Aus der Klinik für Rinderkrankheiten der Tierärztlichen Hochschule Hannover
und dem Institut für Tierernährung
der Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft in Braunschweig
Untersuchungen zur Kobalt-Versorgung von Milchkühen
INAUGURAL-DISSERTATION zur Erlangung des Grades der Doktorin
der Veterinärmedizin (Dr. med. vet.)
durch die Tierärztliche Hochschule Hannover
Vorgelegt von Kirsten Stemme
aus Auetal
Hannover 2002
Wissenschaftliche Betreuung: Univ.-Prof. Dr. med. vet. H. Scholz (TiHo) Univ.-Prof. Dr. agr. G. Flachowsky (FAL)
Dr. sc. agr. P. Lebzien (FAL) Dr. sc. agr. U. Meyer (FAL)
1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. med. vet. H. Scholz (TiHo) Univ.-Prof. Dr. agr. G. Flachowsky (FAL) 2. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. med. vet. M. Coenen
Tag der mündlichen Prüfung: 07.06.2002
Die vorliegende Arbeit wurde von der H. WILHELM SCHAUMANN-Stiftung gefördert.
Wissenschaftliche Veröffentlichungen
STEMME,K.,GÄDEKEN,D.,MEYER,U.,DAENICKE,R.,FLACHOWSKY,G.,SCHOLZ,H.
(2001):
Investigations on vitamin B12 concentration in the blood serum of dairy cows as related to cobalt concentration in the ration.
Proc. Soc. Nutr. Physiol. 10, 152
STEMME,K.,MEYER,U.,GÄDEKEN,D.,SCHOLZ,H.,FLACHOWSKY,G.(2001):
Investigations on the influence of cobalt supplements on the vitamin B12-status of dairy cows.
In: Vitamins and Additives in the Nutrition of Man and Animal: September,26th and 27th,2001 Jena/Thuringia; 8th Symposium Micro Nutrients 2001, p. 26 [Abstract]
STEMME,K.,MEYER,U.,GÄDEKEN,D.,SCHOLZ,H.,FLACHOWSKY,G.(2001):
Untersuchungen zum Einfluss von Kobalt-Ergänzungen auf den Vitamin B12-Status von Milchkühen.
In: R. Schubert, G. Flachowsky, G. Jahreis u. R. Bitsch (Hrsg.): Vitamine und Zusatzstoffe in der Ernährung von Mensch und Tier. 8. Symposium, 26./27.09.2001, Jena/Thüringen.
Informations- und Datenzentrum der FAL, Braunschweig, S. 167-172 STEMME,K.,MEYER,U.FLACHOWSKY,G.,SCHOLZ,H.(2002):
Vitamin B12-concentration in serum and liver tissue of dairy cows as affected by cobalt intake.
Proc. Soc. Nutr. Physiol. 11, 59
STEMME,K.LEBZIEN,P.,FLACHOWSKY,G.,SCHOLZ,H.(2002):
Investigations on the microbial vitamin B12-synthesis of dairy cows as related to the cobalt concentration in the ration.
Proc. Soc. Nutr. Physiol. 11, 70
SPOLDERS,M.,MEYER,U.,GÄDEKEN,D.,STEMME,K.,FLACHOWSKY,G.(2001):
Evaluation of the physical structure value of different rations for dairy cattle applying measurements on ruminanting activity.
Proc. Soc. Nutr. Physiol. 10, 40
I NHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
2 LITERATURÜBERSICHT 3
2.1 Kobalt-Vorkommen im Boden 3
2.2 Faktoren, die den Kobalt-Gehalt der Pflanze beeinflussen 5
2.2.1 Verfügbarkeit des Kobalts für die Pflanze 5
2.2.2 Einfluss der Pflanzenart auf ihren Kobalt-Gehalt 6 2.2.3 Weitere Faktoren, die den Kobalt-Gehalt von Pflanzen beeinflussen 7
2.3 Vitamin B12 9
2.4 Vitamin B12-Synthese im Pansen 10
2.5 Absorption, Exkretion und Speicherung von Vitamin B12 14
2.6 Absorption und Metabolismus von Kobalt 19
2.7 Vitamin B12 im Intermediärstoffwechsel 21
2.7.1 Adenosyl-Cobalamin-abhängige Reaktionen 22
2.7.2 Methyl-Cobalamin-abhängige Reaktionen 24
2.8 Auswirkungen eines Kobalt- bzw. Vitamin B12-Mangels auf den
Intermediärstoffwechsel 25
2.9 Klinische Erscheinungen bei Kobalt-Mangel 28
2.10 Regionale Verteilung von Kobalt-Mangelgebieten 32 2.11 Möglichkeiten zur Vermeidung bzw. zur Behandlung eines
Kobalt-Mangels 33
2.12 Bedarfsempfehlungen für Wiederkäuer 35
2.13 Kobalt-Intoxikation 37
2.14 Möglichkeiten zur Diagnostik eines Kobalt-Mangels 38 2.14.1 Bestimmung von Kobalt in verschiedenen Matrizes 39 2.14.2 Vitamin B12-Messungen in Proben tierischen Ursprungs 40
2.14.3 Ermittlung von Enzymaktivitäten 41
2.14.4 Messung von Methylmalonylsäure oder Fomiminoglutamat 42 2.15 Referenzwerte zur Beurteilung der Kobaltversorgung von
Wiederkäuern 43
2.16 Ableitung der Aufgabenstellung 45
3 MATERIAL UND METHODEN 47
3.1 Überblick über die durchgeführten Versuche 47
3.2 Beschreibung der verwendeten Futtermittel 47
3.2.1 Grundfutter 47
3.2.2 Kraftfutter 48
3.3 Untersuchungen an ruminal und duodenal fistulierten Milchkühen 49
3.3.1 Versuchsaufbau 49
3.3.2 Versuchstiere, Fütterung und Haltung 50
3.3.3 Rationsgestaltung 51
3.3.4 Bestimmung der pansenphysiologischen Parameter 51 3.3.5 Ermittlung des Nährstoff-Flusses am Dünndarm 52 3.3.5.1 Herstellung und Verabreichung des Chrommarkers 52 3.3.5.2 Gewinnung und Aufbereitung der Chymusproben 52
3.4 Vorversuch zum Fütterungsversuch 53
3.4.1 Versuchsaufbau, Versuchstiere, Haltung, Fütterung und Probenahme 53
3.5 Fütterungsversuch 54
3.5.1 Versuchsaufbau, Versuchstiere und Haltung (Teil I) 54 3.5.2 Versuchsaufbau, Versuchstiere und Haltung (Teil II) 55 3.5.3 Rationsgestaltung (Fütterungsversuch Teil I und II) 56
3.5.4 Probennahme 56
3.5.4.1 Futterproben 56
3.5.4.2 Blutproben 57
3.5.4.3 Milchproben 57
3.5.4.4 Leberproben 58
3.6 Kälberversuch 58
3.7 Chemische Analysenmethoden 58
3.7.1 Weender-Rohnährstoffe, ADF, NDF 58
3.7.2 Mengen- und Spurenelemente in den Futtermitteln 59
3.7.3 Chrom 59
3.7.4 Flüchtige Fettsäuren im Pansensaft 60
3.7.5 Ammoniak-Stickstoff im Pansensaft 60
3.7.6 Mikrobielles Rohprotein 60
3.7.7 Kobalt-Gehalt im Darmsaft 61
3.7.8 Vitamin B12 im Darmsaft 61
3.7.9 Blutparameter 62
3.7.9.1 Vitamin B12 und Folsäure 62
3.7.9.2 Glukose, Gesamtbilirubin, Harnstoff, ß-Hydroxy-Buttersäure, AST,
GLDH und γ-GT 62
3.7.9.3 Eisen 63
3.7.10 Milchinhaltsstoffe 63
3.7.11 Vitamin B12 in der Milch 63
3.7.12 Kobalt im Lebergewebe 63
3.7.12.1 Vitamin B12 im Lebergewebe 63
3.8 Statistische Auswertung 64
4 ERGEBNISSE UND DISKUSSION 65
4.1 Versuch an fistulierten Milchkühen 65
4.1.1 Versuchsablauf, Rohnährstoffgehalte der Futtermittel, Futteraufnahme
und Milchleistung 65
4.1.2 Mineralstoff-Aufnahme 67
4.1.2.1 Kobalt 67
4.1.2.2 Weitere Mineralstoffe 68
4.1.3 Pansenphysiologische Untersuchungen 70
4.1.3.1 pH-Werte 70
4.1.3.2 Konzentrationen an flüchtigen Fettsäuren 70
4.1.3.3 NH3-N-Konzentrationen 71
4.1.3.4 Bewertung der pansenphysiologischen Parameter 72 4.1.4 Fluss an Trockensubstanz und organischer Substanz 72
4.1.5 Stickstofffluss am Duodenum 74
4.1.6 Mikrobielle Proteinsynthese im Pansen 74
4.1.7 Kobalt- und Vitamin B12-Konzentrationen im Darmsaft 77
4.2 Vorversuch zum Fütterungsversuch 80
4.3 Fütterungsversuch (Teil I) 83
4.3.1 Versuchsverlauf 83
4.3.2 Rohnährstoffgehalte und Futteraufnahme 83
4.3.3 Mineralstoff-Aufnahme 86
4.3.3.1 Kobalt 86
4.3.3.2 Weitere Mineralstoffe 86
4.3.4 Milchleistung und Milchinhaltsstoffe 87
4.3.5 Lebendmasseentwicklung 89
4.3.6 Vitamin B12-Status der Milchkühe 90
4.3.6.1 Vitamin B12-Konzentration im Serum 90
4.3.6.2 Kobalt- und Vitamin B12-Konzentrationen in Lebergewebe und Milch 92
4.3.7 Beurteilung weiterer Blutparameter 92
4.3.7.1 Eisen 92
4.3.7.2 Folsäure 93
4.3.7.3 Glucose 94
4.3.7.4 Harnstoff, ß-Hydroxy-Buttersäure, Gesamtbilirubin und Leberenzyme
(AST, GLDH und γ-GT) 95
4.4 Fütterungsversuch (Teil II) 96
4.4.1 Versuchsverlauf, Rohnährstoffgehalte der Ration und Futter-aufnahme 96
4.4.2 Mineralstoff-Aufnahme 97
4.4.2.1 Kobalt 97
4.4.2.2 Weitere Mineralstoffe 98
4.4.3 Milchleistung und Milchinhaltsstoffe 98
4.4.4 Vitamin B12-Konzentration im Serum 100
