Vorlesung, 7. FS, WS 2007/08, Andrologie und künstliche Besamung Andrologie und Haustierbesamung Teil 1 Dr. J. Erices

Vorlesung, 7. FS, WS 2007/08, Andrologie und künstliche Besamung

Andrologie und Haustierbesamung

Teil 1

Dr. J. Erices

Datum Thematik Lehrende

19.11.07 Fortpflanzungsphysiologie beim männlichen Tier und fortpflanzungsbiologische Grundlagen der künstlichen Besamung KB)

Dr. J. Erices

26.11.07 Gastvorlesung: Andrologie und instrumentelle Samenübertragung bei Hund und Katze

Prof. Dr. Anne-R. Günzel-Apel,

Stiftung TiHo Hannover10.12.07 Künstliche Besamung: allgemeines, geschichtlicher

Überblick. Gesetzesgrundlagen, Bedeutung und Stand der KB in der deutschen Tierproduktion Ejakulatuntersuchung, Spermaverarbeitung

Dr. J. Erices

17.12.07 Verfahren der KB beim Rind Dr. J. Erices

07.01.08 Verfahren der KB beim Pferd Dr. J. Erices

14.01.8 Verfahren der KB beim Schwein Dr. J. Erices

21.01.08 Verfahren der KB beim Kleinwiederkäuer Dr. J. Erices

montags: 12.00 – 13.30 Uhr, Hörsaal der CTK

Andrologie und Haustierbesamung

• Busch, W. u. A. Holzmann: Veterinärmedizinische Andrologie.

Schattauer, Stuttgart, New York. 2001• Busch, W. u. Dagmar Waberski: Künstliche Besamung bei

Haus- und Nutztieren. Schattauer, Stuttgart, New York. 2007.• Hahn, R., Kupferschmied, H.U. u. F. Fischerleitner: Künstliche

Besamung beim Rind. Enke, Stuttgart 1993.• Klug, E. u. H. Sieme: Samenübertragung beim Pferd in Theorie

und Praxis. Schaper Alfeld-Hannover. 5. Auflage. 2003.• Aurich, Christine: Reproduktionsmedizin beim Pferd.

Gynäkologie - Andrologie - Geburtshilfe. Parey. Stuttgart 2005.• Günzel-Apel, Anne-Rose: Fertilitätskontrolle und

Samenübertragung beim Hund. Fischer. Jena, Stuttgart 1994

(VET Special).

Literaturempfehlungen

1. Fortpflanzungsphysiologie beim männlichen Tier

• Neuroendokrine Regulation der männlichen Geschlechtsorgane

• Samenzellbildung (Spermatogene)• Thermoregulation der Hoden und Nebenhoden• Spermienreifung und -speicherung in Nebenhoden• Spermaproduktion• Samentransport im weiblichen Genitale

Fortpflanzungsphysiologie beim männlichen Tier

Neuroendokrine Regulation der männlichen Geschlechtsorgane

Hypothalamus, Hypophyse und Gonaden bilden das biokybernetische System der Fortpflanzung.

In diesem System vollziehen sich die Spermiogenese, die Ovogenese, die Ovulation, die Konzeption, die Gravidität, der Partus und die Laktation.


Das Hypothalamus-Hypophysen-System wird trotz gewisser Autonomie durch verschiedene Faktoren beeinflußt (äußere, innere Reize).

Exterozeptive Reize: akustische, visuelle, olfaktorische, taktile Reize.

Interozeptive Reize: sog. Neurotransmitter: Acetylcholin, Adrenalin, Noradrenalin, Dopamin, GABA (Gammaamino-buttersäure) und Serotonin.

Lichtimpulse Retina Epiphyse (Zirbeldrüse)Melatoninfreisetzung

Hormone, die die Sexualfunktion beim männlichen Tier steuern (1)

Hormon Herkunft Wirkungsebene Hauptwirkung

GnRH Hypothalamus Adenohypophyse FSH-, LH- Freisetzung

LH Adenohypophyse Hoden

(Leydig-Zellen)

Stimulierung der Testosteronproduktion

FSH Adenohypophyse Hoden

(Sertoli-Zellen)

Funktion der Sertoli- Zellen

Prolactin Adenohypophyse Hoden, Gehirn kann maternales Verhalten hervorrufen

Oxytocin

(OT)

Hypothalamus,

Neurohypophyse

gl. Muskulatur v. N-H-Schwanz, Samenleiter,

Samenleiterampulle

PGF2α-Synthese präejakulatorische Spermienmotilität

Hormon Herkunft Wirkungsgewebe Hauptwirkung

Estradiol (E2) Sertoli-Zellen Gehirn Sexualverhalten

Testosteron(T)

