AGTK Wehrend Vorlesung: Fortpflanzung Wintersemester 2006/7, 5. Fachsemester - Neurohormonale Regulation der weiblichen Fortpflanzung, Geschlechtsreife,

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1 AGTK Wehrend Vorlesung: Fortpflanzung Wintersemester 2006/7, 5. Fachsemester - Neurohormonale Regulation der weiblichen Fortpflanzung, Geschlechtsreife, Zuchtreife

2 AGTK Wehrend Tierärztliche Motivation - Diagnostik von Fortpflanzungsstörungen - Therapie von Fortpflanzungsstörungen - Manipulation der Fortpflanzungsfunktionen (Biotechnologie der Fortpflanzung, zootechnische Massnahmen)

3 AGTK Wehrend Sexualzyklus Sexualzyklus: geordneter Wechsel von Phasen der Paarungsbereitschaft (Östrus) und Phasen, in denen die Paarung verweigert wird Unterbrochen von - Gravidität - Puerperium (Dauer tierartlich unterschiedlich) - Krankheit - Alter und Tod - physiologischer Anöstrus bei saisonaler Paarungszeit - bei einigen Tieren Laktationsanöstrus

4 AGTK Wehrend Sexualzyklus vor der Geschlechtsreife Pubertät Phase von Beginn der Ausbildung der sekundären Geschlechtsmerkmale bis zum Erreichen der Geschlechtsreife Zyklus Senium Klimakterium Übergang von der vollen Geschlechtsreife zum Senium bedingt durch Erlöschen der zyklischen Ovaraktivität Gravidität Puerperium/Laktation Krankheit

5 AGTK Wehrend Nach dem Auftreten des Sexualzyklus wird unterschieden: - saisonal: monoöstrisch, diöstrisch, polyöstrisch - asaisonal: polyöstrisch Präöstrus Östrus Metöstrus (Postöstrus) Interöstrus Dauer: - tierartspezifisch - individuell - Umweltfaktoren

6 AGTK Wehrend Präöstrus Östrus Metöstrus (Postöstrus) Interöstrus Ovulation - spontan - induziert - Mischformen Atresie - bei induzierter Ovulation Luteolyse

7 AGTK Wehrend Saisonal polyöstrische Tiere - Long-day-Breeder Die zunehmende Tageslichtlänge führt zur Ausprägung der zyklischen Ovaraktivität. - Short-day-Breeder Die abnehmende Tageslichtlänge führt zur Ausprägung der zyklischen Ovaraktivität. Einfluss von Lichtprogrammen

8 AGTK Wehrend Dauer/ Zählung der Zykluslänge Haussäugetiere: - Brunst- oder Östruszyklus - Die Paarungsbereitschaft (Duldung, Rezeptivität) ist das entscheidende Ereignis - Dauer: von Beginn des Östrus bis zum Beginn des folgenden Östrus - Tag 1: Tag, an dem die Paarungsbereitschaft auftritt Viele Primaten: - Menstruationszyklus - Paarungsbereitschaft/Empfängnisbereitschaft meist in der Mitte des Zyklus - Dauer: von Beginn der Abbaublutung (Menstruation) bis zum Beginn der Abbaublutung des folgenden Zyklus - Tag 1: Tag, an dem die Abbaublutung beginnt

9 AGTK Wehrend Einteilung des Brunstzyklus - Gelbkörperphase: Anbildung, Blüte, Rückbildung Progesteronwerte über dem Basalniveau - Follikelphase: (Anbildung), präovulatorische Reifung, Ovulation, (Atresie) biphasischer Zyklus Follikelphase GelbkörperphaseFollikelphase Ovulation Luteolyse Ovulation Luteolyse

10 AGTK Wehrend Einteilung des Brunstzyklus Die zyklusassoziierten Veränderungen umfassen: - Verhalten und äußere Merkmale: Äußerer Zyklus - Veränderungen an den Ovarien: Ovarieller Zyklus - Veränderungen an der Uterusschleimhaut: Schleimhautzyklus

