Einleitung: Bei Milchkühen häufen sich Erkrankungen in der Frühlaktation. Sie gehören zu den wichtigsten Ursachen frühzeitiger Merzung und damit der aktuell unbefriedigenden Nutzungsdauer. Ziele der Untersuchungen: Ziel dieser Arbeit war es, den Stoffwechsel von Milchkühen in der kritischen Übergangszeit vom Trockenstehen zur Laktation (Transitphase) durch drei verschiedene prophylaktische Maßnahmen zu stabilisieren: mittels Huminsäuren Belastungen aus dem Darm einschließlich Endotoxinen zu mindern, mit einem Ammoniumpropionat-Propylenglykol- Gemisch die Energieversorgung zu verbessern sowie mit Dexamethason-21-isonicotinat die Stoffwechselfunktion der Leber zu fördern sowie gleichzeitig Entzündungsprozesse infolge der Kalbung zu hemmen. Materialien und Methoden: Die Untersuchungen wurden in einem sächsischen Bestand an 312 Kühen der Rasse „Holstein Friesian“ randomisiert innerhalb eines Jahres durchgeführt. An jeweils 78 Kühe wurden 300 ml Ammoniumpropionat-Propylenglykol-Gemisch(C3) täglich vom 14. Tag ante partum (a.p.) bis zum 14. Tag post partum (p.p.) oral verabreicht; ebenfalls oral wurden 100 g Huminsäure-Fertigpräparat (HS-FP) bzw. 50 g Huminsäuren-Rohstoff (HS-RS) im selben Zeitraum appliziert, und Dexamethason-21-isonicotinat (DEXA21) wurde einmalig am 1. Tag p.p. intramuskulär in der Dosierung 0,02 mg/kg Körpermasse verabreicht. 78 unbehandelte Kühe dienten als Kontrollgruppe. Die Auswirkungen dieser Maßnahmen auf Gesundheit, Leistung und Stoffwechsel wurden durch klinische Untersuchungen, durch Blutkontrollen am 14. Tag a.p., am 3. und 28. Tag p.p. (Leukozyten, freie Fettsäuren [FFS], Bilirubin, ß-0H-Butyrat[BHB], Glucose, Cholesterol, Creatinkinase [CK], Aspartat-Amino-Transferase [ASAT], Glutamat-Dehydrogenase [GLDH], gamma-Glutaryl-Transferase [GGT], Protein, Albumin, Mg, Fe, Ca, anorganisches Phosphat [Pi], Na, K) sowie durch die Erfassung von Gesundheitsstatus, Milchleistung und Fruchtbarkeit zu bestimmten Zeitpunkten geprüft. Ergebnisse: Die verschiedenen prophylaktischen Maßnahmen hatten keinen signifikanten Einfluss auf Fruchtbarkeits- und Gesundheitsparameter. Bei den absoluten und fettkorrigierten Milchmengen konnten ebenfalls keine statistisch gesicherten Unterschiede zwischen den Versuchsgruppen und der Kontrollgruppe festgestellt werden. Der Milcheiweißgehalt von C3 28 d p.p. sowie der Milchfettgehalt von DEXA21 und C3 100 d p.p. waren signifikant erhöht. Die Ergebnisse der Blutuntersuchungen ergaben hauptsächlich am 3., aber auch am 28. Tag p.p. gesicherte Unterschiede bei wichtigen Stoffwechselparametern wie Glucose, Cholesterol, Bilirubin, Protein, Albumin, Ca, Fe und CK. Die einmalige Gabe von Dexamethason-21-isonicotinat am 1. Tag p.p. hatte den besten Einfluss auf den Leber- und Energiestoffwechsel. In dieser Gruppe waren am 3. Tag p.p. die Glucose-, Bilirubin-, Cholesterol-, Protein, Ca- und Fe-Konzentrationen sowohl gegenüber der KG wie auch gegenüber allen anderen Versuchsgruppen signifikant günstiger. Für die Albumin- und Na-Konzentrationen sowie die CK-Aktivität traf das gegenüber der Kontroll- sowie der C3-Gruppe zu. Der Einsatz der Wirkstoffe mit HS-RS, HS-FP sowie C3 führte ebenfalls zu positiven Effekten auf die Leistung und den Stoffwechsel gegenüber der Kontrollgruppe, jedoch ließen sich diese nur in wenigen Fällen statistisch sichern. Schlussfolgerungen: Die Applikation von Dexamethason-21-isonicotinat einen Tag p.p. stabilisiert signifikant den Stoffwechsel von Kühen nach dem Partus. Gleichartige Effekte auf Milch- und Fruchtbarkeitsleitung sowie die Morbidität konnten nicht gesichert nachgewiesen werden. Für Huminsäure-Rohstoff, Huminsäure-Fertigpräparat sowie Ammoniumpropionat-Propylenglykol-Gemisch waren solche Effekte tendenziell erkennbar, statistisch aber nicht zu sichern. Auch wenn besonders mit Dexamethason-21-isonicotinat der Stoffwechsel in Belastungssituationen kurzfristig stabilisiert werden kann, müssen generell Haltung und Fütterung analysiert sowie Mängel beseitigt werden.:Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis .I Abkürzungsverzeichnis IV 1 Einleitung .......................................................................................... 1 2 Literaturübersicht ............................................................................. 3 2.1 Stoffwechsel der Milchkuh im geburtsnahen Zeitraum ....................... 3 2.2 Bovine Ketose .................................................................................... 5 2.3 Fettmobilisationssyndrom ................................................................... 7 2.4 Möglichkeiten der Stabilisierung des Stoffwechsels der Milchkuh im geburtsnahen Zeitraum ...................................................................... 9 2.4.1 Allgemeines zur Stoffwechselstabilisierung ........................................ 9 2.4.2 Energiereiche C3-Verbindungen ...................................................... 11 2.4.2.1 Propionat .......................................................................................... 12 2.4.2.2 Propylenglykol .................................................................................. 14 2.4.2.3 Ammoniumpropionat-Propylenglykol-Gemisch ................................ 15 2.4.3 Huminsäuren .................................................................................... 16 2.4.3.1 Einsatz, Vorkommen, Aufbau ........................................................... 16 2.4.3.2 Effekte .............................................................................................. 16 2.4.3.3 Wirkungsweise im Organismus ........................................................ 17 2.4.3.4 Anwendungen in der Veterinärmedizin ............................................. 18 2.4.3.5 Huminsäurenpräparate ..................................................................... 20 2.4.4 Glukokortikoide................................................................................. 21 2.4.4.1 Aufbau .............................................................................................. 21 2.4.4.2 Wirkungsweise ................................................................................. 21 2.4.4.3 Effekte .............................................................................................. 22 2.4.4.4 Dexamethason-21-isonicotinat ......................................................... 25 3 Tiere, Material und Methoden ........................................................ 27 3.1 Untersuchte Tiere, Betrieb, Fütterung .............................................. 27 3.2 Versuchsanordnung, Gruppeneinteilung .......................................... 28 3.3 Entnahme, Aufbereitung und Aufbewahrung der Blutproben ........... 30 3.4 Bestimmung der Blutparameter, Referenzbereiche ......................... 31 3.4.1 Bestimmung der Leistungs-, Gesundheits- und Fruchtbarkeitsparameter .................................................................. 33 3.5 Statistische Prüfung der ermittelten Daten ....................................... 35 4 Ergebnisse ...................................................................................... 36 4.1 Methodische Aspekte ....................................................................... 36 4.1.1 Wertung der Untersuchungsergebnisse kranker und selektierter Kühe ................................................................................................ 36 4.1.2 Akzeptanz der verabreichten Futterzusatzstoffe .............................. 37 4.2 Klinische Befunde ............................................................................. 38 4.3 Leistungsparameter .......................................................................... 41 4.3.1 Milchleistung .................................................................................... 41 4.3.2 Fruchtbarkeit .................................................................................... 44 4.4 Labordiagnostische Parameter......................................................... 45 4.4.1 Energie-Fett-Leberstoffwechsel ....................................................... 45 4.4.1.1 Glucose ............................................................................................ 45 4.4.1.2 Cholesterol ....................................................................................... 47 4.4.1.3 Bilirubin ............................................................................................ 48 4.4.1.4 Beta-Hydroxy-Butyrat ....................................................................... 49 4.4.1.5 Freie Fettsäuren ............................................................................... 50 4.4.1.6 Aspartat-Amino-Transferase ............................................................ 51 4.4.1.7 Gamma-Glutamyl-Transferase ......................................................... 52 4.4.1.8 Glutamat-Dehydrogenase ................................................................ 53 4.4.2 Eiweißstoffwechsel ........................................................................... 54 4.4.2.1 Gesamtprotein .................................................................................. 54 4.4.2.2 Albumin ............................................................................................ 55 4.4.3 Mineralstoff- und Spurenelementstoffwechsel .................................. 56 4.4.3.1 Natrium ............................................................................................. 56 4.4.3.2 Kalium .............................................................................................. 57 4.4.3.3 Calcium ............................................................................................ 58 4.4.3.4 anorganisches Phosphat .................................................................. 59 4.4.3.5 Magnesium ....................................................................................... 60 4.4.3.6 Eisen ................................................................................................ 61 4.4.4 Muskelstoffwechsel .......................................................................... 62 4.4.4.1 Kreatinkinase ................................................................................... 62 4.4.5 Leukozyten ....................................................................................... 63 5 Diskussion ...................................................................................... 64 5.1 Klinische Parameter ......................................................................... 64 5.1.1 Morbidität ......................................................................................... 64 5.1.2 Milchleistung .................................................................................... 67 5.1.3 Fruchtbarkeit .................................................................................... 70 5.2 Klinisch-chemische Parameter, Stoffwechsel ................................... 71 5.2.1 Wirkung von Huminsäuren auf den Stoffwechsel ............................. 71 5.2.2 Wirkung einer energiereichen C3-Verbindung auf den Stoffwechsel 71 5.2.3 Wirkung von Dexamethason-21-isonicotinat auf den Stoffwechsel .. 74 6 Zusammenfassung ......................................................................... 83 7 Summary ......................................................................................... 85 8 Literaturverzeichnis ....................................................................... 87 / Problem: In dairy cattle diseases are common in early lactation. They are among the main causes of early culling and the current unsatisfactory productive life. Objective: The aim of this work was to stabilize metabolism of dairy cows in the critical transition period from standing dry to lactation by three different prophylactic applications: using humic acids to minimize strain from the gut including endotoxins, using ammonium propionate mixed with propylene glycol to improve energy supply and dexamethasone-21-isonicotinate to promote metabolic function of the liver and at the same time to inhibit inflammatory processes following parturition. Experimental design: The studies were performed in a Saxon dairy farm on 312 cows of the „Holstein Friesian\" breed, randomly performed within one year. 78 cows were administered orally 300 ml ammonium propionate mixed with propylene glycol (C3) daily from 14 days before parturition (a.p.) to 14 days after parturition (p.p.), another 78 cows 100 g of a humic acid drug (HS-FP) or 50 g of humic acid raw material (HS-RS) were administered orally in the same period and dexamethasone-21-isonicotinate (DEXA21) was applied intramuscularly to another 78 cows on the first day p.p. in a dose of 0.02 mg/kg body weight. 