3/14/2017. H. Martens (a. D.) Institut für Veterinär-Physiologie Oertzenweg 19b Berlin Tel.:

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1 H. Martens (a. D.) Institut für VeterinärPhysiologie Oertzenweg 19b Berlin Tel.: Die meisten Kühe scheidenaus dem Produktionsprozess aus, bevor sie ihre potentiell optimale Milchleistung oder Ihre ökönomisch optimale Nutzungsdauer erreicht haben. Hauptabgangsgründe in der Milchviehhaltung sind Unfruchtbarkeit, Probleme der Eutergesundheitund Fundamentschäden. Die wenigsten Kühe werden gemerzt, weil sie zu alt sind oder die Milchleistung zu gering ist. Fritz Stegen Präsident der Landwirtschaftskammer Hannover Mai 2003 Tagung in Verden am Probleme der Milchkuh: Erkrankungen Erkrankungsraten von Kühen pro Laktation Kühe in 9 Betrieben in Thüringen Erkrankung Prozent pro Laktation Klauenerkrankung % Mastitis (Euter) % Fruchtbarkeitsstörungen % Ektoparasiten % Stoffwechselstörungen % Zahl der erkrankten Kühe % Zahl der Erkrankungen pro erkrankter Kuh Gernand et al. (2012) J. Dairy Sci. 95,

2 Probleme der Milchkuh: Abgänge Abgänge und wichtigste Abgangsursachen von Milchkühen in Deutschland (MLP Kühe) ArbeitsgemeinschaftDeutscher Rinderzüchter (ADR) Jahr Abgänge % Fertilität % Euter % Klauen % Stoffwechsel % Sonstige Erkrank. % Summe Krankh (10.5*) n.a (15.4*) n.a (24.3*) n.a (30.5*) (38.4*) Mio Kühe BB (43.3) BB = Abgänge Brandenburg * Ohne Fertilität Probleme der Milchkuh: Abgänge Abgänge und Abgangsursachen in Pennsylvania 2005 Zahl der Kühe: Kühe: Abgänge/Woche Rot: Gestorbene Kühe: ca Kühe in 5 Wochen p.p. Gelb: Verletzungen Weiß: Mastitis Blau: Fruchtbarkeit Schwarz: Sonstiges Week of Lactation Dechow et al. (2008) J. Dairy Sci. 91: Probleme der Milchkuh: Todesfälle Autor Jahr Inzidenzrisiko Inzidenzrisikopro Jahr Compton et al. (2017) J. Dairy Sci. 100, 116 2

3 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, /14/2017 Grundproblematik: Kurze Nutzungsdauer Zahlreiche Erkrankungen Hohe Abgangsraten (< 3 Laktationen) Zunahme der Todesfälle Maximale Leistung: Laktation Optimale ökonomische Nutzungsdauer: > 5 Lakt. Warum? Kausalität: Stoffwechselbelastung/NEB Probleme der Milchkuh: Kausalität NEB Rückenfettdicke (RFD) (mm) NEB BCS 3.5 BCS 3.0 BCS 2.5 Standard Error (SE): 6.6 mm Abb.: 0.5 SE Body Condition Score RFD und BCS y = 0,1x + 1 Rückenfettdicke (mm) BCS RFD mm mm mm mm 1 mm RFD 5 kg Fett 1 BCS = kg KGWAbnahme Optimum bei der Geburt: BCS* BCS p.p. = * Schröder and Staufenbiel (2006) J. Dairy Sci. 89, 114 *Drackley (2016) Adv. in DairyTechn28, (Aus)Nutzung der Mechanismen für erhöhte Milchproduktion Rückenfettdicke (RFD) (mm) NEB Fleischrinder: Mutterkuh + Kalb (BCS ±) Folge der Selektion auf Leistung: Krankheitsrisiko NEB: Genetische Korrelationen Hochleistungskühe BCS RFD mm mm mm mm Schröder and Staufenbiel (2006) J. Dairy Sci. 89, 114 3

