Zusammenhänge zwischen metabolischen und endokrinen Parametern, der Energiebilanz und der Ovarfunktion bei hochleistenden Milchkühen

"Correlations of metabolic and endocrine parameters, energy balance and ovarian function in high-yielding dairy cows"

A good fertility in dairy herds creates the basis for economic success in dairy farming, but fertility declined in the last decades worldwide in dairy cows. But, besides a high milk production, dairy cows have to achieve a significant reproductive performance, and in this regard existing great individual differences between dairy cows. Therefore, the objective of the study was to clarify relationships between metabolic and endocrine parameters, energy balance and ovarian function in high-yielding dairy cows.
For this study we selected 30 pure-bred German Holstein cows in the second lactation with an expected milk yield of >10,000 kg within 305 days. During the observation period, from dry off in week 8 before calving up until week 12 in their third lactation, cows were held under equal feeding and housing conditions. All cows were fed the same total mixed rations ad libitum during dry period and lactation. Back fat thickness (BFT) and dry mater intake (DMI) were measured weekly. Blood samples were taken [on day (d) -56, -28, -15, -8, -5 and weekly after calving] to measure plasma metabolites as glucose and not esterified fatty acids (NEFA) and the hormone progesterone. Milk yield was recorded daily and milk samples were taken twice per week to determine progesterone concentrations and weekly for analysis of milk composition. Liver biopsies were taken [on d 56 and 15 before calving, and on d 1, 14, 28 and 49 p.p.] to measure liver fat concentration. Estrus observations were monitored three times a day, ultrasound of the ovarian were carried twice per week. Cows were synchronized and inseminated. For the examinations of the oocytes, the animals were randomly selected on three days of the estrous cycle [D0- day-0 – slaughter on the day of ovulation, D4 – slaughter on day 4 of following insemination, and D12]. The cows were slaughtered to obtain oocytes for the examination of their capacity for preimplantative viability by analysis of the fertilization, cleavage and blastocyst levels.
The negative energy balance during the early lactation requires mobilization of body reserves in high-performance dairy cows and temporarily causes an increased metabolism in the liver. The extent of fat mobilization based on the different liver fat content of the animals, this shows large individual differences between high performance dairy cows. These different metabolic loads also influence the reproduction process.
Cows in this study were classified in 2 different approaches: 1) cows were grouped according to their BFT 1 week before calving in BFT < 20, BFT 20-30, and BFT > 30 . 2) In addition, those cows were selected that were showing their first luteal activity p.p. indicated by milk and blood progesterone concentration (> 5ng/ml and > 1ng/ml, respectively) until d 24 pp (group: corpus luteum CL < 24) and after d 58 pp (group: CL > 58).
All cows had similar milk yield considering the different groups. The cows of group BFT 20-30 and BFT > 30 revealed on the 28 day p.p. higher liver fat contents, around calving as well as poorer negative energy balance (NEB) and significantly lower DMI than group BFT < 20. Cows in group BFT 20-30 revealed a significantly shorter interval to the first luteal activity and showed distinct estrus symptoms than cows in BFT <20 and BFT >30.
Zootechnical and metabolic parameters were not different between cows in CL < 24 and CL > 58. From week seven p.p. cows of group CL < 24 revealed a significantly poorer DMI, a lower NEB and a higher NEFA concentration than group CL > 58.
The quality of pre-ovulatory cumulus-oozyte-complex (COK) of high-yielding dairy cows did not seem to be affected by the negative energy balance. The animals’ embryo recovery rate of animals on D12 showed a decreasing tendency in comparison with the animals of D4.
Based on the recovery rates on D4 and D12, further research should to be done on the topic embryonic mortality. The fertilization rate and development of COK and in-vitro cultivierung (IPC) may also be good in high-performance conditions.
