Den immunsvækkede nykælver – når både pest og kolera er til stede

Tiden fra 2-3 uger før til 2-3 uger efter kælvning  yder som bekendt på ekstreme omvæltninger for den højtydende malkeko. Det antages, at hver eneste periparturiente ko gennemlever perioder med insulinresistens, reduceret foderoptag, negativ energibalance, lipolyse og vægttab i tidlig laktation, hypocalcæmi i dagene efter kælvningen og bakteriel kontamination af uterus i op til 3 uger efter kælvningen (1).

Som om dette ikke var nok, støder der yderligere en nedsat funktion af immunforsvaret til, som typisk varer fra 1-2 uger før til 2-3 uger efter kælvningen (2, 3), og som af nogle betegnes som naturligt forekommende immunsuppression (4). Den samlede betydning af disse påvirkninger for den periparturiente malkeko er en øget sygdomsrisiko (5), som resulterer i, at hovedparten af produktionssygdomme forekommer i tidlig laktation (6). Således ses 25 % af kliniske mastitistilfælde typisk inden for de første 2 uger efter kælvning (7).

Immunsvækkelse hos periparturiente køer, som i forvejen er udfordret af ovennævnte fysiske og metaboliske stressorer, kan synes naturstridigt – men før præsentationen af mulige årsagsforhold, en kort introduktion til immunforsvaret.

Immunforsvaret

Immunforsvaret opdeles typisk i tre forskellige segmenter, som i udtalt grad interagerer med hinanden: De fysiske barrierer, det medfødte (innate) immunforsvar og det erhvervede (adaptive) immunforsvar, der adskiller sig i forhold til, hvor effektive deres beskyttelsesniveau er, samt hvor hurtigt og hvor specifikt de reagerer på en indtrængende organisme (Figur 1). Forenklet sagt, har vi med tre overlappende forsvarslinjer at gøre, som i stigende grad er mere effektiv i bekæmpelse af indtrængende patogener end den forudgående linje.

Idet den ovenfor omtalte immunsvækkelse primært vedrører det medfødte immunforsvar, skal kun dette segment omtales nærmere her. Den interesserede læser henvises i øvrigt til (8).

Det medfødte immunforsvar træder til, når den fysiske barriere er gennembrudt. Det består primært af celler og molekyler, som har til opgave at forhindre patogener i at etablere sig og at minimere vævsskaden som følge af patogenernes indtrængen. Udfordringen består således i, at cellerne
genkender patogener, fagocyterer dem og slår dem ihjel, mens molekylerne (bl.a. komplement) binder sig til patogenerne og dræber dem eller markerer dem (opsonisering), således at cellerne lettere kan genkende og dræbe dem.

Desuden spiller det medfødte immunforsvar en vigtig rolle i igangsættelse af inflammationsprocessen, herunder rekruttering af neutrofile granulocytter til området med patogener. Det medfødte immunforsvar reagerer øjeblikkeligt på indtrængende patogener, og målet er en kortvarig (2 timer) proces, som resulterer i udslettelse af modstanderen. Da dette segment ikke er i besiddelse af en immunologisk hukommelse, besvares enhver infektionstrussel ens. Den centrale forsvarscelle i det medfødte immunforsvar er den neutrofile granulocyt, der har det som sin primære opgave at genkende og eliminere invaderende patogener.

Neutrofile granulocytter

Neutrofile granulocytter hører til leukocytterne, herunder de polymorfnukleære granulocytter (PMN), og adskiller sig ved farvning af deres cytoplasmatiske granula fra basofile og eosinofile granulocytter ved at optage relativt lidt farve. De dannes i knoglemarven ved granulopoiesen med en hastighed af 8 millioner per minut. Efter migration ud i blodet vandrer de ud i vævene, hvor de kun lever i få dage, hvor for de kontinuerligt skal erstattes (se i øvrigt faktabokse 1-3).

Neutrofile granulocytter er de første fagocyterende celler, som migrerer til infektionsstedet (9, 10). I forbindelse med E. coli-infektioner er det vist, at neutrofile er 1-2 timer om at akkumulere på infektionsstedet (11), og yderligere forsinkelse af denne proces medfører, at organismen har markant flere patogener at slås imod, hvorfor en tidlig og hurtig akkumulation af tilstrækkeligt mange neutrofile er afgørende for nedkæmpelsen af infektionen (12). Cirkulerende neutrofile er således det vigtigste, rekruterbare værtsforsvar mod akutte vævsinfektioner, såsom mastitis (13, 14, 15).

