Folia veterinaria VERANTWOORD GEBRUIK VAN EXOGENE GONADOTROFINES IN DE VOORTPLANTING Inleiding Talrijke farmacologische substanties zoals steroïden, peptiden en glycoproteïnen met een potentiëel immunogeen karakter, worden frequent zoötechnisch of therapeutisch gebruikt in de reproductie van de huisdieren en in fertiliteitsprogramma s bij de mens (tabel 1). Tabel 1 : moleculen die veelvuldig gebruikt worden in de controle van de reproductie Familie Molecule Familie Molecule Progestagenen (P) Natuurlijke en derivaten - Chloormadinon - Delmadinon - Flurogeston - MedroxyP Acetaat - Megestrol Acetaat - Mélengestrol - Proligestone Androgenen met progestagene werking - Allyl Trenbolon Gonadoliberine Decapeptide & Synthetische analogen - Gonadoreline - Busereline - Fertireline Oestrogenen Oestradiol & Derivaten - Benzoaat - Cypionaat - Valeraat Androgenen Testosteron en derivaten Nandrolon Prostaglandines F2α & Derivaten - Alfaprostol - Cloprostenol - Dinoprost - Luprostiol - Tiaprost Gonadotrofines hcg (pu) ecg (PMSG) hmg (human menopausal gonadotrofine) hypofyse-extracten (FSH/LH):varken-paard-schaap Recombinante Gonadotrofines (humane geneeskunde) Bij verschillende diersoorten werden studies uitgevoerd om de mogelijke secundaire gevolgen van opeenvolgende toedieningen van exogene gonadotrofines, zoals de aanwezigheid van antistoffen en een daling van het effect van de therapie, te onderzoeken. Samengevat zullen opeenvolgende blootstellingen van een dier aan een exogeen gonadotrofine leiden tot de opbouw van specifieke antistoffen die gericht zijn tegen het gonadotrofine. Het gehalte aan antistoffen op zichzelf volstaat echter niet om een wijziging in de reproductieresultaten te verklaren. De literatuur over immunisatieprogramma s tegen steroïden of inhibine - gebruikt voor het verbeteren
van van reproductieresultaten - illustreert het multifactorieel karakter waarmee het voortplantingssysteem gestuurd wordt en de moeilijkheid om de gewenste effecten te bekomen. Interacties tussen de structuur van de receptor, het metabolisme en een langdurige blootstelling Het humaan en equine chorion gonadotrofine maken deel uit van een groep glycoproteïnes waartoe ook FSH, LH en TSH behoren. Deze glycoproteïnes bezitten een tamelijk hoog moleculair gewicht. Zowel het proteïne- als het suikergedeelte van de moleculen hebben een invloed op de biochemische eigenschappen van deze stoffen. Binnen eenzelfde diersoort zijn de alfa-eenheden van LH, FSH en van de choriongonadotrofines gelijkaardig. De beta-eenheden bezitten daarentegen een verschillende aminozuur- en koolhydraatsamenstelling. Het is dan ook deze beta-eenheid die verantwoordelijk is voor de verschillen in biologische eigenschappen van deze hormonen. De aminozuursamenstelling van de alfaketen verschilt bij diverse diersoorten slechts in geringe mate; de meeste verschillen zijn terug te vinden op de beta-eenheden. De binding van gonadotrofines met hun receptoren is weinig specifiek. Dit verklaart waarom het equine LH op FSH-receptoren kan binden en het hcg op LH-receptoren. Op dezelfde manier vertoont het ecg een zwakke affiniteit voor de FSH-receptoren bij het paard en bindt het gemakkelijk met LHreceptoren. Tenslotte sluit de FSH-like activiteit van ecg zoals deze bij runderen, schapen, geiten en konijnen wordt gezien, een dubbele werking bij de oorspronkelijke of homologe diersoort, in dit geval het paard, niet uit. De min of meer snelle metabolisatie van de gonadotrofines (halfwaardetijd variëert van enkele minuten voor LH tot enkele dagen voor ecg) in combinatie met het immunogeen karakter van deze moleculen vormen een belangrijke factor waarom er bij bepaalde diersoorten antistoffen kunnen gevormd worden na meerdere toedieningen van gonadotrofines. De hoeveelheid siaalzuur gebonden aan de molecule zal bepalend zijn voor haar halfwaardetijd in het organisme en bijgevolg voor de duur dat het immuunstelsel aan deze molecule zal worden