Bestimmung von Spurenelementgehalten im Blut und im Ejakulat und deren Beziehungen
zur Spermaqualität und Fertilität bei Zuchthengsten
INAUGURAL-DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer
Doktorin der Veterinärmedizin -Doktor medicinae veterinariae-
(Dr. med. vet.)
vorgelegt von Sophie Luise Keppler
Los Alamos
Hannover 2009
Reproduktionsmedizinische Einheit der Kliniken
1. Gutachter: Prof. Dr. H. Sieme 2. Gutachter: Prof. Dr. J. Kamphues
Tag der mündlichen Prüfung: 13. November 2009
Für Rainer
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung... 11
2 Literaturübersicht... 12
2.1 Seminalplasma... 12
2.1.1 Proteine im Seminalplasma ... 14
2.1.2 Enzyme im Seminalplasma ... 15
2.1.3 Makroelemente im Seminalplasma ... 16
2.1.4 Spurenelemente im Seminalplasma... 16
2.2 Spurenelemente ... 17
2.2.1 Selen... 18
2.2.2 Zink ... 21
2.2.3 Eisen ... 23
2.2.4 Kupfer ... 24
2.2.5 Molybdän ... 25
2.2.6 Mangan ... 26
2.3 Vitamine ... 26
2.3.1 Vitamin A... 27
2.3.2 Vitamin E... 29
2.4 Reactive oxygen species (ROS) ... 30
2.4.1 Physiologische ROS-Wirkung auf Spermien ... 32
2.4.2 Pathologische ROS-Wirkung auf Spermien ... 33
2.5 Antioxidantien... 34
2.5.1 Enzymatische Antioxidantien ... 35
2.5.2 Nichtenzymatische Antioxidantien... 38
3 Material und Methoden... 41
3.1 Versuchsgruppen ... 41
3.2 Probenentnahme... 42
3.3 Probenaufbereitung... 43
3.4 Untersuchungen ... 44
3.4.1 Spermatologische Untersuchungen ... 44
3.4.2 Blutuntersuchungen ... 47
3.4.3 Spermauntersuchungen ... 50
3.5 Fertilitätsparameter ... 55
3.6 Statistische Auswertungen ... 55
4 Ergebnisse ... 57
4.1 Spurenelementgehalte im Blut, in den Ejakulaten, im Seminalplasma und in den Spermien... 57
4.1.1 Mittelwerte allgemein und differenziert nach Alters- und Trächtigkeitsgruppen ... 57
4.1.2 Hengst- und ejakulatbedingte Variationen der Spurenelement- und Vitamingehalte im Blut und Ejakulat ... 64
4.2 Korrelationen der Spurenelementgehalte im Blut zu denen in den Ejakulatfraktionen ... 67
4.3 Korrelationen zwischen den Vitamin- und Spurenelementgehalten zur Spermaqualität und Fruchtbarkeit ... 67
5 Diskussion ... 78
5.1 Spurenelementgehalte im Blut, in den Ejakulaten, im Seminalplasma und in den Spermien... 78
5.2 Mittelwerte differenziert nach Alters- und Trächtigkeitsgruppen... 81
5.3 Hengst- und ejakulatbedingte Variationen der Spurenelement- und Vitamingehalte im Blut und Ejakulat... 83
5.4 Korrelationen der Spurenelementgehalte im Blut zu denen in den Ejakulatfraktionen ... 84
5.5 Korrelationen zwischen den Vitamin- und Spurenelementgehalten zur Spermaqualität und Fruchtbarkeit ... 84
5.6 Schlussbetrachtung... 87
6 Zusammenfassung ... 88
7 Summary ... 90
8 Literaturverzeichnis ... 92
9 Anhang ... 110
9.1 Zusammensetzung verwendeter Medien ... 110
9.2 Verwendete Chemikalien und Fluorochrome ... 111 9.3 Mittelwerte mit Standardabweichung differenziert nach Alters- und
Trächtigkeitsgruppen ... 113 9.4 Korrelationen zwischen den Vitamin- und Spurenelementgehalten im Blut und Ejakulat zu den Spermaqualitäts- und den Fruchtbarkeitsparametern... 117 9.5 Abbildungsverzeichnis... 121 9.6 Tabellenverzeichnis... 123
Abkürzungsverzeichnis
Abb. Abbildung
ACE Angiotensin converting enzyme
alpha-t Anteil der Rotfluoreszenz der Gesamtpopulation
