Die Milchkuh: Leistungssteigerung ohne Grenzen?

Autor: Prof. H. Martens – Freie Universität Berlin


Zusammenfassung

Die Versorgung der Bevölkerung mit Milch und Milchprodukten war nur möglich durch eine erhebliche Steigerung der Milchproduktion der Kühe, die zugleich auch das Einkommen der Tierhalter sicherte. Somit ergab sich in der Tierzucht automatisch die primäre Selektion aufgrund der zu erwartenden Laktationsleistung, die sich in den letzten 50 Jahren in Deutschland verdoppelt hat. Diese verständliche Priorität ist jedoch mit der Nebenwirkung einer kontinuierlichen Abnahme der Nutzungsdauer der Milchkühe verbunden, die sich in dem genannten Zeitraum halbiert hat (2.5 Laktationen). Als Folge hat sich die Lebensleistung in den letzten 50 Jahren nicht verändert. Das frühe Ausscheiden erfolgt aufgrund einer Vielzahl von Erkrankungen mit unterschiedlicher Pathogenese, die eine kausale Zuordnung erschweren. Es zeigt sich jedoch, dass die energetische Unterversorgung der Milchkühe in den ersten Monaten der Laktation kausal direkt oder indirekt für das Auftreten von Erkrankungen oder Gesundheitsstörungen verantwortlich ist. Diese Zusammenhänge sollen aufgezeigt und mögliche Alternativen zur Diskussion gestellt werden.


Geburt und Energiestoffwechsel

Mit dem Ende der Trächtigkeit ergeben sich erhebliche hormonelle Veränderungen, die einerseits der Geburtsvorbereitung und der Geburt selbst dienen und die andererseits den Stoffwechsel der Kuh auf die einsetzende Laktation vorbereiten. Die Milchbildung gewinnt höchste Priorität und dieser Prozess wird auch als Homeorhese bezeichnet, damit die Ernährung des Kalbes und somit auch die Arterhaltung sichergestellt wird. Es ist nicht ungewöhnlich, dass dieser Prozess der Umorientierung des Stoffwechsels bei Säugetieren auf „Kosten der Mutter“ erfolgt und in der Praxis bedeutet, dass fast immer in den ersten Tagen der Laktation ein Teil des Energiebedarfs für die Milchsekretion mit Hilfe der Mobilisierung der Energiereserven der Mutter erfolgt. Diese genetische und biologisch äußerst wichtige Veranlagung ist für die Zucht genutzt worden und spiegelt sich nicht zufällig in der Hunderttageleistung als Maßstab wider. Als Konsequenz der Differenz zwischen Energieaufnahme und Energiebedarf ergibt sich eine negative Energiebilanz (NEB).


Ausmaß und Dauer der NEB

Das Ausmaß, also die Größe der täglichen NEB und deren Dauer, werden bestimmt durch zwei wesentliche Mechanismen. Zum einen verringert die hochtragende Kuh in der Regel schon vor der Geburt die Futteraufnahme, die am Tag der Geburt dann um weitere 20 – 40 % der Trockensubstanzaufnahme abfällt, um nach der Geburt langsam anzusteigen, sodass erst im 2. oder u. U. erst im 3. Laktationsmonat das maximale Aufnahmevermögen erreicht wird. Der Anstieg der Milchleistung erfolgt jedoch erheblich schneller, sodass die NEB vorprogrammiert ist. Zum anderen weist die Zunahme der Milchleistung gegenüber dem Futteraufnahmevermögen eine doppelt so hohe Heritabilität auf. Als Folge der primären Selektion auf Milchleistung und der Tatsache, dass die Futteraufnahme methodisch schwer zu erfassen ist, hat sich das Ausmaß und die Dauer der NEB erhöht. So wurden z. B. vor 30 Jahren Abnahmen des Körpergewichts von 10 – 20 kg in den ersten 2 Monaten der Laktation beobachtet, die sich jetzt auf 40 – 80 kg (oder erheblich mehr) und u. U. auf einen Zeitraum von über 100 Tagen erhöht haben. Somit korrelieren hohe Einsatzleistung und erhebliche und lange NEB fast immer und es zeichnet sich ab, dass die NEB im heutigen Ausmaß direkt oder indirekt als Gesundheitsrisiko anzusehen ist bzw. Krankheiten verursacht.