Dysfunktionelle neutrofile hos periparturiente malkekøer

Et væld af studier har gennem de sidste 30 år dokumenteret et svækket immunforsvar hos periparturiente køer fra omkring 1-2 uger før til 1-2 uger efter kælvning, der især, men ikke udelukkende, udgår fra de neutrofile granulocytter (2, 3, 4, 5, 16, 17, 18, 19). Således er det vist, at de neutrofiles evne til at migrere til infektionsområder (nedsat kemotaksi) samt deres evne til fagocytose og drab af patogener er reduceret, primært fordi deres evne til produktion af reaktive iltradikaler (respiratory burst) er nedsat (7, 9, 18, 20, 21, 22, 23) (Figur 2). Ydermere forekommer er i begyndelsen af laktationen en forbigående neutropeni (16, 24), ligesom der er påvist en funktionsnedsættelse samt reduktion i antal af lymfocytter, hvilket kan påvirke produktionen af specifikke antistoffer hos den perparturiente malkeko (25, 26). Denne dysfunktion hos især de neutrofile granulocytter er blevet korreleret til forekomsten af produktionssygdomme i tidlig laktation, herunder klinisk mastitis (17, 27, 28), tilbageholdt efterbyrd (27, 29) og metritis (27, 30).

Det, som oprindeligt undrede forskerne, var, at primært opportunistiske bakterier forårsagede mastitis i tidlig laktation (7), og mange bakterier (50 %), der forårsagede klinisk mastitis i tidlig laktation, var de samme bakterier, som kunne dyrkes fra subkliniske infektioner ved afgoldningstidspunktet 31, 32).

Det kan forekomme besynderligt, at peripaturiente køer på de mest udfordrende tidspunkter i deres produktionsliv, udsættes for et svigt i deres immunforsvar – og i det følgende skal vi derfor, med udgangspunkt i figur 3, se på videnskabeligt dokumenterede forhold, som bidrager til immunsvækkelsen hos nykælvere.

Negativ energi- og proteinbalance

I tiden op til kælvningen reduceres koens foderoptag (34), samtidig med de gennemgår en periode med insulinresistens, markant lipolyse, vægttab i tidlig laktation og ikke sjældent oxidativ stress (1, 35). Som følge af fedtmobilisering øges blodets indhold af frie fede syrer (NEFA) og senere β-hydroxybutyrat (BHB), leveren infiltreres med triglycerider, og blodets glukoseniveau er lavt (4, 36). Sidstnævnte har en direkte effekt på neutrofile granulocytter, idet glukose er disse cellers foretrukne brændstof (4) og en samtidig mangel på protein kan påvirke koens evne til kontinuerligt at erstatte kortlivede neutrofile (se faktaboks 2). Endvidere er det vist, at NEFA in vitro reducerer neutrofiles levedygtighed og øger deres forekomst af nekrose (37), mens Hoeben (2000) viste, at et øget NEFA-niveau i blodet reducerer produktionen af iltradikaler (respiratory burst) i de neutrofile (18). Moyes et al (2013) kunne vise en signifikant sammenhæng mellem blodets NEFA-niveau og forekomsten af metritis, tilbageholdt efterbyrd og klinisk hypocalcæmi og vurderede, at NEFA er en mere betydende risikofaktor for forekomsten af ovennævnte sygdomme end BHB (38).

Ketose og fedtlever

En relativ ny prævalensundersøgelse viser, at hyperketonæmi (mælk BHB ≥ 100 μmol/L) forekommer hos 25 % eller flere af nykælverne i 85 % af undersøgte vesteuropæiske malkekvægsbesætninger (39), samtidig med, at fedtlever er almindeligt forekommende i den periparturiente periode (1).

Adskillige studier har dokumenteret, at ketonstoffer, herunder BHB, påvirker immunforsvaret negativt, idet de påvirker antallet af neutrofile (40), forringer de neutrofiles evne til netosis, kemotaksi, fagocytose og drab (41, 42, 43). Zerbe et al. (2000) viste i deres undersøgelse, at hos periparturiente køer med fedtlever (TG > 40mg/g) sker der en funktionel ændring i blodets neutrofile, som betingede en dårligere migration og dårligere produktion af iltradikaler. Ændringerne var endnu mere udtalte hos neutrofile isoleret fra uterus (44).