AO Akridinorange
AP Alkalische Phosphatase
AST Aspartat-Aminotransferase
ATP Adenosintriphosphat
bzw. beziehungsweise
C Celsius
ca. circa
Ca-Ionophor Kalzium-Ionophor
cGPx zytosolische Glutathionperoxidase
d Tage
DFI DNS-Fragmentationsindex
DNS Desoxyribonukleinsäure
EDTA Ethylendiamintetraessigsäure
et al. und andere
Fa. Firma
FITC Fluoreszein-Isothiocyanat
FL 1-3 Fluoreszenzkanäle 1 bis 3
g Erdbeschleunigung
GGT Gamma-Glutamyltransferase
GI-GPx gastrointestinale Glutathionperoxidase
GPx Glutathionperoxidase
h Stunde
HPLC Hochleistungsflüssigkeitschromatographie
ICP-OES Inductively-coupled plasma optical emission spectrometry
IE Internationale Einheit
INRA 82 Magermilchverdünner
K Kelvin
kDa Kilodalton
keV Kiloelektronenvolt
KM Körpermasse
LDH Laktat-Dehydrogenase
Li-Heparin Lithium-Heparin
mbar Millibar
min. Minuten
Mio. Millionen
mmol Millimol
mOsm Milliosmol
Mrd. Milliarden
mW Milliwatt
µmol Mikromol
NAA Neutronenaktivierungsanalyse
NADPH Nicotinamidadenindinukleotidphosphat
nm Nanometer
nmol Nanomol
p Signifikanz
PAS Spermien mit positiv akrosomalem Status
pGPx Plasma Glutathionperoxidase
PHGPx Phospholipid hydroperoxide Glutathionperoxidase
PI Propidiumjodid
PMI Plasmamembranintakte Spermien
PMS Progressiv motile Spermien
PNA Peanut Agglutinin
r Korrelationskoeffizient
ROS Reaktive Sauerstoffspezies (reactive oxygen species)
s. siehe
SCSA Sperm chromatin structure assay
±SD Standardabweichung
snGPx Sperm nuclei Glutathionperoxidase
SOD Superoxiddismutase
Tab. Tabelle
TRR Trächtigkeitsrate pro Rosse
TS Trockensubstanz
U Einheiten (Units)
Vit. A Vitamin A
Vit. E Vitamin E
v/v Volumenprozent
X
¯
arithmetischer Mittelwert° Grad
% Prozent
1 Einleitung
Die Spermaqualität und die Befruchtungsleistung eines Deckhengstes sind bedeutende wirtschaftliche Aspekte für die Pferdezucht. Daher ist es wichtig, bei einem genetisch wertvollen Vatertier die Gründe für seine eventuell schlechten Reproduktionsleistungen zu ermitteln. Ein wichtiger Gesichtspunkt ist hierbei die Spurenelementversorgung. Die Vermutung liegt nahe, dass der Spurenelementstatus Auswirkungen auf die Samenqualität und die Fertilität hat.
Über den Einfluss von Spurenelementen auf die Fruchtbarkeit existiert bereits eine Vielzahl an Forschungsarbeiten. Vor allem in der Humanmedizin gelten Spurenelemente zum Teil schon als wichtige Parameter für die Fertilitätsprognose (BLEAU et al. 1984, HENKEL et al. 1999, CHIA et al. 2000, HUANG et al. 2000).
Weiterhin sind im Vorfeld Studien über Spurenelementgehalte im Seminalplasma (BARRIER-BATTUT et al. 2002, PESCH 2005) bei Hengsten entstanden. Bei Ratten gilt Selen beispielsweise schon lange als bedeutend für die Reproduktion (BEHNE et al. 1982).
Diese Studien umfassen jedoch stets nur einen Teilbereich, wie zum Beispiel das Seminalplasma oder die Motilität der Spermien, oder beziehen sich auf eine andere Spezies, wie beispielsweise Mensch (CHIA et al. 2000) oder Ratte (BEHNE et al.
1996).
Ziel dieser Studie ist es, aufbauend auf vorangegangenen Arbeiten (BERTELSMANN et al. 2005), einen Gesamteindruck über mögliche Zusammenhänge zwischen den Spurenelementgehalten im Blut und Ejakulat und der Fruchtbarkeit bei Zuchthengsten zu bekommen. Dazu wurden Blutproben und Ejakulate untersucht.