Leydig-Zellen Anhangdrüsen,Tunica dartus, Hodenparenchym, Skelettmuskulatur

Wachstum,fördert Spermatogenese undAnhangdrüsensekretion

Inhibin Sertoli-Zellen Gonadotropine der Hypophyse

hemmt FSH-Sekretion

Prostaglandine(PGF2α)

Samenblasen-drüse

Nebenhoden metabolische Spermienaktivität,NH-Kontraktion

Hormone, die die Sexualfunktion beim männlichen Tier steuern (2)


Pubertät als ein Vorgang

„Erwachen der generativen Funktion der Keimdrüsen“ oder „die Fähigkeit, sich zu vermehren“

Die Pubertät als Vorgang ist abhängig von der Fähigkeit des Hypothalamus, ausreichende GnRH zu sezernieren, um die Gametogenese in Gang zu bringen und

aufrechtzuerhalten.

Diese hypothalamische Funktion wird beeinflusst durch

die körperliche Entwicklung des Tieres, die Reaktion auf bestimmte Umweltfaktoren, die genetische Veranlagung.

Kriterien zur Pubertätsdefinition im Bezug auf das Alter

auf Artgenossen aufspringen kann (mit erigiertem Glied),

ejakulieren kann (ohne ausreichende Spermien für eine Konzeption),

den Deckakt vollzieht (mit Spermien, die im Nebenhoden-schwanz gelagert waren),

Samenzellen abgibt, die dann im Harn festgestellt werden,

den Deckakt vollzieht mit ausreichenden Samenzellen, um eine Konzeption zu erzielen.

Das Männchen ist in dem Alter geschlechtsreif, in dem es:

Samenqualität bei Bullen

puberal

erstes Ejakulat

zuchtreif

minimale Anforderung

50 x 106 Spermien/Ejakulat

>10% vorwärtsbewegliche Spermien

500 x 106 Spermien/ml

>50% vorwärtsbewegliche Spermien

>80% morphologisch normale Spermien

Kriterien zur Pubertätsdefinition im Bezug auf das Alter

auf Artgenossen aufspringen kann (mit erigiertem Glied),

ejakulieren kann (ohne ausreichende Spermien für eine Konzeption),

den Deckakt vollzieht (mit Spermien, die im Nebenhoden-schwanz gelagert waren),

Samenzellen abgibt, die dann im Harn festgestellt werden,

den Deckakt vollzieht mit ausreichenden Samenzellen, um eine Konzeption zu erzielen.

Das Männchen ist in dem Alter geschlechtsreif, in dem es: :

Pubertätsalter (Monate) bei einigen Haustieren

Spezies männlich weiblich

Rind 11

(7 – 18)

11

(9 – 24)

Schaf 7

(6 – 9)

7

(4 – 14)1

Schwein 7

(5 – 8)

6

(5 – 7)

Pferd 14

(10 – 24)

18

(12 – 19)

1saisonaler Einfluss

Einfluss der Rasse auf das Pubertätsalter bei Milch- und Fleischrindern

durchschnittliches Pubertätsalter

(Monate)

Rasse weiblich männlich

Holstein-Friesian 8,5 9,0

Braunvieh 11,6 8,8

Angus 12,4 9,8

Hereford 13,0 10,8

Brahman 19,0 17,0


durchschnittliches Pubertätsalter (Monate)



Braunvieh 11,6 8,8

Angus 12,4 9,8

Hereford 13,0 10,8

Brahman 19,0 17,0





Braunvieh 11,6 8,8

Angus 12,4 9,8

Hereford 13,0 10,8

Brahman 19,0 17,0





Braunvieh 11,6 8,8

Angus 12,4 9,8

Hereford 13,0 10,8

Brahman 19,0 17,0





Braunvieh 11,6 8,8

Angus 12,4 9,8

Hereford 13,0 10,8

Brahman 19,0 17,0

GnRH-Freisetzung beim präpuberalen männlichen Tier

Der Hypothalamus ist nicht in der Lage, GnRH in ausreichender Frequenz und Amplitude zu sezernieren

die FSH- und LH-Sekretion reicht nicht aus, um die Spermiogenese in Gang zu bringen

Pubertät als ein Vorgang

„Erwachen der generativen Funktion der Keimdrüsen“ oder „die Fähigkeit, sich zu vermehren“

Die Pubertät als Vorgang ist abhängig von der Fähigkeit des Hypothalamus, ausreichende GnRH zu sezernieren, um die Gametogenese in Gang zu bringen und

aufrechtzuerhalten.