78 untreated cows were used as control group. The impact of these administrations on health, performance and metabolism has been measured by clinical examinations and blood tests on 14. day a.p., on 3. and 28. day p.p. (Leukocytes, free fatty acids [ FFS ], bilirubin, beta-0H-butyrate [BHB] , glucose, cholesterol, creatine kinase [CK], aspartate aminotransferase [AST], glutamate dehydrogenase [GLDH], gamma glutaryl transferase [GGT], protein, albumin, Mg, Fe, Ca, inorganic phosphate [Pi] , Na, K) and was verified by detection of health status, milk yield and fertility. Results: The different prophylactic administrations had no significant effect on fertility and health parameters. The absolute and fat- corrected milk yields also showed no statistically reliable differences between experimental groups and control group. Milk protein content in C3 28 days p.p. and milk fat content in DEXA21 and C3 100 days p.p. were significantly increased. Blood control results showed mainly on 3. and 28. day p.p. important differences in metabolic parameters, such as glucose, cholesterol, bilirubin, protein, albumin, Ca, Fe and CK, which are statistically secured. A single dose of dexamethasone-21- isonicotinate on first day p.p. had the best effect on liver and energy metabolism. Three days p.p. glucose, bilirubin, cholesterol, protein, Ca and Fe concentrations performed significantly better in DEXA21 group compared both to control group and all other treatment groups. For albumin and Na concentrations and CK activity that was true with respect to control and C3 group. The use of a humic acid drug, humic acid raw material and ammonium propionate mixed with propylene glycol had positive impact on performance and metabolism compared with control group too, but could be statistically secured in only a few cases. Conclusions: The application of dexamethasone-21-isonicotinate at the first day p.p. significantly stabilizes metabolism in cows after parturition. Similar effects on milk yield and fertility as well as morbidity could not be observed. For humic acid drug, humic acid raw material and ammonium propionate mixed with propylene glycol such effects tended to be recognizable, but cannot be statistically secured. Metabolism can be stabilized in short term stress situations with dexamethasone-21-isonicotinate, general care and feeding must be analyzed and deficiencies have to be eliminated.:Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis .I Abkürzungsverzeichnis IV 1 Einleitung .......................................................................................... 1 2 Literaturübersicht ............................................................................. 3 2.1 Stoffwechsel der Milchkuh im geburtsnahen Zeitraum ....................... 3 2.2 Bovine Ketose .................................................................................... 5 2.3 Fettmobilisationssyndrom ................................................................... 7 2.4 Möglichkeiten der Stabilisierung des Stoffwechsels der Milchkuh im geburtsnahen Zeitraum ...................................................................... 9 2.4.1 Allgemeines zur Stoffwechselstabilisierung ........................................ 9 2.4.2 Energiereiche C3-Verbindungen ...................................................... 11 2.4.2.1 Propionat .......................................................................................... 12 2.4.2.2 Propylenglykol .................................................................................. 14 2.4.2.3 Ammoniumpropionat-Propylenglykol-Gemisch ................................ 15 2.4.3 Huminsäuren .................................................................................... 16 2.4.3.1 Einsatz, Vorkommen, Aufbau ........................................................... 16 2.4.3.2 Effekte .............................................................................................. 16 2.4.3.3 Wirkungsweise im Organismus ........................................................ 17 2.4.3.4 Anwendungen in der Veterinärmedizin ............................................. 18 2.4.3.5 Huminsäurenpräparate ..................................................................... 20 2.4.4 Glukokortikoide................................................................................. 21 2.4.4.1 Aufbau .............................................................................................. 21 2.4.4.2 Wirkungsweise ................................................................................. 21 2.4.4.3 Effekte .............................................................................................. 22 2.4.4.4 Dexamethason-21-isonicotinat ......................................................... 25 3 Tiere, Material und Methoden ........................................................ 27 3.1 Untersuchte Tiere, Betrieb, Fütterung .............................................. 27 3.2 Versuchsanordnung, Gruppeneinteilung .......................................... 28 3.3 Entnahme, Aufbereitung und Aufbewahrung der Blutproben ........... 30 3.4 Bestimmung der Blutparameter, Referenzbereiche ......................... 31 3.4.1 Bestimmung der Leistungs-, Gesundheits- und Fruchtbarkeitsparameter .................................................................. 33 3.5 Statistische Prüfung der ermittelten Daten ....................................... 35 4 Ergebnisse ...................................................................................... 36 4.1 Methodische Aspekte ....................................................................... 36 4.1.1 Wertung der Untersuchungsergebnisse kranker und selektierter Kühe ................................................................................................ 36 4.1.2 Akzeptanz der verabreichten Futterzusatzstoffe .............................. 37 4.2 Klinische Befunde ............................................................................. 38 4.3 Leistungsparameter .......................................................................... 41 4.3.1 Milchleistung .................................................................................... 41 4.3.2 Fruchtbarkeit .................................................................................... 44 4.4 Labordiagnostische Parameter......................................................... 45 4.4.1 Energie-Fett-Leberstoffwechsel ....................................................... 45 4.4.1.1 Glucose ............................................................................................ 45 4.4.1.2 Cholesterol ....................................................................................... 47 4.4.1.3 Bilirubin ............................................................................................ 48 4.4.1.4 Beta-Hydroxy-Butyrat ....................................................................... 49 4.4.1.5 Freie Fettsäuren ............................................................................... 50 4.4.1.6 Aspartat-Amino-Transferase ............................................................ 51 4.4.1.7 Gamma-Glutamyl-Transferase ......................................................... 52 4.4.1.8 Glutamat-Dehydrogenase ................................................................ 53 4.4.2 Eiweißstoffwechsel ........................................................................... 54 4.4.2.1 Gesamtprotein .................................................................................. 54 4.4.2.2 Albumin ............................................................................................ 55 4.4.3 Mineralstoff- und Spurenelementstoffwechsel .................................. 56 4.4.3.1 Natrium ............................................................................................. 56 4.4.3.2 Kalium .............................................................................................. 57 4.4.3.3 Calcium ............................................................................................ 58 4.4.3.4 anorganisches Phosphat .................................................................. 59 4.4.3.5 Magnesium ....................................................................................... 60 4.4.3.6 Eisen ................................................................................................ 61 4.4.4 Muskelstoffwechsel .......................................................................... 62 4.4.4.1 Kreatinkinase ................................................................................... 62 4.4.5 Leukozyten ....................................................................................... 63 5 Diskussion ...................................................................................... 64 5.1 Klinische Parameter ......................................................................... 64 5.1.1 Morbidität ......................................................................................... 64 5.1.2 Milchleistung .................................................................................... 67 5.1.3 Fruchtbarkeit .................................................................................... 70 5.2 Klinisch-chemische Parameter, Stoffwechsel ................................... 71 5.2.1 Wirkung von Huminsäuren auf den Stoffwechsel ............................. 71 5.2.2 Wirkung einer energiereichen C3-Verbindung auf den Stoffwechsel 71 5.2.3 Wirkung von Dexamethason-21-isonicotinat auf den Stoffwechsel .. 74 6 Zusammenfassung ......................................................................... 83 7 Summary ......................................................................................... 85 8 Literaturverzeichnis ....................................................................... 87

Einleitung: Monocarboxylattransporter (MCT) 1 & 4 sind in zahlreichen Geweben als Kotransporter für Monocarboxylate und Protonen beschrieben. Auch im Pansenepithel werden MCT benötigt, um kurzkettige Fettsäuren (SCFA) aus dem Pansenlumen in die Pansenepithelzelle aufzunehmen (MCT4) und um SCFA und deren Metabolite aus der Pansenepithelzelle in das Blut auszuschleusen (MCT1). Die transepitheliale Permeation von SCFA über die Pansenwand ist von enormer Bedeutung, da sie die wichtigste Energiequelle der Wiederkäuer darstellen. Die beteiligten Transportprozesse müssen dementsprechend einer Anpassung an variierende Mengen von SCFA unterliegen. Bisherige Studien bei anderen Spezies deuten auf eine Regulation des MCT1 auf mRNA Ebene über den Peroxisom-Proliferator-aktivierten Rezeptor α (PPARα) hin. Ziele der Untersuchung: Das Ziel dieser Arbeit war herauszufinden, ob MCT1 in ovinen Pansenepithelzellen über PPARα reguliert wird und ob auch MCT4 dieser Regulation unterliegt. Eine gleichzeitige Regulation beider Transporter läge nahe, da sie gemeinsam an der transepithelialen Permeation beteiligt sind. Die Auswirkungen solch einer Regulation auf die Proteinexpression und die Transportleistung der MCT sollte charakterisiert werden. Ebenfalls war das Potenzial der bei erhöhter Kraftfutterfütterung vermehrt anfallenden SCFA Butyrat auf die MCT1 Expression zu untersuchen. Material & Methoden: Aus dem Vorhof von Schafen wurden Pansenepithelzellen gewonnen und entsprechend einer bereits etablierten Methode kultiviert. Nach einer Subkultivierung wurden die Zellen immunzytochemisch mit Antikörpern gegen MCT1, MCT4 und Na+/K+-ATPase untersucht, um deren Lokalisation in den kultivierten Pansenepithelzellen zu bestimmen. Weiterhin erfolgte eine Behandlung mit WY 14.643, einem spezifischen, synthetischen PPARα Agonisten, sowie mit GW 6471, einem Antagonisten des PPARα. Mittels qPCR wurden die relativen mRNA Mengen von MCT1, MCT4, ACO, CPT1A und CACT bestimmt und auf die Referenzgene GAPDH und Na+/K+-ATPase normalisiert. Die Proteinexpression von MCT1 und MCT4 wurde mittels Western Blot bestimmt. Zur funktionellen Quantifizierung wurde der intrazelluläre pH-Wert der Zellen mittels Spektrofluorometrie gemessen und der laktatabhängige Protonentransport als Vergleichswert zwischen den Behandlungen genutzt. Um den MCT-abhängigen Teil des Transportes zu bestimmen, wurde ein spezifischer MCT1 & 4 Inhibitor, die p-Hydroxymercuribenzensulfonsäure (pHMB) eingesetzt. Die Zellen wurden mit Butyrat über einen Zeitraum von 6 und 48 h induziert. Die Erfassung der MCT1 Expression erfolgte mittels semiquantitativer PCR. Ergebnisse: MCT1 & 4 sind sowohl in der Zellmembran als auch intrazellulär in den Pansenepithelzellen lokalisiert. Die mRNA Expressionsdaten konnten zeigen, dass MCT1 und die PPARα Zielgene durch WY 14.643 hochreguliert werden konnten, wohingegen die MCT4 Expression keine eindeutige Antwort auf die Stimulation zeigt. Die