4.4.5 Kobalt- und Vitamin B12-Konzentrationen im Lebergewebe 100 4.4.6 Vitamin B12-Konzentrationen in Milch und Kolostrum 104
4.5 Kälberversuch 106
4.5.1 Versuchsdurchführung 106
4.5.2 Vitamin B -Konzentration im Serum 106
5 VERGLEICHENDE DISKUSSION 108
6 SCHLUSSFOLGERUNGEN 114
7 ZUSAMMENFASSUNG 116
8 SUMMARY 119
9 LITERATURVERZEICHNIS 122
10 ANHANG 141
T ABELLENVERZEICHNIS
Tabelle 1: Allgemeine Beziehung zwischen Gesteinstypen und Kobalt-Gehalten
im Boden (nach PATERSON, 1988) 3
Tabelle 2: Kobalt-Gehalte verschiedener Pflanzenspezies bei gleichen
Aufwuchsbedingungen (nach LATTEUR, 1962 und POOLE et al., 1972) 6 Tabelle 3: Relative Bioverfügbarkeit verschiedener Kobalt-Quellen beim Schaf
(nach HENRY, 1995) 20
Tabelle 4: Vitamin B12 abhängige biochemische Reaktionen (nach ZAGALAK, 1982 und GRUNER et al., 1998) 21 Tabelle 5: Empfehlungen zur Kobalt-Versorgung von Milchkühen (mg Co/kg T) 37 Tabelle 6: Vitamin B12-Konzentrationen bei Rind und Schaf im Serum und
deren Interpretation 43
Tabelle 7: Vitamin B12-Konzentrationen im Lebergewebe und deren
Interpretation 44 Tabelle 8: Interpretation der Konzentrationen von Methylmalonylsäure
(MMA) und Vitamin B12 im Plasma von Schafen
(nach McMURRAY et al., 1985) 44
Tabelle 9: Übersicht über die durchgeführten Versuche 47 Tabelle 10: Kobalt-Gehalte (mg/kg T) von Grassilagen der Versuchsstation
der FAL in Braunschweig 48
Tabelle 11: Zusammensetzung der Kraftfuttermischungen (%) 49
Tabelle 12: Versuchseinteilung 49
Tabelle 13 : Tägliche Milchleistung und –inhaltsstoffe der fistulierten Kühe
(n=5) zu Versuchsbeginn 50
Tabelle 14: Leistungsdaten der im Fütterungsversuch verwendeten Tiere zu
Versuchsbeginn (n=18; MW ± SD) 55
Tabelle 15: Zuteilung des Milchleistungsfutters (IV) in Abhängigkeit von der
Milchleistung 56 Tabelle 16: Variationskoeffizienten (VK) in der Analysenpräzision der Mengen-
und Spurenelemente 59
Tabelle 17: Variationskoeffizienten (VK) der Analysenpräzision der flüchtigen
Fettsäuren 60 Tabelle 18: Übersicht über die verwendeten Testverfahren mit
Variationskoeffizienten der Präzision 62
Tabelle 19: WEENDER-Rohnährstoff- und ADF/NDF-Gehalte der im
Fistelkuhversuch eingesetzten Futtermittel 65 Tabelle 20: Mittlere tägliche Trockensubstanz- und Rohnährstoffaufnahme der
Milchkühe während der Darmsaftsammelwochen (MW ± SD; n=10) 66 Tabelle 21: Energiegehalt der Ration, Energie- und nXP-Aufnahme
sowie ruminale N-Bilanz (RNB) pro Tier und Tag 66 Tabelle 22: Milchleistung und Gehalt an Milchinhaltsstoffen (n=5; MW ± SD) 67 Tabelle 23: Kobalt-Gehalte der im Versuch mit fistulierten Kühen eingesetzten
Futtermittel (mg Co/kg T) 67
Tabelle 24: Kobalt-Aufnahmen pro Tier und Tag in mg/Tag sowie mg/kg T 67 Tabelle 25: Mittlere Mengen- und Spurenelement-Aufnahmen pro Tier und Tag
sowie die Mengen- und Spurenelement-Gehalte der Ration im
Fistelkuhversuch 68 Tabelle 26: Empfehlung für die Versorgung von Milchkühen mit
Mengenelementen (g/Tag) bei einer Milchleistung von 15
und 20 kg/Tag ( nach GfE, 2001) 68
Tabelle 27: Empfehlungen zur Versorgung von Milchkühen mit
Spurenelementen (mg/kg Futter-T) (nach GfE, 2001) 69 Tabelle 28: Maximal tolerierbare Spurenelement-Konzentrationen in der
Tagesration (mg/kg Futter-T) bei Milchkühen
(NRC, 1980; PULS, 1988) 69
Tabelle 29: Gesamtkonzentration an flüchtigen Fettsäuren sowie molare Anteile der einzelnen Fettsäuren im Pansensaft der Milchkühe drei Stunden nach Beginn der Morgenfütterung (MW ±SD; n=5) 71 Tabelle 30: Mittlerer Fluss an Trockensubstanz und organischer Substanz am
proximalen Duodenum von fistulierten Milchkühen (n=5) bei Fütterung von Rationen mit unterschiedlichem Kobalt-Gehalt
(MW ± SD) 73
Tabelle 31: Stickstoffaufnahme und Stickstofffluss am Duodenum bei Milch- kühen mit unterschiedlicher Kobalt-Versorgung (n=5; MW ± SD) 74
Tabelle 32: Anteil des mikrobiellen Stickstoffs (MN) am Nicht-Ammoniak- Stickstoff (NAN) sowie Effizienz der mikrobiellen Proteinsynthese
(n=5; MW ± SD) 75
Tabelle 33: Mikroben-Protein je kg fermentierbarer organischer Substanz (g MP/kg FOS) nach verschiedenen Autoren 75 Tabelle 34: Kobalt-Konzentrationen im Duodenalinhalt sowie Kobalt-Flüsse
und Wiederfindungsraten bei Milchkühen mit unterschiedlicher
Kobalt-Versorgung 77 Tabelle 35: Maximal mögliche und tatsächlich analysierte Vitamin B12-Menge
(mg/Tag) im Duodenalinhalt sowie die Effizienz der ruminalen
Vitamin B12-Synthese (%) 78
Tabelle 36: Blutparameter von Milchkühen im Verlauf von 24 Stunden
(MW ± SD; n=5) 81
Tabelle 37: WEENDER-Rohnährstoffe und ADF/NDF der im Fütterungsversuch
verwendeten Futtermittel 83
Tabelle 38: Trockensubstanzaufnahme in Abhängigkeit von der Kobalt-
Versorgung (SCHWARZ et al., 2000) 84
Tabelle 39: Tägliche Trockenmasse- und Rohnährstoffaufnahme (kg/Tag) der Milchkühe mit unterschiedlicher Kobalt-Versorgung im Mittel
über 112 Versuchstage (n=18, MW ± SD) 85
Tabelle 40: Energiehalt der Ration, mittlere Energie- und nXP-Aufnahme sowie ruminale Stickstoffbilanz (RNB) pro Tier und Tag
(n=54; MW ± SD; 112 Versuchstage) 85
Tabelle 41: Kobalt-Gehalte der im Fütterungsversuch eingesetzten
Futtermittel (mg Co/kg T) 86
Tabelle 42: Tägliche Kobalt-Aufnahme im Mittel für die Versuchsgruppen
(MW ± SD; n=18) 86
Tabelle 43: Mittlere Mengen- und Spurenelement-Aufnahmen pro Tier und Tag
sowie deren Gehalte der Ration 87
Tabelle 44: Mittlere Milchmenge und Gehalt an Milchinhaltsstoffen über 112
Versuchstage (n=18; MW ± SD) 87
Tabelle 45: Tägliche Produktion an Fett, Protein und Laktose bei
unterschiedlicher Kobalt-Versorgung (n=18; MW ± SD) 89 Tabelle 46: Lebendmasse-Entwicklung von Milchkühen mit unterschiedlicher
Kobalt-Versorgung (n=18; MW ± SD; Versuchsdauer 112 Tage) 89
Tabelle 47: Tägliche Lebendmassezunahme von Mastbullen mit unter-
schiedlicher Kobalt-Versorgung (SCHWARZ et al., 2000) 90 Tabelle 48: Eisen-Konzentration im Serum von Milchkühen bei unter-
schiedlicher Kobalt-Versorgung (µmol/l) 92
Tabelle 49: Folsäure-Konzentrationen (ng/ml) im Serum von Milchkühen mit unterschiedlicher Kobalt-Versorgung im Verlauf der Laktation
(n=18; MW ± SD) 93
Tabelle 50: Glucose-Konzentration im Plasma von Milchkühen mit
unterschiedlicher Kobalt-Versorgung (n=18; MW ± SD) 94 Tabelle 51: WEENDER-Rohnährstoffe und ADF/NDF der im Fütterungsversuch
(Teil II) verwendeten Futtermittel 96
Tabelle 52: Tägliche Rohnährstoffaufnahme (kg/Tag) von Milchkühen mit
unterschiedlicher Kobalt-Versorgung
(Dauer ca. 168 Tage; MW ± SD, n=10) 96
Tabelle 53: Energiegehalt der Ration, tägliche Energie- und nXP-Aufnahme
sowie ruminale N-Bilanz (RNB) (n=10) 97
Tabelle 54: Kobalt-Gehalte der im Fütterungsversuch (Teil II) eingesetzten
Futtermittel (mg Co/kg T) 97
Tabelle 55: Tägliche Kobalt-Aufnahme (n=10) 97
Tabelle 56: Mittlere Mengen- und Spurenelement-Aufnahmen pro Tier und Tag sowie Mengen- und Spurenelement-Gehalte der Ration 98 Tabelle 57: Mittlere Milchleistung und Gehalt an Milchinhaltsstoffen sowie
mittlere täglich produzierte Menge an Fett und Eiweiß im zweiten Teil des Fütterungsversuchs (n=10; MW ± SD) 98 Tabelle 58: Vitamin B12-Konzentration (pg/ml) im Serum von Milchkühen
während des Fütterungsversuchs
(Versuchsdauer etwa 280 Tage; MW ± SD; n=10) 100 Tabelle 59: Kobalt-Konzentration im Lebergewebe von Milchkühen mit
