Dynamik histomorphologischer Veränderungen in der Leber von Milchkühen im peripartalen Zeitraum
Einleitung
Das Lipomobilisationssydrom verursacht bei Milchkühen vielfältige Produktionskrankheiten und hohe ökonomische Verluste. Aus der Humanmedizin ist bekannt, dass chronische Leberverfettungen zu Steatohepatitiden und im Weiteren zu Leberzirrhosen führen können.
Ziel der Untersuchung
Ziel der Untersuchung war es, Schädigungen des Lebergewebes unter Betrachtung der Dynamik verschiedener Einzelmerkmale (Fett- und Glykogeneinlagerung, Hepatitis, Fibrose) histopathologisch vergleichend darzustellen und dabei auf Parallelen zur nichtalkoholischen Steatohepatitis (NASH) des Menschen zu untersuchen. Weiterhin sollen Einflüsse des Temperatur-Feuchtigkeits-Indexes (THI) auf die Dynamik histomorphologischer Leberveränderungen untersucht werden.
Material und Methoden
In die Studie wurden 80 Deutsch Holstein Kühe einbezogen. Zwei Gruppen (je n = 20) erhielten (5 oder 10 ml / 100 kg Körpergewicht) Butaphosphan und Cyanocobalamin (BCC) und eine Gruppe (n = 40) ein Placebo. Leberbioptate wurden 14 Tage (d) ante partum (a.p.) sowie 7, 28, 42 d post partum (p.p.) entnommen. Sie wurden mittels vier verschiedener Verfahren (Hämalaun-Eosin, Sudan III, Periodsäure-Schiff-Reaktion und Pikrosiriusrot) aufgearbeitet und auf Fett- und Glykogeneinlagerungen sowie degenerative, entzündliche, fibrotische und proliferative Lebergewebsveränderungen semiquantitativ untersucht. In der statistischen Auswertung wurden Effekte aus den Leberbiopsiezeitpunkten, der Laktationsanzahl, der metaphylaktischen BCC Behandlung, des THIs und der Metabotypen (Massenspektrometrie von Leberproben) ausgewertet. Mittels einer Metabolomanalyse wurden drei verschiedene Metabotypen identifiziert.
Ergebnisse
Bereits in den ersten Wochen vor der Abkalbung wiesen die Kühe 37 % ggr. bis mgr. Fetteinlagerungen in der Leber auf. Bis zur ersten Woche p.p. konnte ein deutlicher Anstieg des Leberfettgehaltes beobachtet werden (66 % mgr. bis hgr.), der bis einschließlich der sechsten Woche p.p. wieder abfiel (ca. 25 % mgr. bis hgr.). Der Grad der Leberverfettung korrelierte positiv mit dem Anteil an Leberzelldegenerationen und negativ mit den Glykogeneinlagerungen. Trotz hgr. Leberverfettungen kam es zu keinem Zeitpunkt zu einer vollständigen Glykogendepletion in den Leberzellen. Bei 39 % der Tiere wurde während der gesamten Transitperiode eine mgr. bis hgr. lymphozytäre Hepatitis nachgewiesen. Kühe ab der fünften Laktation wiesen signifikant häufiger perisinusoidale Fibrosen auf. In keinem Fall wurden hgr. Fibrosen diagnostiziert. Kühe einer der drei Metabotypengruppen wiesen eine höhere Chance für vermehrte Fettinfiltrationen, geringere Glykogeneinlagerungen und vermehrte degenerative, entzündlich-fibrotische sowie proliferative Leberparenchymveränderungen auf. Die Auswertung der Fütterungsdaten lässt einen Zusammenhang zwischen der Fütterung von Grassilage mit einer verminderten Qualität (hoher Rohascheanteil, erhebliche Schwankungen in Trockensubstanz- und Nährstoffgehalten), dem Lebermetabolom und histomorphologischen Veränderungen der Kühe dieser Metabotypengruppe vermuten. Für die Behandlung mit BCC konnten keine signifikanten Effekte festgestellt werden. Der THI hatte einen positiven Einfluss auf den Grad der Fetteinlagerung und die Zelldegenerationen sowie einen negativen Einfluss auf den Grad der Glykogeneinlagerung.