Behandlung mit den Antagonisten zeigt eine Abhängigkeit der MCT1 Expression von PPARα, die MCT4 Expression konnte dagegen nicht beeinflusst werden. Mittels pHMB gelang es, den laktatabhängigen Protonenexport fast vollständig zu blocken. Sowohl laktatabhängiger Protonenexport als auch die Proteinexpression zeigten keine Änderung durch WY 14.643 Stimulation. Die Butyratexposition veränderte die Morphologie der Pansenepithelzellen und schien nicht geeignet für Untersuchungen der mRNA Expression zu sein. Schlussfolgerungen: Es konnte in dieser Arbeit erstmals gezeigt werden, dass MCT1 in Pansenepithelzellen über PPARα reguliert wird, nicht aber MCT4. PPARα scheint demnach einer der entscheidenden Angriffspunkte für die Regulation des SCFA Transportes zu sein, dessen natürliche Liganden im Pansen aber noch nicht bekannt sind. Damit legt diese Arbeit den Grundstein für regulative Studien am intakten Pansenepithel. / Introduction: Monocarboxylate transporters (MCT) 1 & 4 are cotransporters of monocarboxylates and protons in a variety of mammalian cell types. In the ruminal epithelium MCT are necessary to transport short-chain fatty acids (SCFA) from the lumen into the ruminal epithelial cell (MCT4) and to discharge SCFA and their metabolites from the cell into the blood (MCT1). Transepithelial permeation of SCFA is of great importance, because they are the main source of energy for ruminants. The regulation of appropriate transport proteins should thus be subject to the adaptation to varying SCFA amounts. Previous studies in other species suggested that gene expression of MCT1 is regulated by peroxisome proliferator-activated receptor α (PPARα), a ligand-activated nuclear receptor. Aims: The aim of the study was to examine if MCT1 in ruminal epithelial cells is regulated by PPARα and furthermore if MCT4 can be regulated by PPARα, as well. A simultaneous regulation seems likely, because both are acting jointly in the transepithelial transporting of SCFA. The implications of such a regulation on protein expression and transport capacity of MCT should be characterized. The effect of butyrate, a SCFA which increases under concentrate feeding, on MCT1 expression was determined. Materials & Methods: Ruminal epithelial cells of sheep were cultivated according to methods previously established. After subcultivation, immunocytochemistry with antibodies against MCT1, MCT4 and Na+/K+-ATPase was performed to determine their localization in ruminal epithelial cells. For studying the influence of PPARα, WY 14.643, a synthetic and selective ligand of PPARα, and GW 6471, a synthetic antagonist of PPARα, were applied to the culture medium of the cells. After processing the specimens, the relative amount of mRNA of MCT1, MCT4 and the target genes ACO, CPT1A and CACT were analyzed by qPCR and normalized on the reference genes GAPDH and Na+/K+-ATPase. Protein abundance of MCT1 & 4 was measured by using the Western Blot method. Functional quantification was measured by the intracellular pH (pHi) of cells using spectrofluorometry as well as comparing the effect of WY 14.643 treatment on lactate-dependent proton export. To determine the MCT-dependent part of the pHi recovery, p-hydroxymercuribenzoic acid (pHMB), a specific inhibitor of MCT1 & 4, was applied. Cells were also treated with butyrate for 6 h and 48 h and the mRNA abundance of MCT1 was analyzed by semiquantitative PCR. Results: Both MCT1 and MCT4 were localized in the cell membrane as well as in the cytoplasm of ruminal epithelial cells. By qPCR it could be demonstrated that the mRNA abundance of MCT1 and PPARα target genes in the ruminal epithelial cells was increased by WY 14.643 in comparison to untreated cells, whereas the response of MCT4 did not yield distinct results. Treatment with the PPARα antagonist pointed out, that MCT1 is influenced by PPARα, but not MCT4. Lactate-dependent proton export was blocked almost completely by pHMB. Both lactate-dependent proton export and protein expression were not altered by WY 14.643 treatment. Butyrate exposure changed the morphology of ruminal epithelial cells and seemed unsuitable for the analysis of mRNA expression. Conclusion: For the first time, it could be demonstrated, that MCT1 in ruminal epithelial cells is regulated by PPARα, but not MCT4. PPARα seems to be a vital target in the rumen for SCFA transport regulation, whose natural triggers have yet to be identified. Furthermore, this study provides the basis for regulative studies on intact ruminal epithelium.

In der Nutztierhaltung besitzt die Erkennung und Vermeidung von Geburtsstörungen beim Rind insbesondere aus ökonomischer Sicht einen hohen Stellenwert. Bei Hochleistungskühen können Schwergeburten eine erhöhte metabolische Belastung im peripartalen Zeitraum reflektieren. Besonders betroffen sind Färsen und Milchkühe mit einer negativen Energiebilanz. Hormon- und Stoffwechselfaktoren sind von zentraler Bedeutung für die Anpassung der Tiere an Veränderungen ihrer Körpermasse und -konstitution. Zur differenzierten Beurteilung metabolischer Belastungen bei Hochleistungskühen im peripartalen Zeitraum wurden mögliche Zusammenhänge zwischen Geburtsverlauf und den stoffwechselrelevanten Parametern Leptin, Insulin-like growth factor-1 (IGF-1) und freien Fettsäuren (FFS) untersucht. Die vorliegende Studie umfasste 28 adulte, hochträchtige (13 primipare, 15 pluripare) Kühe mit Normal- bzw. Schwergeburt. Die Kälber wurden analog zu ihren Müttern ebenfalls 4  Gruppen (Kuhkalb/Normalgeburt; Kuhkalb/Schwergeburt; Färsenkalb/Normalgeburt; Färsenkalb/Schwergeburt) zugeordnet. Die Analyse von Leptin, IGF-1 und FFS im Blutserum erfolgte zwischen dem 16./14. Tag ante partum (a. p.) und dem 14. Tag post partum (p. p.). Leptin und IGF-1 wurden zusätzlich bei den neugeborenen Kälbern ab der Geburt bis 14 Tage p. p. gemessen. Die Hormonkonzentrationen wurden mittels eines Enzymimmunoassays bestimmt. Die FFS-Analysen erfolgten im Labor der Medizinischen Tierklinik mit dem Labor-Automaten HITACHI 912 i (Roche Diagnostics GmbH, Mannheim). Unabhängig vom Geburtsverlauf konnten während des gesamten Untersuchungszeitraums bezüglich der Leptinkonzentrationen keine signifikanten Unterschiede zwischen Färsen und Milchkühen festgestellt werden. Vor allem zur Geburt besteht für alle Erstkalbinnen eine erhöhte metabolische Belastung, da deren IGF-1-Konzentrationen zu diesem Zeitpunkt niedriger (114 ±  40 vs. 158 ±  108 ng/ml) und deren FFS-Konzentrationen signifikant höher lagen (896 ±  273 vs. 705 ±  225 µmol/l, p = 0,05) als bei den Milchkühen. Im Vergleich zu den Kälbern von Milchkühen wiesen Kälber von Färsen 12 Stunden nach der Geburt signifikant höhere IGF-1-Werte (p = 0,05) auf. In Abhängigkeit vom Geburtsverlauf lagen die Leptinwerte bei allen Kühen mit Schwergeburt von Beginn der Untersuchungen bis einen Tag vor der Geburt niedriger als bei den Tiere mit Normalgeburt mit signifikanten Unterschieden am 13. bis 11. Tag a. p. (p = 0,009) und am 7. bis 5. Tag a. p. (p = 0,05). Während des gesamten Untersuchungszeitraums waren keine signifikanten Unterschiede in den Konzentrationen an IGF-1 und FFS zwischen allen Muttertieren mit einem normalen und einem erschwerten Geburtsverlauf festzustellen. Bei pluriparen Kühen mit Schwergeburt wurden im gesamten Untersuchungszeitraum niedrigere Leptinspiegel nachgewiesen als bei Tieren mit Normalgeburt, mit signifikanten Unterschieden a. p. und ab 3. Tag p. p. (p < 0,05 bzw. p < 0,01). Darüber hinaus fanden sich bei pluriparen Kühen mit Dystokie ab der Geburt höhere FFS-Konzentrationen mit signifikanten Unterschieden zur Kalbung (p = 0,05). Die Leptinkonzentrationen der Kälber lagen analog zu den dazugehörigen Muttertieren ab der Geburt bis 14. Tag p. p. bei allen Kälbern von pluriparen Kühen mit Schwergeburt niedriger als bei den normal geborenen Kälbern mit signifikanten Unterschieden am 7. Tag p. p. (p = 0,04). Im Vergleich zu den Färsen mit Normalgeburt hatten diejenigen mit Schwergeburt signifikant höhere Leptinwerte vom 3. bis 14. Tag p. p. (p = 0,004), signifikant niedrigere IGF-1-Konzentrationen am 10. bis 8. Tag a. p., zur Geburt und vom 3. Tag bis 14. Tag p. p. (jeweils p < 0,01) sowie postpartal niedrigere FFS-Konzentrationen mit signifikanten Unterschieden 12 Stunden p. p. (p = 0,008). Kälber von Färsen mit gestörtem Geburtsverlauf wiesen im Vergleich zu den Normalgeburtskälbern 12 Stunden nach der Geburt signifikant niedrigere IGF-1-Werte (p = 0,005) auf. Die vorliegende Studie verdeutlicht den Zusammenhang zwischen einem gestörten Geburtsablauf und veränderten Serumkonzentrationen an Leptin, IGF-1 und FFS. Damit konnte gezeigt werden, dass diese Parameter zur Interpretation von Stoffwechselstörungen bei Hochleistungskühen im peripartalen Zeitraum geeignet sind. / For livestock management, the identification and prevention of dystocia in cattle is of high significance, especially from an economic point of view. Dystocia in the high-yield cows may reflect an increased metabolic disorder during the peripartal period. Heifers and dairy cows with a negative energy balance are particularly affected. For the adaptation of animals to changes in their body mass and constitution, endocrine and metabolic factors are of central importance. To perform a differentiated assessment of metabolic disorders in high-yield cows during the peripartal period, possible relationships between calving and relevant parameters (leptin, insulin-like growth factor1 [IGF-1] and non-esterified fatty acids [NEFA]) were examined. The present study involved 28 adult high-pregnant (13 primiparous, 15 pluriparous) cows with normal birth and dystocia, respectively. Analogous to their mothers, the calves were likewise categorized into four groups (cow calve/ normal birth; cow calve/ dystocia; heifer calve/ normal birth; heifer calve/ dystocia). The analyses of leptin, IGF-1 and NEFA in blood serum were performed from 16/14 day ante-partum (a. p.) to day 14 post-partum (p. p.). Leptin and IGF-1 were additionally determined in all newborn calves from birth to 14 days p. p. Hormone concentrations were measured by enzyme immunoassay (EIA). Analyses of NEFA in dairy cows and heifers were carried out using HITACHI 912i device (Roche Diagnostics GmbH, Mannheim) at the laboratory of Large Animal Clinic for Internal Medicine. Independent of course of parturition, no significant differences between heifers and dairy cows were noticed concerning serum leptin during the entire examination period. Especially around calving time, all heifers were more intensively affected with metabolic disorders based on their lower IGF-1 values (114 ±  40 vs. 158 ±  108 ng/ml) as well as significantly higher NEFA (896 ±  273 vs. 705 ±  225 µmol/l, p = 0.05) compared to dairy cows. Calves of heifers had significantly higher IGF-1 values 12 hours after birth (p = 0.005) than calves of dairy cows. Dependent of course of parturition, all cows with dystocia displayed lower leptin concentrations from the beginning of the examination period to 1 day a. p compared to animals with normal calving with significant differences from day 13 to day 11 a. p. (p = 0.009) and from day 7 to day 5 a. p. (p = 0.05). During the entire examination period, no significant differences in the concentrations of IGF-1 and NEFA were found between all cows with a normal and difficult parturition. In pluriparous cows with difficult parturition lower leptin levels were detected during the entire examination period than in animals with normal calving with significant differences a. p. and from day 3 to day 14 p. p. (p < 0.05 and p < 0.01, respectively). Furthermore, higher NEFA concentrations were found from birth until 14 days p. p. in pluriparous cows with dystocia and significant differences at calving (p = 0.05). Calves of pluriparous cows with dystocia had p. p. lower leptin concentrations in comparison to those with normal births with significant differences on day 7 p. p. (p = 0.04). In comparison to heifers with normal birth, those with dystocia displayed significantly higher leptin levels in the period from day 3 to day 14 p. p. (p = 0.004), significantly lower IGF-1 concentrations (from day 10 to day 8 a. p., at birth and from day 3 to day 14 p. p.; each p < 0.01), as well as lower NEFA levels after birth with significant differences 12 hours p. p. (p = 0.008). Heifer calves with difficult parturition presented significantly lower IGF-1 values 12 hours p. p. (p = 0.005) in comparison to those with normal births. The present study underlines the relationship between dystocia and changed serum concentrations of leptin, IGF-1 and NEFA. In summary, it can be concluded that these parameters are suitable for interpretation of metabolic disorders in high-yielding cattle during peripartal period.

