Optimization of Ovsynch protocols in lactating dairy cows using modified prostaglandin treatments and progesterone intravaginal devices | Optimierung von Ovsynch Protokollen durch modifizierte Prostaglandin Behandlungen und intravaginale Progesteron-Freisetzungssysteme bei laktierenden Milchkühen

The overall objectives of this thesis were 1) to compare the effect of an additional prostaglandin F2α (PGF2α) treatment and an increased dosage of PGF2α on d 7 during an Ovsynch protocol with an untreated control group, regarding luteolysis and reproductive performance; 2) to determine the effect of progesterone (P4) supplementation by means of a P4 releasing intravaginal device (PRID) insert for 8 days during an Ovsynch protocol on pregnancy per artificial insemination (P/AI) and pregnancy loss; 3) to evaluate vaginal discharge at device removal on fertility, and 4) to evaluate the diagnostic performance of transrectal ultrasound to detect a functional corpus luteum (CL) based on circulating P4 levels. In the first study, the aim was to compare the effect of two PGF2α treatments 24 h apart (25 mg of dinoprost at d 7 and 8) and the treatment of a double PGF2α dose (50 mg of dinoprost at d 7) with a control group (25 mg of dinoprost at d 7) during a 7-d Ovsynch protocol with inclusion of a PRID device for 8 days on luteal regression and P/AI in lactating Holstein cows. Furthermore, we wanted to evaluate the potential impact of vaginal discharge caused be the P4 insert on fertility and whether serum P4 levels correspond with ultrasound CL diagnostic. The experiment was conducted on a single commercial farm in Northeast Germany. A total of 1,056 cows were randomly assigned within parity to receive 1 of 3 Ovsynch protocols on a weekly basis: 1) a control group in which cows received an Ovsynch protocol with a single PGF2α treatment (control: d 0, 100 μg of GnRH + PRID; d 7, 25 mg of dinoprost; d 8, PRID removal; d 9, 100 μg of GnRH), 2) an Ovsynch protocol with a double dose of PGF2α (DoubleDose: d 0, 100 μg of GnRH + PRID; d 7, 50 mg of dinoprost; d 8, PRID removal; d 9, 100 μg of GnRH) and 3) an Ovsynch protocol with an additional PGF2α treatment 24 h after the first one (2PGF: d 0, 100 μg of GnRH + PRID; d 7, 25 mg of dinoprost; d 8, 25 mg of dinoprost and PRID removal; d 9, 100 μg of GnRH). All cows received a PRID from d 0 until removal on d 8, on which vaginal discharge was evaluated and scored [vaginal score (VS) 0 = no debris, VS 1 = small flecks of purulent debris, VS 2 = abundant amount of purulent debris]. To facilitate first post partum timed AI (TAI), the farm used a Presynch-Ovsynch protocol (PGF2α, 14 d later PGF2α, 12 d later start of an Ovsynch protocol). All cows were inseminated approximately 16 h after the second GnRH treatment (G2) of the Ovsynch protocol. Ovarian ultrasonography was performed on d 0 (G1) to determine abence or presence of a CL and its size. Blood samples were collected on d 0, 7 and 9 in order to asses P4 concentrations. Pregnancy diagnosis was performed using transrectal ultrasound d 38 ± 3 after AI and reconfirmed d 80 ± 7. Treatment affected P4 concentration at G2. Mean P4 concentrations at G2 differed (P = 0.037) among treatments (control 0.35 ± 0.02 ng/mL; DoubleDose 0.29 ± 0.02 ng/mL; 2PGF 0.30 ± 0.02 ng/mL) and were lower for 2PGF cows (P = 0.043) and DoubleDose cows (P = 0.023) compared with cows in the control group. There was an interaction between treatment and CL at G1 (P = 0.087). Cows without a CL at initiation of the protocol had decreased (P = 0.014) P4 concentrations when treated with a double dose of PGF2α and tended (P = 0.062) to have a decreased P4 concentration at G2 when receiving 2 consecutive treatments 24 h apart. Proportion of cows with luteolysis differed among treatments (P = 0.025; control 84.8%; DoubleDose 91%; 2PGF 92.6%) considering only cows with P4 concentrations above 1.0 ng/mL (indicative of presence of a CL) at first PGF2α (863/1011) and 0.5 ng/mL at G2 (indicative of complete luteolysis). Cows that received an additional treatment 24 h apart had greater P/AI (46.5%) compared with DoubleDose cows (37.7%; P = 0.045), but did not differ compared with cows in the control