blootgesteld. Metabolisatie bestaat zoals voor andere plasmaproteïnen, uit captatie en endocytose, gevolgd door hepatische degradatie. Dit gebeurt nadat een membraangebonden lectine de galactoseresiduen van de molecule herkent eenmaal het siaalzuur verdwijnt. Een tweede eliminatieweg voor gonadotrofines zoals LH, FSH, hcg en ecg zijn de nieren. Gezien hun grootte kunnen deze moleculen niet doorheen de glomerulaire nierfilter. Voor de eerste drie moleculelen zal het verlies van het negatief geladen siaalzuur, een lagere oplosbaarheid in het plasma tot gevolg hebben en tegelijkertijd zal de molecule minder afgestoten worden door de eveneens negatief geladen glomerulaire celmembraan. Biologische werking HCG bij de vrouw: de werking van deze molecule wordt dikwijls vergeleken met die van LH. HCG zal gedurende de zwangerschap de regulatie van de luteale steroïdogenese verzekeren. Tijdens de zwangerschap worden zowel bij de foetus als bij de moeder steroïden geproduceerd. ECG bij de merrie : alhoewel de affiniteit van ecg voor LH-receptoren 6 maal kleiner is dan deze van elh, bevordert het ecg het ontstaan van secundaire gele lichamen. HCG en ecg bij andere soorten dan de homologe diersoort : hcg bezit uitsluitend een LHwerking in tegenstelling met ecg dat bij andere diersoorten zowel een LH- als een FSH-werking vertoont. Dit verklaart waarom deze moleculen gebruikt kunnen worden om bij diverse diersoorten de reproductie te regelen. Bovendien zal door hun lange halfwaardetijd het aantal injecties dat nodig is om eenzelfde effect te bekomen, kleiner zijn.
Vandaar dat bij vele diersoorten gonadotrofines in verschillende protocollen worden of werden gebruikt om zowel de vrouwelijke als de mannelijke voortplanting te controleren (zie tabel 2 en 3). Voorbeelden hiervan zijn inductie van de oestrus bij een niet cyclerend dier, ovulatie, superovulatie en bij dieren met een geïnduceerde ovulatie, zoals bijvoorbeeld het konijn, de receptiviteit voor het mannelijk dier. Deze stoffen worden ook gebruikt voor de behandeling van bepaalde pathologieën zoals cysteuze ovariële follikels (stoornissen in de ovulatie) bij het rund, de merrie en de vrouw, behandeling van de anoestrus (afwezigheid van cyclische ovaria) bij de geit, de ooi en de zeug en de behandeling van een subfertiliteit (onvoldoende productie van ovariële follikels) bij de meeste diersoorten. Meerdere farmaceutische specialiteiten met hcg en/of ecg zijn beschikbaar. Tabel 2 : indicaties voor het gebruik van ecg (of PMSG) Diersoort Belangrijkste Indicaties Bijkomende Indicatie Immuunreactie Mens Niet meer gebruikt Niet meer gebruikt Rund - Synchronisatie van de oestrus (na progestagenen en PGF2α) - Subfertiliteit (in combinatie met progestagenen) Geit/Schaap - Synchronisatie van de oestrus (in combinatie met progestagenen en PGF2α) - Inductie van superovulatie / Hond Kat Varken Konijn ovulatie In combinatie met hcg - Hernemen van de cyclische activiteit - Toename worpgrootte - Anœstrus - Receptiviteit voor mannelijk dier
// : geven de frequentie van immuunreacties en de gevoeligheid van de diersoort weer Tabel 3 : indicaties voor het gebruik van hcg Diersoort Belangrijkste Indicaties Bijkomende Indicatie Immuunreactie Mens - Amenorrhoee - Cryptorchidie M, diagnose behandeling - Hypogonadisme M - Afwezigheid van ovulatie bij geassisteerde voortplanting - Rund Paard nymphomanie (samen met progesteron) -Anœstrus -Vervroegen van het dekseizoen -Cryptorchidie M - Laag drachtpercentage - Anœstrus Geit/Schaap ovulatie (ooi) - Anœstrus (met PMSG ) ovulatie (geit): niet routinematig gebruikt / Hond - Verlengde oestrus -Inductie van de oestrus -Cryptorchidisme M -Lage libido M Kat ovulatie Varken In combinatie met PMSG - Inductie ovariële activiteit - Vergroten van de worpgrootte - Anœstrus Konijn ovulatie (wordt steeds minder gebruikt gezien de sterke immuunreactie) M: mannelijk dier, //: geven de frequentie van immuunreacties en de gevoeligheid van de diersoort weer
