Vergleichbare Wirksamkeit der Phytoöstrogene… 46

Zum Vergleich des geschätzten Verzehrs von Nahrungsöstrogenen wurden experimentelle Studien mit Frauen und Männern durchgeführt. Es wurde angenommen, dass ein physiologischer Effekt von phytoöstrogenreicher Nahrung sich in Form einer Verlängerung der follikulären Zyklusphase und als Vorbeugungsfaktor zum Risiko einer hormonabhängigen Krebserkrankung, einer

kardiovaskulären Erkrankung oder Osteoporose ausdrücken könnte (SCHWARTZ et al. 1996).

Zusätzlich beobachtete man, dass insbesondere japanische Frauen weniger unter den so genannten „Wechseljahrsbeschwerden“ litten als ihre westeuropäischen oder nordamerikanischen Altersgenossinnen (LOCK 1986). Gleiche Ergebnisse fand man auch für die Osteoporose, die in Japan eine deutlich geringere Inzidenz aufweist.

Wanderten japanische Frauen nach Nordamerika oder Europa aus, so änderte sich ihr Risiko, eine hormonabhängige maligne Krankheit zu erleiden, nicht signifikant.

Dies wurde mit der Weiterführung ihrer traditionell sojareichen Ernährung erklärt, denn sie verzehren ca. 30- bis 50-mal mehr Sojaprodukte als amerikanische oder europäische Frauen (SHIMIZU et al. 1991).

Die auf der Basis von Food Frequency Questionnaires geschätzten Phytoöstrogenaufnahmen (z.B. Isoflavonen) in Europa liegen sehr niedrig (0,5 -1 mg/Tag). Populationen, in denen Soja wie in Japan integraler Teil der Ernährung ist, nehmen an Phytoöstrogenen laut ARAI et al. (2000) ca. 25-100mg /Tag auf.

Die Tabelle 2.6. stellt beispielhaft anhand der durchgeführten Studien die geschätzte mittlere Tagesaufnahme von Isoflavonen bei verschiedenen Populationen und Plasmaspiegel bei den Menschen, deren Nahrung über verschiedene Phytoöstrogengehalte verfügt, dar.

Tab. 2.6.: Expositionssituation und Isoflavonspiegel beim Menschen

Geschätzte mittlere Tagesaufnahme von Isoflavonen bei verschiedenen Populationen (nach CASSIDY 1998)

(mg/Tag)

UK <1

USA 1-3

Ostasiatische Bevölkerung 50-100

Equolausscheidung im Urin (nach ADLERCREUTZ 1995)

Japan 20fach höher im Vergleich zu

westlichen Ländern Plasmaspiegel (Summe aus Daidzein und Genistein)

(nach KURZER und XU 1997)

(ng/ml)

Japaner 40-240

Vegetarier 28-100

Säugling, ernährt auf der sojabasierten Babynahrung

980 Säugling, ernährt auf der Basis der

konventionellen Babynahrung auf Kuhmilchbasis oder Muttermilch

5

2.3.4. Hyperöstrogenismus

In der wissenschaftlichen Diskussion wird angenommen, dass die Zearalenonkontamination des Futters und die Pflanzinhaltsstoffe (Phytoöstrogene), die verschiedene Futtermittel enthalten können, die möglichen Ursachen für Hyperöstrogenismus mit Fruchtbarkeitsstörungen, Totgeburten, Aborten und Missbildungen sind.

Einige dieser Phytoöstrogene ähneln strukturell den natürlichen Östrogenen von Nutztieren (HARBRONE 1995). Neuere Erkenntnisse zeigen, dass die Phytoöstrogene bei Haustieren, als Fütterungsbestandteil (z. B. sojahaltige

Fütterung) verzehrt, sowohl als Östrogenagonisten als auch Östrogenantagonisten wirken können (BARRET 1996).

In der Literatur wird in etlichen Untersuchungen bei verschiedenen Tierarten zur Wirkung von Phytoöstrogenen, die in Futtermitteln enthalten sind, erörtert, dass sie die Fertilität beeinträchtigen und Entwicklungsstörungen verursachen (MIGLIACCIO et al. 1995).

