Effect of carbetocin, oxytocin and prostaglandin E₂ and F_2α on intrauterine pressure in cows in dioestrus and oestrus

Summary

Objective: To describe the physiological activity of the myometrium in oestrus and dioestrus and the induced activity after medication in cows with particular reference to segmental differences. Material and methods: Six cows were given the pharmaceuticals carbetocin, oxytocin and prostaglandin (PG) F_2α (dinoprost) intramuscularly and PGE₂ intravenously. The physiological myometrial activity was recorded for 15 minutes and the induced activity for 105 minutes by using a transcervically attached pressure probe containing six pressure micro-transducers. Results: Lower pressures were measured in dioestrus com pared to oestrus before (dioestrus 3.2 ± 8.88 mmHg, oestrus 12.4 ± 13.23 mmHg, p < 0.0001) and after the drug administration. Carbetocin provoked the longest lasting effect (60 minutes in dioestrus, 75 minutes in oestrus) followed by PGE₂ (45 minutes in dioestrus, 60 minutes in oestrus), PGF_2α (30 minutes each) and oxytocin (15 minutes in oestrus only). In contrast to the other drugs carbetocin did not cause any pressure decrease beneath the base level after the primary pressure increase in dioestrus. In dioestrus the pressure before drug administration was significantly higher in the cervix (3.6 ± 19.40 mmHg) and the uterine body (7.1 ± 36.10 mmHg) than in the uterine horn (1.1 ± 7.21 mmHg). Conversely, in oestrus the pressure in the uterine horn (16.6 ± 17.73 mmHg) was significantly higher than in the uterine body (6.2 ± 16.59 mmHg) and the cervix (10.4 ± 17.91 mmHg). Drug administration in dioestrus caused a cornual pressure increase and the pressure in the uterine body decreased, whereas in oestrus the pressure increased in all uterine segments. The physiological frequency of the pressure waves in dioestrus was 5.2 ± 3.02 in 15 minutes compared to 7.5 ± 2.89 in 15 minutes in oestrus. No traceable changes of the contraction frequency were found after medication. Conclusion and clinical relevance: Carbetocin caused the most enduring increase in intrauterine pressure in dioestrus and oestrus and may therefore be indicated best for therapeutic use. The tested drugs had the same effects on the various uterine segments and no effect on the contraction frequency.

Zusammenfassung

Gegenstand und Ziel: Untersuchung der physiologischen und induzierten myometralen Aktivität nach Medikamentengabe bei Kühen unter besonderer Berücksichtigung segmentaler Unterschiede in den Zyklusstadien Östrus und Diöstrus. Material und Methoden: Sechs Kühen wurden die Wirkstoffe Carbetocin, Oxytocin und Prostaglandin (PG) F_2α (Dinoprost) intramuskulär sowie PGE₂ intravenös appliziert. Mit einer transzervikal eingebrachten Druckmesssonde mit sechs Mess punkten wurde die physiologische Motorik über 15 Minuten und die induzierte Motorik über 105 Minuten aufgezeichnet. Ergebnisse: Im Diöstrus ergaben sich vor wie auch nach Medikamentengabe in allen Fällen niedrigere Drücke als im Östrus (Diöstrus 3,2 ± 8,88 mmHg, Östrus 12,4 ± 13,23 mmHg, p < 0,0001). Carbetocin zeigte die am längsten messbare Wirkung (60 Minuten im Diöstrus, 75 Minuten im Östrus), gefolgt von PGE₂ (45 Minuten im Diöstrus, 60 Minuten im Östrus), PGF_2α (je 30 Minuten) und Oxytocin (15 Minuten nur im Östrus). Zudem bewirkte Carbetocin im Diöstrus im Gegensatz zu den anderen Wirkstoffen nach dem primären Druckanstieg keinen Druckabfall unter das Ausgangsniveau. Vor der Medikation war der Druck im Diöstrus in der Zervix (3,6 ± 19,40 mmHg) und im Uteruskörper (7,1 ± 36,10 mmHg) signifikant höher als im Uterus-horn (1,1 ± 7,21 mmHg). Im Östrus hingegen lag der Druck im Uterus-horn (16,6 ± 17,73 mmHg) signifikant höher als im Uteruskörper (6,2 ± 16,59 mmHg) und in der Zervix (10,4 ± 17,91 mmHg). Die Medikation bewirkte im Diöstrus einen Druckanstieg in den Uterushörnern und einen Druckabfall im Uteruskörper, während im Östrus der Druck in allen Segmenten anstieg. Die physiologische Frequenz der Kontraktionswellen war im Diöstrus mit 5,2 ± 3,02 in 15 Minuten niedriger als im Östrus mit 7,5 ± 2,89 in 15 Minuten. Nach der Medikation kam es zu keiner nachvollziehbaren Änderung der Kontraktionsfrequenz. Schlussfolgerung und klinische Relevanz: Carbetocin bewirkte in beiden Zyklusstadien den am längsten anhaltenden intrauterinen Druckanstieg und scheint daher am geeignetsten für eine therapeutische Anwendung. Die verwendeten Uterotonika differierten nicht in ihrer Wirkung auf die verschiedenen Uterussegmente und hatten keinen Einfluss auf die Kontraktionsfrequenz.