Mangel på vitaminer, sporstoffer eller antioxidanter

I den periparturiente periode øges kravene til koens stofskifte voldsomt, hvilket ligeledes øger behovet for ilt. Som følge heraf stiger produktionen af reaktive iltarter (ROS), som søges neutraliseret ved hjælp af antioxidanter. Tipper balancen mellem produktion af ROS og tilgængeligheden af antioxidanter, øges risikoen for oxidativ stress (35), hvilket formodes medvirkende til et svækket immunforsvar og inflammatorisk respons hos den periparturiente ko (45, 46). Der er således solid dokumentation for betydningen af adækvate indhold af vitamin E og Selen og funktionen af neutrofile granulocytter (Tabel 1), hvorimod der ikke kan dokumenteres nogen effekt på antallet. Endvidere er de fleste positive effekter på neutrofile vist ved supplering af vitamin E og/eller Selen til en foderration, som var i underskud med henblik på disse antioxidanter (47). Ikke desto mindre er det fornuftigt jævnligt at kontrollere foderrationen for indholdet af antioxidanter - især i forhold til nykælvere, hvor der, som tidligere nævnt, vil forekomme varierende grad af nedsat foderoptag. Studier af andre væsentlige mineraler og sporstoffer (Tabel 1) har ikke kunne dokumentere effekt hverken på funktion eller antal af neutrofile (47).

Tabel 1. Dokumenterede effekter af forskellige vitaminer, mineraler og sporstoffer på neutrofile granulocytter. Modificeret efter 45.

Hypocalcæmi

Under danske forhold behandles 3,6 % af alle nykælvere for klinisk hypocalcæmi (mælkefeber), hvoraf køer over 2. paritet udgør hovedparten (7,1 %), mens Jersey er den race, som hyppigst behandles (7,4 %), modsat de store racer (3,3 %) (48). Der foreligger ikke nyere danske undersøgelser af forekomsten af subklinisk hypocalcæmi, men under amerikanske forhold antages det, at forekomsten er 47 % hos multipare og 25 % hos primipare køer (49), og at de fleste køer er subklinisk hypocalcæmiske i den første uge efter kælvning (50).

Den primære effekt af hypocalcæmi giver sig udtryk i en nedsat kontraktionsevne i den glatte muskulatur, hvilket blandt andet medfører en forsinket lukning af pattekanalen og længere liggetid efter malkningen, hvilket øger risikoen for indtrængen af patogener i pattekanalen. Hypocalcæmi påvirker også tonus i mave-tarmkanalen og kan således bidrage til eller forværre reduktionen i foderoptagelsen i tidlig laktation, ligesom hypocalcæmi inhiberer insulinsekretion og dermed optagelsen af glukose til vævene (3), hvilket fremmer lipolysen og øger risikoen for ketose. Endvidere bevirker hypocalcæmi en dramatisk stigning i blodets kortisolniveau, hvilket direkte virker immunsuppressivt (se senere) (51).

Nyere forskning har påvist en sammenhæng mellem lavt blodcalcium og forekomsten af metritis, men ligeledes en påvirkning af antallet og funktionen (nedsat fagocytose og respiratory burst) af neutrofile (52). Ydermere er det vist, at lavt blodcalcium dæmper lymfo- og monocytters respons på et immunstimulus grundet mangel på intracellulært calcium, som frigives i forbindelse med en aktivering af cellerne (53).

Hormonelle ændringer

Progesteron har en dokumenteret negativ effekt på leukocytters funktion (53), hvilket formentlig tjener det formål, at fosteret ikke afstødes under drægtigheden (54). Dette har dog næppe betydning tæt på kælvningen, hvor progesteronniveauet er lavt, hvorimod det høje østrogenniveau kan have betydning, eftersom det er vist, at dette hormon har en stærk suppressiv effekt på den cellemedierede immunitet (55). Ydermere sker der en stigning i kortisol i forbindelse med kælvning, som i øvrigt forværres ved samtidig hypocalcæmi 51).

Ligesom andre glukokortiokoider reducerer kortisol neutrofiles evne til at fæstne sig til blodkarrenens endotel og forringer derved deres evne til at migrere ud i væv, hvor de er afgørende for bekæmpelse af infektioner (40, 56). Endelig øges også blodkoncentrationen af β-endorfin gennem den sidste måned før kælvningstidspunktet, ligesom metenkefalin stiger drastisk i forbindelse med kælvning. Begge disse endogene opioider har formentlig til formål at dæmpe smerteopfattelsen i forbindelse med kælvning, men de nedsætter ligeledes tarmmotiliteten og kan således bidrage til reduktionen i foderoptagelsen omkring kælvningen (57).