Die Spurenelementgehalte wurden sowohl im vollständigen Ejakulat, als auch nach Trennung der Ejakulatbestandteile durch Zentrifugation im Seminalplasma und den Spermien bestimmt. Für die Spurenelementgehalte aus diesen Proben wurde geprüft, ob eine Beziehung zu den Spermaqualitäts- und Fertilitätsparametern besteht.
2 Literaturübersicht 2.1 Seminalplasma
Bei der flüssigen Komponente des Ejakulates handelt es sich um das Seminalplasma. Es macht 75-85 % des Ejakulatvolumens aus und wird beim Hengst fraktioniert abgegeben. Gebildet wird es hauptsächlich durch die Sekrete der akzessorischen Geschlechtsdrüsen. Zu einem kleinen Teil beinhaltet es auch Sekrete aus dem Hoden, dem Nebenhoden, dem Samenleiter und den kleinen Harnröhrendrüsen. Die Zusammensetzung zeigt tierartlich und individuell erhebliche Unterschiede. Die Abweichungen der Zusammensetzung zwischen den Fraktionen beim Hengst kommen dadurch zustande, dass sie von den unterschiedlichen Drüsen gebildet werden. Die erste Fraktion wird von der Bulbourethraldrüse gebildet. Das Seminalplasma der spermienreichen Fraktionen wird hauptsächlich durch Samenleiterampulle und Nebenhoden produziert. Die letzten Fraktionen werden von den Sekreten der Samenblasendrüse bestimmt (MAGISTRINI et al. 2000). Generell handelt es sich beim Seminalplasma um eine isotone, klare Flüssigkeit mit einem pH-Wert von 7,0-7,2, die zu ca. 75 % aus Wasser besteht. Es beinhaltet Hormone (Steroide, Prostaglandine), Proteine, Enzyme, Fruktose, Zitronensäure, Inositol, Ergothionine, Glycerolphosphorylcholin, Mengen- und Spurenelemente (PESCH 2005). Die Mengen der Inhaltsstoffe des Seminalplasmas bei Mensch, Bulle, Schafbock und Hengst sind in Tabelle 1 angegeben.
Aufgaben des Seminalplasmas sind:
• Transport der Spermien im männlichen und später im weiblichen Genitaltrakt
• Stimulation des Spermientransportes über den Volumeneffekt und durch spezifische Komponenten, wie Prostaglandine und Östrogene im weiblichen Genitale
• Abdichtung der Zervix gegen einen Rückfluss des Spermas bei Hengst und Eber
• Schutz der Spermien vor schädigenden Stoffwechselprodukten unter anderem durch Dekapazitationsfaktoren und Proteinaseinhibitoren, somit fungiert es als neutralisierender Puffer
• Ernährung der Spermien im weiblichen Genitaltrakt (BUSCH und WABERSKI 2007)
• Epithelschutz im Reproduktionstrakt
• Bedeutung bei der Immunsuppression während der Befruchtung und bei der Kapazitation
(PESCH 2005).
Tabelle 1: Angaben über Inhaltsstoffe im Seminalplasma (alle Angaben in mg/100 ml, modifiziert nach MANN und LUTWACK-MANN 1981).