Keywords

Cattle - uterus - myometrium - pressure measurement - uterotonic drugs

Schlüsselwörter

Rinder - Uterus - Myometrium - Druckmessung - Uterotonika

• References

• 1 Ahlbrecht E. Intrauteriner Druck bei der Stute unter physiologischen Verhältnissen und unter dem Einfluss verschiedener Pharmaka. Thesis University of Veterinary Medicine; Hannover: 1998
• 2 Al-Eknah MM, Noakes DE. Uterine activity in cows during the oestrous cycle, after ovariectomy and following exogenous oestradiol and progesterone. Brit Vet J 1989; 145: 328-336.
• 3 Arosh JA, Banu SK, Chapdelaine P, Emond V, Kim JJ, MacLaren LA, Fortier MA. Molecular cloning and characterization of bovine prostaglandin E2 receptors EP2 and EP4: expression and regulation in endometrium and myometrium during the estrous cycle and early pregnancy. Endocrinology 2003; 144: 3076-3091.
• 4 Atke A, Vilhardt H. Uterotonic activity and myometrial receptor affinity of 1-deamino-1-carba-2-tyrosine(O-methyl)-oxytocin. Acta Endocrinol-Cop 1987; 115: 155-160.
• 5 Aurich JE. Endokrinpharmakologie. In: Lehrbuch der Pharmakologie und Toxikologie für die Veterinärmedizin. 2. Aufl. Frey HH, Löscher W. Hrsg. Stuttgart: Enke; 2002: 280-317.
• 6 Bajcsy AC, Szenci O, van der Weijden GC, Doornenbal A, Maassen F, Bartyik J, Taverne MA. The effect of a single oxytocin or carbetocin treatment on uterine contractility in early postpartum dairy cows. Theriogenology 2006; 65: 400-414.
• 7 Bicalho RC, Galvao KN, Guard CL, Santos JE. Optimizing the accuracy of detecting a functional corpus luteum in dairy cows. Theriogenology 2008; 70: 199-207.
• 8 Bostedt H. Genitaltrakt. In: Klinische Labordiagnostik in der Tiermedizin. 6th. edn. Kraft W, Dürr UM. eds. Stuttgart: Schattauer; 2005: 220-240.
• 9 Cooper MD, Foote RH. Effect of oxytocin, prostaglandin F₂ and reproductive tract manipulations on uterine contractility in Holstein cows on days 0 and 7 of the estrous cycle. J Anim Sci 1986; 63: 151-161.
• 10 Cornely M, Hackbarth I. Beobachtungen über Prostaglandineffekte an Myometriumsstreifen vom menschlichen graviden Uterus in vitro. Einfluss von Diclofenac auf Prostaglandin-induzierte Kontraktionen. Z Geburtsh Perinatol 1978; 182: 358-366.
• 11 Cornely M, Hackbarth I. Die Wirkung von PGE₂ und PGF₂ auf zirkuläre und longitudinale Muskelstreifen verschiedener Uterussegmente des Meerschweinchens in vitro. Arch Gynecol 1979; 227: 83-95.
• 12 Döcke F. Untersuchungen zur Uteruskontraktilität. Arch Exp Vet Med 1962; 16: 1205-1309.
• 13 Fuchs AR, Behrens O, Helmer H, Liu CH, Barros CM, Fields MJ. Oxytocin and vasopressin receptors in bovine endometrium and myometrium during the estrous cycle and early pregnancy. Endocrinology 1990; 127: 629-636.
• 14 Hays RL, Vandemark NL. Effects of oxytocin and epinephrine on uterine motility in the bovine. Am J Physiol 1953; 172: 557-560.
• 15 Hirsbrunner G, Kupfer U, Burkhardt H, Steiner A. Effect of different prostaglandins on intrauterine pressure and uterine motility during diestrus in experimental cows. Theriogenology 1998; 50: 445-455.
• 16 Hirsbrunner G, Kupfer U, Burkhardt H, Steiner A. Effect of two dosages of d-cloprostenol on intrauterine pressure and uterine motility during dioestrus in experimental cows. J Vet Med A 1999; 46: 345-352.
• 17 Hirsbrunner G, Eicher R, Kupfer U, Burkhardt H, Steiner A. Effect of different doses of prostaglandin E₂ on intrauterine pressure and uterine motility during diestrus in experimental cows. Theriogenology 2000; 54: 291-303.
• 18 Hirsbrunner G, Knutti B, Liu I, Kupfer U, Scholtysik G, Steiner A. An in vitro study on spontaneous myometrial contractility in the cow during estrus and diestrus. Anim Reprod Sci 2002; 70: 171-180.