group (40.3%; P = 0.144). Considering luteal status at G1, cows within the 2PGF group had greater (47.9%; P = 0.043) P/AI when compared with DoubleDose cows (32.7%), but did not differ compared with control cows (36.1%; P = 0.109) when no CL was present at protocol initiation. The overall accuracy was 87.2% to identify a functional CL using transrectal ultrasound at the beginning of the protocol. The area under the curve (AUC) was 0.901 and can be considered highly accurate. The optimum cutoff was a 20-mm diameter of the CL. Vaginal discharge score had a significant association (P = 0.001) with P4 concentrations at the first PGF2α treatment. Cows assigned to a VS of 2 had greater (4.3 ± 0.2 ng/mL) serum P4 levels than cows assigned to score 0 (3.0 ± 0.3 ng/mL; P = 0.001) and 1 (3.7 ± 0.1 ng/mL; P = 0.002). Progesterone concentration at d 7 was greater (P = 0.027) for cows assigned to VS 1 compared with cows assigned to VS 0. Vaginal discharge score at PRID removal tended to have an association with P/AI at d 38 after AI (P = 0.072). Pregnancy per AI did not differ (P = 0.459) among cows scored with a VS of 0 and 1 [36.5% (25/69); 41.3% (320/780)], but was significantly greater [49.7% (102/207)] for cows having a VS of 2 compared with VS 1 (P = 0.039), and tended to be greater compared with VS 0 (P = 0.066). Outcomes from this study demonstrate that both PGF2α modifications can increase luteolysis in P4 supplemented Ovsynch protocols compared with a standard PGF2α treatment on d 7 of the protocol. Interestingly, only cows receiving an additional PGF2α treatment had a numerical increase in P/AI (6.2 %), especially in cows without a CL at G1 (11.8 %), whereas an increased dose of PGF2α did not lead to any improvement in reproductive performance. Vaginal discharge at d 8 of the protocol, after PRID removal, was associated with higher P4 concentrations at d 7 and greater P/AI. Ultrasound can be deemed as a valuable tool for CL detection. The second study aimed to elucidate the effect of P4 supplemention for 8 days, by means of a PRID insert, during an Ovsynch protocol on P/AI and pregnancy loss compared with a standard 7-d Ovsynch protocol. A total of 716 lactating Holstein cows from one commercial dairy farm in Northeast Germany were enrolled in this study. The treatment group was part of the aforementioned study and received an 8-d P4-based Ovsynch protocol (PRIDsynch: d 0, 100 μg of GnRH + PRID; d 7, 25 mg of dinoprost; d 8, PRID removal; d 9, 100 μg of GnRH), whereas the control group received a standard 7-d Ovsynch protocol as part of the farms reproductive schedule (control: d 0, 100 μg of GnRH; d 7, 500 μg of cloprostenol; d 9, 100 μg of GnRH). All cows were inseminated approximately 16 h after G2. Pregnancy diagnosis was performed by transrectal ultrasound examination d 38 ± 3 after AI and reconfirmed d 80 ± 7. Pregnancy loss included cows that experienced pregnancy loss from d 38 to 80. Results from this study demonstrate the overall beneficial effect of an elongated P4, 8 d supplementation with a PRID insert in an Ovsynch protocol on reproductive performance. Pregnancy per AI was significantly increased in PRIDsynch cows [P = 0.014; 38.9 % (115/360)] compared with untreated control cows [31.7 % (115/360)] on d 38 ± 3 after AI. However, pregnancy loss was not affected by treatment [P = 0.279; control: 8.8 (10/113) vs. PRIDsynch: 6.2 (9/146)]. Overall, this thesis shows that 1) the proportion of cows with complete luteal regression near TAI was increased by both PGF2α modifications, but only the second treatment 24 h apart resulted in greater P/AI compared with the increased PGF2α dose and a numerical increase in P/AI compared with control cows, especially in cows lacking a CL at protocol initiation, 2) the addition of a PRID from d 0 until removal on d 8 of the TAI protocol increased reproductive performance but did not influence pregnancy loss, 3) vaginal discharge caused by P4 inserts has no negative impact on fertility and 4) ovarian ultrasound examinations are suitable for detection of a functional CL. Taken together, these results have a potential to improve reproductive performance on dairy farms using TAI protocols.