Mensch Bulle Schafbock Hengst Gesamtstickstoff 400-1000 440-1170 900 150-300
Natrium 100-200 150-370 180 257
Kalium 55-110 50-380 90 103
Kalzium 20-28 24-60 9 26
Magnesium 3-12 8 6 9
Chlorid 100-200 150-390 180 80-400
Fructose 40-600 300-1000 150-660 <1
Sorbitol 10 10-136 26-120 20-60
Inositol 54-63 24-46 10-15 19-47
Ergothionine Spuren Spuren Spuren 4-16
Glycerylphosphorylcholin 54-90 110-500 1600-2000 38-113 Zitronensäure 100-1400 350-1000 300-800 10-50
Milchsäure 20-50 20-50 35 9-25
Brenztraubensäure 30 5 10 3
Ascorbinsäure 10 6 5 5
Kreatin 20 12 15 5
Bikarbonat 18 16 16 25
Der Einfluss des Seminalplasmas auf die Motilität der Spermien bei der Lagerung und auf die Fertilität wird kontrovers diskutiert. LOVE et al. (2005) konnten bei Proben mit komplett entferntem Seminalplasma höhere Motilitäten und höhere Prozentsätze chromatinstabiler Spermien feststellen als bei Proben mit höheren Seminalplasmaanteilen. KARESKOSKI und KATILA (2008) konnten bei der Flüssigkonservierung von Sperma eine Verschlechterung der Spermienchromatinqualität erkennen, wenn Seminalplasma in den Proben enthalten war. Dabei war unerheblich, um welche Ejakulatfraktion es sich handelte. Bei den Proben ohne Seminalplasma konnte Unterschiede im DFI (DFI= DNA Fragmentation Index) zwischen den Fraktionen ermittelt werden. Dabei hatten die spermienreichen Fraktionen niedrigere DFI-Werte, als die späteren spermienarmen Fraktionen. MANN und LUTWACK-MANN (1981) beschreiben höhere Prozentsätze der motilen Spermien durch Seminalplasma bei einigen Tierarten. Sie benennen ein so genanntes forward-motility-protein (FMP) im Seminalplasma vom Bullen, welches bei unreifen, nicht beweglichen Spermien aus dem Nebenhodenkopf progressive Bewegung hervorruft. BALL (2008) sieht den Gehalt an antioxidativen Stoffen verantwortlich für den von ihm beobachteten positiven Effekt des Seminalplasmas.
Die Antioxidantien wirken dem oxidativen Stress entgegen und vermindern somit dessen negative Auswirkungen, wie Chromatin-, Membran- und Proteinschäden (s.
auch Kapitel 2.4.2)
2.1.1 Proteine im Seminalplasma
Schon AMANN et al. (1987) konnten 27 verschiedene Proteine mit einem Molekulargewicht zwischen 13 und 122 kDa im Seminalplasma beim Hengst nachweisen.
Die Proteine stammen aus dem Nebenhoden und den akzessorischen Geschlechtsdrüsen. Sie sind an der Spermienreifung, d.h. an der Erwerbung der Befruchtungsfähigkeit beteiligt. Zudem spielen sie eine Rolle bei wichtigen Teilprozessen der Befruchtung, wie Kapazitation und Gameteninteraktion. Die drei Hauptgruppen der Proteine im equinen Seminalplasma sind fibronektinhaltige Proteine (Fn-2-Typ Proteine), cysteinreiche Proteine (cysteine-rich secretory proteins
-CRISP) und Spermadhesine. Die Fn-2-Typ Proteine sind beteiligt an der Kapazitation und die CRISP an der Fusion zwischen Spermien und Oozyten. Die Spermadhesine kommen nur bei Einhufern vor und ihnen wird eine Rolle bei der Gametenerkennung zugeschrieben (TÖPFER-PETERSEN et al. 2005).
Bis jetzt konnten acht Proteine (HSP-1 bis HSP-8) im Seminalplasma des Hengstes identifiziert werden. Sie haben alle eine geringe molekulare Masse (14-30 kDa) und sind - bis auf HSP-4 - alle zum Zeitpunkt der Ejakulation peripher an die Spermienoberfläche gebunden. Den Hauptanteil der Proteine machen mit 70-80 % HSP-1 und HSP-2 aus. Die totale Proteinkonzentration ist im Vorsekret am geringsten und in der ersten Fraktion des Ejakulates am höchsten (KARESKOSKI und KATILA 2008).
2.1.2 Enzyme im Seminalplasma
Die Aspartat-Aminotransferase (AST) ist in den Spermien im Mittelstück lokalisiert.
Bei Membranschäden in diesem Bereich kommt es zum Austritt des Enzyms ins Seminalplasma und zu einer Hemmung der ATP-Produktion. Somit wird die Motilität der Spermien herabgesetzt (COLENBRANDER et al. 1992). Die Beziehung zwischen der AST-Freisetzung ins Seminalplasma und der verminderten Motilität, der Farbstoffabsorption und dem Anteil der morphologischen Abweichungen konnten bereits HILLMANN und TREU (1974) feststellen. PESCH et al. (2006) erhielten in ihrer Studie einen Medianwert von 80 IE AST pro Liter Seminalplasma.
