bis 50%– Mastitis: 15 bis 70%

Korrelationen zwischen Milchleistung und Produktionskrankheiten

Genetische Korrelationen– Im Durchschnitt etwa 10 – 35%

(Oltenacu et al. 1991, Uribe et al 1996, Dematawewa and Berger 1998, Royal et al. 2000, Pryce and

Veerkamp 2001, Roxstrom 2001, Veerkamp et al. 2003)

Phänotypische Korrelationen– Keine, mit Ausnahme von Mastitis und Ovarcysten

(Mrode and Swanson 1996, Pryce and Brotherstone 1999, Rupp and Boichard 1999, Ingvartsen et al 2003)

0 2 4 6 8 10

Verkauf zur Zucht

Alter

Geringe Leistung

Unfruchtbarkeit

Euterkrankheiten

Gliedmaßenerkrankungen

Stoffwechselkrankheiten

Sonstige Krankheiten

Sonstige Gründe

Abgänge in %

Ursachen für Abgänge von Milchkühen aus Herden > 8500 kg Milch(Niedersachsen, Quelle VIT)

30

32

34

36

38

40

42

6,5 - 7,5 7,5 - 8,5 > 8,5

Herdenleistung (Milch kg * 1000)

Abg

änge

in %

insgesamtohne Verkauf

Abgänge von Milchkühen (Niedersachsen, Quelle VIT)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

6,5 - 7,5 7,5 - 8,5 > 8,5

Abg

änge

in %

Unfruchtbarkeit Euter Lahmheit Sonstige Erkrankungen

Ursachen für Abgänge von Milchkühen (Niedersachsen, Quelle VIT)

Herdenleistung (Milch kg * 1000)

Weigel et al. 2003: J. Dairy Sci. 1482 - 1486

Relatives Risiko der Verwertung

Strukturwandel in der Milchviehwirtschaft

Abnahme der Zahl der Betriebe

Zunahme der Größe der Betriebe

Ganzjährige Stallhaltung (mit Auslauf)

Abnahme der Zahl qualifizierten Personals pro Kuh

Automatisierung und Computerisierung

Genetische Korrelation zwischen Milchleistung und TM Aufnahme: 0,46 -

0,65(Jensen et al. 1991, Persaud

et al. 1991, Svendsen

et al. 1994, Van Arendonk

et al. 1991, Veerkamp

et al. 1995, Veerkamp

& Brotherstone

1997)

Selektion

der

Kühe

nach

Milchleistung

führt

automatisch

auch

zur

Steigerung

der täglichen

TM Aufnahme, aber

nur

etwa

40 -

50 % des gleichzeitig

gesteigerten

Energiebedarfs

werden gedeckt

(Veerkamp, J. Dairy Sci. 1998, 81, 1109-1119)

Genetische

Korrelation

zwischen

Milchleistung

und Energiebilanz: -0,70Daher

führt

höhere

Milchleistung

automatisch

zu

verstärkter

NEB(Svendsen

et al., J. Anim. Sci. 1994, 72, 1441-1449)

NEB erhöht

das Risiko

für

Ketose

und Leberverfettung

Bedeutung

der

Trockensubstanzaufnahme

(TM)

Energieaufnahme, Milchleistung, Körperkonditionin Relations zum Laktationsmonat

Kompensation des Energiedefizits:* Lipomobilisation* Proteinolyse* Verminderte extramammäre

Substrat-Utilisation

catabolic anabolicHormonelle Adaptation:

InsulinbGHGlucagonCortisol

Month relative to calving

Adapted from Bell (1995): J. Anim. Sci. 73, 2804-2819

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

feed intakemilk yieldbody condition

EUTEREUTER

INSULININSULIN

DEPOTFETTDEPOTFETT

LEBERLEBER MUSKELMUSKEL

Zelluläre Glucoseaufnahme insulinabhängig, Ausnahme: Milchdrüse

controls

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

-21 -7 1 7 14 21 35 49 70 105 140 182 189 196 210 224 238 252

days relative to calving

Insu

lin

controls

Plasma Insulin

Plasma NEFA während der Transition Period

Days relative to calving

-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

Plas

ma-

NEF

A [µ

mol

/L)

0

200

400

600

800

1000

N = 24

Days relative to calving

-60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

Live

r-Tr

igly

cerid

e (m

g/g

FW)

0

10

20

30

40

50

60

70

Hepatischer Triglycerid Gehalt während der Transition Periode

Etwa

50% der

Kühe

entwickeln

mittel-

bis

hochgradige

Leberverfettung(Jorritsma

et al. 2000, 2001)