11 AGTK Wehrend Regulation der weiblichen Sexualfunktionen Hypothalamus Hypophysenvorderlappen GnRH LH FSH Ovar + Uterus (Plazenta) Ovarielle Hormone uterine (plazentäre) Hormone

12 AGTK Wehrend Regulation der weiblichen Sexualfunktionen Ovar + Uterus (Plazenta) - angepasst an Umweltbedingungen - hierarchisch geordnet - koordiniert - Rückkopplung - negativ - positiv Hypothalamus Hypophysenvorderlappen GnRH LH FSH Ovarielle Hormone uterine (plazentäre) Hormone

13 AGTK Wehrend Regulation der weiblichen Sexualfunktionen Informationsvermittlung über: - Nervenbahnen - Hormone neurohormonale Steuerung der Reproduktion Zusammenwirkung der hormonellen und nervalen Informationsvermittlung/Steuerung Bedeutung des Nervensystems - Koordinierung von Signalen - Kontrolle von Hormonsynthese und Freisetzung - Transport/Lagerung von Hormonen

14 AGTK Wehrend Regulation der weiblichen Sexualfunktionen Hormonwirkung: - organspezifisch - zeitspezifisch Hormon: vom griechischem Wort hormao – ich treibe an Einteilung der Hormone (Vielzahl von Möglichkeiten) 1. nach räumlichen Verhältnis von Hormonsynthese und Wirkort - endokrin: - parakrin: - autokrin: wird (meist) über Rezeptoren am Zielorgan vermittelt

15 AGTK Wehrend Regulation der weiblichen Sexualfunktionen Einteilung der Hormone (Vielzahl von Möglichkeiten) 1. nach räumlichen Verhältnis von Hormonsynthese und Wirkort 2. nach chemischer Struktur der Hormone - Steroidhormone - Östrogene, Gestagene, Androgene - Peptidhormone - Oxytozin, Luteinisierendes Hormon, Relaxin, Prolaktin Follikelstimulierendes Hormon, Gonadotropes Releasinghormon, humanes Choriongonadotropin, equines Choriongonadotropin - Eikosanoide - Prostaglandine

16 AGTK Wehrend Signalübertragung von Hormonen Die Signalübertragung durch Hormone wird in sieben Abschnitte unterteilt: 1. Synthese und Lagerung 2. Freisetzung durch Einwirkung eines Freisetzungssignales 3. Transport des Hormones zum Wirkort 4. Bindung des Hormones am Rezeptor 5. Induktion der Zellantwort an der Zielzelle - Veränderung der Genexpression - Veränderung des Zellstoffwechsels 6. Beendigung der Hormonwirkung durch Inaktivierung des Hormones oder des Rezeptor-Liganden-Komplexes 7. Rückmeldung des Hormoneffektes vom Wirkort an den Ort der Synthese – Ausbildung eines Regelkreises

17 AGTK Wehrend Steuerung der Hormonwirkung 1.Verknüpfung verschiedener Hormonsysteme - Hierarchie - Rückkopplungsmechanismen - Sekretionsrhythmen 2. Regulation der Hormonwirkung auf Rezeptorebene 3. Regulation der Hormonwirkung durch Hormonisoformen

18 AGTK Wehrend Hypothalamus Hypophysenvorderlappen Ovar FSH, LH GnRH Steroidhormone Inhibin - - -+ Hierarchie der Hormone Hypothalamus-Hypophysen-Ovar-Achse

19 AGTK Wehrend Hypothalamus - Dirigent des endokrinen Orchesters - Bereich des Zwischenhirns, welcher durch zahlreiche Nervenbahnen mit unterschiedlichen Arealen des Gehirns verbunden ist. - Sonderstellung hat die Epiphyse (Regulator photoperiodischer Hormonfreisetzung) - hypothalamische Hormone: - Liberine (Releasing-Hormone): fördern die Ausschüttung nachgeordneter Hormone - Statine (Inhibiting-Hormone): unterdrücken die Ausschüttung nachgeordneter Hormone