Die Funktion der Alkalischen Phosphatase (AP) ist die Hydrolyse von Phosphorsäureestern. TURNER und SERTICH (2001) stellten einen Zusammenhang zwischen dem AP-Gehalt und dem Auftreten von Oligo- und Azoospermien fest. Sie erkannten in der AP eine spermienunabhängige Nachweismöglichkeit für eine Ejakulation, da der Hauptanteil des Enzyms aus dem Hoden und dem Nebenhoden stammt. Die AP-Konzentration kann somit benutzt werden, um Ejakulationsstörungen von testikulären Azoospermien abzugrenzen. Als Grenzwerte ermittelten sie >1000 IE/l nach vollständiger Ejakulation und <100 IE/l bei einer Ejakulationsstörung. Werte dazwischen sehen sie als Hinweis auf eine partielle Ejakulation oder partielle Blockade an. PESCH et al. (2006) ermittelten einen Medianwert von 30200 IE AP pro Liter Seminalplasma. Zusätzlich konnten sie zwischen den Gehalten von Aspartat-
Aminotransferase (AST), alkalischer Phosphatase (AP), Gamma-Glutamyltransferase (GGT, Median 7500 IE/l), saurer Phosphatase (Median 20 IE/l) und Laktat- Dehydrogenase (LDH, Median 81 IE/l) zu den Volumina signifikant negative und zu den Dichten signifikant positive Korrelationen feststellen. Sie schließen daraus, dass diese Enzyme primär testikulärer und epididymaler Herkunft sind. Zudem erkannten sie signifikante Korrelationen zwischen dem GGT-Gehalt und der Motilität der Spermien, sowie zwischen dem LDH-Gehalt und der Gesamtmotilität, der progressiven Motilität, der lebend:tot-Rate und der Pathomorphologie der Spermien.
2.1.3 Makroelemente im Seminalplasma
Die Konzentration von Natrium ist im Seminalplasma generell höher als die von Kalium. Die Gehalte von Natrium sind zudem in der Zelle geringer, als im Seminalplasma. Daraus lässt sich schließen, dass ein aktiver Transportmechanismus besteht (PESCH 2005). PESCH et al. (2006) ermittelten Medianwerte von 110,5 mmol/l für Natrium und 22,1 mmol/l für Kalium.
Kalzium und Magnesium sind im Ejakulat in hohen Konzentrationen vorhanden, was einen aktiven Transport aus dem Blut vermuten lässt. PESCH et al. (2006) erhielten Medianwerte von 2,9 mmol/l für den totalen Kalziumgehalt, 1,7 mmol/l für den Kalziumionengehalt und 3,1 mmol/l für den Magnesiumgehalt. Zudem konnten sie Medianwerte von 1,1 mmol/l für Phosphat und 114,5 mmol/l für Chlorid messen.
Zwischen dem Kalziumgehalt (total und ionisiert) und dem Ejakulatvolumen konnte eine positive Korrelation festgestellt werden, was vermuten lässt, dass dieses Element hauptsächlich über die akzessorischen Geschlechtsdrüsen ins Seminalplasma gelangt. Die Konzentrationen von Kalzium, anorganischem Phosphor und Magnesium sind in den spermienreichen Fraktionen am höchsten (KARESKOSKI und KATILA, 2008).
2.1.4 Spurenelemente im Seminalplasma
Selen ist Bestandteil vieler Enzyme. Das wichtigste Selenoenzym ist die Glutathionperoxidase (s. auch Kapitel 2.2.1).
Zink ist im Sperma an der Bildung von Enzymkomplexen beteiligt und somit wichtig für die antibakterielle Aktivität des Seminalplasmas (PESCH 2005, s. auch Kapitel 2.2.2).
Eisen ist im Seminalplasma in freier Form und gebunden an Transferrin und Ferritin vorhanden (s. auch Kapitel 2.2.3).
Kupfer liegt im Seminalplasma frei, gebunden an Enzyme (SOD, GPx) oder an das Transportprotein Ceruloplasmin vor (s. auch Kapitel 2.2.4).