So gibt es eine Reihe von Studien bei Nagern zur Untersuchung der Wirkung von Phytoöstrogenen auf deren Reproduktionssystem. Die Fütterungsversuche bei den Nagern wurden während verschiedener Perioden ihrer Entwicklung durchgeführt, weil es einige Phasen der Organogenese gibt, die sehr empfindlich auf Phytoöstrogene reagieren (PRYOR et al. 2000). Fütterungsversuche fanden während der pränatalen, perinatalen, neonatalen Perioden der Entwicklung statt.

Von LEVY et al. (1995) wurde die Wirkung von Phytoöstrogenen auf die pränatale Entwicklung (in utero exposure) der Ratten ermittelt. Trächtige Muttertiere erhielten Genistein in der Dosis von 0,5 bis 25 mg/Tag s.c. ab dem 16. bis zum 20. Tag der Trächtigkeit. Die Forscher stellten bei neugeborenen Ratten ein verringertes Körpergewicht und eine Verzögerung in der sexuellen Entwicklung fest.

In Fütterungsversuchen wurden Untersuchungen des Uterusparameters der Ratten (uterotrophic assay), wie Uterusgewicht im Verhältnis zur Körpermasse, Durchmesser des Eileiters, Anzahl der Uterusdrüsen, durchgeführt. KANG et al.

(2002) fütterten die Versuchsratten mit Futter, das 100 mg/kg/Tag der Phytoöstrogene Daidzein und Genistein enthielt. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigten eine Vergrößerung des Uterusgewichtes und die Proliferation des vaginalen Epithels.

Eine Übertragung der Wirkung von östrogenaktiven Substanzen durch die Plazenta wurde durch Fütterungsversuche mit Ratten bestätigt (DOERGE et al. 2001). Das an die Muttertiere oral verabreichte Genistein wurde sowohl über die Plazenta als auch über die Milch ausgeschieden. Aktives Genistein wurde in fetalem Serum und im

Gehirn in solchen Konzentrationen gefunden, die mit den östrogenen Effekten assoziiert wurden.

Die Einwirkung von Genistein in der perinatalen Periode (perinatal exposure) wurde von AWONIYI et al. (1997) erforscht. Die trächtigen Ratten nahmen mit dem Futter 0,2 mg/kg des Körpergewichts/Tag von Genistein ab dem 17. Tag der Trächtigkeit auf. Nach der Geburt wurde der weibliche Nachwuchs während der weiteren 70 Tage mit demselben Futter gefüttert. Infolge des Versuchs wurde eine niedrige Konzentration von Östradiol und Progesteron in Plasma der weiblichen Versuchsratten nachgewiesen. Nach anatomisch-pathologischen und histologischen Untersuchungen wurden Veränderungen, wie anormale morphologische Entwicklung von Uterus und Ovarien (z.B. mehrere Gelbkörper in Ovarien sowie Uterushypertrophie) festgestellt.

Einige Forscher beobachteten außerdem die besonderen Effekte der Wirkung von Phytoöstrogenen während der neonatalen Periode (neonatal exposure).

So entdeckten WHITTEN et al. (1993) die Veränderungen im sexuellen Verhalten und die Veränderungen der Funktion der Genitaldrüsen bei Ratten. Die neugeborenen Ratten erhielten von der Geburt an bis zum 21. Lebenstag (bei Weibchen) und bis zum 10. Lebenstag (bei Männchen) 100 ppm Coumestrol mit dem Futter. Als Ergebnisse des Versuches traten langfristige Anovulation und starke Beeinträchtigung des sexuellen Verhaltens auf.

Eine Reihe von Wissenschaftlern aus der Arbeitsgruppe COT Working Group on Phytoestrogens haben ausführliche, umfangreiche Literaturrecherchen und Untersuchungen der Wirkung von Phytoöstrogenen auf die Fertilität und Entwicklung der Reproduktionsfunktion der Nagetiere durchgeführt (Endocrine. 1997, 7:337-341, Toxicol Sci. 2001, 61:68-75, Proc Soc Exp Biol med. 1995, 208:60-66).

Die Ergebnisse sind in einem Bericht der Arbeitsgruppe zusammengefasst.