unterschiedlicher Kobalt-Versorgung (µg Co/kg FS; MW ± SD; n=4) 101 Tabelle 60: Mittlere Lebendmasse der zur Leberbiopsie verwendeten
Milchkühe mit unterschiedlicher Kobalt-Versorgung (MW ± SD) 103 Tabelle 61: Lebermassen von Milchkühen und Formeln zu deren Errechnung 103 Tabelle 62: Vitamin B12-Ressourcen in der Leber von 8 Milchkühen und
geschätzte Gesamt-Cobalamin-Menge (mg) an drei Probenterminen
(MW ± SD) 104
Tabelle 63: Vitamin B12-Konzentration (ng/ml) in Milch und Kolostrum von Milchkühen mit unterschiedlicher Kobalt-Versorgung
(n=10; MW ± SD) 104
Tabelle 64: Vitamin B12-Konzentration in der Kuhmilch (ng/ml) und deren Interpretation in Bezug auf die Kobalt-Versorgung
(nach PULS, 1994) 106
Tabelle 65: Vitamin B12-Konzentration im Serum von Kälbern am Tag der Geburt sowie am 1., 2. und 5. Lebenstag (MW ± SD; n=10) bei unterschiedlicher Kobalt-Versorgung der Muttertiere 107
Tabelle 66: Effizienz von Kobalt in der ruminalen Vitamin B12-Synthese 109 Tabelle 67: Cobalamin-Absorptionshöhe (%) nach verschiedenen Autoren 109
Tabelle 68: Gegenüberstellung von Versuchsergebnissen an Mastbullen (STANGL et al., 1999 a und b) und Milchkühen (eigene Versuche) 111
A BBILDUNGSVERZEICHNIS
Abbildung 1: Kobalt-Gehalte zweier Weiden in Norwegen im Verlauf mehrerer Jahre (nach ULVUND und PESTALOZZI, 1996) 8 Abbildung 2: Strukturformel des Vitamin B12-Moleküls (nach SMITH, 1997) 9 Abbildung 3: Vitamin B12-Konzentration im Panseninhalt von Schafen
mit bzw. ohne Kobalt-Zulage (n=2)
(nach SMITH und MARSTON, 1970a) 11
Abbildung 4: Vitamin B12-Produktion im Pansen von Schafen nach Absetzen einer täglichen Co-Gabe von 1 mg/d
(nach SMITH und MARSTON, 1970a) 12
Abbildung 5: Beziehung zwischen der Kobalt-Konzentration im Panseninhalt von Schafen und dem Prozentsatz, der als Vitamin B12 vorliegt
(nach SMITH und MARSTON, 1970a) 13
Abbildung 6: Modelle für freien und gebundenen Intrinsic Factor (nach GRASBECK, 1969 und SEETHARAM, 1999) 16 Abbildung 7: Übersicht über die Endozytose von Cobalamin
(nach SEETHARAM, 1999) 17
Abbildung 8: Wege des Vitamin B12 im Körper (nach GRUNER et al., 1998) 19 Abbildung 9: Vitamin B12 abhängige Umlagerung von Methylmalonyl-CoA
zu Succinyl-CoA (nach GRUNER et al., 1998) 22 Abbildung 10: Metabolische Schlüsselstellung des Adenosyl-Cobalamins
(nach ZAGALAK, 1982) 23
Abbildung 11: Bedeutung des Methyl-Cobalamins bei der Methylgruppen-
Übertragung (nach FRIEDRICH, 1987) 24
Abbildung 12: Zusammenhänge zwischen Folsäure-, Vitamin B12- und
Homocystein-Stoffwechsel (nach REFSUM, 2001) 25 Abbildung 13: Zeitliche Abfolge unterschiedlicher Phasen bei der Entstehung
eines klinischen Kobalt-Mangels
(nach UNDERWOOD und SUTTLE, 1999) 30
Abbildung 14: Schema einer Dosis-Wirkungs-Beziehung zwischen
Spurenelement-versorgung und Wirkung
(nach UNDERWOOD und SUTTLE, 1999) 35
Abbildung 15: Mittlerer pH-Wert-Verlauf im Pansensaft von Milchkühen ohne und mit Co-Zulage während der ersten 300 Minuten nach Beginn der Morgenfütterung (MW ± SD; n=5) 70 Abbildung 16: NH3-N-Konzentrationen im Pansensaft der Milchkühe mit
unterschiedlicher Kobalt-Versorgung in den ersten 300 Minuten
nach Fütterung (MW ± SD; n=5) 71
Abbildung 17: Vitamin B12-Synthese je kg T-Aufnahme (Mittel aus 4 Analysen) ohne und mit Co-Zulage bei den 5 Fistelkühen 79 Abbildung 18: Mittlere tägliche Trockensubstanzaufnahme der Versuchs-
gruppen im Versuchsverlauf (n=18) (Gruppe I,II und III entsprechen den Kobalt-Versorgungsstufen 0,10 ; 0,20 und 0,30 mg Co/kg Futter-T) 84 Abbildung 19: Entwicklung der Milchleistung (FCM) bei unterschiedlicher
Kobalt- Versorgung (n=18; Versuchsdauer 112 Tage) 88 Abbildung 20: Vitamin B12-Konzentration im Serum von Milchkühen in
Abhängigkeit von ihrer Kobalt-Versorgung mit
fortschreitender Laktation (n=18) 91
Abbildung 21: Milchmenge, -Fett und -Eiweiß im Versuchsverlauf (n=10) 99 Abbildung 22: Vitamin B12-Konzentration im Serum von Milchkühen im
Verlauf der Laktation bei unterschiedlicher Kobalt-
Versorgung (n=10) 100
Abbildung 23: Vitamin B12-Konzentration im Lebergewebe von Milchkühen mit unterschiedlicher Kobalt-Versorgung (mg/kg; n=4) 102 Abbildung 24: Beziehung zwischen Kobalt-Aufnahme und Vitamin B12-
Konzentration im Lebergewebe von Schafen
(nach MARSTON, 1970) 102
Abbildung 25: Vitamin B12-Konzentration in der Milch von Kühen in
Abhängigkeit vom Laktationsstadium
(nach GREGORY et al., 1958) 105
Abbildung 26: Vitamin B12-Konzentration in Serum und Lebergewebe von Milchkühen mit unterschiedlicher Kobalt-Versorgung (n=4) 111 Abbildung 27: Vitamin B12-Konzentration im Serum (pg/ml) und tägliche
Milchmenge (kg/Tag) von Kühen mit unterschiedlicher
Kobalt-Versorgung (n=18) 112
A BKÜRZUNGSVERZEICHNIS
γ-GT Gamma-Glutamyl-Transferase
ADF Säure-Detergentien-Faser (Acid detergent fiber)
ARC Agriculture Research Council
Ado-Cbl Adenosyl-Cobalamin
AST Aspatat-Aminotransferase
C2 Essigsäure
C3 Propionsäure
C4 Buttersäure
C5 Valeriansäure
Cbl Cobalamin
Co Cobalt
CoA Coenzym A
Cr2O3 Chromoxid
DM Dry matter
FAL Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft
FFS Flüchtige Fettsäuren
FCM Fettkorriegierte Milch (fat corrected Milk)
FOS Fermentierbare organische Substanz
FS Frischsubstanz
GfE Gesellschaft für Ernährungsphysiologie
GLDH Glutamat-Dehydrogenase
ICP Inductively-coupled-plasma
IF Intrinsic Factor
IF-Cbl Intrinsic Factor-Cobalamin
IFCR Intrinsic Factor – Cobalamin-Rezeptor
INRA Institut National de la Recherche Agronomique
LMZ Lebendmassezunahme
ME Umsetzbare Energie
Me-Cbl Methyl-Cobalamin
MJ Megajoule
MMA Methylmalonylsäure (Methylmalonic acid)
MN Mikrobieller Stickstoff
MP Mikrobenprotein
MW Mittelwert
n Stichprobenumfang
N Stickstoff
NAN Nicht-Ammoniak-Stickstoff
NDF Neutral-Detergentien-Faser (neutral detergent fiber)
NEL Nettoenergie Laktation
NH3 Ammoniak
NPN Nicht-Protein-Stickstoff
NRC National Research Council
nXP Verdauliches Rohprotein
OS Organische Substanz
p Irrtumswahrscheinlichkeit
RNB Ruminale Stickstoff-Bilanz
SD Standarddifferenz
T Trockensubstanz
TC (I –III) Transcobalamin (I – III)
U/min Umdrehungen pro Minute
VK Variationskoeffizient
XA Rohasche
XF Rohfaser
XL Rohfett
XP Rohprotein
XX n-freie Extraktstoffe (NfE)
1 E INLEITUNG
Vitamin B12 (auch Cobalamin genannt) kann nur von einigen Bakterien und Hefen synthetisiert werden und ist aus diesem Grund in pflanzlichen Futtermitteln nicht enthalten (COSTIGAN und GERDES, 1991). Während der Mensch und die meisten Säugetiere auf eine Zufuhr von Vitamin B12 mit der Nahrung angewiesen sind, können die Mikroorganismen in den Vormägen der Wiederkäuer Vitamin B12 synthetisieren. Vorraussetzung hierfür ist jedoch eine ausreichende Versorgung mit Kobalt (Co), welches das Zentralatom des Vitamin B12- Moleküls darstellt. Bei ausreichender Kobalt-Zufuhr und physiologischem Pansenmilieu kann in den Vormägen genügend Cobalamin synthetisiert werden, um den Bedarf der Pansenmikroorganismen und des Wiederkäuers zu decken. Nach BIGGER et al. (1976) und ZINN et al. (1987) beläuft sich die Vitamin B12-Synthese auf Werte zwischen 0,33 und 2,0 mg/kg Trockensubstanzaufnahme. Angaben zur täglich am Dünndarm anflutenden Vitamin B12-Menge schwanken zwischen 0,6 und 10 mg/Tag (STEINBERG und KLÜNTER, 1995), von der etwa 1-3% absorbiert werden (GIRARD, 1998).