20 AGTK Wehrend Leptin - Peptidhormon, das in den Adipozyten synthetisiert wird - endokriner Wirkmechanismus: Transport im Blut zum Wirkort der größste Teil ist an bestimmte Transportproteine gebunden nur freies Leptin kann das Blutgefäßsystem verlassen und an Rezeptoren im Gewebe binden. Ausschüttung: - Insulin (dadurch Kopplung an die Nahrungsaufnahme) - Glukokortikoide Wirkung (u. a.): - fördert die Ausschüttung von GnRH im Hypothalamus

21 AGTK Wehrend Hypothalamus - Hypophyse Körperzellen GonadenMilchdrüse Gelbkörper NNR Schilddrüse Glucocorticoide T3, T4 HypothalamusGHRHSomatostatinGnRHPRHDopaminCRHTRH Hypophysen- vorderlappen STH FSH LH Prolaktin ACTH TSH + + + ++ + + + - + + + + -

22 AGTK Wehrend Hypophyse Hypophysenvorderlappen (Adenohypophyse) Hypophysenhinterlappen (Neurohypophyse) Hypophysenzwischenlappen Neuronaler Hormontransport Hormontransport über das adenohypophysäre Pfortadersystem

23 AGTK Wehrend Hypophysenvorderlapppen - LH - FSH - Adrenokortikotropes Hormon - Wachstumshormon - TSH - Prolaktin Die Reaktivität der Adenohypophyse gegenüber hypothalamischen Steuerungshormonen unterliegt Schwankungen. Für eine starke Freisetzung von LH ist eine östrogene Stimulation vorteilhaft (Ovulation).

24 AGTK Wehrend Ovar Östrogene Die Ovarien sind Zielorgane für die hypophysären Gonodatropine. Die ovariellen Hormone greifen in die Synthese übergeordneter Hormone ein (Rückkopplung). Gestagene (Androgene) Inhibin, Aktivin Oxytozin

25 AGTK Wehrend Hypothalamus Hypophysenvorderlappen Ovar FSH, LH GnRH Steroidhormone Inhibin - - -+ Rückkopplungsmechanismen Langer Rückkopplungsmechanismen: - Wechselwirkung zwischen ovariellen und hypothalamischen Hormonen - negativ

26 AGTK Wehrend Hypothalamus Hypophysenvorderlappen Ovar FSH, LH GnRH Steroidhormone Inhibin - - -+ Rückkopplungsmechanismen kurze Rückkopplungsmechanismen: - Wechselwirkung zwischen ovariellen und hypophysären Hormonen (meist negativ, außer Östrogene in der präovulatrischen Periode) - Wechselwirkung zwischen hypophysären und hypothalamischen Hormonen

27 AGTK Wehrend Eine Kastration führt zum Wegfall der negativen Rückkopplung, worauf verstärkt Hormone aus der Adenohypophyse feigesetzt werden.

28 AGTK Wehrend Hypothalamus Hypophysenvorderlappen Ovar FSH, LH GnRH Steroidhormone Inhibin - - -+ Rückkopplungsmechanismen ultrakurze Rückkopplungsmechanismen: - Gewebe, welches Hormone synthetisiert, beeinflusst seine Hormonsynthese selbst (Autostimulation, -inhibition)

29 AGTK Wehrend Rückkopplungsmechanismen Rückkopplungsmechanismen sind nicht starr, sondern ändern sich in Abhängigkeit von der sexuellen Reife und innerhalb des Fortpflanzungszyklus Beispiel: Östradiol-17ß + Hypophysenvorderlappen Hypothalamus Ovar LH GnRH Östradiol-17ß Hypophysenvorderlappen Hypothalamus Ovar LH GnRH Östradiol-17ß - vor der Pubertät nach der Pubertät im präovulatorischen Zeitraum

30 AGTK Wehrend Rückkopplungsmechanismen Rebound-Effekt: 1.Ausschüttung eines Hormones wird durch die Verabreichung eines negativ rückkoppelnden Hormones wird inhibiert. 2.Nach Entfernung dieser Blockade ist die vormals gehemmte Hormonsekretion zeitweise stimuliert.