Beispielhaft sind die interessantesten repräsentativen Ergebnisse aus diesem Bericht, die für den Untersuchungsbereich der vorliegenden Arbeit wichtig und von

besonderem Interesse als Verbindungspunkte sein können, in der Tabelle 2.7.

aufgeführt.

Tab. 2.7.: Wirkung der Isoflavonen auf die Entwicklung und Reproduktionsfunktion von Nagetieren

Versuchs-

tiere Applikationsweg Phyto-

östrogene Dosis Veränderungen (evtl. Symptome vom

Trächtigkeitstag) Genistein 25 mg/Tag

Verkleinerung des Gewichts bei der Geburt, Verzögerung der Öffnung der Vulva

LEVY et al.

Trächtigkeitstag)/ Genistein 20 mg/Tag Hypertrophie der Milchdrüse

Entwicklung von Uterus und Ovarien Wirkungen auf sexuale Entwicklung

Trächtigkeitstag) Genistein 250 mg/kg Futter/Tag

keine Wirkungen auf die Konzentration der endogenen Hormone

Geburt) Genistein 50 mg/kg Körper- gewicht/Tag

Vergrößerung des Uterusgewichts,

mehrere Gelbkörper in Ovarien

während 3 Monaten Isoflavone

228 mg Isoflavone/

kg des Futters

Carcinoma der Vulva THIGPEN et al.

(2001)

CLINE et al. (1996) untersuchten die Wirkung von östrogen-aktiven Substanzen auf die reproduktive Funktion von Makaken. Sie führten Fütterungsversuche bei ovariektomierten Makaken durch. Die Versuche wurden für eine Periode von 5 Wochen bis 3 Jahren geplant. Die Affen erhielten mit dem Futter verschiedene östrogenaktive Substanzen, solche wie Tamoxifen, Östradiol, Progestin, Nomegestrol Acetate, und Isoflavone (Genistein und Daidzein) von Sojabohnen. Im

Laufe der Fütterungsversuche wurden gynäkologische und anatomisch-pathologische Untersuchungen durchgeführt. Bei den Affen, die einen hohen Gehalt von Phytoöstrogenen und auch Tamoxifen mit dem Futter erhielten, wurden Polypen im Endometrium, Hyperplasie des Epithels und Stromalfibrosis festgestellt.

Die Affen dienten als Modelle (Prototype) für Frauen, die sich in der Periode der Postmenopause befinden.

Es wurde eine Reihe von Fütterungsversuchen durchgeführt, um festzustellen, welche Kontaminanten (Mykotoxine) oder Inhaltsstoffe von Kulturpflanzen ähnliche Reproduktionsstörungen wie Symptome des Hyperöstrogenismus bei Nutztieren induzieren können.

Die Diskussion um die Phytoöstrogenwirkung auf Nutztiere hat bereits im Jahre 1945 angefangen. Die ersten Beobachtungen haben einen deutlichen Zusammenhang zwischen der Aufnahme von Klee und Luzerne mit dem Futter und einer verminderten Fertilität und erschwerten Geburten (”clover disease”) von Schafen und Kühen gezeigt (BENNETS et al. 1946; KALLELA 1965; KALLELA et al. 1984).

Durch die Beobachtung einer stark reduzierten Fertilität bei australischen Schafen nach Aufnahme einer bestimmten Kleesorte stellte HARBRONE (1995) die biologische Wirksamkeit der Phytoöstrogene dar.

Auch LITTLE (1996) sieht die Ursache von gleichen Symptomen in Gebieten mit intensiver Schafhaltung nach Aufnahme von Klee (Trifolium ssp.), der die Phytoöstrogene enthält.

Nach ADAMS (1994) können die Phytoöstrogene im Fettgewebe der Schafe, die als Futter Klee aufnehmen, akkumulieren und deren Konzentration wird 20-fach höher sein als im Plasma. Ein solches Vorkommen von Phytoöstrogenen kann eine subklinische Unfruchtbarkeit verursachen. SMITH et al. (1979) berichteten über häufig vorkommende Unfruchtbarkeit bei Schafen ohne sichtbare Symptome bei der Fütterung mit Alfalfa, die eine Dosis von 25 ppm Coumestrol enthielten. Ähnliche Reproduktionsstörungen traten laut LOOKHART (1980) bei der Fütterung von Rindern mit der Silage von Weißklee aufgetreten. Im Futter wurde eine Dosis von 37 ppm Coumestrol nachgewiesen.

