Sammenhæng mellem ydelse, immunforsvar og risiko for produktionssygdomme

Transkript

1 Dansk Kvægs Årsmøde 2003, tirsdag 25 februar Muligheder og begrænsninger for høj ydelse Tema arrangeret af Danmarks JordbrugsForskning Sammenhæng mellem ydelse, immunforsvar og risiko for produktionssygdomme Forskningsleder K. Lønne Ingvartsen Danmarks JordbrugsForskning Afdeling for Husdyrsundhed og Velfærd K. Lønne Ingvartsen 1

2 Hvad er produktionssygdomme? Lidelser associeret til produktionsformen risikofaktorer relaterer til: staldsystem, ernæring, management og genetisk selektion Staldsystem Ernæring Management Selektion Fødselsbesvær +/? +/? + Reproduktionsprob Fordøjelseslidelser + + Stofskiftelidelser Klov-benlidelser Infektioner Stofskiftelidelser: Fordøjelseslidelser: mælkefeber, fedtlever, ketose, hypomagnesia acidose, løbedrejning, leverbylder, trommesyge, diarre, fremmedlegmer K. Lønne Ingvartsen 2

3 Problemet med produktionssygdomme Tidskrævende Øget medicinforbrug og dyrlægeomkostninger Reduceret produktion, -effektivitet og produktkvalitet Reduceret dyrevelfærd Reduceret dækningsbidrag Har højtydende køer større risiko for produktionssygdomme? Kan produktionssygdommene forebygges bedre også ved høje ydelser i fremtiden? K. Lønne Ingvartsen 3

4 Har højtydende køer større risiko for produktionssygdomme? Selekteret litteratur Kun studier hvor høj vs lav ydelse indenfor besætning er belyst Epidemiologiske studier (n = 13) Genetiske studier (n = 14) Udvalgte sygdomme Tilbageholdt efterbyrd, cyster Mælkefeber, ketose, løbedrejning Børbetændelse, mastitis K. Lønne Ingvartsen 4

5 Har højtydende køer større risiko for produktionssygdomme? Konklusion på basis af litteraturen (Ingvartsen et al., 2000, 2002) 02) Fænotypisk Ingen sammenhæng: Negativ sammenhæng: Genetisk selektion Mælkefeber, ketose, løbedrejning, tilbageholdt efterbyrd, børbetændelse Mastitis, cyster Negativ sammenhæng: Mastitis Måske negativ sammenhæng: Ketose, klov- benlidelser Der er problemer med konfundering samt biologiske sammenhænge der ikke er beskrevet i materialet. Andre undersøgelser viser: Tilsvarende frekvenser og stor variation mellem studier (Kelton et al. 1998). Højtydende besætninger (11,500 kg mælk): Tilsvarende frekvenser og stor variation mellem besætninger (Jordan & Fourdraine, 1993). K. Lønne Ingvartsen 5

6 K. Lønne Ingvartsen 6

7 K. Lønne Ingvartsen 7

8 Øget ydelse øger mastitisfrekvensen Hvad er årsagen? Fysisk barriere Pattekanalens ringmuskel mv. Keratin i pattekanalen Antibakterielle proteiner Antibakterielle fedtsyrer Forsvar i yveret Humorale antimikrobielle faktorer Lactoferrin, Lysosymer, lactoperoxidase Komplement, kollektiner? Immunoglobuliner (antistoffer) Cellulær forsvar Akutfase respons Makrofager (Information og fagocytose) Neutrofile (fagocytose, fjerner ødelagt væv) K. Lønne Ingvartsen 8

9 K. Lønne Ingvartsen 9

10 K. Lønne Ingvartsen 10

11 Klinisk og subklinisk ketose, hvorfor er det relevant? Incidens Klinisk ketose: 4-5 % Subklinisk ketose:?, 20-50% - afhængig af definition mv. Ketose er associeret til fedtlever og til andre produktionssygdomme, f.eks. Løbedrejning, Børbetændelse, mastitis Klov- og benproblemer Påvirker immunsystemet negativt Påvirker dyrenes velfærd negativt Påvirker økonomien negativt K. Lønne Ingvartsen 11