Diese hypothalamische Funktion wird beeinflusst durch

die körperliche Entwicklung des Tieres, die Reaktion auf bestimmte Umweltfaktoren, die genetische Veranlagung.

GnRH-Freisetzung beim postpuberalen männlichen Tier

Die GnRH-Sekretion erfolgt pulsatil (alle 2 - 6 Stunden)

die LH-Sekretion ist dann ebenfalls pulsatil genauso wie die Testosteronfreisetzung




Testosteron-Funktionen (lokal)- Haarwuchs- Knochenstoffwechsel- Muskelaufbau- Ausbildung der sekundären Geschlechtsmerkmale- Funktion der männlichen Reproduktionsorgane

Östrogene: isoliert beim Hengst, Eber, Bullen, Hund, Menschen

Bei einem männlichen zuchtreifen Tier ist eine ungestörte normale Samenzellbildung abhängig von:

adäquater GnRH-Produktion durch den Hypothalamus ausreichender FSH- und LH-Sekretion durch die Hypophyse ausreichender Sekretion von Steroidhormonen durch die Gonaden.

Endokrine Regulation - Spermatogenese

Spermatogenese

Vorgang der Bildung männlicher Gameten

Sie beginnt mit der Teilung von Stammzellen und endet mit der Bildung von Spermien.

Phasen der Keimzellreifung:

- Mitotische Proliferation und Differenzierung der diploiden Keimzellen (Spermatogonien)

- Meiotische Reifeteilung der tetraploiden Keimzellen (Spermatozyten)

- Transformation der haploiden Keimzellen (Spermatiden) in Spermien

Dauer der Spermatogenese bei einigen Haustieren und dem Menschen

Gattung Dauer (Tage)

Bulle 61

Eber 38

Hengst 57

Bock 47

Hund 54

Mensch 64

Thermoregulation der Hoden und Nebenhoden (1)

Die Gefäßversorgung des Hodens gewährleistet- den An- und Abtransport von endokrinen Faktoren und Metaboliten- die Regulation der testikulären Temperatur

Thermoregulation der Hoden und Nebenhoden (2)

Die Aufrechterhaltung der physiologisch niedrigen Temperatur der Hoden (4 –6°C niedriger als der Korperinnere) erfolgt über zwei thermoregulatorische Systeme:- über die Skrotalhaut kann Wärme nach außen abgegeben werden. - über den Plexus pampiniformis wird nach dem Wärme- austauscher-Prinzip das ankommende arterielle Blut abgekühlt.

The temperature regulation in the ram

Senger/Oei (1997)Senger/Oei (1997)

Spermienreifung und –speicherung in Nebenhoden

Zweck der Nebenhodenpassage:

Erlangung der Motilität und des Fertilitätspotentials Epidydimale Funktion ist androgen

abhängig Länge des Ductus epididymidis

(Nebenhodengang) je nach Art: 30 – 60 m

Im NH-Kopf und –Körper findet die

eigentliche Spermienreifung statt,

während im NH-Schwanz die reifen, befruchtungsfähigen

Spermien gelagert werden

Spezies NH-Kopf NH-Körper NH-Schwanz Insgesamt

Bulle 2 2 10 14

Eber 3 2 4-9 9-14

Hengst 1 2 6 9

Bock 1 3 8 12

Mensch 12-14

Dauer der Nebenhodenpassage (Tage):

Spermienreifung und –speicherung in Nebenhoden

Spermaproduktion bei Haustieren und Menschen

1 “spermatogenic efficiency“2 “daily spermatozoal production“3 während der Zuchtsaison

Spezies Hodenmasse, beide

(Gramm)

Spermienzahl pro Gramm

testikuläres Gewebe1

Spermienzahl pro Tag2

Bulle, Milchrasse

650 18 x 106 10 x 109

Bulle, Fleischrasse

500 18 x 106 8 x 109

Schafbock3 550 26 x 106 14 x 109 Eber 750 30 x 106 25 x 109 Hengst 165 18 x 106 3 x 109 Mensch 40 4,25 x 106 45 – 207 x 106

Normale Ejakulatvolumen und Spermiendichtebei Haustieren und Menschen

Spezies Ejakulatvolumen(ml)

Spermienkonzentration ( x106/ml)

Bulle 3 – 155

500 – 25001000

Schafbock 0,3 – 2,01,5

2000 – 40003000

Eber 100 – 500150

50 –300100

Hengst 25 – 20060

30 – 800120

Rüde 2 – 159

60- 300100

Mensch 2 – 63

20 – 25080

Spermientransport im

weiblichen Genitale

Spermientransport im weiblichen Genitalebei landwirtschaftlichen Nutztieren

Voraussetzung für eine Befruchtung der Eizelle(n) ist vor allem, dass

befruchtungsfähigen Spermien sich in der Eileiterampullen befinden und zwar

in ausreichender Anzahl und

zum richtigen Zeitpunkt im Bezug auf Belegungs- bzw. Besamungszeitpunkt.