Schlussfolgerungen
Während des peripartalen Zeitraums kam es in der Leber von Milchkühen zur Fettakkumulationen und Glykogendepletionen sowie zu Hepatitiden und Leberzelldegenerationen. Letztere sind Hinweise einer Steatohepatitis, ähnlich einer NASH des Menschen. Vor allem bei älteren Kühen waren perisinusoidale Fibrosen nachweisbar, die eine Vorstufe von Leberfibrosen sein können und mit höheren Milchleistungen sowie dem damit verbundenen erhöhten Blutfluss in der Leber zusammenhängen könnten. Die Ergebnisse weisen Zusammenhänge zwischen einem ausgeprägteren Körperkonditionsverlust, vermehrten Fettinfiltrationen, geringeren Glykogeneinlagerungen sowie wechselseitige Beziehungen zwischen degenerativen, entzündlichen, fibrotischen und proliferativen Leberveränderungen auf. Als ein ursächlicher Faktor wird eine verminderte Grassilagequalität vermutet. Durch den THI werden Fett- und Glykogeneinlagerungen sowie Leberzelldegenerationen beeinflusst.:1. Einleitung
2. Literaturübersicht
2.1 Die Funktionen der Leber bei Rindern
2.1.1 Allgemein
2.1.2 „First pass effect“
2.1.3 Entgiftung
2.1.4 Leber als Stoffwechselorgan
2.1.4.1 Allgemein
2.1.4.2 Aminosäuren- und Proteinstoffwechsel
2.1.4.2.1 Bedeutung
2.1.4.2.2 Proteinsynthese
2.1.4.2.3 Aminosäuresynthese und -abbau
2.1.4.2.4 Harnstoffsynthese
2.1.4.3 Fettstoffwechsel
2.1.4.3.1 Bedeutung
2.1.4.3.2 Cholesterolbiosynthese
2.1.4.3.3 Fettsäuresynthese
2.1.4.3.4 Fettsäureoxidation
2.1.4.3.5 Ketogenese
2.1.4.4 Kohlenhydratstoffwechsel
2.1.4.4.1 Bedeutung
2.1.4.4.2 Gluconeogenese
2.1.4.4.3 Glykogensynthese
2.1.4.4.4 Glykogenolyse
2.1.4.4.5 Glykolyse
2.1.5 Leber als Speicherorgan
2.1.5.1 Allgemein
2.1.5.2 Glykogen
2.1.5.2.1 Allgemein
2.1.5.2.2 Bedeutung
2.1.5.2.3 Einflussfaktoren
2.1.5.3 Fett
2.1.5.3.1 Allgemein
2.1.5.3.2 Bedeutung
2.1.5.3.3 Einflussfaktoren
2.2 Das Lipomobilisationssyndrom der Milchkuh und die nichtalkoholische
Leberverfettung des Menschen
2.2.1 Lipomobilisationssyndrom der Milchkuh
2.2.1.1 Allgemein
2.2.1.2 Pathogenese
2.2.1.3 Bedeutung und Epidemiologie
2.2.2 Nichtalkoholische Leberverfettung des Menschen
2.2.2.1 Allgemein
2.2.2.2 Pathogenese
2.2.2.3 Bedeutung und Epidemiologie
2.2.3 Hinweise einer nichtalkoholischen Leberverfettung bei Milchkühen
2.3 Die Lichtmikroskopie zur histologischen Beurteilung von
Lebergewebsveränderungen
2.3.1 Besonderheiten
2.3.2 Diagnostische Beurteilung von Lebergewebe
2.3.3 Bisherige histologische Untersuchungen der Leber von Rindern und
Forschungsbedarf
2.4 Zusammenfassende Schlussfolgerungen aus dem Literaturstudium und
Arbeitshypothesen
3. Material und Methoden
3.1 Studienprotokoll
3.2 Klimadaten
3.3 Entnahme der Leberbioptate
3.4 Aufbereitung der Leberbioptate für die histologische Untersuchung
3.5 Histopathologische Befundung
3.5.1 Durchführung der histopathologischen Untersuchung
3.5.2 Beurteilung der Fetteinlagerung
3.5.3 Beurteilung der Glykogeneinlagerung
3.5.4 Beurteilung der degenerativen, entzündlichen, fibrotischen und
proliferativen Veränderungen
3.6 Ergänzende Statistik (Temperatur-Feuchtigkeits-Index)
4. Publikation
5. Weitere Ergebnisse
5.1 Vorkommen von Glykogeneinlagerungen bei gleichzeitiger
Leberverfettung
5.2 Dynamik der Fett- und Glykogeneinlagerung im Leberläppchen
5.3 Dynamik der Hepatitis im Untersuchungszeitraum
5.4 Dynamik der Fibrose im Untersuchungszeitraum
5.5 Fallbeschreibungen von Einzeltieren mit entzündlichen, fibrotischen und
