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.
Neuroendokrine Regulation der männlichen Geschlechtsorgane
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)
Neuroendokrine Regulation der männlichen Geschlechtsorgane
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
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
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
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
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
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
Neuroendokrine Regulation der männlichen Geschlechtsorgane
Neuroendokrine Regulation der männlichen Geschlechtsorgane
Neuroendokrine Regulation der männlichen Geschlechtsorgane
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