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Untersuchungen zu ernährungsphysiologischen Kriterien des Manganmangels beim Ferkel

Studies on nutritional physiological criteria for manganese deficiency in piglets

Hüter, Joachim


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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-81383
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2011/8138/

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Mangan , Mangel , Schwein , Stoffwechsel , Physiologie
Freie Schlagwörter (Englisch): manganese , deficiency , pig , metabolism , physiology
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Tierernährung und Ernährungsphysiologie
Fachgebiet: Agrarwissenschaften und Umweltmanagement
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 01.03.2011
Erstellungsjahr: 2011
Publikationsdatum: 13.05.2011
Kurzfassung auf Deutsch: In Untersuchungen an kleinen Labortieren hat sich gezeigt, dass verschiedene biochemische Messwerte sensibel auf die alimentäre Mangan-Zufuhr reagieren. In dieser Arbeit wurden geprüft, inwieweit diese Stoffwechselparameter auch als Indikatoren des aktuellen Mangan-Status beim Schwein dienen können. Berücksichtigt wurden dabei einige Parameter, deren Probenmaterial sich auch am lebenden Tier gewinnen lässt, wie z. B. Ausscheidungen, Blut und Borsten. Sie wurden verglichen mit den Ergebnissen einer im Rahmen der Untersuchung durchgeführten Bilanzstudie und validiert anhand von Kennwerten des Mangan-Versorgungsstatus wie der Mangan-Einlagerung in Organen und Knochen.
Für den Versuch wurden männliche kastrierte Absatzferkel der Kreuzung Deutsches Edelschwein x Pietrain in zwei Gruppen mit je acht Tieren von durchschnittlich 8,8 kg Lebendgewicht aufgeteilt und in Einzeltierhaltung in Stoffwechselkäfige aus Edelstahl eingestallt. Über 45 Tage hinweg erhielten die Tiere eine halbsynthetische Diät auf Basis von Maisstärke, Cellulose, Casein und Sonnenblumenöl. Der native Mangan-Gehalt der Diät betrug 1,33 mg/kg in der Mangelgruppe. Für die Zulagegruppe wurde der Mangan-Gehalt durch die Addition von MnSO4 (p.a.) auf 20,92 mg/kg Futter angehoben. Im Versuchsverlauf wurden Futteraufnahme und Veränderungen der Lebendmasse aufgezeichnet, und in 14-tägigem Abstand wurden Blutproben entnommen. Der Versuch endete mit der Schlachtung der Ferkel bei einer mittleren Lebendmasse von ca. 30 kg und einer vergleichenden Schlachtkörperbewertung.
Die Ferkel mit niedriger alimentärer Mangan-Zufuhr nahmen geringfügig mehr Futter auf und hatten bei etwa gleich hohen täglichen Zunahmen eine um nahezu vier Prozent schlechtere Futterverwertung. Außerdem waren bei einigen Tieren im Mangan-Mangel charakteristische Verkrümmungen der Vordergliedmaßen zu beobachten, wodurch das Bewegungsverhalten der betreffenden Tiere deutlich eingeschränkt war. Hier ergaben die Knochenmessungen, dass die Länge von Ulna und Radius tendenziell verkürzt war. An den Schlachtkörpern der Mangelgruppe wurde außerdem eine signifikant größere Rückenspeckdicke am Nacken gemessen, die sich in einer größeren Fettfläche über dem Rückenmuskel und einem schlechteren Fleisch-Fett-Verhältnis widerspiegelte.
Die Mangan-Zufuhr beeinflusste auch die Nährstoffverwertung. Defizitäre Gehalte von Mangan in der Diät führten zu einer höheren scheinbaren Verdaulichkeit der Rohasche, gleichzeitig kam es zu einem niedrigeren Stickstoff-Ansatz. In der Mangelgruppe waren scheinbare Absorption und Retention in Prozent der Aufnahme nicht nur bei Mangan signifikant erhöht, sondern auch bei den Spurenelementen Eisen, Zink und Kupfer.
Keine Gruppenunterschiede wiesen die Mangan-Gehalte der im Versuch nachgewachsenen Borsten auf. Dagegen zeigten sich signifikante Veränderungen bei der Mangan-Konzentration im Vollblut. Auch im Plasma waren signifikante Differenzen in der Mangan-Konzentration vorhanden. Diese fielen zwar nominal geringer aus als im Vollblut, standen regressionsanalytisch jedoch in einem engeren Zusammenhang mit der Mangan-Aufnahme. Statistisch hoch abgesicherte Unterschiede traten bei der Mangan-Retention in Organen (Leber, Duodenum, Pankreas Niere, Herz), Gallenflüssigkeit und Knochen auf. Beim Muskel gab es hingegen keinen Zusammenhang zwischen Mangan-Angebot und -Retention. Ein gerichteter Einfluss der Mangan-Zufuhr war auch bei der Eisen-Retention in der Leber sowie der Phosphor-Konzentration in Ulna und Radius erkennbar.
Die Konzentrationen von Glucose und Vitamin E im Blut sowie die Cholesterol-Werte in Plasma und Leber zeigten zu keinem Zeitpunkt Unterschiede zwischen den Gruppen. Dagegen lag der Hämoglobingehalt des Blutes zu Versuchsende in der Mangelgruppe signifikant höher. Leicht erhöht waren in der Mangelgruppe auch die Plasma-Harnstoffwerte sowie die renale Harnstoffausscheidung, was auf eine schlechtere Proteinverwertung hindeutet.
Die enzymatischen Untersuchungen ergaben, dass eine niedrige Mangan-Zufuhr zu einem Aktivitätsrückgang der Alkalischen Phosphatase in der Leber führt. Bei niedriger Mangan-Versorgung wurden sowohl im Plasma als auch im Pankreas erhöhte α-Amylase-Aktivitäten festgestellt, die von einer signifikant höheren Amylase-Ausscheidung über den Harn begleitet waren. Dies kann diagnostisch als Hinweis auf eine vorliegende Pankreatitis angesehen werden. Die Aktivität der Arginase war weder in Plasma und Erythrozyten noch in der Leber von der Mangan-Versorgung beeinflusst. Dagegen zeigte die Superoxid-Dismutase in den gewaschenen Erythrozyten sowie die Mangan-abhängige Superoxid-Dismutase in Leber und Pankreas im Mn-Mangel tendenziell reduzierte Aktivitätswerte.