In der Nutztierhaltung besitzt die Erkennung und Vermeidung von Geburtsstörungen beim Rind insbesondere aus ökonomischer Sicht einen hohen Stellenwert. Bei Hochleistungskühen können Schwergeburten eine erhöhte metabolische Belastung im peripartalen Zeitraum reflektieren. Besonders betroffen sind Färsen und Milchkühe mit einer negativen Energiebilanz. Hormon- und Stoffwechselfaktoren sind von zentraler Bedeutung für die Anpassung der Tiere an Veränderungen ihrer Körpermasse und -konstitution. Zur differenzierten Beurteilung metabolischer Belastungen bei Hochleistungskühen im peripartalen Zeitraum wurden mögliche Zusammenhänge zwischen Geburtsverlauf und den stoffwechselrelevanten Parametern Leptin, Insulin-like growth factor-1 (IGF-1) und freien Fettsäuren (FFS) untersucht. Die vorliegende Studie umfasste 28 adulte, hochträchtige (13 primipare, 15 pluripare) Kühe mit Normal- bzw. Schwergeburt. Die Kälber wurden analog zu ihren Müttern ebenfalls 4  Gruppen (Kuhkalb/Normalgeburt; Kuhkalb/Schwergeburt; Färsenkalb/Normalgeburt; Färsenkalb/Schwergeburt) zugeordnet. Die Analyse von Leptin, IGF-1 und FFS im Blutserum erfolgte zwischen dem 16./14. Tag ante partum (a. p.) und dem 14. Tag post partum (p. p.). Leptin und IGF-1 wurden zusätzlich bei den neugeborenen Kälbern ab der Geburt bis 14 Tage p. p. gemessen. Die Hormonkonzentrationen wurden mittels eines Enzymimmunoassays bestimmt. Die FFS-Analysen erfolgten im Labor der Medizinischen Tierklinik mit dem Labor-Automaten HITACHI 912 i (Roche Diagnostics GmbH, Mannheim). Unabhängig vom Geburtsverlauf konnten während des gesamten Untersuchungszeitraums bezüglich der Leptinkonzentrationen keine signifikanten Unterschiede zwischen Färsen und Milchkühen festgestellt werden. Vor allem zur Geburt besteht für alle Erstkalbinnen eine erhöhte metabolische Belastung, da deren IGF-1-Konzentrationen zu diesem Zeitpunkt niedriger (114 ±  40 vs. 158 ± 108 ng/ml) und deren FFS-Konzentrationen signifikant höher lagen (896 ±  273 vs. 705 ±  225 µmol/l, p = 0,05) als bei den Milchkühen. Im Vergleich zu den Kälbern von Milchkühen wiesen Kälber von Färsen 12 Stunden nach der Geburt signifikant höhere IGF-1-Werte (p = 0,05) auf. In Abhängigkeit vom Geburtsverlauf lagen die Leptinwerte bei allen Kühen mit Schwergeburt von Beginn der Untersuchungen bis einen Tag vor der Geburt niedriger als bei den Tiere mit Normalgeburt mit signifikanten Unterschieden am 13. bis 11. Tag a. p. (p = 0,009) und am 7. bis 5. Tag a. p. (p = 0,05). Während des gesamten Untersuchungszeitraums waren keine signifikanten Unterschiede in den Konzentrationen an IGF-1 und FFS zwischen allen Muttertieren mit einem normalen und einem erschwerten Geburtsverlauf festzustellen. Bei pluriparen Kühen mit Schwergeburt wurden im gesamten Untersuchungszeitraum niedrigere Leptinspiegel nachgewiesen als bei Tieren mit Normalgeburt, mit signifikanten Unterschieden a. p. und ab 3. Tag p. p. (p < 0,05 bzw. p < 0,01). Darüber hinaus fanden sich bei pluriparen Kühen mit Dystokie ab der Geburt höhere FFS-Konzentrationen mit signifikanten Unterschieden zur Kalbung (p = 0,05). Die Leptinkonzentrationen der Kälber lagen analog zu den dazugehörigen Muttertieren ab der Geburt bis 14. Tag p. p. bei allen Kälbern von pluriparen Kühen mit Schwergeburt niedriger als bei den normal geborenen Kälbern mit signifikanten Unterschieden am 7. Tag p. p. (p = 0,04). Im Vergleich zu den Färsen mit Normalgeburt hatten diejenigen mit Schwergeburt signifikant höhere Leptinwerte vom 3. bis 14. Tag p. p. (p = 0,004), signifikant niedrigere IGF-1-Konzentrationen am 10. bis 8. Tag a. p., zur Geburt und vom 3. Tag bis 14. Tag p. p. (jeweils p < 0,01) sowie postpartal niedrigere FFS-Konzentrationen mit signifikanten Unterschieden 12 Stunden p. p. (p = 0,008). Kälber von Färsen mit gestörtem Geburtsverlauf wiesen im Vergleich zu den Normalgeburts-kälbern 12 Stunden nach der Geburt signifikant niedrigere IGF-1-Werte (p = 0,005) auf. Die vorliegende Studie verdeutlicht den Zusammenhang zwischen einem gestörten Geburtsablauf und veränderten Serumkonzentrationen an Leptin, IGF-1 und FFS. Damit konnte gezeigt werden, dass diese Parameter zur Interpretation von Stoff-wechselstörungen bei Hochleistungskühen im peripartalen Zeitraum geeignet sind. / For livestock management, the identification and prevention of dystocia in cattle is of high significance, especially from an economic point of view. Dystocia in the high-yield cows may reflect an increased metabolic disorder during the peripartal period. Heifers and dairy cows with a negative energy balance are particularly affected. For the adaptation of animals to changes in their body mass and constitution, endocrine and metabolic factors are of central importance. To perform a differentiated assessment of metabolic disorders in high-yield cows during the peripartal period, possible relationships between calving and relevant parameters (leptin, insulin-like growth factor1 [IGF-1] and non-esterified fatty acids [NEFA]) were examined. The present study involved 28 adult high-pregnant (13 primiparous, 15 pluriparous) cows with normal birth and dystocia, respectively. Analogous to their mothers, the calves were likewise categorized into four groups (cow calve/ normal birth; cow calve/ dystocia; heifer calve/ normal birth; heifer calve/ dystocia). The analyses of leptin, IGF-1 and NEFA in blood serum were performed from 16/14 day ante-partum (a. p.) to day 14 post-partum (p. p.). Leptin and IGF-1 were additionally determined in all newborn calves from birth to 14 days p. p. Hormone concentrations were measured by enzyme immunoassay (EIA). Analyses of NEFA in dairy cows and heifers were carried out using HITACHI 912i device (Roche Diagnostics GmbH, Mannheim) at the laboratory of Large Animal Clinic for Internal Medicine. Independent of course of parturition, no significant differences between heifers and dairy cows were noticed concerning serum leptin during the entire examination period. Especially around calving time, all heifers were more intensively affected with metabolic disorders based on their lower IGF-1 values (114 ± 40 vs. 158 ± 108 ng/ml) as well as significantly higher NEFA (896 ± 273 vs. 705 ± 225 µmol/l, p = 0.05) compared to dairy cows. Calves of heifers had significantly higher IGF-1 values 12 hours after birth (p = 0.005) than calves of dairy cows. Dependent of course of parturition, all cows with dystocia displayed lower leptin concentrations from the beginning of the examination period to 1 day a. p compared to animals with normal calving with significant differences from day 13 to day 11 a. p. (p = 0.009) and from day 7 to day 5 a. p. (p = 0.05). During the entire examination period, no significant differences in the concentrations of IGF-1 and NEFA were found between all cows with a normal and difficult parturition. In pluriparous cows with difficult parturition lower leptin levels were detected during the entire examination period than in animals with normal calving with significant differences a. p. and from day 3 to day 14 p. p. (p < 0.05 and p < 0.01, respectively). Furthermore, higher NEFA concentrations were found from birth until 14 days p. p. in pluriparous cows with dystocia and significant differences at calving (p = 0.05). Calves of pluriparous cows with dystocia had p. p. lower leptin concentrations in comparison to those with normal births with significant differences on day 7 p. p. (p = 0.04). In comparison to heifers with normal birth, those with dystocia displayed significantly higher leptin levels in the period from day 3 to day 14 p. p. (p = 0.004), significantly lower IGF-1 concentrations (from day 10 to day 8 a. p., at birth and from day 3 to day 14 p. p.; each p < 0.01), as well as lower NEFA levels after birth with significant differences 12 hours p. p. (p = 0.008). Heifer calves with difficult parturition presented significantly lower IGF-1 values 12 hours p. p. (p = 0.005) in comparison to those with normal births. The present study underlines the relationship between dystocia and changed serum concentrations of leptin, IGF-1 and NEFA. In summary, it can be concluded that these parameters are suitable for interpretation of metabolic disorders in high-yielding cattle during peripartal period.

Ziel der Arbeit war eine Steigerung der Wasseraufnahme und Harndilution durch Supplementierung von Natriumchlorid (NaCl) oder pH-Wert-Senkung durch Zugabe von Ammoniumchlorid (NH4Cl) zur Reduktion des Harnsteinbildungspotenzials. Durch die NaCl-Zulage wurde die Harnmenge signifikant gesteigert und das spezifische Gewicht des Harns gesenkt. Eine NaCl-Gabe stellt somit einen möglichen ergänzenden therapeutischen Ansatz für eine vermehrte Ausscheidung von Kristallen dar. Eine Ansäuerung des Harns durch Zulage von NH4Cl ließ sich nicht erreichen.