Vitamin B12 fungiert im Stoffwechsel höherer Organismen als Co-Enzym bei bisher zwei bekannten Reaktionen. Bei der ersten handelt es sich um einen Reaktionsschritt beim Abbau der im Pansen durch Fermentationsprozesse entstehenden Propionsäure. Das Enzym Methylmalonyl-CoA-Mutase katalysiert die Umwandlung von Methylmalonyl-CoA in Succinyl-CoA. Weil die Propionsäure beim Wiederkäuer eine wichtige Energiequelle darstellt (SCOTT, 1999), kommt es durch Kobalt- bzw. Vitamin B12-Mangel zu Störungen im Energiehaushalt des Wiederkäuers. Bei der zweiten Reaktion, bei der Vitamin B12 Co-Enzym- Funktion hat, handelt es sich um die Umwandlung von Homocystein in Methionin. Durch die gleichzeitige Regenerierung von Folsäure wird beim Kobalt- bzw. Vitamin B12-Mangel auch der Folsäuremetabolismus beeinträchtigt.
Bei Kobalt-Mangel zeigen betroffene Tiere verminderte Futteraufnahme bei gleichzeitig abnormem Appetit auf zum Teil unverdauliche Stoffe, wie zum Beispiel Holz, Erde aber auch verschmutzte Einstreu (WIESNER, 1970). Weiterhin können fortschreitender Gewichtsverlust und/oder Rückgang der Leistung sowie Fruchtbarkeitsstörungen beobachtet werden.
Da die bisherigen Empfehlungen zur Spurenelementversorgung von Milchkühen hauptsächlich auf Versuchen mit Schafen und Mastrindern beruhen, war die Zielstellung der vorliegenden Untersuchung, den Einfluss von Kobalt-Ergänzungen auf die mikrobielle Vitamin B12-Synthese und die Vitamin B12-Konzentrationen in Serum, Lebergewebe und Milch von Kühen sowie weitere Parameter (Trockensubstanzaufnahme, Milchleistung, Gehalt an Milchinhaltsstoffen) zu untersuchen, um damit die Datenbasis für Empfehlungen zur Kobalt-Versorgung von Milchkühen auf experimenteller Grundlage zu erweitern.
Da nach ALLAWAY (1975) der Zusammenhang zwischen dem Kobalt-Gehalt in Boden und Pflanze einerseits und der Gesundheit vom Wiederkäuer andererseits ein eindrucksvolles Beispiel für die Beziehung Boden-Pflanze-Tier darstellt (The relationship of the levels of Co in soils and plants to the health of ruminants is one of the striking examples of a soil and plant relationship to animal health.), soll zunächst ein Literaturüberblick über Kobalt in Boden, Pflanze und Tier gegeben werden.
2 L ITERATURÜBERSICHT
2.1 Kobalt-Vorkommen im Boden
Kobalt zählt zu den essentiellen Spurenelementen für Mensch und Tier sowie für einige Mikroorganismen. Während der Mensch und die meisten monogastrischen Säugetiere dieses Element jedoch nicht direkt verwerten können, ist der Wiederkäuer auf Grund seiner Pansenmikroorganismen dazu in der Lage.
Da über Kobalt-Mangel nur aus regional stark begrenzten Gebieten berichtet wird, liegt die Vermutung nahe, dass die geochemischen Verhältnisse und der Zustand der Böden einen Einfluss auf die Kobalt-Versorgung der Tiere haben.
Kobalt kommt im Boden in nur sehr geringer Konzentration vor (REID und HORVATH, 1980; SMITH, 1997), wobei die Angaben zwischen 0,05 und 300 mg/kg schwanken (SMITH und PATERSON, 1999). Der mittlere Kobaltgehalt liegt in unseren Breiten etwa in der Größenordnung von 10 bis 15 mg Co/kg und ist je nach Bodentyp in größerem Umfang schwankend. Grundsätzlich liegen nur wenige Daten über Kobalt-Gehalte in Böden vor und diese stammen in der Regel aus Gebieten, in denen Kobalt-Mangel beobachtet wurde (LATTEUR, 1962).
Der Kobalt-Gehalt der Böden wird primär durch das jeweilige Ausgangsgestein bestimmt (SMITH und PATERSON, 1999). Als Faustregel kann folgendes angenommen werden: Hohe Kobaltgehalte treten in ultrabasischen Gesteinen mit Gehalten von 200-300 mg/kg auf.
Deutlich geringere Gehalte weisen basische (30-45 mg/kg) sowie saure oder neutrale (5-10 mg/kg) Böden vulkanischen Ursprungs auf. Arm an Kobalt sind vor allem Sandböden, Kalksteine und Lehm (0,1-5 mg/kg; REID und HORVATH, 1980). Weiterhin gilt, dass Böden aus ariden und semi-ariden Gebieten höhere Kobalt-Gehalte aufweisen, als solche aus polaren, gemäßigten oder tropischen Zonen (AUBERT und PINTA, 1977).
In Tabelle 1 ist eine vereinfachte Übersicht über den Zusammenhang zwischen Kobalt-Gehalt im Boden und Ausgangsgestein dargestellt.
Tabelle 1: Allgemeine Beziehung zwischen Gesteinstypen und Kobalt-Gehalten im Boden (nach PATERSON, 1988)
Erstarrungsgesteine Sedimentgesteine Metamorphite Hohe Kobalt-
Gehalte
Ultrabasische und basische Gesteine
z.B. Dunit
Tonige Gesteine z.B. Tonschiefer
Metamorphe Gesteine mit Fe-Mg-Mineralien
z.B. Serpentin Niedrige
Kobalt- Gehalte
Saure Gesteine
z.B. Granit Sandige Gesteine z.B. Sandsteine
Metamorphe silicatreiche Gesteine
z.B. Gneis
Auch innerhalb der Böden ist die Verteilung des Kobalts recht unterschiedlich. So ist Kobalt in der Regel in solchen Zonen vermehrt, die reich an organischer Substanz und Tonen sind.
Mit wenigen Ausnahmen kann bei der Beschreibung der vertikalen Verteilung von Kobalt im Boden das von LATTEUR (1962) aufgestellte Schema angewendet werden:
- In der oberen, in der Regel durch Humus angereicherten Schicht befindet sich ein befriedigender Kobaltgehalt. Diese Schicht ist meist nur gering ausgeprägt. Die meisten Pflanzen, deren Wurzeln sich in diesem Bereich befinden, können Kobalt nur in geringem Umfang verwerten.
- Die sich anschließende Zwischenschicht ist arm an Kobalt, da dieses größtenteils ausgewaschen wurde. Die in diesem Bereich wurzelnden Pflanzen wie z.B. die Leguminosen haben auf Grund ihrer im Wurzelbereich vorhandenen Rhizobium- Bakterien einen Kobalt-Bedarf.
- Unter diesen Schichten beinhalten die Bodenbereiche hohe Kobalt-Gehalte. Sie sind jedoch für die Wurzeln der Pflanzen meist nicht mehr zu erreichen.
Darüber hinaus ist es entscheidend, in welcher Form Kobalt vorliegt. Oxid-, Hydroxid- und Karbonatverbindungen sind nur schwer löslich und in alkalischer Umgebung immobil. In saurem Milieu sind sie leichter löslich, was Auswaschungsprozesse begünstigt. Aus diesem Grunde weisen alkalische Böden in der Regel höhere Gesamtkobaltgehalte auf als saure Böden (SMITH und PATERSON, 1999).
Neben den Ausgangsgesteinen sind sowohl die Art der Bodenbearbeitung als auch die Art und Intensität der Düngung für den Kobalt-Gehalt von Bedeutung (CLARK, 1998). Durch Bodenbearbeitung können je nach Intensität die oben genannten Schichten mehr oder weniger miteinander vermischt werden. Auch Veränderungen des Wasserhaushalts des Bodens durch Drainage können den Auswaschungsprozess beschleunigen (LATTEUR, 1962) .
Einen recht großen Einfluss hat die Verwendung von Düngemitteln, wobei Art und Menge des Düngers von entscheidender Bedeutung sind. Der Einfluss auf den Kobalt-Gehalt erfolgt, da die Düngemittel selbst meist nur wenig Kobalt enthalten (LATTEUR, 1962), über eine Veränderung des Bodenmilieus.
Aus den dargestellten Zusammenhängen ist ersichtlich, dass eine pauschale Aussage über den Kobalt-Gehalt im Boden nicht zu treffen ist. Aus Struktur vom Boden und Ausgangsgestein können lediglich Anhaltspunkte gewonnen werden. Bei der Beurteilung eines Bodens bezüglich seines Kobalt-Gehalts ist demnach eine Analyse des Spurenelement-Gehalts von großer Bedeutung.