Kurzfassung auf Englisch: Research conducted on small laboratory animals has shown that a number of biochemical values in the organism react sensitively to changes in the alimentary supply of manganese. This thesis examines the extent to which these metabolic parameters may also serve as indicators for determining the current state of manganese supply in swine. For this purpose, several parameters were taken into account which also permitted sample material such as excretions, blood, and bristles to be extracted from live animals. The parameters were compared with the results of a balance study conducted within the framework of this research project, and validated by analyzing the values specific to the status of an organism’s manganese supply, such as the storage of manganese in organs and bones.
For the purpose of this experiment, two groups consisting of male castrated Large White x Pietrain crossbred weaners were formed. The two groups each consisted of eight piglets with an average live weight of 8.8 kilogram. Each animal was kept in its own stainless steel metabolic cage. The animals were fed a semi-synthetic diet based on corn starch, cellulose, casein, and sunflower oil for a period of 45 days. The native manganese concentration in the diet was 1.33 mg/kg in the deficiency group. By adding MnSO4 the manganese concentration of the supple-mentary group’s diet was raised to 20.92 mg/kg. The feed consumption and changes of the live weights were recorded throughout the course of the experiment, and blood samples were taken every 14 days. The experiment culminated in the slaughtering of the piglets once they had reached an average live weight of approximately 30 kg. A comparative analysis of the carcasses was conducted following the slaughter.
The piglets with a low alimentary supply of manganese had a slightly higher food intake at nearby identical daily growth, this resulted in an almost four percent worse feed conversion rate. In addition, several of the animals in the manganese deficiency group exhibited a characteristic deformation of the forelegs that con-siderably restricted their movements. The bone measurements displayed a tendency for the length of the ulna und radius to be shortened. In addition, the carcasses in the deficiency group exhibited a significant increase in the thickness of back fat in the neck region. This was further reflected in a larger expanse of fat above the back muscle and an inferior meat-to-fat ratio.
The supply of manganese also influenced nutrient uptake. Low concentrations of manganese in the diet led to increased apparent digestibility of crude ash and a simultaneous decrease in the nitrogen retention level. The apparent absorption and retention levels in percent intake showed in the deficiency group a significant increase with regard not only to manganese but also to the trace elements iron, zinc and copper.
The bristles that had grown back in the course of the experiment exhibited no contrast in manganese concentration between the two groups. Whole blood, how-ever, showed a significant increase in manganese concentration. The plasma also displayed significant differences in the concentration of manganese. Even though the changes in concentration were nominally lower in the plasma than in whole blood, they were nonetheless more closely correlated to the absorption of manganese from a regression analysis point of view. Statistically confirmed differences in the retention of manganese occurred in the organs and tissues (liver, duodenum, pancreas, kidney and heart), bile and bones. The muscle tissue, however, displayed no correlation between the supply and retention of manganese. Iron retention in the liver and phosphor concentration in the ulna and radius were also directly influenced by the supply of manganese.
The biochemical analyses of the two groups showed no difference between the concentrations of glucose and vitamin E in the blood or the cholesterol values in plasma and liver. At the end of the experiment, however, the hemoglobin content of the blood was significantly higher in the deficiency group. The values of both plasma urea and renal excretion of urea were slightly increased in the deficiency group. Both of these factors indicate reduced protein utilization.
Enzyme analysis showed that a low supply of manganese led to decreased activity in the alkaline phosphatase in the liver. A low supply of manganese showed an increase in α-amylase activity in the pancreas, which was accompanied by a significant increase in α-amylase excretion via the urine. This can, diagnostically, be viewed as symptomatic of an existing pancreatitis. Arginase activity was not influenced by the supply of manganese, neither in plasma and erythrocytes nor in the liver. Superoxide dismutase activity in the washed erythrocytes and the manganese-dependent superoxide dismutase in liver and pancreas, however, displayed slightly reduced degrees of activity in the manganese deficient group.