Estrous Cycle Learning Module

Rosemary Vinton, University of Nebraska
Animations by Jeremy Steele

Introductie

Reproductieve prestaties van de koe en de vaars zijn een van de belangrijkste factoren die de winstgevendheid van een ranch beïnvloeden. Inzicht in de biologische mechanismen die een rol spelen bij het dekken van een koe of vaars kan een belangrijk managementinstrument zijn om het gerealiseerde inkomen te verhogen. Deze leermodule geeft een overzicht van de endocrinologie en fysiologie van de oestrische cyclus van runderen (vleeskoeien).

Endocrinologie van de oestrische cyclus

De oestrische cyclus geeft vrouwelijke dieren herhaaldelijk de kans om zwanger te worden gedurende hun productieve leven. De cyclus wordt geregeld door de hypothalamus-hypofyse-gonadale as, die hormonen produceert die de voortplanting bepalen. De voortplantingsas bestaat uit de hypothalamus, de hypofyse en de eierstok (zie het geanimeerde diagram dat de interactie van de structuren en de hormonen illustreert).

De hypothalamus is een gespecialiseerd deel van de ventrale hersenen. De belangrijkste functie ervan is de productie van gonadotropine-releasing hormoon (GnRH) als reactie op circulerend oestrogeen, of het stopzetten van de GnRH-productie als reactie op progesteron. De hypofyse bestaat uit de voorste en achterste lobben. In deze module bespreken we de functie van de voorste kwab in verband met de voortplanting bij vrouwelijke runderen. De voorste hypofyse bevindt zich direct onder de hypothalamus in een kleine depressie van het wiggebeen. De hypofyse produceert de gonadotrofinen follikelstimulerend hormoon (FSH) en luteïniserend hormoon (LH) als reactie op GnRH en oestrogeen. De productie van FSH en LH wordt geremd door progesteron. Het derde deel van de voortplantingsas wordt gevormd door de eierstokken, die zich in de bekkenholte van de koe bevinden. Follikels zijn structuren op het oppervlak van de eierstokken die eicellen bevatten en oestrogeen produceren. De follikels variëren in grootte en rijpheid in verschillende stadia van de cyclus, maar meestal wordt er slechts één geselecteerd voor de eisprong. Een corpus luteum (CL) is een structuur die zich vormt vanaf het ovulatiepunt van de vorige cyclus. Het CL is verantwoordelijk voor de productie van progesteron. Zowel oestrogeen als progesteron worden geproduceerd na FSH- en LH-stimulatie van de eierstok. De baarmoeder bevindt zich ook in de bekkenholte. Deze draagt eveneens bij tot de voortplantingscontrole, aangezien zij prostaglandine F2a (PGF2a) produceert.

Het tweede geanimeerde diagram illustreert de relaties tussen de hormonen die de oestrische cyclus van het vrouwelijke rund regelen. De opeenvolging van de hormonale afgifte begint in wezen met de synthese en de afgifte van GnRH door de hypothalamus. Dit polypeptide hormoon wordt naar de voorste hypofyse getransporteerd via een zeer gespecialiseerd capillair netwerk dat het hypothalamo-hypofyseaal portaalsysteem wordt genoemd. GnRH stimuleert de voorste hypofyse tot de productie en afgifte van FSH en LH. FSH en LH worden via de systemische bloedcirculatie naar de eierstokken getransporteerd, waar zij een reeks morfologische veranderingen in gang zetten die leiden tot ovulatie en zwangerschap als bevruchting plaatsvindt.

De primaire hormonen die door de eierstok worden geproduceerd zijn oestrogeen en progesteron. Deze hormonen worden door de bloedstroom naar “doelweefsels” getransporteerd om een reactie te veroorzaken. Oestrogeen wordt geproduceerd door de follikel, die zich op de eierstok bevindt. Naarmate de follikel groeit, wordt meer oestrogeen geproduceerd. Wanneer toenemende hoeveelheden oestrogeen in de bloedstroom terechtkomen en naar de voorste hypofyse gaan, werkt dit op een positieve feedback-manier, waarbij de pulserende afgifte van LH wordt gestimuleerd. Oestrogeen beïnvloedt ook het zenuwstelsel van de koe, wat leidt tot rusteloosheid, foneren, opstijgen en, het belangrijkste, de bereidheid om door andere dieren te worden bestijgd. Oestrogeen zorgt ervoor dat de baarmoeder samentrekt, waardoor sperma na de inseminatie efficiënter door het vrouwelijke voortplantingskanaal kan worden getransporteerd. Andere effecten van hoge oestrogeenconcentraties in het bloed zijn een verhoogde bloedstroom naar de geslachtsorganen en de productie van slijm door klieren in de baarmoederhals en de vagina. Deze kenmerken zijn allemaal tekenen van oestrus, of seksuele ontvankelijkheid.