2.2 Faktoren, die den Kobalt-Gehalt der Pflanze beeinflussen
2.2.1 Verfügbarkeit des Kobalts für die Pflanze
Bisher gibt es keine Hinweise darauf, dass Kobalt auch für Pflanzen ein essentielles Spurenelement darstellt (MARSTON, 1952; SMITH und PATERSON, 1999). Ein Kobalt- Bedarf wurde bisher nur für Leguminosen nachgewiesen (WHITEHEAD, 2000), wobei das Kobalt von den stickstoff-fixierenden Bakterien im Wurzelbereich benötigt und angereichert wird (YOUNG, 1979; SMITH und PATERSON, 1999). Die Bakterien verwenden Kobalt zum einen zur Bildung von Vitamin B12, zum anderen dient es ihnen als Wachstumsfaktor.
Bei höheren Kobalt-Gehalten im Boden sind die Bakterien in der Lage, mehr Stickstoff zu binden, was ein verstärktes Wachstum mancher Leguminosenarten zur Folge hat (YOUNG, 1979).
Obwohl alle übrigen Grünpflanzen keinen Kobalt-Bedarf haben, nehmen sie es aus dem Boden auf, wobei die Höhe der Kobaltaufnahme durch eine Reihe von Faktoren beeinflusst wird. Neben der Art der Pflanze ist hierbei vor allem die Verfügbarkeit des Kobalts zu nennen.
Generell gilt, dass Pflanzen auf kobaltarmen Böden geringere Kobalt-Gehalte aufweisen als vergleichbare Arten auf kobaltreicheren Böden (YOUNG, 1979; SMITH und PATERSON, 1999). Diese Beziehung ist jedoch nicht allgemeingültig (ULVUND und PESTALOZZI, 1996), da die Verfügbarkeit des Kobalts durch den Wassergehalt, den pH-Wert und die Präsenz anderer Mineralstoffe und Spurenelemente beeinflusst wird (SMITH und PATERSON, 1999).
Böden mit hohem Wassergehalt weisen im Vergleich zu gut entwässerten Böden deutlich höhere Gehalte an extrahierbarem und für die Pflanzen verfügbarem Kobalt auf. Neben dem Wassergehalt spielt hierbei vor allem der pH-Wert eine große Rolle. Bei einem hohen Boden- pH-Wert ist nach WHITEHEAD (2000) die Verfügbarkeit von Kobalt für Pflanzen vermindert. MITCHELL (1972) stellte fest, dass durch einen Anstieg des pH-Wertes von 5,4 auf 6,4 der Kobalt-Gehalt in Rotklee um etwa 40 % reduziert wurde. Eine mögliche Erklärung hierfür ist eine Komplexbildung. Wie bereits in Kapitel 2.1 aufgeführt, liegt Kobalt bei hohen pH-Werten in nur schwer löslichen Verbindungen vor, so dass eine Aufnahme durch Pflanzen erschwert wird. Durch den pH-Wert wird auch ein weiterer Faktor beeinflusst, der bei der Diskussion der Kobalt-Verfügbarkeit für Pflanzen in Betracht gezogen werden muss. Kobalt ist in vielen Fällen in der Natur mit Mangan vergesellschaftet. Bei Bildung von Manganoxiden lagern sich schnell Kobalt-Ionen zunächst locker an (ADAMS et al., 1969), die später durch eine Oxidation das Mangan ersetzen können. Mit steigendem pH-Wert wird die Bildung dieser Komplexe gefördert. Untersuchungen in Australien ergaben, dass durchschnittlich 79 % des Boden-Kobalts in Manganmineralien enthalten ist (McKENZIE, 1972). Kobalt, das in dieser Form gebunden ist, kann von den Pflanzen nicht aufgenommen werden (SMITH und PATERSON, 1999).
2.2.2 Einfluss der Pflanzenart auf ihren Kobalt-Gehalt
Zwischen den verschiedenen Pflanzenarten gibt es unabhängig vom Einfluss des Bodens und der klimatischen Bedingungen große Unterschiede in ihrer Fähigkeit, Kobalt aufzunehmen und zu speichern (POOLE et al., 1972). Wiesenkräuter und Leguminosen weisen unter denselben Aufwuchsbedingungen höhere Kobalt-Gehalte auf als Gräser (MENKE und HUSS, 1987). Kleearten sind bei ausreichender Kobalt-Verfügbarkeit des Bodens reicher an Kobalt.
Bei ungenügenden Kobalt-Gehalten im Boden kommt es unter Umständen aber auch zwischen den einzelnen Pflanzenspezies zu einer umgekehrten Reihung bezüglich der Kobalt- Gehalte (POOLE et al., 1972).
Bei ausreichendem Kobalt-Gehalt im Boden können die verschiedenen Pflanzenspezies schematisch nach hoher, mittlerer und geringer Kobalt-Aufnahme und -Speicherung eingeteilt werden (LATTEUR, 1962 ; POOLE et al., 1972). Eine Übersicht über diese Gruppen mit typischen Vertretern gibt Tabelle 2.
Tabelle 2: Kobalt-Gehalte verschiedener Pflanzenspezies bei gleichen
Aufwuchsbedingungen (nach LATTEUR, 1962 und POOLE et al., 1972) Hoher Kobalt-Gehalt
(über 0,1 mg/kg T)
Mittlerer Kobalt-Gehalt (0,07 – 0,1 mg/kg T)
Niedriger Kobalt-Gehalt (unter 0,07 mg/kg T)
Luzerne Straussgras Mais
Klee Knaulgras Weizen
Wicken Lieschgras Gerste
Lupinen Weidelgras Hafer
Rispengras Wiesenfuchsschwanz Roggen
Einige Kräuter Einige Moorpflanzen
Aus dieser Aufstellung ist ersichtlich, dass die für Wiederkäuer gebräuchlichsten Grundfuttermittel mittlere bis niedrige Kobalt-Gehalte aufweisen. Diese Werte sind jedoch auf Böden ermittelt worden, wo kein Kobalt-Mangel vorlag. In Gebieten, aus denen über Kobalt-Mangel berichtet wird, liegen die Gehalte in den Pflanzen oftmals um ein Vielfaches niedriger.
Es gibt auch einige wenige Pflanzenarten, die in der Lage sind, Kobalt nicht nur aufzunehmen und zu speichern, sondern auch anzureichern. Bestimmte Süßhölzer (Astragalus sp.) weisen zum Teil Kobalt-Gehalte bis zu 100 mg/kg Trockenmasse auf.
CLARK (1998) stellt die These auf, dass durch Züchtung Einfluss auf den Kobalt-Gehalt der Pflanzen genommen werden kann. Er ist der Ansicht, dass vor allem Gräserarten, die auf höhere Erträge gezüchtet wurden, eine geringere Fähigkeit zur Aufnahme und Speicherung von Spurenelementen besitzen.
2.2.3 Weitere Faktoren, die den Kobalt-Gehalt von Pflanzen beeinflussen Für die Beurteilung der Kobalt-Versorgung grasender Rinder und Schafe ist es wichtig, die Artenverteilung auf der Weide zu berücksichtigen. Weiden mit einem hohen Anteil an Klee weisen einen höheren Kobalt-Gehalt auf als solche, auf denen vornehmlich Gräser vorkommen (CLARK, 1998). Ebenso wirkt sich ein großer Anteil an Kräutern aus (YOUNG, 1979). Allgemein lässt sich feststellen, dass je artenreicher eine Weide ist, desto höher ist der Kobalt-Gehalt. Die Artenvielfalt wird neben dem Standort auch durch die Intensität der Nutzung beeinflusst. Extensiv genutzte Weiden zeigen ein größeres Spektrum verschiedener Arten als intensiv genutzte (YOUNG, 1979) oder Mahd-Weiden bzw. Wiesen. Je mehr Schnitte pro Jahr gemacht werden, desto weniger verschiedene Gräserarten kommen vor.
Die unter 2.2.1 und 2.2.2 über den jeweiligen Kobalt-Gehalt der Pflanzen gemachten Angaben bezogen sich auf den Gehalt in den Ganzpflanzen. Da jedoch nicht immer alle Bestandteile der Pflanzen als Futtermittel verwendet werden, müssen für genauere Aussagen über für das Tier verfügbare Kobalt-Mengen, die einzelnen Teile der Pflanzen getrennt betrachtet werden.
LATTEUR (1962) gibt Mittelwerte an, die er auf eine Reihe verschiedener Pflanzenspezies anwendet. Er fand in Blättern die höchsten Kobalt-Gehalte mit durchschnittlich 0,19 mg/kg T.
Samen, Früchte, Wurzeln und Wurzelknollen lagen im Bereich von 0,06 bis 0,08 mg Co/kg T.
Die mit Abstand niedrigsten Kobalt-Werte konnten in verholzten Teilen wie Schalen oder Kernen mit durchschnittlich 0,006 mg/kg T ermittelt werden.
Demgegenüber macht WHITEHEAD (2000) die Aussage, dass generell bei Leguminosen und Gräsern der höchste Kobalt-Gehalt in den Wurzeln zu finden ist, wobei er nicht ausschließt, dass diese Verteilung durch die Menge des verfügbaren Kobalts beeinflusst werden kann.
Gleiches gilt für die Verteilung des Kobalts zwischen Blatt und Stengel. FLEMING (1963) fand heraus, dass bei ausreichender Kobalt-Versorgung der Pflanzen die Anteile in den Blättern höher waren als in den Stengeln. Bei mangelhafter Versorgung mit Kobalt bestand dieser Unterschied nicht mehr. Bei Steck- und Runkelrüben befindet sich das meiste Kobalt in den Blättern. Der Rübenkörper beider Rübenarten zählt zu den kobaltarmen Futtermitteln (<0,07 mg/kg T).