Hepatischer

TAG Gehalt:Mild: < 50 Moderate: 50 –

100 Hoch : > 100 mg/g FW

TAG

Acetoacetate

VLDL

Propionate

Methyl-Malonyl

CoA

Succinyl-CoA

NEFA

Acyl-CoA

Acyl-CoA

CPT-1

Malate

Glucose

OA

Malate

PEP

G-3-P

G-6-P

Glucose

BHBAcetoacetate

Ketone bodies

Acetone

ß-Oxid.Acetyl-CoAOxal-acetat

Krebs cycle

Cytosol

Mitochondrium

GPAT

Hepatischer

Energiestoffwechsel

Insulin wirkt

antilipolytisch

( Vernon 1992, Andersen et al 2002, Kaske

et al 2002)Vermindert

die hepatische

ß-oxidation (Jesse et al 1986, Drackley

et al 1991, Andersen et al 2002)Erhöht

TAG Synthese

(Cadorniga-Valino

et al 1997)

TAG

Acetoacetate

VLDL

Propionate

Methyl-Malonyl

CoA

Succinyl-CoA

NEFA

Acyl-CoA

Acyl-CoA

CPT-1

Malate

Glucose

OA

Malate

PEP

G-3-P

G-6-P

Glucose

BHBAcetoacetate

Ketone bodies

Acetone

ß-Oxid.Acetyl-CoAOxal-acetat

Krebs cycle

Cytosol

Mitochondrium

GPAT

Hepatischer

Energiestoffwechsel

Bei

excessiver

Lipomobilization

entwickeln

Kühe

entwederKetose

Typ

1:

Insulin niedrig, Plasma Ketone

hoch, wenig

Leberfett

oderKetose

Typ

2:

Insulin hoch, Plasma Ketone

niedrig, viel

Leberfett(Holtenius& Holtenius

1996, Holtenius

et al 2000)

Insulin action

Bio

logi

cal e

ffect

Insulin concentration [ mU/l ]

50%

100%

75%

25%

Sensitivity

Response

GLUT 4

Endogenous gluconeogenesis

[PlasmaGlucose]

GLUT 1

Principle of

hyperinsulinemic, euglycemic

Clamps

Insulin

Glucoseinfusion

Glucose clamped

Insulin Resistenz bei Milchkühen mit Ketose/Leberverfettung

Kräft

2004

Kühe 2./3. wk p.p.

Kühe mit Ketose(und Hepatosteatose)

Steady-state insulin concentration [ µU / ml ]0 200 400 600 800 1000S

tead

y-st

ate

glu

cose

infu

sion

rate

[ µ

mol

/ k

g /

min

]

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Insulin-Sentivitätsindex

vs. Rückenfettdicke Kühe 180 Tage pp

backfat thickness (cm)

1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8

ISR II

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

Y = a + b * xa = 1,34b = -0,37R² = 0,20

Insulinresistenz

Geringe

TM Aufnahme

post partum

Neigung

zu

Schwergeburten

Neigung

zur

Ret. sec

Neigung

zu

Milchfieber

Verfettung

der

Kühe

vermeiden

Insulin sensitivity

ratio

-

G/I

Insulin dose [mU/kg/min]

0,1 0,5 2 7,5

SSGIR / SS IC

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

controls CLA 100

Subakute Pansenazidose

Prevalence of SARA

14%

40%31%

13%

1%

1%

5,2 - 5,5 5,6 - 5,9 6,0 - 6,3 6,4 - 6,7 6,8 - 7,1 7,1 - 7,4

Kleen et al. 2009

Subakute

Pansenazidose:• Verminderte

pankreatische

Insulinausschüttung

(Oetzel

et al 1998) und vermutlich

auch• Periphere

Insulinresistenz

Entzündliche Krankheiten können Insulin Resistenz verursachen

Hepatosteatose

vermindert die hepatische

Endotoxin

Entgiftung

(Andersen et al. 1996)

Endotoxine

führen zu erhöhten TNF-α

Blutspiegeln:NEFA Cortisol

Insulin Resistenz (Ohtsuka

et al. 2001, Kushibiki

et al. 2002)

HOMA = Glucose(mmol/l) x Insulin(µU/ml)

HOMA-IR = Glucose(mmol/l) x Insulin(µU/ml) / 22,5

QUICKI = 1/(log(Glucose(mg/dl)) + log(Insulin(µU/ml)))

RQUICKI = 1/(log(Glucose(mg/dl)) + log(Insulin(µU/ml) + log(NEFA(mmol/l)))