Introduction: Microbial fermentation of carbohydrates in forestomach of ruminants produces large amounts of short-chain fatty acids (SCFA, mainly acetic acid, propionic acid, and n-butyric acid). The majority of these substrates is taken up directly across the ruminal wall. After luminal uptake into the epithelial cells, SCFA mainly occur in the dissociated form due to the intracellular pH of ~7.4. Moreover, a big portion of SCFA is metabolised within the cytosol. Main end products of epithelial SCFA metabolism are ketone bodies (D-3-hydroxybutyric acid and acetoacetic acid) and lactic acid. Both intact SCFA and ketone bodies and lactate need to be efficiently extruded from the ruminal epithelial cells to prevent a lethal drop of intracellular pH and counteract osmotic load of the cytosol. All these substances are less lipophilic in comparison to the undissociated form of SCFA. Thus, dissociated SCFA (SCFA-) and their metabolites need Protein mediated mechanisms for the extrusion across the basolateral side of ruminal epithelium. One mechanism suggested to be involved in the extrusion of SCFA- across basolateral membrane of the ruminal epithelium is the monocarboxylate transporter 1 (MCT1). Functionally, MCT1 was first assumed to operate as proton-coupled transporter for monocarboxylates including SCFA. Nonetheless, a recent study found a bicarbonate dependent anion exchange mechanism which turned out to be sensitive to MCT1 Inhibitors at the basolateral side of the ruminal epithelium pointing to the ability of MCT1 to act as an anion exchanger. However, in these experiments the inhibition of MCT1 abolished bicarbonate dependent transport only by half. This suggests the involvement of further anion exchanger(s) in the transport of SCFA across the basolateral membrane of ruminal epithelium. Promising candidates to underlie this exchange are the putative Anion exchanger 1 (PAT1) and a transport protein designated „down-regulated in adenoma“ (DRA). Materials and Methods: Sheep rumen epithelium was mounted in Ussing Chambers under short-circuit conditions. Radioactively labelled acetate (ac) was added to the serosal side. Serosal to mucosal flux of ac (Jsm ac) was measured with or without anion Exchange inhibitors (50 mM NO3- or 1 mM DIDS) or the MCT1 inhibitor p-hydroxy mercuribenzoic acid (pHMB; 1.5 mM) in the serosal buffer solution. The inhibitors were added alone or in combination with each other. Furthermore, mucosal to serosal flux of radioactivelly labelled ac or butyrate (bu) (Jms ac, bu) was measured in the presence or absence of SO42-, Cl- or NO3- (50 mM respectively) as exchange substrate in the serosal buffer solution. Immunohistochemical staining was conducted to locate PAT1 and DRA by use of commercially available antibodies. Results: NO3- and pHMB significantly reduced Jsm ac by 57 % and 51 %, respectively. When pHMB was applied after pre-incubation with NO3- an additional inhibition of Jsm ac was observed. Vice versa, NO3- further inhibited Jsm ac when epithelia were pre-incubated with pHMB before. DIDS had no inhibitory effect on SCFA flux. Serosal presence of SO42- or Cl- enhanced Jms ac significantly. Regarding bu, Cl- or SO4 2- also enhanced Jms bu significantly. The different anions available in the serosal buffer solution numerically enhanced Jms in the order of SO4 2- > Cl- for both ac and bu, which corresponds to the known affinity sequence of PAT1 and DRA. Immunohistochemistry revealed localization of PAT 1 in the stratum basale, whereas DRA was not detectable using this method. Conclusions: Basically, this study supports the suggestion that MCT1 works as an Anion exchanger in ruminal epithelium. In addition, it clearly shows that there is at least one further anion exchanger involved in the basolateral extrusion of SCFA and their metabolites. The functional and immunohistochemical findings suggest that PAT1 holds a significant role in this respect.:1 Introduction 1 2 Literature Review 3 2.1 Importance of short-chain fatty acid production of ruminants 3 2.2 Apical uptake of short-chain fatty acids from the rumen 5 2.2.1 Apical uptake of undissociated SCFA from the rumen 6 2.2.2 Apical uptake of dissociated fatty acids from the rumen 8 2.3 Intraepithelial metabolism of short-chain fatty acids 9 2.4 Mechanisms for the basolateral discharge of the short-chain fatty acids 11 2.4.1 Basolateral extrusion of short-chain fatty acids in other gastrointestinal tract epithelia 12 2.4.2 Basolateral extrusion of short-chain fatty acids in ruminal epithelium 14 2.4.3 Further candidate proteins for extrusion of SCFA- in exchange for HCO3 - 19 2.4.3.1 Putative Anion transporter 1 (PAT1 = SLC26A6) 19 2.4.3.2 Down-regulated in adenoma (DRA = SLC26A3) 21 2.4.3.3 Anion exchanger 2 (AE2 = SLC4A2) 22 2.5 Literature implications for this study 23 3 Materials and Methods 24 3.1 Animals 24 3.2 Ussing chamber studies 24 3.2.1 Buffer solutions 24 3.2.2 Preparation of ruminal epithelium 25 3.2.3 Incubation 25 3.2.4 Electrophysiological parameters 26 3.3 Experimental procedure 27 3.3.1 Determination of the unidirectional SCFA flux rate 29 3.4 Experimental Setups 30 3.4.1 Sensitivity of Jsm ac to inhibitors 30 3.4.1.1 Effect of nitrate and pHMB on Jsm ac 30 3.4.1.2 Effect of DIDS, NO3 - and pHMB on Jsm ac 31 3.4.2 Effect of the basolateral replacement of the anions on the extrusion of SCFA 32 3.4.2.1 Effect of Cl- and NO3 - on Jms of acetate and butyrate 32 3.4.2.2 Effect of SO4 2- on Jms of acetate and butyrate 32 3.4.3 Effect of different anions available in the serosal solution on Jms of acetate and butyrate 33 3.5 Immunohistochemistry 34 3.5.1 Preparation of the samples. 34 3.5.2 Fixation and staining of the samples. 34 3.5.3 Evaluation 35 3.6 Statistical analysis 36 4 Results 37 4.1 Inhibitors sensitivity 37 4.1.1 Effect of nitrate and pHMB on Jsm ac 37 4.1.2 Effect of DIDS, pHMB and NO3 - on Jsm ac 41 4.2 Effect of Cl- and NO3 - on Jms of acetate and butyrate 43 4.2.1 Effect of SO4 2- on Jms of acetate and butyrate 44 4.3 Effect of Cl-, NO3 - or SO4 2- when present in the serosal solution for 150 min 49 4.4 Immunohistochemistry 52 5 Discussion 54 5.1Ussing chamber experiments 56 5.1.1 Effect of Cl- and NO3 - on Jms of acetate 56 5.1.2 Effect of nitrate and pHMB on Jsm of acetate 57 5.1.3 Effect of DIDS, pHMB or NO3 - on Jsm of acetat 58 5.1.4 Effect of SO4 2- on Jms of acetate 59 5.1.5 Comparison between different anions as exchange substrate for the basolateral extrusion of acetate 60 5.2 Immunohistochemistry 62 5.3 Comparison between basolateral extrusion of butyrate and acetate 62 5.4 Conclusions 64 6 Summary 66 7 Zusammenfassung 68 8 References 70 Ac Aknowledgements

Zur Kontrolle und Steigerung der Fruchtbarkeitsleistung von hochleistenden Milchkühen muss eine frühzeitige, sichere Methode zur Feststellung einer Trächtigkeit erfolgen. Neben der transrektalen Ultraschalldiagnostik als direkte Methode gibt es hierzu über den Nachweis boviner trächtigkeitsassoziierter Glykoproteine (bovine Pregnancy Associated Glycoproteins = bPAGs) eine indirekte, genauso früh einsetzbare Methode. Über einen Hauptversuch sollten die Praktikabilität sowie die Sensitivität und Spezifität eines laborungebundenen blutbasierten bPAG-Trächtigkeitstests unter Feldbedingungen ermittelt werden. In Teilversuchen sollten die Haltbarkeit des bPAG in kühl- und gefriergelagerten Proben beurteilt werden. Zudem sollten die Testergebnisse von unbesamten Kühen post partum (p.p.) und früh wiederbesamten Kühen unter 60 Tagen p.p. vor dem Hintergrund vorliegender Rest-bPAG-Mengen der zurückliegenden Trächtigkeit analysiert werden. Im Hauptversuch befanden sich von Juli bis Dezember 2014 109 Kühe zweier Betriebe in Mecklenburg Vorpommern. Voraussetzung war, dass sich die Tiere mindestens 60 Tage p.p. befanden, um falsch positive Ergebnisse durch noch im Blut zirkulierende bPAGs der zurückliegenden Trächtigkeit auszuschließen. Bei dem zu validierenden „IDEXX Visual Pregnancy Test“ handelt es sich um einen indirekten Antigen-Capture ELISA, welcher bPAGs im Blutserum oder im EDTA-Plasma tragender Rinder nachweist. Verlässliche Ergebnisse sind laut Herstellerangabe erstmalig ab 28 Tagen post inseminationem (p.i.) möglich. Die Testergebnisse werden visuell im Vergleich mit parallel angesetzten Positiv- und Negativkontrollen zugeordnet. Als Goldstandard wurde in der Feldstudie bei jedem Tier eine erste Trächtigkeitsuntersuchung 28 Tage p.i., eine zweite 35 Tage und eine dritte nach dem 45. Tag p.i. mit transrektaler Sonografie vorgenommen. Während der ersten beiden Befundungen erfolgte eine Blutprobenentnahme aus der V. caudalis mediana und eine Untersuchung mit dem „IDEXX Visual Pregnancy Test“. Eine dritte Blutprobenentnahme (>45 Tage p.i.) wurde veranlasst, sofern das Testergebnis am Tag 35 nicht mit dem Ergebnis der transrektalen Sonografie übereinstimmte bzw. die visuelle Zuordenbarkeit des Testergebnisses nicht eindeutig möglich war. Im Hauptversuch lag die Trächtigkeitsrate bei 51,4% (56 von 109) und 48,6% (53 von 109) nicht tragenden Tieren. Alle 56 mittels transrektaler Sonografie als tragend diagnostizierten Kühe wurden ohne Ausnahme korrekt vom Trächtigkeitstest ebenfalls als positiv getestet. Folglich betrug die Sensitivität des Tests 100%. Bei 48 von 53 sonografisch nicht für tragend befundenen Tieren stimmte dies mit dem bPAG-Bluttest überein. Fünf Probandinnen wiesen 28 Tage p.i. ein falsch positives Testergebnis auf, welches bei zwei Kühen auch bei der dritten Testdurchführung am 47. bzw. am 49. Tag p.i. unverändert eine Trächtigkeit falsch anzeigte. Somit betrug die Spezifität 90,6%. Des Weiteren wurden Gütekriterien-Validationen mittels positivem und negativem prädiktivem Wert sowie über das positive und negative Wahrscheinlichkeitsverhältnis und die Genauigkeit durchgeführt. Es resultierten jeweils sehr gute Werte hieraus. Die Teilversuche ergaben eine gute Haltbarkeit des bPAG auch bei vorheriger Kühl- oder Gefrierlagerung der Blutproben. Die bPAG aus der zurückliegenden Trächtigkeit blieben teils bis einschließlich Tag 55 p.p. nachweisbar. Der Zeitaufwand für den Bluttest betrug mindestens 175 Minuten pro Testdurchlauf; davon fielen 105 Minuten auf die eigentliche Testdurchführung. Je kleiner die Probenanzahl pro Testserie, desto teurer wird jeder einzelne Trächtigkeitstest pro Tier aufgrund der jeweils doppelt mit anzusetzenden Positiv- und Negativkontrollen. Der Trächtigkeitstest ist somit nur für größere Tierarztpraxen geeignet, die die nötige personelle Ausstattung und eine genügend große Anzahl an Trächtigkeitsuntersuchungen pro Testdurchlauf garantieren können. Aufgrund in Frage kommender falsch positiver Ergebnisse, aller Voraussicht nach dem späten embryonalen Fruchttod zuzuschreiben, wird eine direkte manuelle und/oder transrektal sonografische Nachuntersuchung zumindest aller am 28. Tag p.i. positiv getesteten Kühe nach dem 45. Tag p.i. für zwingend notwendig erachtet.