Einen maßgeblichen Einfluss auf den Kobalt-Gehalt in den Pflanzen hat zudem ihr Vegetationsstadium. FLEMING und MURPHEY (1968) stellten mit zunehmendem Alter der Gräser einen abnehmenden Kobalt-Gehalt fest. Verantwortlich ist hierbei einerseits das Verhältnis von Blättern zu Stengeln, das bei jungem Gras höher ist. Andererseits kommt es bei fortschreitendem Vegetationsstadium zur Bildung von Samen, die nach LATTEUR (1962) niedrigere Kobalt-Gehalte aufweisen als Blätter. Deutlich wird dies beim Mais, der zu Beginn der Kolbenbildung einen Gehalt von 0,10 mg Co/kg T aufweist, in der Teigreife nur noch 0,04 mg Co/kg T (JEROCH et al., 1993).
Ein Einfluss der Jahreszeiten auf den Kobalt-Gehalt konnte bisher nicht festgestellt werden.
KLESSA et al. (1989) ermittelten auf schottischen Versuchsfeldern den niedrigsten Kobalt- Gehalt in Gräsern zwischen Juni und August. Sie machten hierfür zum einen das fortgeschrittene Vegetationsstadium und zum anderen den niedrigen Wassergehalt im Boden in diesen Monaten verantwortlich. Untersuchungen, die von ULVUND und PESTALOZZI (1996) von 1985 bis 1995 in Norwegen durchgeführt wurden, zeigen große Variationen im Kobalt-Gehalt sowohl zwischen den einzelnen Schnitten, die jeweils in der 21., 26. und 32.
Kalenderwoche durchgeführt wurden, als auch über den gesamten Versuchszeitraum.
(Abbildung 1).
Abbildung 1: Kobalt-Gehalte zweier Weiden in Norwegen im Verlauf mehrerer Jahre (nach ULVUND und PESTALOZZI, 1996)
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass der Kobalt-Gehalt in den Pflanzen von einer Reihe Faktoren abhängt, die sich teilweise auch gegenseitig beeinflussen. Ebenso wie bei der Beurteilung des Kobalt-Gehalts und seiner Verfügbarkeit im Boden können auch bei den Pflanzen lediglich Tendenzen aufgezeigt werden. Zur Beurteilung, ob ein Futtermittel für Wiederkäuer ausreichend Kobalt enthält, ist deshalb eine Analyse des Kobalt-Gehalts unerlässlich.
Eine Übersicht über den Kobalt-Gehalt ausgewählter Futtermittel ist im Anhang 1 enthalten.
Weide A Weide B
2.3 Vitamin B
12Vitamin B12 weist in vielerlei Hinsicht Besonderheiten innerhalb der Gruppe der Vitamine auf. So ist es das letzte Vitamin, welches entdeckt wurde. Seine Isolierung erfolgte erst im Jahre 1948, aber bereits lange vor seiner Entdeckung gab die Substanz Anlass zu Forschungen. Bereits im Jahre 1926 stellten MINOT und MURPHEY fest, dass der damals als Antiperniziosa-Faktor bezeichnete Bestandteil im rohen Lebergewebe dazu benutzt werden konnte, beim Menschen die pernizinöse Anämie zu heilen.
Nach Aufklärung der Strukturformel (HODGKIN et al., 1955; Abb. 2) konnte eine Reihe von Eigenschaften am Molekül festgestellt werden, die es von anderen Vitaminen unterscheidet.
Abbildung 2: Strukturformel des Vitamin B12-Moleküls (nach SMITH, 1997)
So weist das Vitamin B12-Molekül im Vergleich zu anderen Vitaminen eine recht komplizierte Molekülstruktur auf, was auch durch das Molekulargewicht von 1355 deutlich wird und mit dem Kobalt-Atom als Zentralatom hat es als einziges Vitamin ein Metallzentralatom. Der Anteil des Kobalts am Gesamtmolekül beträgt 4,35%
(UNDERWOOD, 1975; YOUNG, 1979).
Bei der chemischen Grundstruktur der Cobalamine handelt es sich um ein Corrinringsystem aus vier teilweise hydrierten Pyrrolringen. In diesem Corrinring ist das Kobalt-Atom als dreiwertiges Kobalt über vier Bindungen fest eingebunden (FRIEDRICH, 1987;
BUDDECKE, 1994). Darüber hinaus liegen am Kobalt-Atom noch zwei weitere Bindungen vor, wobei in α-Position eine 5,6 Dimethylbenzimidazol-Gruppe gebunden ist. Der Ligand in β-Position (Abb. 2: „R“) ist verantwortlich für die chemischen und biochemischen Eigenschaften des Cobalamins (FRIEDRICH, 1987). Bei den vier am häufigsten
vorkommenden Vitamin B12-Verbindungen handelt es sich um eine 5´Desoxyadenosyl-, Methyl- oder Hydroxy-Gruppe sowie Wasser in β-Stellung (REHNER und DANIEL, 1999;
FRIEDRICH, 1987), so dass die entstehenden Verbindungen Adenosyl-, Methyl-, Hydroxo- oder Äquocobalamin sind. Bei der als Cyanocobalamin bezeichneten Verbindung handelt es sich vermutlich nicht um eine physiologisch wirksame Verbindung, bei der der entsprechende Ligand eine Cyano-Gruppe ist (FRIEDRICH, 1987; SEETHARAM und ALPERS, 1982;
SCOTT, 1999).
Als Cobalamin-Analoga werden solche Verbindungen bezeichnet, die eine andere Gruppe als 5,6 Dimethylbenzimidazol an α-Position des Kobalt-Atoms aufweisen (FRIEDRICH, 1987;
McDOWELL, 2000). Diese haben im Stoffwechsel höherer Tiere keine Bedeutung, da sie keine Co-Enzymfunktion ausüben (KÜNEMUND, 1977: ELLIOT, 1979).
2.4 Vitamin B
12-Synthese im Pansen
Kobalt wird als essentielles Spurenelement für alle Säugetiere bezeichnet. Während jedoch die meisten Säugetiere das Kobalt in gebundener Form als Vitamin B12 benötigen, sind die Wiederkäuer in der Lage das Kobalt in seiner elementaren Form zur mikrobiellen Vitamin B12-Synthese zu verwerten (LATTEUR, 1962; SMITH, 1987).
Vitamin B12 wird ausschließlich von Bakterien, Blaualgen und einigen Hefearten produziert (FRIEDRICH, 1987; SMITH, 1987). Eine Synthese im Stoffwechsel höherer Organismen ist nicht möglich, weshalb den meisten Säugetieren Vitamin B12 mit der Nahrung zugeführt werden muss. Aus diesem Grund erfolgte die Einordnung der Cobalamine in die Gruppe der Vitamine, die per definitionem lebensnotwendige Stoffe und in kleinsten Mengen wirksam sind.
Futtermittel pflanzlicher Herkunft enthalten kein Vitamin B12. Geringe Cobalamin-Mengen in Futtermitteln werden von McDOWELL (1992) auf eine Kontamination mit Bakterien bzw.
Hefen zurückgeführt.
Weil die beim Wiederkäuer im Pansen vorkommenden Bakterien unter strikt anaeroben Bedingungen Cobalamine synthetisieren können (COSTIGAN und GERDES, 1991), spricht man beim Wiederkäuer anstelle eines Vitamin B12-Bedarfs vom Kobalt-Bedarf, wobei es sich im engeren Sinne um den Kobalt-Bedarf der Pansen-Bakterien handelt. Von der Vielzahl der im Pansen auftretenden Bakterienstämme sind jedoch nur wenige in der Lage, Vitamin B12 zu bilden. DRYDEN et al. (1962) konnten unter 48 im Pansen auftretenden Bakterienstämmen nur 8 ermitteln, die Cobalamine oder deren Analoga synthetisieren. Vitamin B12-Produzenten sind zum Beispiel manche Nocardia-, Streptomyces- und Bacillusarten sowie Propionsäurebakterien (BENDER, 1970; ZAGALAK, 1982). Letztere zählen zu den aktivsten Vitamin B12-Bildnern, wobei besonders Propionibacterium shermanii zu erwähnen ist, das auch zur industriellen Herstellung von Cobalaminen verwendet wird (STÀRKA, 1968;
FRIEDRICH, 1987). Die im Pansen vorkommenden Protozoen können kein Vitamin B12
synthetisieren. Sie sind wie der Wiederkäuer auf das von den Bakterien produzierte Vitamin B12 angewiesen (LATTEUR, 1962). Hohe Kobalt-Konzentrationen senkten in Versuchen von KISIDAYOVÀ et al. (2001) sogar die Anzahl an Protozoen. Ob von Protozoen aufgenommenes Cobalamin für den Wiederkäuer noch zur Verfügung steht, ist bislang ungeklärt.
Der Zusammenhang zwischen Kobalt und Vitamin B12 wurde schon kurz nach der Entdeckung des Vitamins noch vor Aufklärung seiner Struktur in einer Reihe von Versuchen nachgewiesen. Verschiedene Autoren (HALE et al., 1950; HINE und DAWBARN, 1954;
KERCHER und SMITH, 1956) stellten fest, dass die Konzentration des Vitamin B12 im Panseninhalt von der Anwesenheit von Kobalt in der Ration abhängig ist. Da hierbei jedoch keine konkreten Angaben zur erforderlichen Kobalt-Menge für die Cobalamin-Synthese gemacht werden konnten, wurden weitere Versuche durchgeführt. Eine umfangreiche Arbeit stellt in diesem Zusammenhang die von SMITH und MARSTON (1970a) durchgeführte Untersuchung zur Produktion, Absorption und Exkretion von Vitamin B12 beim Schaf dar.
Hierbei wurden in einem Stoffwechselversuch pansenfistulierte Australische Merinoschafe mit einer kobaltarmen Grundration ernährt. Während eine Gruppe ohne Supplementierung blieb, wurde der anderen Gruppe täglich oral 1 mg Kobalt (als Kobalt-Chlorid) in Wasser gelöst eingegeben. Abbildung 3 zeigt die Vitamin B12-Konzentration im Panseninhalt innerhalb der ersten 8 Stunden nach Kobalt-Gabe. Hierbei wurde die erste Probe unmittelbar nach Kobalt-Gabe entnommen.