Abbildung 1: Schematische Darstellung der Auswirkungen der negativen Energiebilanz auf Organe, Stoffwechsel, Fruchtbarkeit und Immunsystem.



Direkte Wirkungen der NEB

Die Mobilisierung von Energiereserven betrifft primär die Fettreserven, deren Abbau durch die Erfassung der Rückenfettdichte, Body Condition Score (BCS) oder im Blut durch die Konzentration der freien Fettsäuren (non-esterified-fatty-acids = NEFA) erfasst werden kann. Die Nutzung der NEFA erfolgt einerseits durch das Euter für die Milchfettsynthese oder allgemein für den Energiestoffwechsel. Neben dieser gewünschten Funktion ergeben sich jedoch Nebenwirkungen. Hierzu gehört als älteste Stoffwechselerkrankung der Kuh die Ketose, die sich durch einen Anstieg der Betahydroxybuttersäure (BHB) im Blut auszeichnet und auf unzureichenden Abbau der NEFA in der Leber zurückzuführen ist. Hohe BHB Konzentrationen (> 1.4 mmol∙l-1) korrelieren mit vermehrten Auftreten von Mastitis und lassen die Komplexität dieser beiden Erkrankungen erkennen: Eine Stoffwechselerkrankung erhöht das Risiko einer Infektionserkrankung.

Häufig werden NEFA über den aktuellen Bedarf hinaus freigesetzt, sodass eine vermehrte Akkumulation in der Leber stattfindet mit der möglichen Konsequenz einer Leberverfettung. Diese pathophysiologische Veränderung verursacht in der Regel keine akute Erkrankung, sondern ist – leider ohne erkennbare und direkte Kausalität - assoziiert mit vielen Erkrankungen der frühen Laktation.

Eine weitere direkte Wirkung der NEFA ergibt sich durch die Induktion einer Insulinresistenz. Hohe Konzentrationen von NEFA verursachen die Bildung von „Tumor Necrose Factor Alpha“ (TNF-α), der wiederum eine Insulinresistenz bei Kühen bedingt. Negative Effekte einer Insulinresistenz auf die Zyklusregulation bei der Kuh sind nachgewiesen. Ob der Insulinresistenz bei den entzündlichen Erkrankungen wie Metritis, Mastitis und Klauenerkrankungen in der frühen Laktation eine Bedeutung zukommt, ist zurzeit unsicher. Untersuchungen von Trevisi und Bertoni (2008) bestätigen aber die Annahme einer „low level chronic inflammation“. Kühe, die die ersten 5 Tage p.p. mit Aspirin behandelt wurden, wiesen bis zum 60. Tag eine signifikant höhere Milchleistung und bessere Fruchtbarkeitsergebnisse auf.


Indirekte Wirkungen der NEB

Eine energetische Unterversorgung führt automatisch zu der Überlegung, die Energiedicht zu erhöhen, um das Ausmaß der NEB zu verringern. So ist in den USA und auch bei uns in den vergangenen 25 Jahren die Energiedichte der TMR von 5 – 6 auf 6.5 – 7.0 MJ NEL erhöht worden. Die damit verbundene verstärkte Fermentation in den Vormägen hat zu dem Begriff der „Subacute Rumen Acidosis“ (SARA) geführt, die durch einen pH Wert < 5.5 für mindesten 180 Minuten definiert ist. Kühe mit dieser Auslenkung der Fermentation weisen keine akuten klinischen Symptome auf, sodass eine Diagnose erheblich erschwert wird. Mit Verzögerung zu den Veränderungen der Fermentation wird über ein vermehrtes Auftreten von Klauenerkrankungen berichtet, die dann kausal schwer zuzuordnen sind.