Während der Studie von NWANNENA et al. (1994) wurden Untersuchungen über die Wirkung von Phytoöstrogenen auf östrogene Rezeptoren (ERα) durchgeführt. Mittels Fütterungsversuche bei Schafen wurde der Einfluss von Phytoöstrogenen, die im Rotklee enthalten sind, auf die Sekretion von Schilddrüsehormonen untersucht. Acht ovariektomierte Schafe wurden mit ca. 3,5 kg von der Rotklee-Silage 14 Tage lang gefüttert. Während der Durchführung des Versuches wurden die Blutproben der Schafe auf ihren Gehalt von Thyroidhormonen untersucht. Die Ergebnisse der Sektion und der Blutuntersuchung zeigten, dass die Phytoöstrogen-Dosis von 81-95 mg/kg Körpermasse, die die Schafe innerhalb von 14 Tagen mit Kleefutter bekamen, die Sekretion der Schilddrüsenhormone verstärkte und die Größe von Follikeln der Schilddrüse vergrößerte.

In einer Reihe von pathologisch-anatomischen Untersuchungen bei Schafen, deren Hauptfutterkomponente Rotklee enthielt, wurden immer öfter wiederholte Fälle von Zervicitis sowie auch Hyperplasie im Endometrium festgestellt (COX 1974). Die genannten Merkmale gelten als Hyperöstrogenismussymptome.

Die Fütterungsversuche bei Rindern (KALLELA et al. 1984), die mit der Silage von Alfalfa, Rot- und Weißklee gefüttert wurden, zeigten die gleiche Symptomatik von Hyperöstrogenismus. Im Laufe dieser Studie wurde der Gehalt von Phytoöstrogenen, wie Formononetin und Biochanin, in diesen Futtermittelkomponenten nachgewiesen.

Als Ursache der Fruchtbarkeitsstörungen konnten das Phytoöstrogen Formononetin und dessen Metabolit Equol identifiziert werden (BARRET 1996).

Das Auftreten von Unfruchtbarkeit bei Sauen wird nach Meinung von DROCHNER (1998) und DIEKMAN und LONG (1988) durch die Kontamination des Futters mit dem Mykotoxin Zearalenon, das eine östrogene Wirkung aufweist, hervorgerufen.

Nach umfangreichen Literaturrecherchen wurde bereits 1999 ein Orientierungswert von 250 µg Zearalenon pro kg Alleinfutter für Sauen diskutiert.

Eine weitere Studie über die Auswirkungen einer längerfristigen Mykotoxinexposition wurde mittels Fütterungsversuche von JADAMUS und SCHNEIDER (2002)

durchgeführt. Während der Fütterungsversuche wurde die Konzentration auf 200 µg Zearalenon pro kg Futter reduziert. Schon bei dieser Dosis konnten neben den für Zearalenon typischen Symptomen des Hyperöstrogenismus wie Schwellung und Rötung der Vulva und Gesäuge eine Ödematisierung im Präputialbereich bei männlichen Ferkeln sowie Krusten nekrotischen Gewebes an den Zitzen (Zitzennekrosen) bei weiblichen Ferkeln beobachtet werden.

Die Abbildung 2.10. zeigt die Symptomatik des Hyperöstrogenismus bei neugeborenen Ferkeln, die infolge der Fütterung der Sauen mit Zearalenon vorkam.

Abb. 2.10.: Symptomatik des Hyperöstrogenismus bei neugeborenen Ferkeln:

Rötung von Vulva und Zitzen, Spreizen und „Bärentatzigkeit“ als Ergebnis der Fütterungsversuche mit Zearalenon (STEIN 2004)

Als deutliche Nachweise der negativen Wirkung des Mykotoxins Zearalenon auf die Reproduktionsfunktion der Sauen sind ausgeprägte klinische Symptome des Hyperöstrogenismus wie häufiges Umrauschen, Anöstrie und Aborten aufgetreten (JADAMUS und SCHNEIDER 2002).

Laut den Untersuchungen von STEIN (2004) können Mykotoxine je nach der Dosis erheblich die Krankheitserscheinungen variieren (Tab. 2.8.).