Progesteron dat door de CL wordt geproduceerd, voorkomt cycliciteit door negatief op de voorste hypofyse in te werken; daardoor vermindert het de afgifte van FSH en LH. Het bereidt de baarmoeder voor op de ontvangst van bevruchte eicellen en een daaropvolgende dracht. Het helpt de koe ook de zwangerschap in stand te houden door de samentrekkingen van de baarmoeder te onderdrukken en de ontwikkeling van het baarmoederslijmvlies te bevorderen.

Een vijfde hormoon dat belangrijk is voor de vrouwelijke voortplanting is prostaglandine F2a (PGF2a).Dit hormoon wordt afgescheiden door het baarmoederslijmvlies en heeft ook invloed op de structuren van de eierstok, en helpt de ovulatie op gang te brengen door het afsterven van de CL te veroorzaken, wat resulteert in de intrekking van het negatieve terugkoppelingsmechanisme van progesteron. Hoge circulerende concentraties progesteron stimuleren de productie en afgifte van PGF2a uit de baarmoeder.

Fysiologie van de oestrische cyclus

De oestrische cyclus van de koe duurt over het algemeen ongeveer 21 dagen, maar kan variëren van 17 tot 24 dagen in duur. Elke cyclus bestaat uit een lange luteale fase (dagen 1-17) waarin de cyclus onder invloed staat van progesteron en een kortere folliculaire fase (dagen 18-21) waarin de cyclus onder invloed staat van oestrogeen. De cyclus begint met loopsheid, of oestrus. Deze periode van oestrogeenpieksecretie kan 6 tot 24 uur duren, waarbij de eisprong 24 tot 32 uur na het begin van de oestrus plaatsvindt.

De eisprong markeert het begin van de luteale fase, en is het hoogtepunt van een proces dat oogenese wordt genoemd, waarbij kiemcellen onder de juiste omstandigheden rijpen. Kiemcellen bevinden zich in duizenden kleine structuren, follikels genaamd, die receptoren bevatten voor FSH, dat op zijn beurt de groei en de rijping van responsieve follikels stimuleert. De meeste follikels ontwikkelen zich in patronen die folliculaire golven worden genoemd (geanimeerd diagram dat folliculaire golven illustreert). De eerste één of twee golven bestaan uit een groep follikels die worden gerekruteerd en groeien tot 3-5 mm in diameter. Deze follikels groeien vervolgens tot 6-9 mm in diameter als reactie op FSH, en een van de follikels kan zelfs 12-15 mm bereiken. Deze follikels worden echter meestal niet ovulatoir door de remmende werking van progesteron op de productie van FSH door de voorste hypofyse. In plaats daarvan ondergaan deze eerste golven van follikels atresie (regressie of dood) nadat ze zijn afgebroken en binnengedrongen door bindweefsel. Pas in de tweede of derde follikelgolf wordt één follikel geselecteerd om de ovulatoire, of Graafiaanse, follikel te worden. Deze follikel rijpt tot een diameter van 16-18 mm en bestaat uit een eicel omgeven door vele cellagen, waaromheen zich een centrale holte vormt gevuld met vloeistof en omgeven door verschillende dunne cellagen.

Dit geanimeerde diagram illustreert de morfologische veranderingen die zich voordoen op de eierstok gedurende de oestrische cyclus van de koe en de vaars. Zodra de eisprong heeft plaatsgevonden en de eicel is vrijgekomen, differentiëren de cellen van de eierstok die de ovulatoire follikel vormden, zich tot luteale cellen. Dit gebeurt onder invloed van LH, en resulteert in een structuur die corpus luteum (CL) wordt genoemd. Het CL is verantwoordelijk voor de productie van progesteron. De piek van de progesteronproductie treedt op rond dag 12, wanneer het CL volledig volgroeid is. Zoals eerder opgemerkt, remt progesteron de afgifte van LH en FSH door de voorste hypofyse en voorkomt het de eisprong door de ontwikkeling en rijping van follikels te remmen.

Na ongeveer 14 dagen van progesteroninvloed begint de baarmoeder impulsen prostaglandine (PGF2a) af te geven in de veneuze afvoer naar de eierstokken. Prostaglandine roeit het luteale weefsel van de CL uit en veroorzaakt de regressie ervan, wat resulteert in een snelle daling van het circulerende progesteron en het wegnemen van de negatieve feedback van progesteron op de voorste hypofyse. Rond dag 17 komt de luteale fase van de oestrische cyclus tot een einde.

De folliculaire fase begint met het wegvallen van de blokkerende werking van progesteron, waardoor een grotere amplitude en frequentie van GnRH-pulsen mogelijk wordt. Meer GnRH leidt tot meer FSH- en LH-productie, die op hun beurt de ontwikkeling van de ovulatoire follikel in de folliculaire golf ondersteunen. Deze Graafse follikel produceert toenemende hoeveelheden oestrogeen, wat een positieve terugkoppeling naar de voorste hypofyse veroorzaakt. Zodra de oestrogeenspiegel een drempelwaarde bereikt, leidt een LH-piek (minstens 10 maal hoger dan de tonische waarde) tot de eisprong.