Secundaire gevolgen van de toediening van exogene gonadotrofines Farmacologische stoffen zouden in de eerste plaats vrij moeten zijn van bijwerkingen. In zeldzame gevallen kan er echter toch een allergische, lees immunologische, reactie optreden. Allergeen vermogen Enkele zeldzame anafylactische reacties werden reeds beschreven na het gebruik van deze preparaten. De proteïnen aanwezig in deze preparaten vormen mogelijke allergenen, die op indirecte manier een allergische reactie kunnen op gang brengen. Deze reactie wordt uitgelokt door xenobiotica die zich met deze moleculen binden en als carrier dienen. Een voorbeeld hiervan is de vorming van een allergeen metaboliet vertrekkende van penicilline. Xenobiotica zijn gezien hun laag moleculair gewicht haptenen, dit wil zeggen dat ze op zichzelf geen immunologische reactie kunnen uitlokken. Dit kan enkel wanneer ze zich binden met een macromolecule zoals bijvoorbeeld een proteïne. De covalente binding van electrofiele groepen van het xenobioticum (bijvoorbeeld penicilline) aan basische residuen van aminozuurgroepen van het proteïne (bijvoorbeeld albumine) leidt tot de vorming van een mogelijk allergeen complex. Dit complex kan zich binden met IgE waardoor een allergische reactie wordt veroorzaakt. De behandeling van acute allergische reacties bestaat uit de toediening van vasoactieve stoffen (antihistaminica H1 of H2, adrenaline 0.1 0.2 mg/kg) en corticosteroïden: immunosuppressie of regulatie (methylprednisolon 0,25 mg/kg). Immunogeen vermogen Herhaalde toedieningen schijnen bepalend te zijn voor de opbouw van antistoffen door het organisme waardoor het op de daaropvolgende behandelingen niet of in geringere mate reageert. Uit de literatuur blijkt zonder verdere verklaring dat vooral het immuunsysteem van de geit zich zeer reactief gedraagt ten gevolge van herhaalde toedieningen van gonadotrofines. Herhaaldelijk gebruik van ecg gedurende heel het leven van een geit of in de loop van één jaar leidt tot de vorming van antistoffen die gericht zijn tegen dit hormoon. De neutraliserende effecten kunnen aanwezig blijven tot een jaar en zelfs langer na de laatste behandeling. Studies wezen uit dat na een intensief gebruik van deze stoffen (één of twee behandelingen per jaar) één derde van de multipare geiten een voldoende hoge immuunreactie vertoonden om de hormonale werking, in dit geval de inductie van de oestrus, te belemmeren en dat hierdoor het succes van de behandeling in het gedrang kwam. Heel wat dieren vertoonden een laattijdige bronst en het aantal drachtige dieren na KI was gedaald. In die gevallen waar bijzonder intensief werd behandeld met ecg kon dit zelfs leiden tot het niet meer in oestrus komen van de dieren. Het gebruik van exogene gonadotrofines gebeurt zeer vaak bij het schaap. Na herhaalde behandelingen met ecg bij eenzelfde dier zal de werkzaamheid van de daaropvolgende behandelingen geleidelijk afnemen. Na de behandeling zal er een toename plaatsvinden van de antistoftiter gericht tegen het toegediende hormoon. Deze antistoffen zullen echter geen invloed hebben op de aan de gang zijnde cyclus maar kunnen interfereren bij een volgende toediening van het hormoon die eventueel tijdens hetzelfde reproductieseizoen plaatsvindt. Residuele antistoffen blijven nog een jaar na de behandeling aantoonbaar vooral bij oudere dieren die meerdere behandelingen ondergingen. Deze residuele antistoffen bepalen in belangrijke mate de weerstand tegen de therapie. Bij het paard bestaan er meerdere indicaties voor het gebruik van gonadotrofines. Bij de merrie werden eveneens antistoffen tegen de toegediende hormonen aangetoond. In meerdere studies werd hcg in combinatie met dexamethason toegediend om de immuunrespons te wijzigen. Dit leidde echter niet tot het gewenste effect. Alternatieven waarin gebruik werd gemaakt van gezuiverde hypofyseextracten, werden voorgesteld door meerdere auteurs voor bijvoorbeeld de inductie van de ovulatie.