Abbildung 3: Vitamin B12-Konzentration im Panseninhalt von Schafen mit bzw. ohne Kobalt-Zulage (n=2) (nach SMITH und MARSTON, 1970a)
Stunden nach Kobalt-Applikation
µg Vitamin B12/g Panseninhalt frisch µg Vitamin B12/g Panseninhalt trocken
Aus Abbildung 3 ist ersichtlich, dass nach Zulage von Kobalt die Vitamin B12-Konzentration deutlich höher ist als ohne Kobalt-Zulage. Offensichtlich setzt die Vitamin B12-Synthese unmittelbar nach Kobalt-Gabe ein, fällt aber bis etwa 4-6 Stunden nach der Fütterung auf das Produktionsminimum.
In einem weiteren Versuch erhielten zwei Tiere zunächst über 16 Wochen täglich oral 1 mg Kobalt. Danach entfiel die tägliche Kobalt-Zulage, woraufhin innerhalb von 5 Tagen die aus den im Panseninhalt gemessenen Konzentrationen geschätzte tägliche Vitamin B12- Produktion von 600-750 µg/Tag auf ungefähr 50 µg/Tag fiel. Über die weiteren 115 Tagen wurde dieses Produktionsniveau beibehalten (Abbildung 4). Die Schätzung der Vitamin B12- Produktion erfolgte mittels Markermethode unter Verwendung von Lignin als Markersubstanz.
Abbildung 4: Vitamin B12-Produktion im Pansen von Schafen nach Absetzen einer täglichen Co-Gabe von 1 mg/d (nach SMITH und MARSTON, 1970a)
HALE et al. (1950) sowie HINE und DAWBARN (1954) stellten die These auf, dass Kobalt bei geringerer Verfügbarkeit im Pansen effizienter zur Vitamin B12-Synthese genutzt wird, was SMITH und MARSTON (1970a) bestätigten. Sie leiteten aus ihren Versuchen ab, dass es einen nahezu linearen Zusammenhang zwischen dem in Form von Vitamin B12 gebundenen Kobalt (%) und der Kobalt-Konzentration im Panseninhalt gibt. So wurde bei Tieren mit Kobalt-Mangel etwa 15 % des Kobalts zu Vitamin B12 umgewandelt, während es bei Tieren, die 1 mg Co/d erhielten nur etwa 3 % waren. In Abbildung 5 ist diese Beziehung dargestellt, wobei Lignin als Marker diente.
Tage nach Kobalt-Entzug Vitamin B12-Produktion (µg/Tag)
Abbildung 5: Beziehung zwischen der Kobalt-Konzentration im Panseninhalt von Schafen und dem Prozentsatz, der als Vitamin B12 vorliegt (nach SMITH und MARSTON, 1970a)
SINGH und CHHABRA (1995) stellten in einem Versuch mit pansenfistulierten Rindern fest, dass der Kobalt-Gehalt in der Ration einen signifikanten (p<0,01) Einfluss auf die Vitamin B12-Konzentration im Panseninhalt hatte. Bei höheren Kobalt-Gehalten in der Ration konnte auch ein Anstieg der Vitamin B12-Konzentration im Panseninhalt festgestellt werden. Es wurde jedoch beobachtet, dass nur bei Kobalt-Gehalten bis 0,37 mg Co/kg T ein linearer Zusammenhang zwischen Kobalt-Zulage und Vitamin B12-Konzentration bestand. Bei einer weiteren Erhöhung der Kobalt-Gaben konnte kein entsprechender Zusammenhang mehr festgestellt werden.
Da das Verhältnis der einzelnen Bakterienarten im Pansen zueinander und die Gesamtzahl der Pansenmikroorganismen von der jeweiligen Rationsgestaltung abhängen, kann es auch bei ausreichender Kobalt-Versorgung zu einer Einschränkung der Vitamin B12-Synthese kommen (WALKER und ELLIOT, 1972; GIRARD, 1998). Die Effizienz der Vitamin B12-Synthese ist demnach nicht nur von der Menge an verfügbarem Kobalt sondern auch von weiteren Faktoren, wie Rohfasergehalt in der Ration und der Höhe der Trockensubstanzaufnahme abhängig (SMITH und MARSTON, 1970a; WALKER und ELLIOT, 1972; HEDRICH et al., 1973).
Es gibt Hinweise, dass bei kraftfutterreicher Fütterung prozentual weniger Vitamin B12
synthetisiert wird (WALKER und ELLIOT, 1972; HALPIN et al., 1984). Gleichzeitig fördern Rationen mit hohem Kraftfutteranteil die Produktion von Propionsäure (BAUMAN et al., 1971; LEBZIEN, 1980). Da Vitamin B12 für den Abbau von Propionat benötigt wird (Kapitel 2.7.1), kommt es zusätzlich zu einem Anstieg des Vitamin B12-Bedarfs sowohl der Bakterien als auch des Wirtes.
µg Co/g Lignin Anteil des Co im Vitamin B12 (%)
Die meisten Vitamin B12 synthetisierenden Bakterien bilden gleichzeitig auch unwirksame Analoga (Kap. 2.3). Bei Veränderung der Rationszusammensetzung kann auch das Verhältnis von Vitamin B12 zu den Analoga verschoben werden. Panseninhalte von Kühen (WALKER und ELLIOT, 1972) und Schafen (BIGGER et al., 1976), die kraftfutterreiche, rohfaserarme Rationen erhielten, wiesen signifikant höhere Analoga-Konzentrationen auf als solche von Tieren mit dominierendem Grundfuttereinsatz.
Einen weitaus größeren Einfluss als die Zusammensetzung der Ration hat in Bezug auf die Synthese der Analoga der Kobalt-Gehalt in den Futtermitteln. Während bei einem Kobalt- Gehalt von 0,34 mg/kg T 35 % der Cobalamine vitaminwirksam sind, liegt dieser Anteil bei einer Kobalt-Versorgung mit 0,04 mg/kg T in der Ration bei 63% (GAWTHORNE, 1970a).
Diese in-vivo-Ergebnisse konnten in einem in-vitro-Versuch bestätigt werden (GAWTHORNE, 1970b).
Warum es zur verstärkten Bildung von Analoga bei höherer Kobalt-Zufuhr kommt, ist noch nicht bekannt. Als Ursache hierfür kommen nach GAWTHORNE (1970b) sowohl Verschiebungen in der Mikrobenpopulation als auch veränderte Produktionsmengen der Bakterien in Betracht. Auch eine Kombination aus beidem schließt er nicht aus. GALL et al.
stellten 1949 bei Tieren mit Kobalt-Mangel eine deutlich reduzierte Anzahl an Mikroorganismen fest. Gleichzeitig war auch die Zahl der Bakterien-Arten reduziert. Es ist jedoch nicht bekannt, in wie weit Cobalamin-synthetisierende Arten davon betroffen sind.
SINGH und CHHABRA (1995) konnten einen signifikanten Anstieg (p<0,05) der Bakterien- und Protozoen-Population bei höheren Kobalt-Gehalten in der Ration nachweisen, wobei jedoch nur die Gesamtzahl betrachtet wurde. Im Gegensatz dazu stellten KISIDAYOVA et al. (2001) fest, dass bei hohen Kobalt-Gehalten in der Ration die Zahl der Protozoen (Ciliaten) signifikant reduziert ist.
2.5 Absorption, Exkretion und Speicherung von Vitamin B
12Während der Mechanismus der Vitamin B12-Absorption beim Menschen weitestgehend aufgeklärt ist, wird dieser Vorgang beim Wiederkäuer im Allgemeinen und beim Rind im Speziellen in der Literatur sehr kontrovers diskutiert.
Bei der Cobalamin-Absorption des Menschen wird zwischen der aktiven, durch verschiedene Co-Faktoren vermittelten Absorption und der Vitamin B12-Aufnahme durch Diffusion (FRIEDRICH, 1987; ELLENBOGEN und COOPER, 1991) unterschieden. Letztere findet im gesamten Dünndarm statt und spielt mit etwa 1 bis 2 % nur eine untergeordnete Rolle (ZAGALAK, 1982). Nach DONALDSON et al. (1967) wird ihre Effektivität beim Vorhandensein eines Intrinsic Factors stark eingeschränkt. Demgegenüber stellten einige Autoren (ELLENBOGEN und COOPER, 1991; SEETHARAM und ALPERS, 1991) fest,
dass die Diffusion hauptsächlich bei großen Cobalamin-Mengen in der Nahrung bedeutsam wird.
Da die im Darm von Monogastriern vorkommende Vitamin B12-Menge in der Regel nur unwesentlich größer ist als die zur Versorgung des Organismus benötigte Menge (SMITH, 1997), kommt der aktiven Form der Absorption eine besondere Bedeutung zu, über die selbst geringe Cobalamin-Mengen effektiv genutzt werden (ZAGALAK, 1982). Hierbei werden verschiedene Co-Faktoren benötigt. Den wichtigsten stellt der sogenannte Intrinsic Factor dar.
Es handelt sich dabei um ein Glycoprotein, das beim Menschen in den Parietalzellen des Magens gebildet wird. Das mit der Nahrung aufgenommene Vitamin B12 liegt zum Großteil in gebundener Form vor und wird erst im Magen unter den dort herrschenden pH-Verhältnissen durch die vorhandenen Verdauungsenzyme freigesetzt (COOPER und CASTLE, 1960).