Tab. 2.8.: Zearalenonkonzentrationen im Futter, bei welchen Vergiftungserscheinungen beim Schwein beobachtet wurden (STEIN 2004)

Alter bzw.

Gewichtsklasse

Dosis

(mg/kg Futter) Vergiftungserscheinungen Ferkel

(8-10 Wochen) ^1-5

Scham- u. Zitzenschwellung innerhalb weniger Tage 1-5 Scham- u. Zitzenschwellung

Scheinrausche Jungsauen

3-9 häufig Scheinträchtigkeiten, kein Zyklus 0,035 (Maissilage) Rauscheprobleme

0,08 (Körnermais) Rauscheprobleme 0,04-0,08 (Gerste) 3-4-malige Belegung 0,05 (Mischfutter) 3-4-malige Belegung 0,05 (Futter) Eierstockveränderung 0,03 (Gerste) Scheidenausfluss 0,032 (Mischfutter) Mastdarmvorfall

0,1 (Futter) Hyperöstrogenismus nach 4 Wochen Sauen

0,1-0,5

(Mischfutter Mais) Abortrate 15-20%

Eber 9

Verminderung der Hodengröße, des Samenvolumens, der

Spermakonzentration und -beweglichkeit

Die oben angeführten Beispiele als Ergebnis einer Literaturrecherche zum Thema der Zearalenonkontamination der Futtermischungen zeigen, dass das für die Fütterungsversuche verwendete Mykotoxin Zearalenon den Hyperöstrogenismus bei den Versuchstieren verursacht hat.

Eine Reihe von Wissenschaftlern vermutet außerdem, dass es eventuell weitere Einflussfaktoren in den Futtermischungen gibt, die die Fruchtbarkeitsstörungen bzw.

die Hyperöstrogenismussymptomatik verursachen könnten. Zu diesen Einflussfaktoren gehören nach der Meinung vieler Forscher Phytoöstrogene und weitere östrogen aktive Substanzen.

BITSCH et al. (2001) untersuchten die Futtermischungen, deren Inhaltsstoffe als mögliche Voraussetzung der aufgetretenen Symptome des Hyperöstrogenismus bei den Sauen vermutet wurden. Als erstmögliche Ursache des Auftretens der Hyperöstrogenismussymptomatik wurde die Zearalenonkontamination des Futters angenommen. Zur Identifikation des Zearalenons in der Futterzusammensetzung wurde der ELISA-Test durchgeführt. Der Verdacht auf den Zearalenongehalt wurde aber nicht bewiesen. Mittels des durchgeführten E-screen Assays konnten bestimmte östrogenaktive Substanzen wie Phytoöstrogene in der Dosis 10-80 µg EEQ (Estradiol Equivalent)/pro kg Futter festgestellt werden. Die Wissenschaftler vermuten, dass sowohl die festgestellten Phytoöstrogene als auch andere östrogen-aktive Substanzen möglicherweise das Auftreten von Hyperöstrogenismus verursachen können.

LUNDH (1995) berichtete über die Fertilitätsproblematik (z. B. Hyperöstrogenismus) bei Schweinen und Schafen, die durch Futter verursacht wird, dessen Komponenten (z. B. Rotklee-Silage) einen hohen Gehalt von östrogen-aktiven Substanzen aufweisen.

DRANE (1981) untersuchte während der Fütterungsversuche mit 10-wöchigen Ferkeln, deren Ration 20 % Sojaprodukte enthielt, den östrogenen Effekt von Soja.

Die experimentellen Ergebnisse zeigten am Ende der durchgeführten Versuche die Symptome eines Hyperöstrogenismus, solche wie Rötung und Schwellung der Vulva,

hochgradige Anschwellung der Gesäugeleiste, Vergrößerung des Uterus und pathologische Funktionsbilder auf den Ovarien.