4 Stoffwechselbelastung der Milchkuh: Genetische Ursache: Resource Allocation * Priorität in der Tierzucht für eine Eigenschaft führt bei begrenzten Ressourcen zur Einschränkung anderer Eigenschaften Vor der Geburt: 56 MJ NEL /d Frühe Laktation 45 l/d: 186 MJ NEL /d A N A B O L BCS 32 % 68 %: 18 MJ NEL/d 38 MJ NEL/d für die Kuh Bedarf für: Kalb Gebärmutter Euter Bedarf für: Atmung/Herz/Kreislauf Niere Verdauung Nervensystem Motorik/Klauen Immunsystem 20 % 38 MJ NEL/d Bedarf für die Kuh: Atmung/Herz/Kreislauf Niere Verdauung Nervensystem Motorik/Klauen Immunsystem Zyklus Erneute Trächtikgeit 80 % 148 MJ NEL/d Bedarf für: MILCH (Homeorhese) K A T A B O L BCS NotwendigeFutteraufnahme: 8 kg/d (7 MJ NEL/kg) NotwendigeFutteraufnahme: 26.5 kg/d (7 MJ NEL/kg) *Beilharz et al. (1993) J. Anim. Breed Gen. 110, Stoffwechselbelastung der Milchkuh: Genetische Ursachen Genetische Korrelationen zwischen Milchleistung und Erkrankungen Korrelation zwischen ML und Ketose und Mastitis (Simianer et al., 1991) Korrelation zwischen ML und Ketose (Uribe et al., 1995) Korrelation zwischen ML und Nachgeburtsverhalten (Heringstad et al., 2007) Korrelation zwischen ML und Klauenerkrankungen (Gernand et al., 2012) Korrelation zwischen ML und Mastitis, Lahmheiten, Ovarzysten (Koeck et al., 2014) Korrelation zwischen ML und Abnahme von Fruchtbarkeitsparametern (Pryce et al., 1997; Strucken et al., 2012; Royal et al., 2002) Bestätigung der Hypothese Beilharz: Priorität für eine Eigenschaft und begrenzte Ressourcen (NEB) führen zu Einschränkungen! Stoffwechselbelastung der Milchkuh: Genetische Ursachen Allgemeine genetische Korrelation zwischen Zuchtziel und Erkrankungen Erhöhte Erkrankungsraten in Milchlinien, die über viele Jahre auf erhöhte ML selektiert wurden (Hansen, 2000; Heringstad et al., 2007). Hohe Milchleistung: Entkopplung der GH/IGF1 Achse (Lucy et al., 2001): Risiko für Ketose, Fertilität und Immunität Korrelation zwischen dem phänotypischen Zuchtziel Milchtyp und Erkrankungen (Dechow et al., 2004). Genetische Korrelationen zwischen Milchleistung und Energiehaushalt (NEB) Korrelation zwischen Milchleistung und Gewichtsverlust (Veerkamp, 1999) Korrelation zwischen Milchleistung und (negativer) Energiebilanz (Brade, 2013) Negative Korrelation zwischen Milchleistung und Futteraufnahme (ManzanillaPech et al., 2014). 4

5 Entkopplung der GH/IGF1 Achse 1. Physiologie der somatotropen Achse 2. Entkopplung der somatotropen Achse 3. Konsequenzen der Entkopplung: Risiko für den Energiehaushalt: Ketose 1. Physiologie der somatotropen Achse Wirkungskaskade des Wachstumshormons (GH) Hypothalamus: GHrH Somatostatin Hypophyse: + + Wachstumshormon (GH) Peripherie: Wirkungen auf Wachstum Stoffwechsel Direkt (GH) Indirekt (IGF1) 1. Physiologie der somatotropen Achse Indirekte Wirkung Direkte Wirkung Brooks and Waters (2010) Nature Rev. Endocrin. 6,

6 1. Physiologie der somatotropen Achse Kaskade des Wachstumshormons (GH) : Feedback Hypophyse: Wachstumshormon (GH) GHR: Growth Hormone Receptor JAK: Janus family of tyrosine kinase GHR GHR Feedback Extrazellulär SHP1: Tyrosinespecific protein Phosphatase Feedback Intrazellulär STAT: Signal transducers and activator of transcription ERK: Extracellularsignal regulated kinase TF: Transcription factors z. B.: IGF1 Systemisch Parakrin/Autokrin SOCs: Suppressors of cytokine signaling H. Martens AVA Göttingen 2016 Bartke et al. (2013) Physiol. Rev. 93, Entkopplung der GH/IGF1 Achse 1. Physiologie der somatotropen Achse 2. Entkopplung der somatotropen Achse 3. Konsequenzen der Entkopplung: Risiko für den Energiehaushalt: Ketose 2. Entkopplung der GH/IGF1 Achse Selektion auf hohe Milchleistung führt in der frühen Laktation zu: 1. Hart et al. (1978): J. Endocr. 77, : GH, Insulin 2. Bonczek et al. (1988): J. Dairy Sci. 71, : GH, Insulin 3. Vicini et al. (1991): J. Nutr. 121, : GH, Insulin, IGF1 4. Kobayashi et al. (1999): Endocrinology 140, : GH, IGF1, GHR1A = Entkopplung 6