Im Rahmen einer Kaufuntersuchung beim Pferd ist es von besonderem Interesse leistungsmindernde Faktoren aufzudecken. Dem Tierarzt stehen zu diesem Zwecke sowohl standardisierte Protokolle für die Durchführung der klinischen Untersuchung als auch der „Leitfaden für die röntgenologische Beurteilung bei der Kaufuntersuchung“ (Röntgenleitfaden 2007)zur Verfügung. Bezüglich der Anzahl der im Rahmen einer Kaufuntersuchung angefertigten Röntgenaufnahmen gibt es fortwährende Diskussionen. Besonders deutlich wird diese Problematik im internationalen Vergleich. Jedes Land, zum Teil auch die verschiedenen Zuchtverbände, verlangen unterschiedliche Standardaufnahmen. Ziel der Arbeit war die Überprüfung der Darstellbarkeit röntgenologischer Befunde im Bereich des Fesselgelenks, der Gleichbeine und des Fesselbeins, durch die im Röntgenleitfaden 2007 angegebene Standardaufnahme „Zehe 90°“ und die daraus resultierende Einteilung in Röntgenklassen. Es sollte geprüft werden wie sich die Einteilung der Röntgenklasse nach einer computertomographischen Darstellung und Befundung ändert. Von besonderem Interesse waren zusätzlich solche Befunde, die röntgenologisch nicht darstellbar waren, aber in der CT-Untersuchung gefunden werden konnten. Zur Untersuchung wurden 200 distale Gliedmaßen von 51 niedersächsischen Schlachtpferden röntgenologisch, computertomographisch und makroskopisch im Frisch- und Knochenpräparat herangezogen. Die Pferde wurden anhand der röntgenologischen Übersichtsaufnahme „Zehe 90°“ nach dem Schema des Röntgenleitfadens 2007 in Klassen eingeteilt. Anschließend erfolgte eine computertomographische Untersuchung. Ausgewertet wurden diese Bilder an einer Workstation, welche die Möglichkeit verschiedenster Rekonstruktionen bietet. Nachfolgend wurden die Pferde aufgrund der in der CT gefundenen Veränderungen in ihren Röntgenklassen korrigiert. Befunde, die nicht im Röntgenleitfaden aufgeführt sind, wurden gesondert betrachtet und im Rahmen einer Modellrechnung ausgewertet. Diese Modellrechnung betrachtet computertomographische Befunde, deren Detektion auch in einer röntgenologischen 0°Aufnahme der distalen Gliedmaße theoretisch zu erwarten gewesen wären. Diese Befunde wurden dann in die Klassifizierung der einzelnen Pferde einbezogen, um den Nutzen einer solchen zusätzlich zu der Standardaufnahme (Zehe 90°) angefertigten Röntgenaufnahme zu beurteilen. Im Anschluss wurden alle röntgenologischen und computertomographischen Befunde im Frisch bzw. Knochenpräparat aufgesucht und photographisch festgehalten. Fokus aller Untersuchungen war stets die Fesselgelenkregion sowie das distale Fesselbein. Die Einteilung der Pferde in eine bestimmte Röntgenklasse anhand ihrer Befunde im Fesselgelenkbereich änderte sich bei 84,31 % (n=51) der Pferde nicht, oder nur bis zu einer halben Röntgenklasse. Die meisten Pferde (43,14 %, n=51) der untersuchten Population ließen sich aufgrund ihrer Befunde im Fesselgelenk in Anlehnung an den Röntgenleitfaden 2007 in die Zwischenklasse II-III einordnen. Auch im Bereich der gesamten distalen Gliedmaße war es möglich 82,36 % (n=51), der Pferde röntgenologisch in eine Röntgenklasse einzuteilen, so dass sich auch nach der computertomographischen Untersuchung keine Veränderung, oder nur eine Änderung um eine halbe Klasse ergaben. Die als Goldstandard verwendete Computertomographie, erlaubte in dieser Arbeit die Annahme einer hypothetisch angefertigten 0° Aufnahme der Fesselgelenkregion. Diese Aufnahme ermöglicht vor allem die Detektion zystoider Defekte im Bereich der distalen Gliedmaße und führt zu einer Erhöhung der Anzahl der Pferde, die sich nicht in ihrer Röntgenklasse verändern, von 66,70 % auf 78,43 %.

Einleitung: Der frühzeitigen Detektion pulmonaler Rundherde kommt eine Schlüsselrolle bei neoplastischen Erkrankungen von Hund und Katze zu, indem sie maßgeblich Prognose und Behandlungsoptionen beeinflusst. Ziel unserer ersten Studie war, die aktuelle diagnostische Wertigkeit und mögliche Limitationen der klassischen Röntgenuntersuchung bei der Detektion pulmonaler Rundherde darzustellen. Unsere zweite Untersuchung beschäftigt sich mit dem Ziel der computerassistierten Detektion (CAD) und deren Einsatz in der Tiermedizin. Material und Methoden: Der Untersuchungszeitraum umfasste die Jahre 2005–2011. In die erste Studie wurden Hunde und Katzen mit pulmonalen Rundherden aufgenommen, an denen zunächst eine klassische Röntgenuntersuchung und anschließend innerhalb von 14 Tagen eine computertomographische Untersuchung (CT) durchgeführt wurde. Neben der Darstellung möglicher Limitationen der klassischen Röntgenuntersuchung wurde auch deren Sensitivität hinsichtlich des Vorliegens pulmonaler Rundherde im Vergleich zur CT als Goldstandard untersucht. Gemäß den Einschlusskriterien wurden 50 Hunde und 20 Katzen in die erste Studie aufgenommen. Die zweite Untersuchung beschäftigt sich mit der Sensitivität eines computerassistierten Detektionssystems sowie dessen möglichen Mehrgewinns für den Radiologen bei der Detektion pulmonaler Rundherde in der Tiermedizin. Darüber hinaus wurden die möglichen Limitationen eines solchen Systems untersucht. In die Untersuchung wurden nicht nur Tiere mit Rundherden eingeschlossen, sondern auch solche mit Massen (Herde größer 3 cm). Ausgeschlossen waren Patienten mit mehr als 50 Rundherden pro Lungenhälfte sowie Rundherde/Massen, die vollständig in Atelektasen eingebettet waren. Gemäß den Einschlusskriterien wurden bei 51 Hunden und 16 Katzen insgesamt 586 Rundherde als Referenzwert für die CAD zugrunde gelegt. Ergebnisse: Als ein Ergebnis aus der vorliegenden ersten Studie zeigt sich für die Projektionsradiographie eine Detektionsrate von insgesamt 61 % (64 % für Hunde und 55 % für Katzen) verglichen mit der CT als Goldstandard. Gründe für eine fehlende Detektion liegen vor allem darin, dass die Röntgenuntersuchung im Ergebnis ein Summationsbild liefert. Daneben spielt auch die Rundherdgröße eine (untergeordnete) Rolle. Das in der zweiten Studie eingesetzte Detektionssystem zur computerassistierten Detektion pulmonaler Rundherde wies für die Tiermedizin eine Sensitivität von 69,4 % auf. Gleichzeitig wurde eine hohe Anzahl falsch positiver sowie falsch negativer Befunde durch die CAD verzeichnet. Dennoch ließ sich durch den Einsatz der CAD die Sensitivität von Untersucher 1 von 89,2 % auf 94,7 % steigern, die von Untersucher 2 von 87,4 % auf 90,8 %. Schlussfolgerungen: Aufgrund der engen Einschlusskriterien dieser Studie kann für die Detektion pulmonaler Rundherde in der Projektionsradiographie als Mindestwert die hier ermittelte durchschnittliche Sensitivität von 61 % zugrunde gelegt werden. Die klassische Röntgenuntersuchung eignet sich weiterhin als erstes bildgebendes Verfahren für die pulmonale Rundherddetektion, für ein genaues Staging sollte allerdings die CT angewandt werden. Für eine fehlende Rundherddetektion war nicht primär die geringe Größe der Rundherde ursächlich, sondern vielmehr Begleiterkrankungen, die mit einer Transparenzminderung der Lunge einhergingen. Daher sollte insbesondere dann die CT zum Einsatz kommen, wenn zusätzliche Veränderungen wie beispielsweise ein Pleuraerguss vorliegen. Für die Detektion pulmonaler Rundherde in der CT-Untersuchung gilt, dass die Sensitivität des Radiologen grundsätzlich durch ein automatisches Detektionssystem gesteigert werden kann. Somit eignet es sich insbesondere dann, wenn kein zweiter radiologischer Befunder vorhanden ist. Allerdings weist die CAD eine sehr hohe Anzahl falsch positiver sowie einige falsch negative Befunde auf, so dass sich für ihren routinemäßigen Einsatz in der Tiermedizin derzeit noch Limitationen ergeben.:Inhaltsverzeichnis 1 EINLEITUNG 1 2 LITERATURÜBERSICHT 3 2.1 Neoplasien der Lunge bei Hund und Katze 3 2.2 Bildgebende Diagnostik bei pulmonalen Neoplasien 7 2.2.1 Definition des pulmonalen Rundherdes 13 2.2.2 Detektion von pulmonalen Rundherden in der Projektionsradiographie 15 2.2.3 Detektion von pulmonalen Rundherden in der CT-Untersuchung 17 2.2.4 Stellenwert der computerassistierten Detektion zur Erkennung pulmonaler Rundherde 18 3 PUBLIKATIONEN 20 3.1 Vergleich von Projektionsradiographie und Computertomographie zur Detektion pulmonaler Rundherde bei Hund und Katze 20 3.2 CT-Untersuchungen zur computerassistierten Detektion von pulmonalen Rundherden bei Hund und Katze 28 4 DISKUSSION 36 4.1 Diskussion der Methodik 36 4.2 Diskussion der Ergebnisse 45 5 ZUSAMMENFASSUNG 50 6 SUMMARY 52 7 LITERATURVERZEICHNIS 54 / Introduction: The early detection of pulmonary nodules plays a key role in neoplastic conditions of dogs and cats substantially influencing prognosis and therapy options. The aim of our first study was to outline the actual diagnostic value as well as the potential limitations of projection radiography for detection of pulmonary nodules. Our second study addresses the newer aspect of computer assisted detection (CAD) and its possible application in veterinary medicine. Materials and methods: The investigation period was between 2005 and 2011. In our first study we included those dogs and cats with pulmonary nodules that underwent a radiographic examination as well as a computed tomographic examination (CT) within a period of 14 days. Aside from the description of possible limitations of projection radiography, we also evaluated its sensitivity for detection of pulmonary nodules compared to CT as gold standard. According to the inclusion criteria 50 dogs and 20 cats were admitted to this study. The second study dealt with the sensitivity of a computer assisted detection system and its potential benefit for radiologists for the detection of pulmonary nodules in veterinary medicine. Furthermore, we outlined possible limitations of the detection system. This study not only comprised dogs and cats with pulmonary nodules, but also those with pulmonary masses (i.e. nodules > 3 cm). We excluded patients with more than 50 nodules either in the right or the left lung as well as nodules/masses embedded in a massive atelectasis. According to our inclusion criteria, we determined 586 nodules in total, distributed on 51 dogs and 16 cats used as reference value for the CAD. Results: As one result of our first study, we found a detection rate of 61 % (64 % for dogs and 55 % for cats) for projection radiography in comparison to CT as gold standard. Reasons for a missing detection of pulmonary nodules are predominantly limitations that come along with superimpositions using projection radiography; apart from that, nodule size is of some subsidiary meaning. The detection system for the computer assisted detection of pulmonary nodules used in the second study showed a sensitivity of 69.4 % in veterinary medicine. Additionally a high number of false positive findings as well as false negative findings was detected by CAD. However, due to the use of CAD the sensitivity of examiner 1 increased from 89.2 % to 94.7 %, the sensitivity of examiner 2 increased from 87.4 % to 90.8 %. Conclusions: Based on the strict inclusion criterion in this study the average sensitivity of 61 % can be used as a minimum for the detection of pulmonary nodules using radiographs. Projection radiography is suitable as first line diagnostic tool for the detection of pulmonary nodules. For accurate tumor staging CT should be used. Since predominant reasons for a missing detection of pulmonary nodules consisted of limitations that come along with superimpositions (like pleural effusion) CT is especially recommended in those cases. In general, the sensitivity of radiologists can be improved by an automatic detection system concerning the detection of pulmonary nodules using CT. Especially in those cases, when no second reader is available, CAD is suitable. However, the CAD system we used herein yielded a high number of false positive findings as well as false negative findings; therefore, its use in veterinary medicine on a routine basis still has some limitations.:Inhaltsverzeichnis 1 EINLEITUNG 1 2 LITERATURÜBERSICHT 3 2.1 Neoplasien der Lunge bei Hund und Katze 3 2.2 Bildgebende Diagnostik bei pulmonalen Neoplasien 7 2.2.1 Definition des pulmonalen Rundherdes 13 2.2.2 Detektion von pulmonalen Rundherden in der Projektionsradiographie 15 2.2.3 Detektion von pulmonalen Rundherden in der CT-Untersuchung 17 2.2.4 Stellenwert der computerassistierten Detektion zur Erkennung pulmonaler Rundherde 18 3 PUBLIKATIONEN 20 3.1 Vergleich von Projektionsradiographie und Computertomographie zur Detektion pulmonaler Rundherde bei Hund und Katze 20 3.2 CT-Untersuchungen zur computerassistierten Detektion von pulmonalen Rundherden bei Hund und Katze 28 4 DISKUSSION 36 4.1 Diskussion der Methodik 36 4.2 Diskussion der Ergebnisse 45 5 ZUSAMMENFASSUNG 50 6 SUMMARY 52 7 LITERATURVERZEICHNIS 54