12 Begrebsmæssig ramme Indikatorer Fællesnævner Genotype Ernæring Status/tid Management Danmarks JordbrugsForskning Fysiologisk ubalance, indikatorer og risiko for sygdom Sygdomsincidens Stofskifte- Immunstatus status Unormal mobilisering af kropsreserver Produktion og reproduktion Immunkompetance Risiko for sygdom Næringsstoffer Metabolitter Fysiske mål Uspecifikke immunparametre Specifkke immunparametre Akutefase respons parametre K. Lønne Ingvartsen 12

13 Immunsystemet Det specifikke k Det uspecifikke Karakteristika Specifikt - virker målrettet på en given mikroorganisme Er 4-5 dage om at starte op ved første infektion Kraftigere respons ved gentagne eksponeringer Vigtige komponenter Antigenpræsenterende celler T-celler : Th1, Th2, Cytotoksiske T-celler og memory T-celler B-celler og memory B-celler - danner antistoffer Karakteristika Uspecifikt - virker på et bredt spekter af mikroorganismer Responset er ikke forsinket Responset øges ikke ved gentagne eksponeringer af en mikroorganisme Vigtige komponenter Makrofager - fagocytose og cytokinproduktion Komplement membranbeskadigelse og opsonisering Kollektiner komplementaktivering og opsonisering K. Lønne Ingvartsen 13

14 Danmarks JordbrugsForskning Dysfunktioner i immunsystemet omkring kælvning Leukocytter Dysfunktion Reference Neutrofile granulocytter! Oxidativ metabolisme in vitro Detilleux et al., 1995 Kehrli et al., 1989b! Neutrofil kemotaksi in vitro Nagahata et al., 1988! Antistofafhængig celle-medieret cytotoksiske reaktion in vitro Cai et al., 1994 Kehrli et al., 1989b! CD62L og CD18* ekspression Lee & Kehrli, 1998 in vivo! Fagocytose Paape et al., 1981 Monocytter/ Makrofager Saad et al., 1989! TNF-α produktion induceret af LPS** Sordillo et al., 1995! TNF-α produktion Røntved, 2000 Lymphocytter! Antal i blod in vivo Kehrli et al., 1989a Park et al., 1992 Saad et al., 1989! Celledeling Kehrli et al., 1989a Saad et al., 1989! IFN-γ produktion Ishikawa et al., 1994 * CD62L og CD18: adhæsionsmolekyler involveret i migrationen fra blod ind i væv. ** Lipopolysakkarid (LPS) udgør en del af celleoverfladen hos gram negative bakterier. K. Lønne Ingvartsen 14

15 Fysiologisk immunologisk samspil og risiko for infektioner (Ingvartsen, 1998, 2002) Genotype Immunsystemet hematopoese! chemotaxi! migration! immunproteiner! opsonering! fagocytose! oxidativ kill! Ig production Ændringer omkring kælvning " GH " NEFA! IGF-I " ketonstoffer! insulin! glukose! leptin! glutamin "! cortisol andre AA! progesterone immun- "! estrogen proteiner Perifere væv " mælkeydelse " mobilisering af kropsvæv " risiko for infektioner Miljø ernæring management stres smittepres Lever " fedtinfiltration! kollectinsekretion akutfaseproteiner syntese af andre proteiner K. Lønne Ingvartsen 15

16 Væksthormon og insulin i serum omkring kælvning (kvier) GH, ng/ml Heifers Kvier, GH, GH Heifers, Kvier, insulin Insulin Insulin, pm Uge omkring kælvning 0 K. Lønne Ingvartsen 16

17 Insulin og IGF-1 receptorer på leukocytter hos køer Flowcytometri Der findes insulin og IGF-I receptorer på lymfocytter, monocytter og neutrofile (Røntved 2001; Nielsen et al., 2002) Antallet af insulin og IGF-I receptorer større i tidlig end i midtlaktation Insulin og glukose infusion øger antallet af insulin og IGF-I receptorer på neutrofile og måske også på monocytter (P<0,12) K. Lønne Ingvartsen 17

18 Kollektinfamilien Familiens medlemmer Konglutinin CL-43 Mannan-bindende lektin Surfaktant protein-a Surfaktant protein-d Fælles karakteristika Binder til mannan på overfladen af mikroorganismer Signalerer at mikroorganismen skal fagocyteres K. Lønne Ingvartsen 18