Die am besten untersuchte Gesundheitsstörung der NEB ist die Verringerung der Fruchtbarkeit von Kühen. Viele Details der hormonellen Zyklusregulation sind untersucht worden, sodass sich jetzt eine Kaskade von Reaktionen beschreiben lässt, die kausal den Zusammenhang zwischen NEB und Zyklusstörungen aufzeigt. Von großer Wichtigkeit ist hierbei die Hierarchie des Energiestoffwechsels als Folge einer NEB. Der Körper muss entscheiden, für welche Funktionen die zur Verfügung stehende Energie eingesetzt wird.


Hierarchie des Energiestoffwechsels nach Wade and Jones (2004)

Verfügbare Energie wird genutzt für:


1. Essentielle Funktionen:

  • Herz/Kreislauf
  • Sinnesorgane

2. Reduzierbare Funktionen:

  • Bewegung
  • Wachstum

3. Verzichtbare Funktionen:

  • Reproduktion
  • Fettaufbau

Hervorzuheben ist, dass das Reproduktionsgeschehen bei energetischer Unterversorgung zu den verzichtbaren Funktionen gehört, d. h. dass das Ausbleiben des Zyklus der Kuh unmittelbar nach der Geburt in der Phase der großen energetischen Unterversorgung als physiologische Reaktion anzusehen ist. Im Hinblick auf die Verknüpfung zwischen Energieversorgung und Zyklusregulation haben sich erhebliche Verbesserungen des Erkenntnisstandes durch die Beschreibung eines „Fuel Detectors“ im Hirnstamm ergeben, der auf bisher nicht genau bekannte Art die Oxidation von (wahrscheinlich) Glucose detektieren kann. Bei ausreichend für die Oxidation zur Verfügung stehender Glucose wird dieses Signal neuronal in den Hypothalamus weitergeleitet und an die Freisetzung des GnRH (Gonadotropin Releasing Hormon) gekoppelt, das wieder aus der Hypophyse die Abgabe des Luteinisierenden Hormons (LH) bewirkt. Die pulsatile Freisetzung von LU bedingt die Ovulation des Follikels. Diese Kaskade wird durch die NEB beeinträchtigt und dürfte maßgeblich für die vielfach dokumentierten Fruchtbarkeitsstörungen der Milchkühe verantwortlich sein. Diese Schlussfolgerung wird durch die weiterhin unveränderte Fruchtbarkeit der Färsen (keine NEB) bestätigt.

Eine adäquate Immunantwort aufgrund einer Infektion erfordert erhöhte Energieaufwendungen. Energetische Unterversorgung beeinträchtigt diese Immunantwort. Das vermehrte Auftreten von Infektionserkrankungen wie Mastitiden, Metritis oder Klauenerkrankungen könnten Folgen der unzureichenden Immunantwort infolge der NEB sein. Die Häufung der genannten Erkrankungen im peripartalen Zeitraum bei vorliegender NEB unterstützt diese Annahme.


Schlussfolgerung und Perspektive

Die biologisch gewollte und damit die genetische Veranlagung der Kühe zu Beginn der Laktation Milch mit Hilfe von Körperreserven zu produzieren, ist züchterisch genutzt worden und hat dazu geführt, dass das Ausmaß und Dauer der NEB erheblich zugenommen haben. Es besteht kein Zweifel mehr, dass die NEB direkt und indirekt die Gesundheit gefährdet bzw. Krankheiten verursacht (Abb. 1), die zu einem vorzeitigen Ausscheiden der Tiere führt und somit mit wirtschaftlichen Verlusten verbunden ist. Diese generelle Aussage trifft nicht für alle Tiere zu. Einzelne Kühe in Herden und ganze Herden sind den gewünschten Leistungsanforderungen gewachsen. Eigene Untersuchungen zeigen, dass diese Tiere eine geringere NEB ausweisen. Es ist anzunehmen, dass diese Kühe eine erhöhte Futteraufnahme und/oder bessere Futterverwertung haben. Phänotypen dieser Art bieten Optionen für vertiefende genetische Charakterisierung.

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