Einleitung Der Einsatz von Stammzellen als Grundlage neuer therapeutischer Strategien wird bereits seit über 25 Jahren intensiv erforscht. Stammzellen sind in der Lage, in verschiedene funktionale Zelltypen auszudifferenzieren und verfügen über ein enormes Proliferationspotential (NAM et al. 2015). Ausgehend von den Fähigkeiten von Stammzellen sehen Forscher und Kliniker erstmals eine realistische Möglichkeit, kurative Therapieoptionen für Erkrankungen zu entwickeln, die bisher als schwer behandelbar oder sogar unheilbar angesehen wurden. Davon könnten insbesondere Patienten chronisch-degenerativer neurologischer und zerebrovaskulärer Erkrankungen, einschließlich der großen Anzahl an Schlaganfallopfern, profitieren. Schlaganfälle repräsentieren eine der häufigsten Todesursachen in der westlichen Welt (LOPEZ et al. 2006). Ein Drittel der betroffenen Patienten verstirbt innerhalb eines Jahres, während etwa 40% von dauerhaften Behinderungen betroffen sind (MOZAFFARIAN et al. 2015). Trotz intensiver Forschung existieren neben der systemischen Thrombolyse, die auf einen engen Zeitraum von maximal 4,5 Stunden nach dem Akutereignis beschränkt ist, keine zugelassenen Therapieoptionen (HACKE et al. 2008, SAVER et al. 2009). Zelltherapeutische Strategien zur Behandlung des Schlaganfalls werden daher als besonders vielversprechend angesehen (ANDRES et al. 2011). Neben den bereits gesicherten Erkenntnissen zur stammzelltherapeutischen Sicherheit und Wirksamkeit aus Studien unter Einsatz gängiger Nagermodellen (BLISS et al. 2006, JOO et al. 2013) wird insbesondere die Überprüfung der Wirksamkeit an geeigneten Großtiermodellen gefordert, die die Situation des menschlichen Schlaganfallpatienten möglichst realistisch wiedergeben sollen (SAVITZ et al. 2011). Eine Voraussetzung für die erfolgreiche Testung eines zelltherapeutischen Ansatzes in einem Großtiermodell mit fokaler zerebraler Ischämie besteht darin, ein langfristiges Überleben xenogener Zelltransplantate durch ein geeignetes Immunsuppressionsprotokoll zu erreichen. Die Notwendigkeit einer Immunsuppression besteht darin, dass sowohl allo- als auch xenogene Transplantate eine Immunantwort beim Empfänger auslösen und somit zu einer Abstoßungsreaktion führen können (JANEWAY 2002). Die Anwendung von immunsuppressiven Medikamenten geht dabei aber häufig mit Nebenwirkungen einher. Insbesondere beim Schaf existiert jedoch nur eine limitierte Datenlage zu immunsuppressiven Protokollen und deren Nebenwirkungen. Ziele der Untersuchung Das Ziel der vorliegenden Studie bestand darin, eine xenogene Transplantation von fetalen humanen neuralen Progenitorzellen (fhNPZ) in einem gesunden Schafsmodell durchzuführen, um die Wirksamkeit in Hinblick auf das Transplantatüberleben und die Nebenwirkungen einer Immunsuppression mittels Cyclosporin A (CsA) zu untersuchen. Materialien und Methoden Hierfür wurden je 5 Schafe in zwei Gruppen über einen Zeitraum von 64 Tagen immunsupprimiert (iCsA: 3 mg CsA/kg 2x tägl. bis einschließlich Tag 36, danach 3 mg CsA/kg 1x tägl. jeden 3. Tag; kCsA: kontinuierlich 3 mg CsA/kg 2x tägl.), während eine Kontrollgruppe (Kon) von ebenfalls 5 Tieren keine Immunsuppression erhielt. Am Versuchstag 22 wurde den Schafen eisenmarkierte fhNPZ (Eisenkonzentration: 3,0 mM, ca. 200.000 Zellen pro Transplantationsposition) stereotaktisch in das gesunde Gehirn transplantiert. Aufgrund der Eisenmarkierung der Stammzellen konnten diese an den Versuchstagen 23, 36 und 64 mittels 3,0 MRT-Aufnahmen in vivo überwacht und anschließend ex vivo das Überleben der fhNPZ im Schafhirn 42 Tage nach Transplantation histologisch untersucht werden. Für die Untersuchungen zu Wirkspiegeln und Nebenwirkungen von CsA im Schaf wurden den Versuchstieren innerhalb des Versuchszeitraums regelmäßig Blutproben entnommen und am Versuchsende eine pathologische und histologische Untersuchung von Leber und Nieren durchgeführt. Ergebnisse Bei den durchgeführten Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass die CsA-Wirkspiegel im Blut bei der kCsA (424,0 ± 135,0 ng/ml) signifikant höher waren im Vergleich zur iCsA (198,5 ± 155,9 ng/ml). Diese Unterschiede besaßen jedoch keinen Einfluss auf das Langzeitüberleben der transplantierten fhNPZ. In keiner der drei Versuchsgruppen konnten vitale Zellen 42 Tage nach der Transplantation aufgefunden werden. Die Untersuchung der Nebenwirkungen von CsA ergab, dass die Langzeitgabe von CsA Anzeichen für einen hämatologischen Einfluss zeigt. Ebenso konnte sowohl eine hepatotoxische, als auch eine nephrotoxische Wirkung von CsA beim Schaf nachgewiesen werden. Schlussfolgerungen Schlussfolgernd kann zusammengefasst werden, dass die Gabe von 3 mg CsA/kg 2x tägl. nicht suffizient einer Abstoßungsreaktion xenogener ins Schafhirn transplantierter fhNPZ entgegenwirkt. Für das Ziel einer suffizienten zelltherapeutischen Anwendung im Schaf nach einem Schlaganfall sind somit weitere Untersuchungen zu einer wirksamen Immunsuppression beim Schaf und zu einem verbesserten Transplantatüberleben notwendig. Desweiteren konnten klinische und pathologische Nebenwirkungen beim Schaf durch die Langzeitgabe des Immunsuppressivums CsA festgestellt werden.:INHALTSVERZEICHNIS .................................................................................................................... I ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS ....................................................................................................... VI 1 EINLEITUNG .............................................................................................................................. 1 2 LITERATURÜBERSICHT ......................................................................................................... 2 2.1 Klassifikation von Stammzellen ......................................................................................... 2 2.2 Tierexperimentelle Stammzelltherapie beim Schlaganfall .............................................. 5 2.2.1 Hintergrund der translationalen Forschung am Tiermodell ............................................... 5 2.2.2 Tiermodelle der fokalen zerebralen Ischämie .................................................................... 6 2.2.3 Das Schaf als Großtiermodell ............................................................................................ 7 2.2.4 Transplantation fhNPZ als zelltherapeutischer Ansatz nach fokaler zerebraler Ischämie . 8 2.2.4.1 Die In-vivo-Überwachung von in Schafhirne transplantierten fhNPZ .......................... 9 2.2.4.2 Der immunhistochemische Nachweis vitaler humaner Zellen ex vivo im Schafhirn .. 11 2.3 Immunsuppression nach der Transplantation von Stammzellen .................................. 12 2.3.1 Wirkmechanismen des angeborenen und erworbenen Immunsystems ........................... 12 2.3.2 Immunantwort nach Transplantation ............................................................................... 12 2.3.3 Wirkstoffklassen von Immunsuppressiva ........................................................................ 14 2.3.4 Cyclosporin A .................................................................................................................. 16 2.3.4.1 Wirkmechanismus von Cyclosporin A ........................................................................ 16 2.3.4.2 Pharmakokinetik und Metabolisierung von Cyclosporin A ........................................ 16 2.3.4.3 Applikation und Dosierung von Cyclosporin A .......................................................... 17 2.3.4.4 Nebenwirkungen und Toxizität von Cyclosporin A .................................................... 17 2.3.4.5 Anwendung von Cyclosporin A in der tierexperimentellen Forschung ...................... 18 2.4 Fragestellung und Versuchsziele der Dissertation .......................................................... 19 3 TIERE, MATERIAL UND METHODEN ............................................................................... 20 3.1 Zellkultur ............................................................................................................................ 20 3.1.1 Zellkulturmedien und Zusammensetzung ........................................................................ 20 3.1.2 Auftauen und Aussaat der Zellen .................................................................................... 20 3.1.3 Ablösen der Zellen ........................................................................................................... 21 3.1.4 Zellzählung mittels Trypanblautest ................................................................................. 21 3.1.5 Passagieren der Zellen ..................................................................................................... 21 3.1.6 Eisenmarkierung der Zellen ............................................................................................. 22 3.1.7 Proliferations- und Vitalitätstests .................................................................................... 22 3.1.8 Ablösen der Zellen für Transplantationsexperimente ...................................................... 22 3.1.9 Mykoplasmentest ............................................................................................................. 23 3.2 Bestimmung der T2 NMR-Relaxationszeit ...................................................................... 23 3.3 Gelphantome ....................................................................................................................... 24 3.3.1 Herstellung und Ausgießen .............................................................................................. 24 3.3.2 Anfertigen von In-vitro-MRT-Aufnahmen zum Nachweis der eisenmarkierten fhNPZ . 25 3.4 Versuchstiere ...................................................................................................................... 26 3.4.1 Tierhaltung ....................................................................................................................... 26 3.4.2 Versuchstiere im tierexperimentellen Versuch ................................................................ 26 3.4.2.1 Tierärztliche Untersuchung der Vitalparameter .......................................................... 26 3.4.2.2 Durchführung des neurologischen Untersuchungsgangs ............................................. 27 3.4.2.3 Blutprobenentnahme, Versand und Detektiermethode ................................................ 27 3.5 Versuchsaufbau und Durchführung ................................................................................ 28 3.5.1 Anästhesie ........................................................................................................................ 29 3.5.2 Schmerzmittelregime und Infektionsprophylaxe ............................................................. 