proliferativen Besonderheiten
5.6 Temperatur-Feuchtigkeits-Index Einflüsse
6. Diskussion
6.1 Der Temperatur-Feuchtigkeits-Index und sein Einfluss auf die
Histomorphologie
6.2 Periportale Fettakkumulation und Glykogendepletion
6.3 Periportales Auftreten von Hepatitis und Fibrose
6.4 Einzelfälle mit entzündlichen, fibrotischen und proliferativen
Veränderungen im Lebergewebe und deren mögliche Ursachen
6.5 Vergleich zwischen Lipomobilisationssyndrom der Milchkuh und der
nichtalkoholischen Steatohepatitis des Menschen
6.5.1 Vorkommen von Leberverfettung
6.5.2 Vorkommen von Hepatitis
6.5.3 Vorkommen von Leberzelldegeneration
6.5.4 Vorkommen von Leberfibrose
6.5.5 Unterscheidung der Ursachen und Folgen einer Leberverfettung bei
Mensch und Rind
6.6 Klinische Relevanz der histopathologischen Leberveränderungen
7. Zusammenfassung
8. Summary
9. Literaturverzeichnis
10. Danksagung
11. Anhang
11.1 Übersicht histopathologischer Untersuchungen der Leber von Rindern
11.2 Färbeanleitungen
11.2.1 Hämalaun-Eosin-Färbung
11.2.1.1 Verfahrensschritte
11.2.1.2 Benötigte Reagenzien
11.2.1.3 Ergebnis
11.2.2 Sudan-III-Hämalaun-Färbung
11.2.2.1 Verfahrensschritte
11.2.2.2 Benötigte Reagenzien
11.2.2.3 Ergebnis
11.2.3 Periodsäure-Schiff-Reaktion und Amylase Reaktion
11.2.3.1 Verfahrensschritte
11.2.3.2 Benötigte Reagenzien
11.2.3.3 Ergebnis
11.2.3.4 Amylase-Kontrollreaktion
11.2.3.4.1 Methode
11.2.3.4.2 Ergebnis
11.2.4 Pikrosiriusrot-Färbung
11.2.4.1 Verfahrensschritte
11.2.4.2 Benötigte Reagenzien
11.2.4.3 Ergebnis
11.3 Untersuchungsprotokolle / Dynamic histomorphological changes of the liver parenchyma during the transition period in dairy cows
Introduction
Lipomobilisation sydrome is associated with multiple production diseases in dairy cows and causes substantial economic losses. In people, chronic hepatic lipidosis can lead to steatohepatitis and subsequently liver cirrhosis.
Objectives
The main goal of this study was to investigate the histopathological changes in the liver parenchyma in terms of hepatitis, fibrosis and fat and glycogen deposits in dairy cows. Additionally, the histomorphological lesions in dairy cows with lipomobilisation syndrome were compared with those seen in people with non-alcoholic steatohepatitis (NASH). The effects of the temperature-humidity index (THI) on the dynamics of histomorphological hepatic changes were also evaluated.
Material and Methods
A total of 80 German Holstein cows were divided into three groups: the first group consisted of 20 cows that received 5 ml / 100 kg of butaphosphan and cyanocobalamin (BCC); the second group consisted of 20 cows that received 10 ml / 100 kg of BCC; and the third group consisted of 40 that cows received a placebo. Liver biopsy was carried out 14 days antepartum (a.p.) and 7, 28 and 42 days postpartum (p.p.). The liver tissue was processed routinely and stained with haematoxylin and eosin, sudan III, periodic acid-Schiff and picrosirius red stains. The histological sections were assessed semiquantitatively for fat and glycogen content and for degenerative, inflammatory, fibrotic and proliferative changes. The effects of time of biopsy, lactation number, metaphylactic BCC treatment, THI and metabotype (mass spectrometry of liver tissue) were examined statistically. A metabolom analysis was used to identify three metabotypes.
