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Vet. Res.
Volume 32, Number 2, March-April 2001
Page(s) 131 - 144
How to cite this article Vet. Res. (2001) 131-144
DOI: 10.1051/vetres:2001100

Vet. Res. 32 (2001) 131-144

Local and systemic effects of endotoxin mastitis on the chemiluminescence of milk and blood neutrophils in dairy cows

Jalil Mehrzad, Hilde Dosogne, Evelyne Meyer and Christian Burvenich

Ghent University, Faculty of Veterinary Medicine, Department of Physiology, Biochemistry and Biometrics, Salisburylaan 133, 9820 Merelbeke, Belgium

(Received 10 October 2000; accepted 30 November 2000)

The local and systemic effects of intramammary lipopolysaccharide (LPS) injection on the chemiluminescence (CL) of milk and blood polymorphonuclear leukocytes (PMN) were investigated in six healthy early lactation cows. Clinical signs of acute mastitis such as fever, increased heart rate and a decreased milk production were observed in all cows. Before LPS challenge, the CL activity of milk PMN was significantly lower than that of blood PMN ( P < 0.01). A significant negative correlation was found between pre-challenge milk and blood PMN CL and, the decreased milk production in unchallenged quarters. The CL activity of milk PMN from LPS-injected quarters increased following LPS challenge, whereas it remained unchanged in control quarters. The CL activity of blood PMN showed a biphasic increase, with two peaks and a valley below pre-challenge CL activity ( P < 0.01). At post-challenge hours (PCH) 6 and 12, the CL activity of milk PMN from LPS-injected quarters exceeded that of blood PMN ( P < 0.05 and P < 0.001, respectively). The decreased CL activity of blood PMN and the enhanced CL activity of milk PMN during endotoxin-induced mastitis was reflected by changes in the shape of the CL curve. In blood PMN, a decrease of the second peak of the CL curve suggests that the myeloperoxidase (MPO)-H2O2 system is impaired during endotoxin-induced mastitis. In contrast, the MPO-H2O2 system was enhanced in milk PMN from challenged quarters. The highest duration and intensity of reactive oxygen intermediate (ROI) production was observed in milk PMN from LPS-injected quarters at PCH 12. The increased viability of PMN in LPS-injected quarters and to a lesser extent in control quarters suggests possible effects of both facilitated diapedesis and inflammatory mediators on milk PMN survival. In conclusion, our results suggest that a combination of local and systemic action of E. coli endotoxin is involved in the priming of milk PMN during mastitis.

Effets locaux et systémiques de l'endotoxine de mammite sur la chimioluminescence des neutrophiles isolés du lait et du sang des vaches laitières. Les effets locaux et systémiques de l'injection intramammaire de lipopolysaccharide (LPS) sur la chimioluminescence (CL) des polymorphonucléaires neutrophiles (PMN) isolés du lait et du sang ont été étudiés chez six vaches en début de lactation. Des signes cliniques de mammite aiguë tels que la fièvre, la fréquence cardiaque élevée et la production laitière diminuée ont été observés chez toutes les vaches. Avant l'infusion de LPS, la chimioluminescence des PMN isolés du lait était sensiblement plus basse que celle des PMN isolés du sang ( P < 0,01). Une corrélation négative significative a été trouvée entre la CL des PMN isolés du lait et du sang avant injection et la production laitière diminuée dans les quartiers non-injectés. La CL des PMN isolés du sang montrait une courbe biphasique, avec deux pics et une baisse de l'activité CL à un niveau inférieur à celle observée avant injection ( P < 0,01). Six et 12 heures après injection, la CL des PMN isolés du lait des quartiers ayant reçu une injection de LPS dépassait celle des PMN isolés du sang ( P < 0,05 et P < 0,001 respectivement). La CL des PMN du sang diminuée et la CL des PMN du lait augmentée pendant la mammite induite par l'endotoxine se traduisait par des changements de forme de la courbe de CL. Dans les PMN isolés du sang, une diminution du deuxième pic de la courbe de CL suggère que le système myélopéroxidase (MPO)-H2O2 a été inhibé au cours de la mammite induite par l'endotoxine. Au contraire, le MPO-H2O2 était élevé dans les PMN du lait isolés des quartiers injectés. On a observé que la durée et l'intensité de la production des intermédiaires réactifs de l'oxygène (ROI) étaient les plus élevés dans les PMN isolés du lait des quartiers injectés par le LPS, 12 heures après injection. La plus grande viabilité de PMN dans les quartiers injectés par le LPS et à un degré moindre dans les quartiers non-injectés suggère des effets possibles de la diapédèse facilitée et des médiateurs inflammatoires sur la survie des PMN du lait. En conclusion, nos résultats suggèrent que la combinaison des actions locales et systémiques des endotoxines d'E. coli peut être impliquée dans l'amorçage des PMN dans le lait au cours de la mammite.

Key words: chemiluminescence / polymorphonuclear leukocyte / lipopolysaccharide / milk / blood

Mots clés : chimioluminescence / leucocyte polymorphonucléaire / lipopolysaccharide / lait / sang

Correspondence and reprints: Christian Burvenich Tel.: (32) 9 264 73 21; fax: (32) 9 264 74 99;

© INRA, EDP Sciences 2001

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