30 3.5.3 Implantation des Portsystems .......................................................................................... 31 3.5.4 Applikation von CsA ....................................................................................................... 32 3.5.4.1 Herstellung der Infusionslösung .................................................................................. 32 3.5.4.2 Applikation über das Portsystem ................................................................................. 33 3.5.5 Stammzelltransplantation ................................................................................................. 33 3.5.5.1 Anfertigen von MRT-Aufnahmen im 1,5 T MRT ....................................................... 34 3.5.5.2 Planung der stereotaktischen Zelltransplantation ........................................................ 34 3.5.5.3 Stereotaktische Zelltransplantation .............................................................................. 34 3.5.6 Nachweis der eisenmarkierten Stammzellen im 3,0 T MRT ........................................... 35 3.5.6.1 Methodik zum Nachweis und zur Quantifizierung der eisenmarkierten fhNPZ im Schafhirn ...................................................................................................................... 35 3.5.7 Sektion der Versuchstiere und Probenentnahme ............................................................. 36 3.5.8 Anfertigen der histologischen Gewebeschnitte ................................................................ 36 3.5.8.1 Herstellung der Paraffinschnitte .................................................................................. 37 3.5.8.2 Probenaufarbeitung und Lamellieren der Gehirne ....................................................... 37 3.5.8.3 Herstellung der Gefrierschnitte .................................................................................... 38 3.5.9 Histologische Färbungen ................................................................................................. 38 3.5.9.1 Hämatoxylin-Eosin-Färbung ....................................................................................... 40 3.5.9.2 Berliner Blau-Färbung ................................................................................................. 40 3.5.9.3 Fouchét-Färbung .......................................................................................................... 40 3.5.9.4 Immunmarkierung mit STEM101-DAB und Berliner Blau-Färbung ......................... 40 3.5.9.5 Immunhistologische Markierung mit Iba1-Antikörpern .............................................. 40 3.5.10 Auswertung der histologischen Präparate ........................................................................ 41 3.6 Statistik ............................................................................................................................... 44 4 ERGEBNISSE ............................................................................................................................. 47 4.1 Nachweis eisenmarkierter fhNPZ in vitro via MRT-Aufnahmen .................................. 47 4.1.1 Welche Eisenkonzentration ist für die Markierung der fhNPZ am geeignetsten? ........... 47 4.1.2 Können markierte fhNPZ durch eine T2-gewichtete MRT-Sequenz dargestellt werden? ......................................................................................................................................... 49 4.1.3 Wo liegt das Detektionslimit markierter fhNPZ in einer T2-gewichteten MRT-Sequenz? ......................................................................................................................................... 50 4.2 Der Einfluss des Immunsuppressivums CsA auf das Überleben der transplantierten fhNPZ im Schafhirn .......................................................................................................... 51 4.2.1 Gibt es gruppenspezifische Unterschiede in den CsA-Blutkonzentrationen? ................. 51 4.2.2 Besitzt die Transplantation fhNPZ einen neurologischen Einfluss auf die Sensorik und Motorik? .......................................................................................................................... 54 4.2.3 Was geschieht mit den transplantierten fhNPZ im Zeitverlauf und Gruppenvergleich? . 55 4.2.4 Können vitale fhNPZ 42 Tage nach Transplantation im Schafhirn nachgewiesen werden? ......................................................................................................................................... 56 4.3 Klinische und pathologische Nebenwirkungen von CsA im Schaf ................................ 59 4.3.1 Beeinflusst die CsA-Applikation in vivo klinische Parameter oder Blutwerte beim Schaf? ......................................................................................................................................... 59 4.3.1.1 Auswertung der Körpertemperaturverläufe ................................................................. 59 4.3.1.2 Auswertung der Körpergewichtsverläufe .................................................................... 60 4.3.1.3 Auswertung hämodynamischer Parameter .................................................................. 61 4.3.1.4 Auswertung hämatologischer Blutparameter .............................................................. 62 4.3.1.5 Auswertung leberspezifischer Blutparameter .............................................................. 65 4.3.1.6 Auswertung nierenspezifischer Blutparameter ............................................................ 69 4.3.1.7 Auswertung sonstiger Blutparameter .......................................................................... 70 4.3.2 Können ex vivo toxische Einflüsse von CsA auf das Schaf nachgewiesen werden? ....... 71 4.3.2.1 Makroskopische Auswertung der Sektionsbefunde .................................................... 71 4.3.2.2 Histologische Auswertung Leber und Nieren ............................................................. 73 5 DISKUSSION ............................................................................................................................. 76 5.1 Hintergrund der Arbeit und Versuchsziele ..................................................................... 76 5.2 Bewertung des Studiendesigns und der Versuchsdurchführung .................................. 76 5.2.1 Versuchstiere und Haltungsbedingungen ........................................................................ 76 5.2.2 Studiendesign und das Schaf als Tiermodell ................................................................... 77 5.3 Diskussion der Ergebnisse ................................................................................................. 78 5.3.1 Ein Nachweis eisenmarkierter fhNPZ in vitro via MRT-Aufnahmen ist möglich .......... 78 5.3.1.1 Eine Eisenkonzentration von 3,0 mM ist für die Markierung der fhNPZ am geeignetsten ................................................................................................................. 79 5.3.1.2 Markierte fhNPZ können durch eine T2-gewichtete Sequenz dargestellt werden ...... 80 5.3.1.3 Das Detektionslimit markierter fhNPZ liegt in einer T2-gewichteten MRT-Sequenz bei 50.000 Zellen ......................................................................................................... 81 5.3.2 Die Langzeitgabe des Immunsuppressivums CsA besitzt keinen Einfluss auf das Überleben der transplantierten fhNPZ im immunprivilegierten Gehirn .......................... 81 5.3.2.1 Es gibt gruppenspezifische Unterschiede in den CsA-Blutkonzentrationen ............... 81 5.3.2.2 Die Transplantation von fhNPZ besitzt keinen bedeutenden Einfluss auf die Sensorik und Motorik ................................................................................................................. 83 5.3.2.3 Die transplantierten fhNPZ zeigen Veränderungen in Zeitverlauf und Gruppenvergleich ........................................................................................................ 84 5.3.2.4 Es können keine vitalen fhNPZ 42 Tage nach Transplantation im Schafhirn nachgewiesen werden .................................................................................................. 85 5.3.2.5 Schlussfolgerung zur Immunsuppression mittels CsA nach Stammzelltransplantation ins Schafhirn ................................................................................................................ 87 5.3.3 Die Langzeitgabe von CsA verursacht Anzeichen für pathologische Veränderungen und klinische Symptome beim Schaf ...................................................................................... 88 5.3.3.1 Die Langzeitgabe von CsA beeinflusst klinische Parameter beim Schaf .................... 88 5.3.3.2 Die Langzeitgabe von CsA zeigt wahrscheinlich keine hämodynamische Wirkung .. 89 5.3.3.3 Die Gabe von CsA zeigt Anzeichen für eine hämatologische Wirkung beim Schaf ... 89 5.3.3.4 Die Gabe von CsA zeigt eine hepatotoxische Wirkung beim Schaf ........................... 90 5.3.3.5 Die Gabe von CsA zeigt eine nephrotoxische Wirkung beim Schaf ........................... 93 5.3.3.6 Die Langzeitgabe von CsA beeinflusst weitere unspezifische Blutparameter ............ 95 5.3.3.7 Schlussfolgerungen zu Nebenwirkungen von CsA beim Schaf .................................. 95 5.4 Allgemeine Schlussfolgerung ............................................................................................. 95 5.5 Ausblick ............................................................................................................................... 96 6 ZUSAMMENFASSUNG ............................................................................................................ 97 7 SUMMARY ................................................................................................................................. 99 8 LITERATURVERZEICHNIS ................................................................................................. 101 9 ANHANG ................................................................................................................................... 110 9.1 Ergänzende Tabelle zur Herstellung der Gelphantome ............................................... 110 9.2 Ergänzende Tabellen zur Herstellung histologischer Präparate ................................. 111 9.2.1 Herstellung der Paraffinblöcke ...................................................................................... 111 9.2.2 Histologische Färbungen und Immunhistochemische Methoden .................................. 112 9.3 Ergänzende Tabellen zur Statistik ................................................................................. 116 9.4 Verwendete Referenzwerte ............................................................................................. 118 9.5 Übersicht der ausgewerteten Blutparameter ................................................................ 119 9.6 Übersicht zu tierexperimentellen Einsätzen von Stammzellen in Schlaganfallmodellen ........................................................................................................................................... 122 9.7 Auflistung verwendeter Materialien und Geräte .......................................................... 123 9.8 Abbildungsverzeichnis ..................................................................................................... 129 9.9 Formelverzeichnis ............................................................................................................ 130 9.10 Tabellenverzeichnis ......................................................................................................... 130 10 DANKSAGUNG ....................................................................................................................... 132