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Krogmann, Taalke Amelie (2015): Einfluss von Lanthanoiden auf die scheinbare Verdaulichkeit von Rohnährstoffen bei schwerverdaulichen Kohlenhydraten und Proteinen in der Ratte, The impact of lanthanides on the apparent digestibility of crude nutrients for heavily digestible carbohydrates and proteins in rats. Dissertation, LMU München: Tierärztliche Fakultät
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Abstract

Die Metallionen der seltenen Erden wurden in der Tierernährung seit einigen Jahrzehnten immer wieder als Leistungsförderer diskutiert. In China wurden enorme Steigerungen der Leistung bei verschiedensten Species einschließlich von Kulturpflanzen erreicht. In den bisher unter westlichen Bedingungen durchgeführten Studien wurden sehr widersprüchliche Ergebnisse erzielt, die häufig nicht wiederholbar waren, ohne dass Gründe dafür offensichtlich wurden. In einer Studie an Ratten sank der Kot-pH-Wert nach Zugabe seltener Erden signifikant ab, und gleichzeitig stieg die scheinbare Verdaulichkeit der Rohnährstoffe. In einer Folgearbeit konnten weder das Absinken der Kot-pH-Werte noch die Verbesserung der Nährstoffverdaulichkeit reproduziert werden. In einer älteren In-vitro-Studie wurde gezeigt, dass seltene Erden vor allem bei sauren pH-Werten selektiv antimikrobiell wirken. Daher wurde die Arbeitshypothesen aufgestellt, dass (1) die seltenen Erden unter bestimmten Fütterungsbedingungen durch eine selektive Beeinflussung des Mikrobioms im Gastrointestinaltrakt zu einer vermehrt säurebildenden Mikroorganismenpopulation führen könnten und die seltenen Erden unter diesen Bedingungen ihre Wirkung zeigen. Es wurde erwartet, dass es dadurch zu besseren Mastleistungsparametern und verbesserten scheinbaren Verdaulichkeiten kommt. Alternativ kommt die Hypothese in Betracht, dass (2) die seltenen Erden nur bei einem infolge der Futterzusammensetzung bereits induzierten sauren Milieu im Gastrointestinaltrakt selektiv antimikrobiell wirken und dadurch die scheinbaren Verdaulichkeiten und die Mastleistungsparameter positiv beeinflussen. In der dazu durchgeführten Versuchsreihe resultierte die Fütterung seltener Erden nicht in einer systematischen Veränderung der Verdaulichkeit der Nährstoffe. Es gab zwar gelegentlich statistisch signifikante Differenzen, die jedoch nicht immer gleichsinnig waren, und die keine biologisch bedeutende Größenordnung erreichten. Bei der Anwendung des Lucas-Test (Plotten des aufgenommen Nährstoffs gegen den scheinbar verdauten Nährstoff) bzw. des modifizierten Lucas-Test (Plotten der Aufnahme des Nährstoffs gegen den faecal ausgeschiedenen Nährstoff) konnten keinerlei systematische Effekte der seltenen Erden auf die Verdaulichkeit der Nährstoffe gezeigt werden. Anhand des Lucas-Tests wurden die folgenden wahren Verdaulichkeiten ermittelt: Rohprotein 88,5 %, Calcium 67,7 %, Phosphor 71,1 %, Natrium 94,4 %, Kalium 97,5 %, Kupfer 35,8 %, Magnesium 51,3 %, Mangan 25,5 %, Zink 51,6 %, Eisen 51,1 %. Zwischen den Kot-pH-Werten in der Versuchs- und Kontrollgruppe bestanden keine systematischen Unterschiede (Arbeitshypothese (1)). Der am stärksten saure pH-Wert im Kot betrug 6,34 bei der Fütterung des Glukose I-Futters. Eine gezielte Beeinflussung des pH-Wertes im Chymus und Kot durch verschiedene Studienfuttermittel (Glukose, Laktose, Trockenschnitzel und Erbsenprotein) konnte nicht erreicht werden. Daher war die Arbeitshypothese (2) nicht überprüfbar. Auffällig war, dass die Futteraufnahme der weiblichen Tiere in der Versuchsgruppe durchgehend signifikant höher war als die der weiblichen Kontrolltiere, ohne dass es deshalb zu signifikanten Differenzen in der korrespondierenden Gewichtsentwicklung kam. Eine Erklärung wie zum Beispiel eine unterdurchschnittliche Verdaulichkeit der Energie bei diesen Tieren gab es nicht. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit sprechen dagegen, dass die Effekte seltener Erden auf die Mastleistungsparameter über selektiv antimikrobielle Effekte im Gastrointestinaltrakt und Verbesserungen der Verdaulichkeiten vermittelt werden.