QUICKI-BHB (Q-BHB) = 1/(log(Glucose(mg/dl)) + log(Insulin(µU/ml) + log(BHB(mmol/l)))

RQUICKI-BHB (RQ-BHB) = 1/(log(Glucose(mg/dl)) + log(Insulin(µU/ml) + log(NEFA(mmol/l) + log(BHB(mmol/l)))

Indices zur Bestimmung der Insulinsensitivität aus Plasmaparametern

Holtenius

et al 2004

y = 0,1604x + 0,3201R2 = 0,7119

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00

ISI II

RQ

uick

i BH

B

Haarstrich et al, unveröffentlicht

RQUICKI-BHB vs ISI aus EHGC: Klinikpatienten

Haarstrich et al, unveröffentlicht

RQUICKI-BHB vs ISI aus EHGC: Gesunde laktierende Kühe 180 Tage pp

y = 1,0123x + 0,4552R2 = 0,7138

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

1,600

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80ISI I

RQ

uick

i BH

B

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

-21 -14 -7 1 7 14 21 35 49 70 105 140 182 189 196 210 224 238 252

days relative to calving

RQui

cki B

HB

controlsCLA100

RQuicki

BHB: CLA induzierte Insulinresistenz

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

160,0

-21 -14 -7 1 7 14 21 35 49 70 105 140 182 189 196 210 224 238 253

days relative to parturition

IGF1 Controls

CLA100

M.G. Diskin

et al. / Animal

Reproduction

Science 96 (2006) 297–311

K. Moore and W. W. Thatcher: J. Dairy

Sci. 89 (2006):1254–1266

0

10

20

30

40

50

60

70

# o

ocyt

es

I II III

a

bb

a:b

p

0

5

10

15

20

25

30

Dev

elop

men

talr

ate

at d

ayin

%

I II III

aa

b

a:b

p

A.T. Peter et al. / Theriogenology

71 (2009) 1333–1342

JLMR Leroy, G Opsomer, A Van Soom, IGF Goovaerts

and PEJ Bols: Reprod

Dom Anim

43, 612–622 (2008)

LM Chagas

et al: J. Dairy

Sci. 90 (2007):4022–4032

Huber et al, unveröffentlicht

M.G. Diskin

et al. / Animal

Reproduction

Science 96 (2006) 297–311

Strategies to improve reproduction performance by fat supplementation

Supplementary fats are likely to affect fertility because fatty acids (FA) are the precursors both of prostaglandins (PG) and, via cholesterol, the steroid hormones (Lucy et al., 1992)

Omega 3 FA increase plasma progesterone (Staples et al, 1997, Petit et al, 2002)

Bergafat sunflower oil linseed oil

Plas

ma

chol

este

rol

[µ

mol

/L]

0

1

2

3

4

5

6

7

8before supplementationafter supplementation

a

b

a

b

a

a

Treatments that reduce ovarian and endometrial synthesis of PGF2α

and favour PGF3α

production

may contribute to a reduction in embryonic mortality (Mattos et al., 2000).

Feeding omega3 FA (linseed, maritine FA) increase plasma PGF3α

(Petit et al, 2002)

PGF2α PGF3α

(little

biological

activity)

Strategies to improve reproduction performance by fat supplementation

C 16:0 C 18:0 C 18:1n9 C 18:2n6 C 18:3n3

prop

ortio

n of

fatty

aci

ds (%

)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45Bergafat Sunflower Oil Linseed Oil

a

b

c

ab

ba a,b

b

a

b b

Hepatic fatty acid composition of phospholipids after fat supplementation

Portmann et al 2002

Bergafat Sunflower Oil Linseed Oil

Cha

nge

toco

pher

ol /

Cho

lest

erol

ratio

to b

asel

ine

valu

es [%

]

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

a

a,b b

Plasma alpha tocopherol / cholesterol ratio

Portmann et al 2002

Hepatic alpha tocopherol

Bergafat Sunflower Oil Linseed Oil

chan

ge in

live

r alp

ha to

coph

erol

rela

tive

to b

asel

ine

[%]

-40

-30

-20

-10

0

10

20

a

bb

Portmann et al 2002

Liver malondialdehyde (TBARS)

Bergafat Sunflower Oil Linseed Oil

chan

ge in

live

r TB

ARS

rela

tive

to b

asel

ine

[%]

-50

0

50

100

150

200

a a

b

Portmann et al 2002

JLMR Leroy, A Van Soom, G Opsomer, IGF Goovaerts

and PEJ Bols: Reprod

Dom Anim

43, 623–632 (2008)