Die Ziele dieser Arbeit waren 1) der Vergleich einer zusätzlichen Prostaglandin F2α (PGF2α)-Behandlung und einer erhöhten Dosierung von PGF2α an Tag 7 während eines Ovsynch-Protokolls mit einer unbehandelten Kontrollgruppe in Bezug auf Luteolyse und Reproduktionsleistung; 2) das Herausstellen der Wirkung einer Progesteron (P4)- Supplementierung mittels einer P4 freisetzenden Intravaginalspange (PRID) über 8 Tage während eines Ovsynch-Protokolls auf den Besamungserfolg (P/AI) und die Trächtigkeitsverluste; 3) die Auswirkungen des vaginalen Ausfluss auf die Fruchtbarkeit zu bewerten und 4) die diagnostische Leistung des transrektalen Ultraschalls zur Erkennung eines funktionellen Gelbkörpers (CL) auf der Grundlage der zirkulierenden P4-Spiegel zu bewerten. In der ersten Studie sollte die Wirkung von zwei PGF2α-Behandlungen im Abstand von 24 Stunden (25 mg Dinoprost an Tag 7 und 8) und der Behandlung mit einer doppelten PGF2α-Dosis (50 mg Dinoprost an Tag 7) mit einer Kontrollgruppe (25 mg Dinoprost an Tag 7) während eines 7-tägigen Ovsynch-Protokolls unter Einbeziehung einer PRIDIntravaginalspange für 8 Tage auf die Luteolyse und den Besamungserfolg bei laktierenden Holstein-Kühen verglichen werden. Darüber hinaus wollten wir die möglichen Auswirkungen des durch die P4-Spangen verursachten Vaginalausflusses auf die Fruchtbarkeit bewerten und feststellen, ob die P4-Serumspiegel mit der Ultraschall-CL-Diagnose übereinstimmen. Der Versuch wurde in einem kommerziellen Milchviehbetrieb im Nordosten Deutschlands durchgeführt. Insgesamt 1.056 Kühe wurden randomisiert innerhalb einer Parität einem von 3 Ovsynch-Protokollen wöchentlich zugewiesen: 1) eine Kontrollgruppe, in der die Kühe ein Ovsynch-Protokoll mit einer einzigen PGF2α-Behandlung erhielten (Kontrolle: d 0, 100 μg GnRH + PRID; d 7, 25 mg Dinoprost; d 8, PRID-Entfernung; d 9, 100 μg GnRH), 2) ein Ovsynch- Protokoll mit einer doppelten Dosis von PGF2α (DoubleDose: d 0, 100 μg GnRH + PRID; d 7, 50 mg Dinoprost; d 8, PRID-Entfernung; d 9, 100 μg GnRH) und 3) ein Ovsynch-Protokoll mit einer zusätzlichen PGF2α-Behandlung 24 h nach der Ersten (2PGF: d 0, 100 μg GnRH + PRID; d 7, 25 mg Dinoprost; d 8, 25 mg Dinoprost und PRID-Entfernung; d 9, 100 μg GnRH). Alle Kühe erhielten von Tag 0 bis zur Entfernung am 8. Tag eine PRID, woraufhin der Vaginalausfluss beurteilt und bewertet wurde [Vaginal Score (VS) 0 = kein Ausfluss, VS 1 = kleine Flecken eitrigen Ausflusses, VS 2 = reichlich eitriger Ausfluss]. Zur Erstbesamung nach der Geburt verwendete der Betrieb ein Presynch-Ovsynch-Protokoll (PGF2α, 14 Tage später PGF2α, 12 Tage später Beginn eines Ovsynch-Protokolls). Alle Kühe wurden etwa 16 Stunden nach der zweiten GnRH-Behandlung (G2) des Ovsynch-Protokolls besamt. Am Tag 0 (G1) wurde eine Ultraschalluntersuchung der Eierstöcke durchgeführt, um das Vorhandensein von Gelbkörpern und deren Größe festzustellen. Blutproben wurden an den Tagen 0, 7 und 9 entnommen, um die P4-Konzentration zu bestimmen. Die Trächtigkeit wurde mittels transrektalem Ultraschall 38 ± 3 Tage nach der terminorientierten künstlichen Besamung (TAI) diagnostiziert und 80 ± 7 Tage später erneut