Het rund is zonder twijfel de eerste diersoort waarbij op zo een grote schaal gonadotrofines herhaalde malen (binnen eenzelfde jaar of over verschillende jaren) werden toegediend aan een bepaald dier (inductie van superovulaties en stimulatie van follikelrijping). Vrij snel verschenen er berichten over therapieresistentie bij het gebruik van ecg en een vermindering van het aantal ovulaties. Deze resistentie verdwijnt schijnbaar niet wanneer een volgende behandeling bij deze dieren plaatsvindt na een langere periode. Een verminderde respons op de herhaalde inductie van superovulaties werd aangetoond. Het antigonadotroop effect van het serum van behandelde koeien werd aangetoond door injectie van immature gehypofysectomiseerde vrouwelijke ratten met dit serum waaraan gekende hoeveelheden ecg werden toegevoegd. Het antigonadotroop effect was maximaal wanneer het serum afkomstig was van koeien die reeds vier ecg-injecties toegediend kregen. Studies bij konijnen tonen eveneens resistentie aan tegen gonadotrofines en beschrijven een verminderde werkzaamheid van de therapie zoals dit eerder reeds beschreven werd voor het rund. Bij runderen werd getracht de relatief lange halfwaardetijd van ecg op te vangen door het gebruik van monoclonale antistoffen tegen ecg. Deze antistoffen worden 4 tot 5 dagen na de ecg-toediening intraveneus geinjecteerd om het gonadotrofine te neutraliseren. Er werd duidelijk aangetoond dat een injectie van anti-ecg-antistoffen, uitgevoerd 108 uur na de toediening van ecg, onrechtstreeks de atresie veroorzaakte van niet-geovuleerde follikels met minstens een diameter van 10 mm, samen met een daling van het oestradiolgehalte in het plasma. Er werd geen verschil opgemerkt in ovulatiecapaciteit tussen de follikels van koeien die enkel met ecg en van koeien die bijkomend met antiserum werden behandeld. Een te vroege injectie met antiserum (72 h) daarentegen inhibeertde de ovulatie volledig. Het aantal embryo s dat kon worden gerecupereerd, werd niet beinvloed door de injectie van antiserum. Tenslotte bleek de kwaliteit van de embryo s beter in de groep met dieren die behandeld werden met ecg en antistoffen. Dit zou te wijten zijn aan suppressie van een te hoog oestrogeengehalte, afkomstig van de niet-geovuleerde follikels, na de ovulatie. Besluit Dit beknopt overzicht waarschuwt voor een onbezonnen gebruik van exogene gonadotrofines in de reproductie van de verschillende diersoorten. In het bijzonder dient men bewust te zijn van de kans op therapieresistentie na herhaalde toedieningen van deze gonadotrofe hormonen aan vrouwelijke dieren. Voor elk vrouwelijk dier zouden daarom de opeenvolgende hormoonbehandelingen moeten worden genoteerd en bijgehouden. Bron: - Drion PV. Contribution à l étude de l utilisation répétée de la gonadotrophine chorionique (ecg) dans le contrôle de la reproduction. Thèse de Doctorat en Sciences Vétérinaires. ULg. 2001. ISBN : 2-930212-49-7. - Drion PV, Remy B, Houtain JY, McNamara M, Baril G, Cognie Y, Heyman Y, Leboeuf B, Theau-Clément M, Desbuleux H, Ectors FJ, Ectors F & Beckers JF. Utilisation répétée des gonadotropines exogènes dans le contrôle de la reproduction: justifications et effets secondaires potentiels. Une synthèse. Annales de Médecine Vétérinaire 1998; 142: 373-396.