Eine der letzten Untersuchungen über die Mechanismen der Wirkung von Phytoöstrogenen auf die Schweine wurde von REN et al. (2001) durchgeführt. Als Versuchstiere dienten acht hochtragende Sauen, die 8 mg Daidzein pro kg Futter bekamen. Als Kontrolltiere dienten sechs hochtragende Sauen, deren Futter keine Phytoöstrogene enthielt. Die Ergebnisse der Allgemeinuntersuchung der Ferkel der Versuchs- und Kontrollgruppe zeigten nur einen Unterschied: Die Körpermasse der männlichen neugeborenen Versuchsferkel war wesentlich größer als die Körpermasse der neugeborenen Ferkel aus der Kontrollgruppe.

Hyperöstrogenismussymptome wurden nicht beobachtet (REN et al. 2001).

Großes wissenschaftliches Interesse ruft im Zusammenhang mit der Erforschung der Hyperöstrogenismusproblematik eine weitere Frage hervor, nämlich, welche anatomisch-pathologischen und histologischen Merkmale des Hyperöstrogenismus das phytoöstrogenbelastete und/oder östrogen (mykoöstrogen-) belastete Futter auslöst bzw. auslösen kann.

YANG et al. (1995) führten eine vergleichende Untersuchung der Wirkung von Tamoxifen und Zearalenon auf die Reproduktionsfunktion von Schweinen und Nerzen durch. Im Laufe der Versuche wurden die Sauen ab Tag 30 der Trächtigkeit mit dem Futter, das 2 ppm Zearalenon enthielt, und Nerze zwei Monate vor der Besamung mit dem Futter, das 20 ppm Zearalenon enthielt, gefüttert. In der zweiten Variante des Fütterungsversuchs bekamen Sauen und Nerze die Menge von 10 ppm Tamoxifen mit dem Futter. Die Ergebnisse der Fütterungsversuche zeigten, dass das Vorhandensein von Tamoxifen im Futter die Symptome von Hyperöstrogenismus bei den geborenen Ferkeln hervorrief. Nach der Sektion wurden eine Vergrößerung des Gewichtes der Gebärmutter und der Eierstöcke der weiblichen Ferkel festgestellt. Bei einigen Ferkeln wurden Atrophie von Follikeln und Atrophie der Gebärmutter registriert.

BARTOL et al. (1993) untersuchten die Wirkung von östrogenaktiven Substanzen, darunter auch von Phytoöstrogenen, auf das Wachstum von Gebärmuttergewebe und auf die Funktion der Schilddrüse. Ihre Untersuchungen basierten auf ähnlichen Untersuchungen mit Mäusen (OGASAWARA et al. 1983). In den Versuchen von BARTOL et al. (1993) bekamen die Ferkel von Geburt an Östradiol-Valerate mit dem Futter. Bei trächtigen Sauen wurde am 45. Tag der Trächtigkeit eine Erhöhung der Zahl von totgeborenen Ferkeln um 22 % registriert. Nach der Sektion der Sauen wurde außerdem herausgefunden, dass empfindliche Endometriumzellen in ihrer Entwicklung beeinträchtigt wurden. Diese Beeinträchtigung hat zur Hyperplasie des Endometriums und anschließend zur Vergrößerung des Gewichtes der Gebärmutter geführt.

Effekte bestimmter Dosen von Phytoöstrogenen und anderen östrogen aktiven Substanzen auf Nutztiere infolge der oben beschriebenen Fütterungsversuche sind in der Tabelle 2.9. zusammengefasst.

Tab. 2.9.: Effekte der Wirkung der Phytoöstrogene und anderer östrogen aktiver Substanzen auf Nutztiere während der Fütterungsversuche

Versuchs- Schaf Alfalfa Coumestrol 25ppm Unfruchtbarkeit SMITH et al.

(1979)

Schaf Rotklee-Silage Coumestrol

81-95

Weißklee-Silage Coumestrol 37ppm Unfruchtbarkeit LOOKHART (1980)

Nerze Ration Zearalenon

20 ppm - Ferkel zeigten infolge des Fütterungsversuchs Symptome des Hyperöstrogenismus wie Schwellung und Rötung der Vulva.

Daher kann also angenommen werden, dass auch von der Sau aufgenommenes Genistein in relevanten Konzentrationen an die Ferkel weitergereicht wird und hier möglicherweise eine Rolle bei der Entstehung des Hyperöstrogenismus spielen kann.

Im Dokument Vorkommen und Wirkung von östrogen aktiven Substanzen im Futter von Schweinen (Seite 46-60)