Results
Mild to moderate fat infiltration was seen in the liver of 37 % of cows in the last two weeks a.p. The degree of fat infiltration increased considerably from two weeks a.p. until the end of the first week when it was moderate to severe in 66 % of the cows. It then decreased again until the end of the study period when it was moderate to severe in 25 % of the cows. Lipidosis was significantly and positively correlated with the severity of hepatocyte degeneration and negatively correlated with the degree of glycogen deposition. Complete glycogen depletion of hepatocytes was not observed in cows even in the presence of severe hepatic lipidosis. Moderate to severe lymphocytic hepatitis was seen in 39 % of cows throughout the study period, and cows with lactation numbers five or greater had perisinusoidal fibrosis significantly more often than younger cows. Severe fibrosis of the liver did not occur. Cows of one of the three metabotypes had an increased risk of fatty infiltration of the liver, lower glycogen storage and degenerative, inflammatory, fibrotic, and proliferative changes of the liver parenchyma. Based on ration analysis, feeding of poor-quality grass silage (high ash content, fluctuations in dry matter and nutrient content) appeared to be associated with the liver metabolom and histomorphological liver changes. Treatment with BCC had no significant effects on any of the variables measured. The THI had a positive effect on the degree of lipid deposition and hepatocyte degeneration and a negative effect on the degree of glycogen deposition.
Conclusion
During the transition period, the liver of dairy cows is characterised by fat accumulation and glycogen depletion and histological signs of hepatitis and hepatocyte degeneration. The latter suggests steatohepatitis analogous to NASH in people. Perisinusoidal fibrosis was seen particularly in older cows and may represent an early stage of fibrosis of the liver. It is conceivable that these changes are associated with increased perfusion of the liver in association with increased milk production. There were correlations between pronounced loss of body condition, fatty infiltration of the liver and lower glycogen storage and degenerative, inflammatory, fibrotic, and proliferative changes of the liver parenchyma. These findings suggest that poor-quality grass silage was causative factor. Changes in the THI may also affect fat and glycogen deposition and liver cell degeneration in the liver.:1. Einleitung
2. Literaturübersicht
2.1 Die Funktionen der Leber bei Rindern
2.1.1 Allgemein
2.1.2 „First pass effect“
2.1.3 Entgiftung
2.1.4 Leber als Stoffwechselorgan
2.1.4.1 Allgemein
2.1.4.2 Aminosäuren- und Proteinstoffwechsel
2.1.4.2.1 Bedeutung
2.1.4.2.2 Proteinsynthese
2.1.4.2.3 Aminosäuresynthese und -abbau
2.1.4.2.4 Harnstoffsynthese
2.1.4.3 Fettstoffwechsel
2.1.4.3.1 Bedeutung
2.1.4.3.2 Cholesterolbiosynthese
2.1.4.3.3 Fettsäuresynthese
2.1.4.3.4 Fettsäureoxidation
2.1.4.3.5 Ketogenese
2.1.4.4 Kohlenhydratstoffwechsel
2.1.4.4.1 Bedeutung
2.1.4.4.2 Gluconeogenese
2.1.4.4.3 Glykogensynthese
2.1.4.4.4 Glykogenolyse
2.1.4.4.5 Glykolyse
2.1.5 Leber als Speicherorgan
2.1.5.1 Allgemein
2.1.5.2 Glykogen
2.1.5.2.1 Allgemein
2.1.5.2.2 Bedeutung
2.1.5.2.3 Einflussfaktoren
2.1.5.3 Fett
2.1.5.3.1 Allgemein
2.1.5.3.2 Bedeutung
2.1.5.3.3 Einflussfaktoren
2.2 Das Lipomobilisationssyndrom der Milchkuh und die nichtalkoholische