Funktionelle ændringer i det periparturiente immunforsvar

Intrinsiske ændringer i immunforsvaret spiller formentlig også en rolle i immunsvækkelsen omkring kælvning. Således er det dokumenteret, at der hos periparturiente køer sker en ændring i CD4⁺-cellepopulationen. Disse lymfocytter kan opdeles i Th1 og Th2 (hjælpeceller) på baggrund af de cytokiner de producerer. Th1-lymfocytter producerer primært interleukin-2 (IL-2) og interferon-γ (IFN-γ), hvilke promoverer det cellulære respons mod patogener, mens Th2-lymfocytter primært producerer Il-4, IL-5 og IL-10, hvilke alle promoverer det humorale respons. I den periparturiente ko ændres forholdet mellem disse to typer hjælpeceller til fordel for Th2-lymfocytter, hvilket resulterer i et nedsat cellulært respons (7, 25, 58), bl.a. fordi en række af de cytokiner, som er nødvendige i aktivering af neutrofile granulocytter, ikke produceres i et normalt omfang (7). Den neutrofile granulocyts arbejdsopgaver ændres ligeledes omkring kælvningen, idet, formentligt induceret af glukokortikoider, deres antal og holdbarhed i blodet øges, mens deres evne til bakteriedrab nedreguleres til fordel for en remodellerende aktivitet, f. eks. i uterus (59).

Ydelse

Det er nærliggende at antage, at mælkeydelsen er en væsentlig faktor i forhold til immunsvækkelsen hos nykælvere og dermed forekomsten af produktionssygdomme i tidlig laktation. Der er da også påvist en sammenhæng mellem stigende mælkeydelse og forekomsten af mastitis (6), men spørgsmålet er, om der er en direkte sammenhæng mellem høj ydelse og nedsat funktion hos neutrofile granulocytter. Kimura et al., 1999 (60) sammenlignede funktionen hos neutrofile i 10 mastektomerede Jerseykøer med funktionen hos 8 intakte Jerseykøer. De fandt, at på kælvningstidspunktet forhindrede mastektomering ikke reduktionen i neutrofiles drabsevne eller deres nedsatte evne til at adhærere til blodkarrenes endotel i forbindelse med migration. Derimod genvandt de neutrofile hurtigt deres fulde drabsevne efter kælvning hos de mastektomerede køer, modsat de intakte køer, mens bindingsevnen til karendotelet ikke blev påvirket (60). Det synes således ikke, at laktogenesen har nogen større betydning for igangsætningen af immunsuppressionen op til kælvningstidspunkt et, men derimod spiller en rolle i vedligeholdelsen af tilstanden efter kælvning. Alle intakte køer i forsøget udviklede i øvrigt klinisk hypocalcæmi post partum, samt nogle efterfølgende sekundære stofskiftelidelser, hvorfor det kan hævdes, at effekten på de neutrofile ligeså godt kunne hidrøre fra den negative energibalance/ hypocalcæmi som fra ydelsen i tidlig laktation (60).

Det fremgår af ovennævnte, at immunsvækkelsen hos nykælveren er en kompleks og multifaktoriel tilstand. Årsagsforholdene  er endnu langt fra helt klarlagte, men den her fremlagte viden forklarer til dels, hvorfor der findes variation i graden af immunsvækkelse mellem besætninger (management af hypocalcæmi, negativ energibalance og stress (kortisol)). En tilsvarende variation kan ses mellem dyr og kan bero på forskelle i genetik og alder (4, 61). Uagtet dette forbliver den periparturiente periode særdeles udfordrende for malkekøer og er af afgørende betydning for, hvorledes de klarer sig igennem den tidlige laktation og dermed også deres holdbarhed i besætningen. I det omfang, vi kan styrke køernes  immunforsvar i denne kritiske periode, forbedrer vi ikke kun deres holdbarhed, men også deres velfærd, samtidig med at vi bidrager til et reduceret forbrug af antibiotika. Det er med udgangspunkt i disse forhold, at forskningen i immunmodulerende midler og mastitisvacciner i disse år intensiveres.