Cows with an optimum BFT between 20-30 mm one week ante partum provide the best 0basis for high milk yield, while showing a as well as good fertility with short calving interval and clearly visible rutting estrus. In conclusion, well-conditioned dairy cows for calving are the most economic option for dairy farming. Eine fruchtbare Milchviehherde ist die Grundlage für den wirtschaftlichen Erfolg der Milcherzeuger. Die Milchkühe müssen neben hohen Milchleistungen auch hohe reproduktive Leistungen realisieren. Insbesondere in hochleistenden Milchviehherden werden große individuelle Unterschiede in der Umsetzung einer hohen Milchleistung und einer guten Fruchtbarkeit festgestellt. Das Ziel der Studie war es Zusammenhänge bei hochleistenden Milchkühen zwischen metabolischen und endokrinen Parametern, der Energiebilanz und der Ovarfunktion zu untersuchen. Für diese Studie wurden 30 Kühe der Rasse Deutsche Holstein in der zweiten Laktation mit einer erwarteten Milchleistung von über 10.000 kg Milch innerhalb von 305 Tagen ausgewählt. Der untersuchungszeitraum erstreckte sich vom Tag des Trockenstellens in der achten Woche vor der Abkalbung bis zur zwölften Woche in der dritten Laktation. Die Tiere wurden unter gleichen Bedingungen gehalten und gefüttert. Allen Kühen wurde die gleiche Mischration ad libitum während des Trockenstehend und der Laktation angeboten. Zootechnische Parameter wie die Rückenfettdicke (RFD) und die Trockensubstanzaufnahme (TSA) wurden wöchentlich erhoben. Blutproben zur Analyse von Stoffwechselmetaboliten (Glucose und freie nicht veresterte Fettsäuren (NEFA)) und des Hormons Progesteron wurden an Tag -56, -28, -15, -8, -5 und nach der Abkalbung wöchentlich gewonnen. Milchleistungsdaten wurden täglich erhoben. Milchproben wurden zweimal die Woche zur Bestimmung der Milchprogesteronwerte und wöchentlich zur Bestimmung der Milchinhaltsstoffe genommen. Leberbiopsien wurden an Tag 56 und 15 vor der Abkalbung und an Tag 1, 14, 28, 49 p.p. durchgeführt. Nach der Abkalbung wurden die Kühe zweimal pro Woche reproduktionsphysiologisch untersucht und befundet. Die Brunstbeobachtungen wurden dreimal täglich durchgeführt. Die Tiere wurden synchronisiert, künstlich und zufällig in eine Gruppe (ZT0 Schlachtung am Tag der Ovulation, ZT4 bzw. ZT12 Schlachtung am vierten bzw. 12 Tag nach der Besamung) eingeteilt. Die gewonnenen Oozyten wurden auf ihre präimplantativen Entwicklungsfähigkeit untersucht, dazu wurden die Befruchtungs-, die Furchungs- und die Blastozystenrate ermittelt.
Die während der Frühlaktation auftretende negative Energiebilanz erfordert bei 0Hochleistungskühen eine Mobilisierung von Körperreserven und bewirkt temporär einen erhöhten Stoffwechsel in der Leber. Das Ausmaß der Fettmobilisierung bezogen auf den unterschiedlichen Leberfettgehalt der Tiere zeigt große individuelle Unterschiede zwischen Hochleistungskühen. Diese unterschiedlichen Stoffwechselbelastungen beeinflussen auch das Reproduktionsgeschehen.
Die Tiere wurden in dieser Studie nach zwei Gesichtspunkten untergliedert: 1.) nach ihrer RFD in mm eine Woche vor der Abkalbung (ante partum (a.p.)) Gruppe RFD < 20, RFD 20-30 und RFD > 30. 2.) nach dem zeitlichen Einsetzten der ersten lutealen Aktivität p.p.- vor dem 24 Tag p.p. Gruppe CL < 24 und nach dem 58 Tag p.p. Gruppe CL > 58.
Alle Tiere zeigten unter Berücksichtigung der verschiedenen Gruppen eine ähnliche hohe Milchleistung. Die Tiere der Gruppe RFD 20-30 hatte vergleichbare Werte für die Stoffwechsel- und zootechnischen Parameter wie die Tiere der Gruppe RFD > 30. Im Vergleich zur den Tieren der Gruppe RFD < 20 zeigten die Tiere um die Kalbung und p.p. niedrigere NEB, hatten eine signifikant niedrigere TSA und zeigten am 28 Tag p.p. signifikant höhere Leberfettgehalte. Die Tiere der Gruppe RFD 20-30 wies ein signifikant kürzeres Intervall von der Abkalbung bis zur ersten lutealen Aktivität auf und zeigte deutlichere Brunstsymptome.
Die metabolischen und zootechnischen Parameter von den Tieren der Gruppe CL < 24 und CL > 58 zeigten in den ersten sechs Wochen p.p. keine Unterschiede. Ab der siebten Woche p.p. wies Gruppe CL < 24 signifikant geringere TSA auf und hatten ab der achten Woche p.p. signifikant negativere Energiebilanzen.
Die phänotypischen Unterschiede beeinflussten nicht die Qualität der präovulatorischen Oozyten. Ebenso schien die Qualität präovulatorischer COK (Cumulus-Oozyten-Komplexe) hochleistender Milchkühe nicht durch die negative Energiebilanz beeinträchtigt. Die Embryonengewinnungsrate von den Tieren am ZT12 ist im Vergleich mit der von den Tieren am ZT4 tendenziell niedriger. Insgesamt sind die Ergebnisse der Gewinnungsraten der Embryonen an den ZT4 und ZT12 gut. Allerdings sollten aufgrund der niedrigen Probenanzahl weitere Untersuchungen zum Thema embryonale Mortalität veranlasst werden. Die Befruchtungsrate und die Entwicklungskompetenz von COK nach in-vitro-Kultivierung (IVK) kann auch unter Bedingungen von Hochleistung gut sein.
Kühe mit einer optimalen RFD von 20-30 mm eine Woche a.p. haben die besten Voraussetzungen für eine hohe Milchleistung und eine gute Fruchtbarkeit mit kurzen Zwischenkalbezeiten (ZKZ) und deutliche sichtbare Brunstanzeichen. Somit sind gut konditionierte Milchkühe zur Abkalbung für den Milcherzeuger am wirtschaftlichsten.