I. Martin Sheldon, James Cronin, Leopold Goetze, Gaetano Donofrio, and Hans-Joachim Schuberth: BIOLOGY OF REPRODUCTION 81, 1025–1032 (2009)

I. Martin Sheldon, James Cronin, Leopold Goetze, Gaetano Donofrio, and Hans-

Joachim Schuberth: BIOLOGY OF REPRODUCTION 81, 1025–1032 (2009)

I. Martin Sheldon, James Cronin, Leopold Goetze, Gaetano Donofrio, and Hans-Joachim Schuberth: BIOLOGY OF REPRODUCTION 81, 1025–1032 (2009)

D. Claire Wathes, Zhangrui

Cheng, Waliul

Chowdhury, Mark A. Fenwick, Richard Fitzpatrick, Dermot

G. Morris, Joe Patton, and John J. Murphy: Physiol

Genomics

39: 1–13, 2009

K. Moore and W. W. Thatcher: J. Dairy

Sci. 89 (2006):1254–1266

Inzidenz: 15 bis

30%Praevalenz: etwa

25%

Durchschnittliche

Dauer einer

Lahmheit

bei

Behandlung:

4 Wochen

Lahmheiten

Grundfutter: Anzahl der Mahlzeiten / Tag

Tage

-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

Anzahl

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60lahme Tiere Kontrolltiere

**

***

* *

*

**** **

***

***

* ****

* * ** *

*

*

Haschka

2009

d - 56

Abkalbung

„Far off“ „Close up“ „Early lactation“

d 0d - 21 d + 90

„Trockensteher

d + 21

„Fresh cow“

Produktionskrankheiten in der “Transition Period”bei Milchkühen

Ketose Labmagenverlagerung Leberverfettung MastitisMilchfieber LahmheitNachgeburtsverhaltung MetritisSARA

Hohe Milchleistung erhöht die Wahrscheinlichkeit stärkerer und länger anhaltender NEB und die Praevalenz

von Ketose

und Leberverfettung

Insulinsensitivität spielt in der Kompensation der NEB eine zentrale Rolle

Bei Milchkühen ist NEB negativ mit der Wahrscheinlichkeit der erneuten Trächtigkeit zu einem vor 40 Jahren definierten Zeitpunkt korreliert, bisherige Interventionen haben dies nicht nachhaltig geändert.

Niedrige Trächtigkeitsraten 70 bis 80 Tage pp

sind nicht zwingend ein Indikator für eine Verletzung von „Animal

Wellfare“

Fruchtbarkeitsstörungen sind weit überwiegend bedingt durch Management, Fütterung und Haltung

Züchtung muss Fitnessparameter

höher bewerten

Insulinsensitivität vs. Milchleistung 180 Tage pp

milk yield [kg]

24 26 28 30 32 34 36 38 40 42

ISR II

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

y = a + b * xa = -0,54b = 0,03R² = 0,33

Foliennummer 1Foliennummer 2Foliennummer 3Foliennummer 4Foliennummer 5Korrelationen zwischen Milchleistung und ProduktionskrankheitenFoliennummer 7Foliennummer 8Foliennummer 9Foliennummer 10Strukturwandel in der MilchviehwirtschaftFoliennummer 12Foliennummer 13Foliennummer 14Foliennummer 15Foliennummer 16Foliennummer 17Foliennummer 18Foliennummer 19Foliennummer 20Insulin actionFoliennummer 22Foliennummer 23Insulin-Sentivitätsindex vs. Rückenfettdicke �Kühe 180 Tage ppFoliennummer 25Insulin sensitivity ratio - G/ISubakute PansenazidoseEntzündliche Krankheiten können Insulin Resistenz verursachenFoliennummer 29Foliennummer 30Foliennummer 31Foliennummer 32Foliennummer 33Foliennummer 34Foliennummer 35Number of collected oocytes / session and cowFoliennummer 37Foliennummer 38Foliennummer 39Foliennummer 40Foliennummer 41Foliennummer 42Strategies to improve reproduction performance by fat supplementationStrategies to improve reproduction performance by fat supplementationFoliennummer 45Foliennummer 46Foliennummer 47Foliennummer 48Foliennummer 49Foliennummer 50Foliennummer 51Foliennummer 52Foliennummer 53Foliennummer 54Foliennummer 55Foliennummer 56Foliennummer 57Foliennummer 58Foliennummer 59Grundfutter: Anzahl der Mahlzeiten / TagFoliennummer 61Foliennummer 62Foliennummer 63Foliennummer 64Insulinsensitivität vs. Milchleistung�180 Tage pp