SEETHARAM und ALPERS (1982) teilten den Mechanismus der aktiven Absorption in drei Abschnitte ein, wobei die bisher beschriebenen Vorgänge der gastrischen Phase zuzuordnen sind. In der sich anschließenden Luminalphase wird durch Bindung des Vitamin B12 an den Intrinsic Factor die Vorraussetzung für die aktive Absorption geschaffen. Der Intrinsic Factor weist zwei Bindungsstellen auf, eine für das Cobalamin-Molekül und eine weitere für den im Ileum vorhandenen Ileum-Rezeptor (FRIEDRICH, 1987). Eine Reihe von Untersuchungen hat gezeigt, dass die Bindungsstelle für Cobalamine sehr spezifisch ist (SEETHARAM et al., 1999). Bei der dafür verantwortlichen Gruppe am Vitamin B12-Molekül handelt es sich um die in α-Position gebundene 5,6 Dimethylbenzimidazol-Gruppe. Andere Gruppen an dieser Position, wie bei den sogenannten Analoga, führen zu keiner oder nur sehr schwacher Bindung mit dem Intrinsic Factor, so dass diese Substanzen nicht oder nur in sehr geringer Menge durch aktive Absorption aufgenommen werden können (SEETHARAM und ALPERS, 1982 und 1991). Ein Aufnahme der Analoga erfolgt fast ausschließlich durch Diffusion, wodurch im Vergleich zur aktiven Absorption der vitaminwirksamen Cobalamine deutlich geringere Mengen in den Blutkreislauf und die Leber des Tieres gelangen.
Beim Menschen besteht hinsichtlich der Bindungskapazität des Intrinsic Factors für die vier aktiven Vitamin B12-Formen (Adenosyl-, Methyl-, Hydroxo- und Äquocobalamin) nur ein geringer Unterschied zwischen den einzelnen Formen (FRIEDRICH, 1987). Durch die Bindung eines Vitamin B12-Moleküls entsteht ein Komplex, der den Intrinsic Factor vor Verdauung im Intestinaltrakt schützt und gleichzeitig verhindert, dass das Vitamin B12 durch Darmbakterien aufgenommen wird (ELLENBOGEN und COOPER, 1991). Dies wird darauf zurückgeführt, dass der Intrinsic Factor durch den Bindungsprozess seine Form verändert (Abbildung 6). Dadurch wird gleichzeitig auch die Affinität des Komplexes für den Ileum- Rezeptor (auch Intrinsic Factor-Cobalamin-Rezeptor = IFCR) um den Faktor 10 verstärkt (HAGEDORN und ALPERS, 1977).
Abbildung 6: Modelle für freien und gebundenen Intrinsic Factor (nach GRÄSBECK, 1969 und SEETHARAM, 1999)
Während die Vorgänge in den beiden bisher beschriebenen Phasen der Absorption weitestgehend aufgeklärt sind, fehlen für die Mechanismen der dritten Phase noch Details.
Sicher ist, dass es zu einer Anlagerung des Cobalamin-Intrinsic Factor-Komplexes an Ileum- Rezeptoren (IFCR) der Enterozyten im distalen Teil des Dünndarms kommt. Dieser Anlagerungsprozess wird vor allem durch pH-Wert und Kalzium-Ionen beeinflusst (FRIEDRICH, 1987).
Lange ist darüber diskutiert worden, auf welchem Wege das an den Intrinsic Factor gebundene Cobalamin in die Blutbahn gelangt, wo es dann an Transcobalamin (Transportprotein) gebunden vorliegt. SEETHARAM (1999) stellt diesen Mechanismus als Cobalamin-Endocytose oder -Transzytose vor. Hierbei wird der Intrinsic Factor-Cobalamin- Komplex an der apikalen Zellmembran des Enterozyten nach Bindung an den Ileum-Rezeptor per Endozytose in die Zelle aufgenommen. Der Abbau des Intrinsic Factors findet in den Lysosomen statt, wobei Cobalamin freigesetzt wird. Es handelt sich um den klassischen endosomal-lysosomalen Abbauweg.
Über den Syntheseort des Transcobalamins ist bisher noch nicht viel bekannt. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass es in den Lysosomen gebildet wird, da es hier sofort Abbauvorgängen unterzogen wäre. Wahrscheinlicher ist das Vorkommen des Transportproteins in Vesikeln, die von den Lysosomen abgegrenzt sind. In diesen Vesikeln findet vermutlich auch die Bindung von Cobalamin an Transcobalamin statt. Hierbei ist bisher nicht geklärt, wie das in den Lysosomen freigesetzte Cobalamin in die Vesikel gelangt. Nach Bindung von Cobalamin an Transcobalamin wird der Komplex per Exocytose an der basolateralen Membran ins Blut abgegeben, wo er dann mit dem Blutstrom zirkuliert. Aus dem Blut wird der Cobalamin- Transcobalamin-Komplex von einer Vielzahl von Zellen aufgenommen, wobei der größte Anteil auf die Hepatozyten entfällt (Endozytose, die an der basolateralen Membran der Zellen stattfindet). Im Falle der Leberzellen wird das Transcobalamin in den Lysosomen zersetzt, während das Cobalamin unverändert das Lysosom verlässt und für Stoffwechselprozesse (Co- Enzym-Funktionen) zur Verfügung steht. Abbildung 7 gibt eine Übersicht dieser Vorgänge.
links : Enterozyt; rechts: z.B. Hepatozyt
unvollständig aufgeklärte Wege sind gestrichelt dargestellt
Abbildung 7:Übersicht über die Endozytose von Cobalamin (nach SEETHARAM, 1999) Die bisher dargestellten Mechanismen beziehen sich vor allem auf die Vitamin B12- Absorption beim Menschen. Während sich die verschiedenen Autoren dahingehend einig sind, dass die Absorption auch beim Wiederkäuer zum größten Teil im terminalen Ileum stattfindet (SMITH und MARSTON, 1970a; RICKARD und ELLIOT, 1978; SMITH, 1997), gibt es sehr unterschiedliche Aussagen darüber, in welcher Weise das Cobalamin absorbiert wird. So stellte zum Beispiel SANDERS (1989) fest, dass der Wiederkäuer keinen Intrinsic Factor besitzt und die Absorption lediglich über Diffusion stattfindet. Ähnlicher Meinung sind auch ELLIOT et al. (1971).
Demgegenüber stellten RICKARD und ELLIOT (1978) die Hypothese auf, dass das Schaf über einen Intrinsic Factor verfügt. McKAY und McLEAY (1981) bestätigten mit ihrer Arbeit nicht nur einen ovinen Intrinsic Factor, sondern konnten belegen, dass dieser in den Parietalzellen des Labmagens gebildet wird. Auch beim Rind wird von einigen Autoren ein Intrinsic Factor postuliert. HOEDEMAEKER (1965) gibt als Sekretionsort ebenfalls die Parietalzellen des Labmagens an.
Alle Autoren sind sich jedoch darin einig, dass das im Pansen gebildete Cobalamin an bzw. in den Vitamin B12-synthetisierenden Mikroorganismen gebunden ist, bis es im Labmagen durch die dort herrschenden Bedingungen (niedriger pH-Wert und Verdauungsenzyme) zur Freisetzung des Cobalamins kommt (SMITH und MARSTON, 1970a; RICKARD und ELLIOT, 1978). Nach SMITH und MARSTON (1970a) sind 91% des im Pansen gebildeten Vitamin B12 in Mikroorganismen gebunden.
Über die Höhe der Absorptionsrate von Vitamin B12 gibt es in der Literatur recht unterschiedliche Angaben. KERCHER und SMITH bestimmten 1955 in ihrer Arbeit eine Absorptionsquote von etwa 3 %. SMITH und MARSTON (1970a) eine solche von 5 %.
Nach HEDRICH et al. (1973) hängt die Höhe der Absorption indirekt proportional von der in der Ration vorhandenen Kobalt-Menge ab.
Als Ursache für die recht geringe Absorption von Vitamin B12 beim Wiederkäuer wird von McDOWELL (1992) eine schnelle und starke Bindung des Vitamins an Mikroorganismen im Magen-Darm-Trakt angesehen. Des weiteren muss auch der Vitamin B12-Verbrauch durch Mikroorganismen in Betracht gezogen werden. Eine weitere Ursache für die geringe Absorption ist der hohe Anteil der nicht resorbierbaren und beim Säugetier unwirksamen Analoga.
Eine Erhöhung der Absorption kann durch eine geringe Flussrate der Ingesta im Dünndarm erfolgen (HEDRICH et al., 1973; RICKARD und ELLIOT, 1978). Dabei stellen Futtermenge und Zusammensetzung der Ration einen wichtigen Faktor für die Aufnahme des Cobalamins dar. Bei höherer Futteraufnahme sind höhere Kobalt-Konzentrationen in der Ration notwendig, um mehr Vitamin B12 bilden und die gleiche Menge Vitamin B12 absorbieren zu können als bei niedrigerer Futteraufnahme.
Ein Teil des absorbierten Cobalamins wird über die Gallenflüssigkeit ausgeschieden und gelangt wieder in den Dünndarm (Enterohepatischer Kreislauf). Hier steht es einer erneuten Absorption zur Verfügung. Einige Autoren, wie zum Beispiel SMITH und MARSTON (1970a) berichten, dass dieses rezyklisierte Vitamin B12 besser und in größeren Mengen absorbiert wird, da das über die Gallenflüssigkeit ausgeschiedene Cobalamin nicht oder nur gering an Mikroorganismen oder Proteine gebunden ist.
Vitamin B12 wird von allen B-Vitaminen in den mit Abstand geringsten Mengen vom Wiederkäuer benötigt und im Gegensatz zu den übrigen wasserlöslichen Vitaminen über lange Zeit gespeichert (GIRARD, 1998). Den Hauptspeicherort für Cobalamine stellt die Leber dar (MINSON, 1990; SCOTT, 1999). Beim Menschen liegen etwa 60% der gespeicherten Vitamin B12-Reserven in der Leber vor. Weitere 30% befinden sich in der Muskulatur (FRIEDRICH, 1987). Ähnliche Verteilungen konnten auch beim Wiederkäuer nachgewiesen werden (CLARK, 1998). Die Leber ist neben ihrer Rolle als Speicherorgan auch das Gewebe, in dem die meisten Vitamin B12-abhängigen Stoffwechselreaktionen ablaufen (GRUNER et al., 1998).