31 AGTK Wehrend Sekretionsrhythmen Die meisten Steuerungshormone werden nicht kontinuierlich freigesetzt sondern Form von Pulsen. Diese pulsatorische Feisetzung ist primär unabhängig von Rückkopplungsmechanismen wird jedoch von diesen modifiziert. Steuerung durch: - internen Pulsgeber (abhängig von der sexuellen Reife) - Rückkopplung - Umwelt Biorhythmen der Hormonsekretion

32 AGTK Wehrend Amplitude Frequenz (Pulse/Zeit) Zeit relative GnRH-Menge Frequenz und Amplitude bei der GnRH-Sekretion Pulsfrequenz: Menge der Pulse pro Zeit Amplitude: Menge des freigesetzten Hormones pro Puls Pulsdauer: Dauer eines Pulses

33 AGTK Wehrend Regulation der Hormonwirkung auf Rezeptorebene Rezeptorexpression auf der Zielzelle Beeinflusst durch Hormone variabel Down-Regulation Beispiel: GnRH-Implantat Up-Regulation Beispiel: Östrogene führen zur Erhöhung der Progesteronrezeptordichte im bovinen Endometrium

34 AGTK Wehrend Regulation der Hormonwirkung durch Hormonisoformen Änderungen des Hormonaufbaues ändert dessen biologische Aktivität: - Bindung an Plasmaproteine - Rezeptorbindung - Metabolisierung Beispiel: hypophysäre Peptidhormone LH und FSH - Glykoproteine - Eiweißanteil ist aus zwei Polypeptidketten aufgebaut - Variationen in der Aminosäurezusammensetzung der Polypeptidketten bestimmen die Rezeptoraffinität - der Kohlenhydratanteil bestimmt die Halbwertszeit

35 AGTK Wehrend Geschlechtsreife Lebensabschnitt, der durch die Möglichkeit einer erfolgreichen Fortpflanzung gekennzeichnet ist Kennzeichen: Brunst Zuchtreife Lebensabschnitt, der durch die Möglichkeit einer erfolgreichen Fortpflanzung gekennzeichnet ist, ohne das es zu einer negativen Beeinflussung der körperlichen Entwicklung des Muttertieres kommt. Nach Erreichen der Zuchtreife ist die körperliche Entwicklung noch nicht abgeschlossen.

36 AGTK Wehrend Einflussfaktoren Geschlechtsreife/Zuchtreife Alter Rasse Versorgung mit Energie und Nährstoffen Licht Klima Vereins-, Verbandsvorschriften Erkrankungen Geschlecht der Wurfgeschwister

37 AGTK Wehrend Störungen Pubertas praecox: zu frühen Eintreten der Pubertät Pubertas tarda: zu spätes Eintreten der Pubertät - Haltungsmängel, Ernährungsmängel, Krankheiten

38 AGTK Wehrend Hormonelle Vorgänge vor Erreichen der Pubertät -In den Ovarien juveniler Tiere findet bereits Follikelwachstum statt. -Die Tertiärfollikel produzieren Östrogene. - Die Östrogene unterdrücken die Gonadotropinausschüttung. Im Vordergrund stehen negative Feedback-Mechanismen. Hypophysenvorderlappen Hypothalamus Ovar LH GnRH Östradiol-17ß - vor der Pubertät

39 AGTK Wehrend Hormonelle Vorgänge während der Pubertät - Erhöhung des Sollwertes für Östrogene – die Grenze, an der die negative Rückkopplung einsetzt, wird angehoben Desensibilisierung des Hypothalamus - Steigende Östrogenspiegel – Ausbildung der sekundären Geschlechtsorgane - Ausbildung des präovulatorischen positiven Östrogenfeedbacks auf die Gonadotropinausschüttung Hypophysenvorderlappen Hypothalamus Ovar LH GnRH Östradiol-17ß -/ + Pubertät

