Einfluss nicht-ventilierter oder hyperkapnischer Inkubation auf die allgemeine embryonale Entwicklung und die embryonale Herzentwicklung von zwei Mastgeflügel-Linien (Isa JA 757 und Ross 308)

Abstract

In einer Vielzahl von Studien konnte eine hohe Adaptationsfähigkeit des embryonalen Organismus gegenüber verschiedenen Einflüssen während der Inkubation belegt werden. Die Fähigkeit zur Anpassung hat Effekte zur Folge, die temporär oder permanent die Entwicklungsbahn des Hühnerembryos beeinflussen und verändern können. Anpassungsbzw. kompensatorische Reaktionen beispielsweise auf einen hypoxischen Einfluss können zum einen im Blut- (HÜHNKE & TÖNHARDT, 2004) und in der Amnionflüssigkeit (NAU, 2010) nachgewiesen werden und zum anderen Einfluss auf physiologische Regelsysteme und Organe haben. So konnte in verschiedenen Studien ein positiver Einfluss einer nichtventilierten Inkubation und folglich einem erhöhten CO2-Gehalt in der Inkubationsluft auf die allgemeine embryonale Entwicklung beobachtet werden. Mit der vorliegenden Forschungsarbeit wurde neben der nicht- ventilierten Inkubation erstmals ein Inkubationsmedium erzeugt, dass einen gesteigerten CO2-Gehalt bei gleichbleibendem O2- Gehalt simulierte. Damit war es möglich, die eigentlichen Effekte des CO2-Gehaltes ohne einen milden Sauerstoffmangel, der während der nicht-ventilierten Inkubation entsteht, näher zu charakterisieren. Da ein Einfluss der nicht-ventilierten Inkubation auf das Aszites- Syndrom diskutiert wird, wurde besonders die Entwicklung des Herzen betrachtet. In beiden Gruppen mit erhöhten CO2-Werten kam es zu einem gesteigerten Metabolismus, der sich in einer stärkeren Zunahme von Größe und Masse in der Broiler-Linie Ross zeigte. In der nicht-ventilierten Gruppe der Broiler-Linie Ross zeigten sich zusätzlich auch Effekte am Herzen. So kam es zu einer reaktiven Hyperplasie, die vermutlich als Folge der milden Hypoxie in der sensiblen Phase des Hühnerembryos zwischen D 6 und D 12 auftrat. Anschließend schien sich eine fetale Hypertrophie vor allem in der rechten Ventrikelwand und im Septum zu entwickeln, die an D 18 beobachtet werden konnte. Sie könnte ähnlich der fetalen Hypertrophie beim Menschen eine Folge des erhöhten Blutzuckerspiegels sein. Denkbar ist auch eine physiologische Reaktion durch den im Ei entstehenden Sauerstoffmangel vor allem im letzten Inkubationsdrittel, denn das Organwachstum und damit das Zellwachstum erfolgt proportional zur Sauerstoffversorgung (ASSON-BATRES, STOCK, HARE, & METCALFE, 1989), die vor allem in den Ross-Tieren der NVG relativ schlechter ist als in den anderen Versuchsgruppen. Es ist nicht auszuschließen, dass diese Reaktion eine Prädisposition, postnatal am Aszites-Syndrom zu erkranken, nach sich ziehen kann. Die Inkubation unter erhöhten CO2-Konzentrationen aber gleichbleibenden Sauerstoffgehalten könnte somit einen Ansatz für die Verbesserung der Herzgesundheit bei schnell wachsenden Mastleistungstieren wie die Tiere der Linie Ross 308 darstellen. Die Beurteilung der postnatalen Herzentwicklung und Herzmorphologie könnte ein weiterer wichtiger Bestandteil fächerübergreifender Forschung sein, um die Inkubationsbedingungen vor allem für die Hochleistungstiere weiter zu verbessern. Es konnte außerdem gezeigt werden, dass die Anpassungsreaktionen und der Grad der Beeinflussung durch die nicht-ventilierte oder hyperkapnische Inkubation abhängig von dem genetischen Hintergrund der Broiler-Linien ist und nicht bei allen Linien als Standard durchgeführt werden kann, sondern individuell entwickelt werden muss.

It is well established that the embryonic organism is capable to adapt to various stressors during incubation. It‘s ability for adaptation can pemanently or temporary affect the embryonic developmental plasticity and trajectories. Hypoxia during incubation for example causes compensatory reactions in the embryonic blood (HÜHNKE & TÖNHARDT, 2004) and amniotic fluid (NAU, 2010) and may as well influence the cardiovascular development. Recent studies show that increased CO2-concentrations during the first 10 days of nonventilated incubation may be benefitial for the embryonic development. It has also been determined that the O2-concentration decreases during non- ventilated conditions to a mild hypoxia of 19% O2. Therefore an artificial incubational environment with increasing CO2-concentrations and constant O2 -concentrations was generated. Hence it was possible to compare the effects of CO2 during hypoxic and normoxic conditions, which helped to differentiate and determine the CO2- and O2-mediated effects on the embryo. In recent studies an influence of the non-ventilated incubation on the predisposition of the postnatal development of the Ascites-Syndrome in broiler-lines has been discussed. Therefore the development of the heart and it‘s morphological and histological properties were investigated in the experiments of the present thesis. Both treatment groups, the non-ventilated as well as the hypercapnic group, displayed an enhanced metabolism which was reflected in an increase in size and bodymass within the fast growing broiler-line. An effect on the heart development could only be observed in the non-ventilated group of the fast growing broiler-line Ross 308. The hearts of this group showed signs of a reactive hyperplasia at the beginning of the investigations. This finding might be the result of an increasing mild hypoxia during a period (D6-D12) which is known to be sensitive to oxygen deficiency in chicken embryos. The reactive hyperplasia was followed by a fetal hypertrophy which became apparent at D 18. The right ventricular wall and the interventricular septum were especially affected. Similar effects are seen in the infants of diabetic pregnancies in humans. In the non-ventilated group the blood glucose level was higher than in any other group. That might have a direct or indirect affect on the heart development. The hypertrophic reaction of the ventricular myocardium could also be a consequence of the physiological decrease of the oxygen- concentration in the egg during the last third of incubation. During this period of embryonic development an increasing metabolism and the limited oxygen supply provoke hypoxic conditions within the egg. Since the growth of the organism, thus the growth of organs and cells are O2-dependent (ASSON- BATRES, STOCK, HARE & METCALFE, 1989) an oxygen deficiency may lead to reduced cell-growth. This might be applicable especially for the fast growing broiler- line Ross under non-ventilated conditions, where the already fast metabolism of this broiler-line was additionally enhanced, thus requiring even more oxygen for suficient saturation. It is possible that the observed effects on the heart might lead to a higher predisposition for the postnatal development of the Ascites-Syndrome in fast growing broiler-lines. I therefore come to the conclusion that a hypercapnic, normoxic incubation could be benefitial for the embryonic development as well as the heart development especially of fast growing broilerlines. This study was also able to present new insights on the effects of CO2 during incubation and showed that the adaptational reactions of the embryo are not only depending on the concentration and timing of the CO2-application but might also be depending on the genetic backgrounds of the broiler-lines and should therefore be developed individually for each broiler- line to achieve the best results. As for the Ross 308, the increase of the CO2 – concentration according to the NVG of this experiment achieved good results in growth and bodymass without having permanent effects on the heart in the tested period. The evaluation of pre- and postnatal heart development as well as the morphological and histological properties of the myocardium should still be subject to further studies to continue the improvement of the incubation conditions.