bestätigt. Die Behandlung beeinflusste die P4-Konzentration bei G2. Die mittleren P4-Konzentrationen bei G2 unterschieden sich signifikant (P = 0,037) zwischen den Behandlungen (Kontrolle 0,35 ± 0,02 ng/mL; DoubleDose 0,29 ± 0,02 ng/mL; 2PGF 0,30 ± 0,02 ng/mL) und waren bei 2PGF-Kühen (P = 0,043) und DoubleDose-Kühen (P = 0,023) im Vergleich zu den Kühen der Kontrollgruppe niedriger. Der Effekt der modifizierten Behandlungen war beinflusst von der Präsenz eines CL an G1 (P = 0,087). Bei Kühen, die zu Beginn des Protokolls keinen CL aufwiesen, waren die P4-Konzentrationen bei der Behandlung mit einer doppelten Dosis PGF2α verringert (P = 0,014), und bei zwei aufeinanderfolgenden Behandlungen im Abstand von 24 Stunden war die P4-Konzentration bei G2 tendenziell verringert (P = 0,062). Der Anteil an Kühen mit vollständiger Luteolyse unterschied sich zwischen den Behandlungsgruppen (P = 0,025; Kontrolle 84,8 %; DoubleDose 91 %; 2PGF 92,6 %), wobei nur Kühe mit P4-Konzentrationen über 1,0 ng/mL (was auf das Vorhandensein eines CL hinweist) bei der ersten PGF2α-Behandlung (863/1011) und 0,5 ng/mL bei G2 (was auf eine vollständige Luteolyse hinweist) berücksichtigt wurden. Kühe, die im Abstand von 24 Stunden eine zusätzliche Behandlung erhielten, hatten einen höheren Besamungserfolg (46,5 %) im Vergleich zu DoubleDose-Kühen (37,7 %; P = 0,045), unterschieden sich aber nicht von Kühen in der Kontrollgruppe (40,3 %; P = 0,144). Wenn zu Beginn des Protokolls keine CL vorhanden waren, wiesen die Kühe der 2PGF-Gruppe einen höheren Besamungserfolg auf (47,9 %; P = 0,043) als die Kühe der DoubleDose-Gruppe (32,7 %), unterschieden sich jedoch nicht von den Kühen der Kontrollgruppe (36,1 %; P = 0,109). Die Genauigkeit zur Identifizierung eines funktionellen CL mittels transrektalem Ultraschall zu Beginn des Protokolls betrug 87,2 %. Bei der ROC-Analyse betrug die Fläche unterhalb der Kurve (AUC) 0,901 und kann als sehr genau angesehen werden. Der optimale Grenzwert lag bei einem CL Durchmesser von 20 mm. Die Bewertung des Scheidenausflusses stand in signifikantem Zusammenhang (P = 0,001) mit den P4-Konzentrationen bei der ersten PGF2α-Behandlung. Kühe mit einem VS von 2 hatten höhere P4-Serumspiegel (4,3 ± 0,2 ng/mL) als Kühe mit einem VS von 0 (3,0 ± 0,3 ng/mL; P = 0,001) und 1 (3,7 ± 0,1 ng/mL; P = 0,002). Die Progesteronkonzentration am Tag 7 war bei Kühen, denen VS 1 zugewiesen wurde, höher (P = 0,027) als bei Kühen, denen VS 0 zugewiesen wurde. Das Ergebnis des vaginalen Ausflusses bei der PRID-Entfernung stand tendenziell in Zusammenhang mit dem Besamungserfolg an Tag 38 ± 3 nach der künstlichen Besamung (P = 0,072). Der Besamungserfolg unterschied sich nicht (P = 0,459) zwischen Kühen mit einem VS von 0 und 1 [36,5 % (25/69); 41,3 % (320/780)], war aber signifikant größer [49,7 % (102/207)] für Kühe mit einem VS von 2, verglichen mit VS 1 (P = 0,039), und tendierte dazu, größer zu sein als bei VS 0 (P = 0,066). Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass beide PGF2α-Modifikationen die Luteolyse in P4 gestützten Ovsynch-Protokollen im Vergleich zu einer Standard-PGF2α-Behandlung an Tag 7 des Protokolls erhöhen können. Interessanterweise hatten nur Kühe, die eine zusätzliche PGF2α-Behandlung erhielten, einen numerischen Anstieg des Besamungserfolges (6,2 %), insbesondere bei Kühen ohne CL bei G1 (11,8 %), während eine erhöhte Dosis von PGF2α zu keiner Verbesserung der Reproduktionsleistung führte. Vaginaler Ausfluss an Tag 8 des Protokolls, nach Entfernung der PRID, war mit höheren P4-Konzentrationen an Tag 7 und einem höheren Besamungserfolg verbunden. Die Ultraschalluntersuchung kann als wertvolles Instrument zur Erkennung von CL angesehen werden. Die zweite Studie hatte zum Ziel, die Auswirkungen einer 8-tägigen P4-Supplementierung mittels einer PRID-Spange während eines Ovsynch-Protokolls auf P/AI und Trächtigkeitsverluste im Vergleich zu einem 7-tägigen Standard-Ovsynch-Protokoll zu erforschen. Insgesamt wurden 716 laktierende Holstein-Kühe aus einem kommerziellen Milchviehbetrieb im Nordosten Deutschlands in diese Studie aufgenommen. Die Behandlungsgruppe war Teil der oben erwähnten Studie und erhielt ein 8-tägiges P4-basiertes Ovsynch-Protokoll (PRIDsynch: d 0, 100 μg GnRH + PRID; d 7, 25 mg Dinoprost; d 8, PRIDEntfernung; d 9, 100 μg GnRH), während die Kontrollgruppe ein standardmäßiges 7-d Ovsynch-Protokoll als Teil des Reproduktionsplans des Betriebs erhielt (Kontrolle: d 0, 100 μg GnRH; d 7, 500 μg Cloprostenol; d 9, 100 μg GnRH). Alle Kühe wurden etwa 16 Stunden nach G2 besamt. Die Trächtigkeitsdiagnose wurde mittels transrektaler Ultraschalluntersuchung 38 ± 3 Tage nach der künstlichen Besamung durchgeführt und 80 ± 7 Tage nach der Besamung erneut bestätigt. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen die insgesamt positive Wirkung einer verlängerten P4 Supplementierung über 8 Tage mit einer PRID-Spange in einem Ovsynch-Protokoll auf die Reproduktionsleistung. Die Besamungserfolge waren bei PRIDsynch-Kühen signifikant erhöht [P = 0,014; 38,9 % (115/360)] im Vergleich zu unbehandelten Kontrollkühen [31,7 % (115/360)] an Tag 38 ± 3 nach künstlicher Besamung. Die Trächtigkeitsverluste wurden jedoch durch die Behandlung nicht beeinflusst [P = 0,279; Kontrolle: 8,8 (10/113) vs. PRIDsynch: 6,2 (9/146)]. Insgesamt zeigt diese Arbeit, dass 1) der Anteil der Kühe mit vollständiger Luteolyse nahe der Besamung durch beide PGF2α-Modifikationen erhöht wurde, aber nur die zweite Behandlung im Abstand von 24 Stunden zu einem größeren Besamungserfolg führte, verglichen mit der erhöhten PGF2α-Dosis, und zu einem numerischen Anstieg des Besamungserfolges im Vergleich zu Kontrollkühen, insbesondere bei Kühen, die zu Beginn des Protokolls keine CL hatten, 2) die Ergänzung einer PRID von Tag 0 bis zur Entfernung an Tag 8 des Protokolls die Reproduktionsleistung erhöhte, aber keinen Einfluss auf den Trächtigkeitsverlust hatte, 3) vaginaler Ausfluss, der durch P4-Spangen verursacht wird, keinen negativen Einfluss auf die Fruchtbarkeit hat und 4) Ultraschalluntersuchungen der Ovarien für den Nachweis eines funktionellen CL geeignet sind. Zusammengenommen haben diese Ergebnisse das Potenzial, die Reproduktionsleistung in Milchviehbetrieben mit Protokollen zur terminorientierten Besamung zu verbessern.