40 AGTK Wehrend Folgen einer zu frühen Zuchtnutzung: - erhöhte Dystokierate (relativ zu große Frucht) - kleine Würfe bei polytoken Spezies - geringe Geburtsgewichte bei polytoken Spezies - Retardierung der körperlichen Entwicklung der Muttertiere - verringerte Milchleistung Kennzeichen der ersten Sexualzyklen: - häufig in der Ausprägung undeutlich (vgl. Stille Hitze) - verminderte Fruchtbarkeit (nicht den ersten Zyklus nutzen) - bei polyovulierenden Spezies: geringere Ovulationsrate - bei polytoken Spezies: verminderte Uteruskapazität

41 AGTK Wehrend Rind Geschlechtsreife: ab 3. Lebensmonat Fallbericht einer normanischen Färse, die im Alter von neun Wochen konzipiert hat. Großer Einfluss der Lebensmassezunahme auf den Eintritt der Geschlechtsreife: - Lebendmassezunahme über 900 g/Tag 18. Lebensmonat Zuchtreife Milchrind: - Erstbesamung sollte zwischen dem 13.- 15. Monat liegen bei einem Körpergewicht von 400 – 420 kg LM - Ziel: Erstkalbealter von 24 Monaten

42 AGTK Wehrend Schwein Geschlechtsreife: - zwischen dem 6. - 8. Lebensmonat - hohe Variabilität – Nachteil für Produktionszyklen - durch Zucht auf hohen Muskelfleischanteil hat sich der Zeitpunkt der Geschlechtsreife nach hinten verschoben (vgl. Rassen mit hohem Fettanteil)

43 AGTK Wehrend Schwein Zuchtreife: zum Zeitpunkt der Erstbelegung: - Körpergewicht von 130 – 140 kg - Alter von mindestens 220 Tagen (220 – 240 Tage) - mittlere Seitenspeckdicke von 15-18 mm Sonographische Messung der Seitenspeckdicke zur Beurteilung der Körperkonstitution

44 AGTK Wehrend Schwein Möglichkeiten der Pubertätsinduktion Vorraussetzung: gewisse körperliche Reife muss erreicht sein Anregung durch Veränderung der Umwelt: - Hybridtiere: ab 165. Tag - Reinzuchttiere: ab 180. Tag Hormonelle Pubertätsinduktion: - ab 220. Tag

45 AGTK Wehrend Pferd Geschlechtsreife: in der Zuchtsaison des auf die Geburt folgenden Jahres Zuchtreife: im Alter von 24 Monaten

46 AGTK Wehrend Schaf, Ziege abhängig vom Zeitpunkt der Geburt - Geburt früh im Jahr: Erreichen der Geschlechtsreife im Herbst - Geburt spät im Jahr: Erreichen der Geschlechtsreife im Herbst nächsten Jahres Rassenabhängigkeit Beispiel: Ostriesisches Milchschaf ist frühreif

47 AGTK Wehrend Hund Große rasseabhängige, aber auch individuelle Schwankungen des Eintrittes der Geschlechtsreife Einzelberichte existieren über Extreme zwischen 4 bis zu 24 Monaten

48 AGTK Wehrend Hund Kleine Rassen: 6 – 10 Monate Riesenrassen: 16 – 22 Monate Ausnahmen: Affenpinscher 8 – 14 Monate Australian Shepherd 6 – 18 Monate Whippet 12 – 24 Monate

49 AGTK Wehrend Katze - Geschlechtsreife wird zwischen dem 4. und 12. Lebens- monat erreicht. - Orientalische Rassen (Siamesen, Burmesen) : früher - Langhaarige Rassen: später - Wichtigste Einflußfaktoren: Körperkondition, Licht - Wird die Katze früh im Jahr geboren: häufig erst im nächsten Jahr geschlechtsreif aber auch Trächtigkeit im Herbst möglich - Wird die Katze spät im Jahr geboren: Geschlechtsreife im nächsten Frühjahr