Leberverfettung des Menschen
2.2.1 Lipomobilisationssyndrom der Milchkuh
2.2.1.1 Allgemein
2.2.1.2 Pathogenese
2.2.1.3 Bedeutung und Epidemiologie
2.2.2 Nichtalkoholische Leberverfettung des Menschen
2.2.2.1 Allgemein
2.2.2.2 Pathogenese
2.2.2.3 Bedeutung und Epidemiologie
2.2.3 Hinweise einer nichtalkoholischen Leberverfettung bei Milchkühen
2.3 Die Lichtmikroskopie zur histologischen Beurteilung von
Lebergewebsveränderungen
2.3.1 Besonderheiten
2.3.2 Diagnostische Beurteilung von Lebergewebe
2.3.3 Bisherige histologische Untersuchungen der Leber von Rindern und
Forschungsbedarf
2.4 Zusammenfassende Schlussfolgerungen aus dem Literaturstudium und
Arbeitshypothesen
3. Material und Methoden
3.1 Studienprotokoll
3.2 Klimadaten
3.3 Entnahme der Leberbioptate
3.4 Aufbereitung der Leberbioptate für die histologische Untersuchung
3.5 Histopathologische Befundung
3.5.1 Durchführung der histopathologischen Untersuchung
3.5.2 Beurteilung der Fetteinlagerung
3.5.3 Beurteilung der Glykogeneinlagerung
3.5.4 Beurteilung der degenerativen, entzündlichen, fibrotischen und
proliferativen Veränderungen
3.6 Ergänzende Statistik (Temperatur-Feuchtigkeits-Index)
4. Publikation
5. Weitere Ergebnisse
5.1 Vorkommen von Glykogeneinlagerungen bei gleichzeitiger
Leberverfettung
5.2 Dynamik der Fett- und Glykogeneinlagerung im Leberläppchen
5.3 Dynamik der Hepatitis im Untersuchungszeitraum
5.4 Dynamik der Fibrose im Untersuchungszeitraum
5.5 Fallbeschreibungen von Einzeltieren mit entzündlichen, fibrotischen und
proliferativen Besonderheiten
5.6 Temperatur-Feuchtigkeits-Index Einflüsse
6. Diskussion
6.1 Der Temperatur-Feuchtigkeits-Index und sein Einfluss auf die
Histomorphologie
6.2 Periportale Fettakkumulation und Glykogendepletion
6.3 Periportales Auftreten von Hepatitis und Fibrose
6.4 Einzelfälle mit entzündlichen, fibrotischen und proliferativen
Veränderungen im Lebergewebe und deren mögliche Ursachen
6.5 Vergleich zwischen Lipomobilisationssyndrom der Milchkuh und der
nichtalkoholischen Steatohepatitis des Menschen
6.5.1 Vorkommen von Leberverfettung
6.5.2 Vorkommen von Hepatitis
6.5.3 Vorkommen von Leberzelldegeneration
6.5.4 Vorkommen von Leberfibrose
6.5.5 Unterscheidung der Ursachen und Folgen einer Leberverfettung bei
Mensch und Rind
6.6 Klinische Relevanz der histopathologischen Leberveränderungen
7. Zusammenfassung
8. Summary
9. Literaturverzeichnis
10. Danksagung
11. Anhang
11.1 Übersicht histopathologischer Untersuchungen der Leber von Rindern
11.2 Färbeanleitungen
11.2.1 Hämalaun-Eosin-Färbung
11.2.1.1 Verfahrensschritte
11.2.1.2 Benötigte Reagenzien
11.2.1.3 Ergebnis
11.2.2 Sudan-III-Hämalaun-Färbung
11.2.2.1 Verfahrensschritte
11.2.2.2 Benötigte Reagenzien
11.2.2.3 Ergebnis
11.2.3 Periodsäure-Schiff-Reaktion und Amylase Reaktion
11.2.3.1 Verfahrensschritte
11.2.3.2 Benötigte Reagenzien
11.2.3.3 Ergebnis
11.2.3.4 Amylase-Kontrollreaktion
11.2.3.4.1 Methode
11.2.3.4.2 Ergebnis
11.2.4 Pikrosiriusrot-Färbung
11.2.4.1 Verfahrensschritte
11.2.4.2 Benötigte Reagenzien
11.2.4.3 Ergebnis
11.3 Untersuchungsprotokolle
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:82045 |
| Date | 09 November 2022 |
| Creators | Pietsch, Fabian |
| Contributors | Universität Leipzig |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | https://doi.org/10.3168/jds.2020-19057 |
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