19 Serumkollektinerne Konglutinin Virker opsoniserende Lave serum-koncentrationer er korreleret med hyppige luftvejsinfektioner hos kalve Reduceret koncentration ved kælvning CL-43 Binder til forskellige mikroorganismer Biologisk betydning/funktion? Mannan-bindende lektin Aktiverer komplement kaskaden - virker opsoniserende Genetisk betinget lavt serum-niveau korreleret med hyppige infektioner hos børn og gentagne aborter hos kvinder K. Lønne Ingvartsen 19

20 Danmarks JordbrugsForskning Effekt af insulin og glukose (clamp( clamp) ) på koncentrationen af konglutinin i plasma. Konglutinin ln(ng/ml) Uge 17 i laktationen Uge 4 i laktationen Timer relativt til påbegyndt infusion Insulin- og glukoseinfusion K. Lønne Ingvartsen 20

21 Danmarks JordbrugsForskning Ketose og leukocytternes funktion (Suriyasathaporn et al., 2000) Yver- Leukocytters funktionelle kapacitet forsvarsmekanisme Ketotiske individer In vitro, + ketonstoffer Fagocytisk forsvar Fagocytose Uænd. i human ketose Hæmmer PMN Bakt. aktivitet Inflammationsmediatorer Opsoniner Chemoatractants Leukocytters chemotaxi Antal blod leukoc. Chemotaxi Prod. af superox. lavere i leukocytter fra mennesker i NEB Lavere IgG tetanus toxin ved immunisering Lavere prod. af cytokiner fra leukocytter fra ketotiske køer Lavere med stigende BHB niveau i ketotiske køer Lavere i leukocytter fra spontant ketotiske køer fagocytose Hæmmet i kulturer tilsat BHB Lavere cytokinprod. i leukocytter fra mennesker i NEB Ketonstoffer hæmmer prolifereringen af bovine knoglemarvsceller Lavere chemotaxi hvis tilsat ketonstoffer K. Lønne Ingvartsen 21

22 Effekt af infektion på vækst og laktation via akutfasereaktionen IL-1 TNF-α IL-6 GH Leveren Fedtvæv CNS / Hypofysen Foderoptagelse Varmedannelse (feber) IGF-1, IGFBPs Glycogen Akutfase proteiner Fedtmobilisering Leukocyt Muskelvæv Proteinmobilisering Patogen (LPS) IGFBPs Vækst Mælkeydelse K. Lønne Ingvartsen 22

23 Infektioner og proteinbehov Ved maksimal katabolisme: 30% af kroppens totale proteinsyntese er syntese af akutfase proteiner Ved kronisk inflammation: 3-5% af kroppens totale protein syntese er syntese af akutefase proteiner (Preston et al., J Nutrition, 1998, 128, 1355) K. Lønne Ingvartsen 23

24 Glukose og glutaminforsyningen Immuncellerne anvender glukose og glutamin som energikilde, bl.a. til deres oxidative metabolisme (oxidativ burst) (Bashan et al., 1993) Glutamin udgør 43% af AA i muskelvæv hos goldkøer, 24% i tidlig laktation (Meijer et al., 1995) Glutaminkonc. i plasma kan falde op til 50% ved infektion Neutrofile har en levetid på 7-10 timer Monocytter ca 8 timer i blod, herefter makrofager i væv i fra dage til måneder. K. Lønne Ingvartsen 24

25 Konklusion Immunsystemet og det fysiologiske system kommunikerer Immunceller har receptorer for vigtige stofskiftehormoner Immuncellers funktion afhænger af næringsstofstatus Immunsystemets cytokiner påvirker appetit og stofskiftet Immunsystemet er meget næringsstofkrævende ved infektioner K. Lønne Ingvartsen 25

26 Mod færre produktionssygdomme - trods højere ydelse? S tatus Orienterede S trategier Dvs. strategier der tager hensyn til køernes status og derved forebygger fysiologisk ubalance og tilgodeser immunsystemets behov vil: reducere subkliniske lidelser reducere kliniske produktionssygdomme forbedre køernes reproduktion og samtidig sikre optimal udnyttelse af køernes produktionspotentiale K. Lønne Ingvartsen 26

27 Tak for opmærksomheden! K. Lønne Ingvartsen 27