Abstract

Metal ions of Rare Earth Elements (REE) have been discussed as performance enhancer in animal nutrition for several decades. In China, enormous enhancements for the performance of various species including crop were observed. Previously conducted studies under western conditions revealed highly contradictory results. These results were often unrepeatable without any apparent reasons. One study showed falling excrement ph values for rats when being fed nutrition supplemented by rare earth elements, while at the same time apparent digestion of crude nutrients increased. A follow-up work could neither reproduce falling excrement ph values nor increasing apparent digestion. Older in-vitro studies showed that rare earth elements are mainly selectively antimicrobial active at low ph values. Hence, this study’s working hypotheses were as follows: (1) Rare earth elements selectively affect the microbiome of the gastrointestinal tract under certain feed conditions, such that there is increased antimicrobial activity of acid-forming microbes and as a consequence rare earth elements show their effect. It was expected that REEs increase fattening performance and apparent digestibility. An alternative hypothesis was that (2) rare earth elements only show positive effects on apparent digestibility and fattening performance by a selective antimicrobial effect if feed composition already induced a low ph value milieu in the gastrointestinal tract. The thesis at hand used varying animal feedstuff with some of the feedstuff having varying carbohydrates, of which it was at least partially expected to ferment in colon and thus to affect the ph value. 48 rats (age at the beginning of study: 28 days) were partitioned into a control and a study group which received the same feedstuff like the control group but supplemented by REE. Both groups have been consecutively fed with five different types of feedstuff. For each feed study the excrement’s ph values were measured. The feedstuff was composed as follows: “Glucose I feedstuff” 10.35 % glucose in DM, “glucose I study feedstuff” 8.22 % glucose in DM, “glucose II feedstuff” 11.28 % glucose in DM, “glucose II study feedstuff” 11.96 % glucose in DM, “lactose feedstuff” 12.09 % lactose in DM, “lactose study feedstuff” 11.99 % lactose in DM, “pulp feedstuff” 15 % in air-dry mixture and “protein pea feedstuff’ 24 % in air-dry mixture. The study group received feedstuff mixtures with 0.05 % (by weight) Lancer. This product “Lancer 500” is a mixture of the rare earth elements lanthanum, cerium, praseodymium, and neodymium. Feeding rare earth elements did not systematically change the digestibility of nutrients. There were occasional statistically significant differences but those differences were neither in the same direction not at a biologically meaningful scale. When applying the Lucas test (plotting intaken nutrients against apparently digested nutrients) and the modified Lucas test (plotting intaken nutrients against faecal excrement nutrients) no systematic effects of rare earth elements on the digestibility of nutrients could be shown. Using the Lucas test, the following true digestibility could be determined: Crude protein 88.5 %, calcium 67.7 %, phosphorus 71.1 %, sodium 94.4 %, potassium 97.5 %, copper 35.8 %, magnesium 51.3 %, manganese 25.5 %, zinc 51.6 %, and iron 51.1 %. Excrement ph values of study and control group did not systematically differ. The lowest ph valu of excrements measured was 6.34 when feeding “glucose I” feedstuff. A remarkable observation was that female rats of the study group had a permanent and statistically significantly increased feed consumption compared to the control group, without significantly affecting the differences of body weight. There was no apparent explanation of the below average digestibility of energy of these animals. The results of this study argue against the effects of rare earth elements on the performance by selective antimicrobial effects in the gastrointestinal tract and also against improvements in digestibility.