Spermientransport

Es werden drei Phasen des Samenzellentransportes unterschieden:

(1)initialer schneller Transport,(2) Besiedlung der Spermienreservoirs

(vorwiegend aktiv),(3) langsame Ablösung und Transport der

Spermien (vorwiegend aktiv).

Phasen des Spermientransportes

Zu 1. Er findet sofort nach der Belegung statt, nimmt 2 -.10 min in Anspruch,

die Mizellen des Zervikalschleims erleichtern das Eindringen der Spermien in die Zervikalkrypten,

Er wird durch die kontraktile Aktivität des Myometrium und Mesosalpinx gefördert.

Zu 2. In den Zervikalkrypten herrscht ein spermienfreundliches Milieu (Wiederkäuer,

Mensch; Hund?)

Zu 3. Die Spermien werden hauptsächlich durch retrograden Transport, Leukozyteninfiltration und Spermiophagie abgestoßen. Immunologische Abwehrvorgänge, physiko-chemische und mechanische Barrieren können die Vorwärtsbeweglichkeit der Samenzellen verhindern. Innerhalb von mehreren Stunden siedeln sich befruchtungskompetente

Spermien im Eileiter ein.

Typical neutrophil infiltration pattern into the uterine lumen following insemination in the cow.

Senger/Oei (1997)

Seminalplasma

Während der Ejakulation werden die Spermien mit den Sekreten der Anhangdrüsen (Seminalplasma) gemischt

Das Seminalplasma dient als Nähr- und Transportsubstanz.

Die Sekretion der akzessorischen Geschlechtsdrüsen wird durch das Testosteron gesteuert.

Wichtige Sekretionsprodukte sind im Seminalplasma enthalten wie:

- hohe Konzentrationen an: Askorbinsäure, Aminosäuren, Peptide, Proteine, Lipide, Fettsäuren, zahlreiche Enzyme

- antimikrobielle Bestandteile: Immunoglobuline (IgA)- Hormone: Androgene, Prostaglandine, Östrogene, FSH,

LH, Insulin, Prolaktin usw.

Sekretvolumina der akzessorischen Geschlechtsdrüsen 1

Spezies Volumen (ml)

(Variationsbreite)

Mittleres

Volumen (ml)

Herkunft der Hauptfraktionen

Rind 2 - 10 4 Samenleiterampullen,

Samenblasendrüsen

Pferd 30 - 300 70 Samenleiterampullen

Samenblasendrüsen

Schwein 150 - 300 250 Samenblasendrüsen

Prostata

Bulbourethraldrüsen

Schaf 0,7 - 2 1 Samenblasendrüsen

Ziege 0,2 - 0,5 1 Samenblasendrüsen

Hund 2 - 15 19 Prostata

1nach Mann u. Lutwak-Mann (1981) u. Kolb (1984)

Spermienanzahl: Ort der Ablage - Ort der Befruchtung

BullenejakulatVon der großen Anzahl der Spermien, die beim Deckakt in die Fornix vaginae plaziert werden, gelangt nur ein sehr geringer Anteil in den Eileiter.

Hunter und Greve, 1998Hunter und Greve, 1998

Spermienreservoir im kaudalen Eileiteristhmus

Der kaudale Isthmus fungiert als Spermienreservoir bei den Wiederkäuern Pferd und Schwein beim Hund: ? (Uterindrüsen als Spermienspeicher ?)

Aufgaben des Isthmus: Selektion der intakten Spermien Sicherstellung des Überlebens der Spermien Kapazitation der Spermien Begrenzung der Spermienzahl am Befruchtungsort

Kapazitation und Akrosomreaktion

Kapazitation ist der Reifungsprozess der Spermien im weiblichen Genitaltrakt Ejakulierte Spermien, obwohl sie befruchtungsfähig sind, müssen eine "Aktivierungsphase" durchlaufen, um die Eizelle befruchten zu können. Es handelt sich um Veränderungen im Akrosom und um Veränderungen des Bewegungsmusters (Hyperaktivierung). Die Dauer der Kapazitation hängt vom Intervall Insemination

- Ovulation ab (beträgt einige Stunden). Kapazitierte Spermien sind kurzlebig und instabil Transport zur Ampulle und Befruchtung müssen unmittelbar erfolgen. Nur in kapazitierten Spermien wird durch Kontakt mit der Zona pellucida die Akrosomreaktion ausgelöst.

Kapazitation und Akrosomreaktion

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