7 2. Entkopplung der GH/IGF1 Achse Insulin GH IGF1 Achse Hypophyse + + Gluconeogenese GH GHR1A Leber IGF1 GH IGF1 Achse entkoppelt bei hochleistenden Milchkühen* Insulin Gluconeogenese Vielfältige Wirkungen Hypophyse X GH GHR1A Leber X IGF1 X * Nicht bei Fleischrindern GH Insulin IGF1 Insulinresistenz Lipolyse(NEFA) (Gluconeogenese) Milchleistung NEB * Jiang et al. (2005): J. Dairy Sci. 88, Entkopplung der GH/IGF1 Achse Hormonelle Veränderungen GH Insulin Ergebnis der Selektion auf Milchleistung Konsequenz Verringerung der GHR1A (Leber) IGF1 Metabolische Konsequenz: This (Entkopplung) may predispose the cow to fatty liver and ketosis Lucy et sl. (2001) J. Dairy Sci. 84, E113E119 Entkopplung der GH/IGF1 Achse 1. Physiologie der somatotropen Achse 2. Entkopplung der somatotropen Achse 3. Konsequenzen der Entkopplung: Risiko für den Energiehaushalt: Ketose 7

8 Weeks relative to calving Abfall Insulin (n.s.) Weeks relative to calving Abfall Insulin Abfall IGF1 8

9 Abfall Insulin (n.s.) Abfall IGF1 Metabolite: Anstieg NEFA Weeks relative to calving Abfall Insulin (n.s.) Abfall IGF1 Metabolite: Anstieg NEFA Anstieg BHB Abfall Insulin (n.s.) Abfall IGF1 Metabolite: Anstieg NEFA Anstieg BHB Abfall Glucose Weeks relative to calving 9

10 2. Entkoppelung der GH/IGF1 Achse: Metabolische Konsequenzen Abfall Insulin (n.s.) Abfall IGF1 Metabolite: Anstieg NEFA Anstieg BHB Abfall Glucose Energiehaushalt Geringere TSA Weeks relative to calving Abfall Insulin (n.s.) Abfall IGF1 Metabolite: Anstieg NEFA Anstieg BHB Abfall Glucose Energiehaushalt: Geringere TSA Abnahme Energiebilanz Abfall Insulin (n.s.) Abfall IGF1 Metabolite: Anstieg NEFA Anstieg BHB Abfall Glucose Energiehaushalt: Geringere TSA Abnahme Energiebilanz ABER: Höhere Milchleistung Weeks relative to calving 10

11 3. Entkopplung der GH/IGF1 Achse: Risiko Ketose Incidence of Diseases (%) in 10 European Countries: Cows in 528 Farms Disease Mean Min Max Retained Placenta Milk Fever Metritis Mastitis Subcl. Ketosis Clinical Ketosis Lameness Displ. Abomasum Suthar et al. (2013) J. Dairy Sci. 96: Entkopplung der GH/IGF1 Achse: Konsequenzen Hormonelle Veränderungen GH Insulin Ergebnis der Selektion auf Milchleistung Konsequenz Verringerung der GHR1A (Leber) IGF1 Metabolische Veränderungen Fruchtbarkeitsstörungen Immunsuppression Anstieg NEFA Anstieg BHB Abfall Glucose Energiebilanz (NEB ) ABER: Mehr Milch Ketoserisiko Cave: Entkopplungder GH/IGF1 Achse beim Menschen = Krankheit NEB in der Biologie: Beispiel Seeelefantenkuh# ABER: 1. Adaptation an diese Situation während der Evolution im Verlauf einer sehr langen Zeit! 2. Milch nur für 1 Kalb! 3. Die Milch enthält keine Lactose! FAZIT: Die Milchkuh ist keine Seeelefantenkuh! Eigenschaften*: 1. 4 Wochen nach der Geburt ohne Nahrungsaufnahme 2. AusgesprocheneNEB: Verlust von ca. 42 % des KGW, % des Fettgewebesund 14 % der übrigen Körpermasse *Costa et al., 1986 J. Zoolog.Soc. Lond. 2009, 2133 #Beispiel nach Bauman (2000) In: Ruminant Physiology, Digestion, Metabolism, Growth and Reproduction. S

12 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Grundproblematik: Kurze Nutzungsdauer Zahlreiche Erkrankungen Hohe Abgangsraten (< 3 Laktationen) Zunahme der Todesfälle Maßgebliche Ursache: Stoffwechselbelastung mit NEB: Genetische Korrelationen mit zahlreichen Erkrankungen Beispiel Entkopplung der GH/IGF1 Achse: Risiko Ketose Schlussfolgerungen Überprüfung der Zuchtwerte: Keine Steigerung der Milchleistung bei weiterer Zunahme der NEB (Entkopplung) Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Ceterum Censeo: Der Milchpreis ist zu niedrig! Parole: Niemals aufgeben! 12

13 Also: Kühe sind nicht dumm, aber dumm dran! PROVIEH Ausgabe 3/