• 19 Hirsbrunner G, Knutti B, Kupfer U, Burkhardt H, Steiner A. Effect of prostaglandin E₂, dl-cloprostenol, and prostaglandin E₂ in combination with d-cloprostenol on uterine motility during diestrus in experimental cows. Anim Reprod Sci 2003; 79: 17-32.
• 20 Hirsbrunner G, Knutti B, Burkhardt H, Steiner A. Chirurgische und konservative Methode zur Entfernung von abgestorbenen Feten beim Rind. Schweiz Arch Tierheilk 2004; 146: 515-521.
• 21 Hirsbrunner G, Zanolari P, Althaus H, Husler J, Steiner A. Influence of prostaglandin E₂ on parturition in cattle. Vet Rec 2007; 161: 414-417.
• 22 Jenner LJ, Parkinson TJ, Lamming GE. Uterine oxytocin receptors in cyclic and pregnant cows. J Reprod Fertil 1991; 91: 49-58.
• 23 Kaufmann C, Keller C, Oevermann A, Steiner A, Hirsbrunner G. Spontaneous contractility of bovine myometrium in vitro depending on topography and cycle phase. Theriogenology 2008; 70: 880-886.
• 24 Klein R, Schams D, Failing K, Hoffmann B. Investigations on the re-establishment of the positive feedback of oestradiol during anoestrus in the bitch. Reprod Domest Anim 2003; 38: 13-20.
• 25 LeBlanc SJ, Duffield TF, Leslie KE, Bateman KG, Keefe GP, Walton JS. et al. The effect of treatment of clinical endometritis on reproductive performance in dairy cows. J Dairy Sci 2002; 85: 2237-2249.
• 26 Norström A, Andersson A, Vilhardt H. Contractile effect of oxytocin and 1-deamino-1-carba-2-tyrosine (0-methyl)-oxytocin in myometrial tissue from non-pregnant and term pregnant women. Acta Endocrinol-Cop 1990; 122: 566-568.
• 27 Patil RK, Sinha SN, Einarsson S, Settergren I. The effect of prostaglandin F₂ and oxytocin on bovine myometrium in vitro. Nord Vet Med 1980; 32: 474-479.
• 28 Rodriguez-Martinez H, McKenna D, Weston PG, Whitmore HL, Gustafsson BK. Uterine motility in the cow during the estrous cycle. I. Spontaneous activity. Theriogenology 1987; 27: 337-348.
• 29 Rodriguez-Martinez H, KO J, McKenna D, Weston PG, Whitmore HL, Gustafsson BK, Wagner WC. Uterine motility in the cow during the estrous cycle. II. Comparative effects of prostaglandins F₂, E₂, and cloprostenol. Theriogenology 1987; 27: 349-358.
• 30 Rodriguez-Martinez H, McKenna D, Weston PG, Gustafsson BK, Whitmore HL. Uterine motility in the cow during the estrous cycle. III. Effects of oxytocin, xylazine, and adrenoceptor blockers. Theriogenology 1987; 27: 359-368.
• 31 Schäfer WR, Zahradnik HP. (Patho-)Physiologische Grundlagen des Geburtsbeginns. Der Gynäkologe 2003; 37: 305-313.
• 32 Schmid G, Stolla R. Intrauterine Druckmessung beim Rind mittels Mikrotransducern. Tierarztl Umsch 1988; 43: 439-444.
• 33 Steffan J, Agric M, Adriamanga S, Thibier M. Treatment of metritis with antibiotics or prostaglandin F(2) and influence of ovarian cyclicity in dairy cows. Am J Vet Res 1984; 45: 1090-4.
• 34 Stolla R, Schmid G. Auswirkungen natürlicher und synthetischer PGF_2α - Präparate auf die Uteruskontraktilität des Rindes. Berl Munch Tier arztl Wschr 1990; 103: 198-202.
• 35 Wehbrink D, Hässig M, Ritter N, Zerbe H, Bleul U, Boos A. Immunohistochemical demonstration of cyclooxygenase-2 (COX-2) and prostaglandin receptors EP2 and FP expression in the bovine intercaruncular uterine wall around term. Anim Reprod Sci 2008; 106: 241-254.
• 36 Zerobin K, Spörri H. Motility of the bovine and porcine uterus and fallopian tube. Adv Vet Sci Comp Med 1972; 16: 303-354.
• 37 Zoller Jr WG, Garverick HA, Youngquist RS, Ottobre JS, Silcox RW, Copelin JP, Smith MF. In vitro secretion of prostaglandins from endometrium of postpartum beef cows expected to have short or normal luteal phases. Biol Reprod 1991; 44: 522-526.