2.2 Spurenelemente
Als Spurenelemente werden jene chemischen Elemente bezeichnet, die weniger als 0,01% der Gesamtkörpermasse ausmachen. Spurenelemente, die im Organismus eine wichtige spezifische Aufgabe bei bestimmten Stoffwechselvorgängen übernehmen, werden essentielle Spurenelemente genannt. Sie müssen mit der Nahrung aufgenommen werden. Geschieht dies nicht, kommt es zu Störungen während des Wachstums oder bei der Fortpflanzung. Bei zu hoher Zufuhr können jedoch auch Vergiftungserscheinungen auftreten. Essentielle Spurenelemente sind Mangan (Mn), Eisen (Fe), Kobalt (Co), Kupfer (Cu), Zink (Zn), Selen (Se), Molybdän (Mo) und Jod (I). Bedeutsam sind metallische Spurenelemente vor allem deswegen, da sie oft als Aktivatoren bzw. als wichtige Bestandteile von Enzymen bei Stoffwechselvorgängen dienen. Die katalytische Funktion der Enzyme geht also ohne die Spurenelemente verloren (WOLFFRAM 2004). Der Bedarf an Spurenelementen im Futter beim Pferd ist in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2: Bedarf an Spurenelementen im Futter beim Pferd (KAMPHUES et al.
2009)
Fe Cu Mn Zn Co I Se
mg/kg TS Futter
80-100 10 40 50 0,05-0,1 0,1-0,3 0,2
2.2.1 Selen
Von den Enzymsystemen, die Selen beinhalten, ist die Glutathionperoxidase (GPx) das wichtigste. Es sind bereits fünf verschiedene Formen der GPx mit verschiedenen Wirkorten entdeckt worden (s. Kapitel 2.5.1.3). Weitere Selenoenzyme sind die im Stoffwechsel der Schilddrüsenhormone involvierten Deiodasen, die Thioredoxin- Reductasen, das Selenoprotein P aus dem Blutplasma und das Selenoprotein W aus der Muskulatur (WOLFFRAM 2004).
Resorbiert wird Selen im Dünndarm. Gut aufzunehmende Formen sind Selenoaminosäuren, wie Selenomethionin und Selenocystein, sowie anorganische Formen, wie Selenit und Selenat. Stabile Metallselenide und elementares Selen sind schlecht wasserlöslich und folglich kaum resorbierbar. Im Körper transportiert wird Selen an Plasmaproteine gebunden. Auf diese Weise gelangt es in alle Gewebe, einschließlich Knochen, Haare, Erythro- und Leukozyten. Im Hoden, in der Hypo- und Epiphyse sowie in der Nierenrinde, der Leber und im Pankreas ist Selen in besonders hohen Konzentrationen vorhanden. Die Ausscheidung erfolgt fast ausschließlich renal.
Selen besitzt eine verhältnismäßig geringe therapeutische Breite, so dass der Bereich zwischen Bedarf und Toxizität relativ eng ist. Eine Vergiftung mit Selen zeigt auf Grund der verschiedenen Verbindungen und Aufnahmewege ein uneinheitliches Bild. Häufig können Veränderungen an Haar und Horn, periphere Neuropathien, Müdigkeit und gastrointestinale Symptome auftreten. Außerdem geht oft ein knoblauchartiger Geruch der Expirationsluft mit der Selenvergiftung einher. Dies liegt am hohen Gehalt an Dimethylselenit, welches bei einer Intoxikation vermehrt über die Atmung ausgeschieden wird (WOLFFRAM 2004).
Durch Selenmangel kommt es in Folge der fehlenden Deiodasen zu einer beeinträchtigten Bildung von Trijodthyronin und den daraus resultierenden Folgen.
Durch die synergistische Beziehung zwischen Vitamin E und Selen, muss bei einer Überprüfung der Versorgung immer auf beide Substanzen geachtet werden. Ein Selenmangel kann bis zu einem gewissen Grad durch eine gute Vitamin E- Versorgung aufgefangen werden. Außerdem kann eine ausreichende Selenaufnahme auch einen geringen Vitamin-E-Mangel ausgleichen. Dabei können
die Mangelerkrankungen in drei Gruppen eingeteilt werden (KIRCHGESSNER 2004).
Die erste Gruppe sind Erkrankungen, die sich durch Vitamin E-Gaben, aber nicht durch Selen heilen lassen, wie beispielsweise die Resorptionssterilität der Ratten und die Enzephalomalazie bei Küken. Die zweite Gruppe sind die Krankheiten, die sowohl durch Vitamin E, als auch durch Selen verhindert werden können, wie Lebernekrosen beim Schwein, exsudative Diathese beim Küken und die ernährungsbedingte Muskeldystrophie vieler Tierarten. Letztlich gibt es noch die Erkrankungen, die sich hauptsächlich durch ausreichende Selenzufuhr vermeiden lassen, wie Wachstumsstörungen vieler Tierarten, Pankreasdegenerationen bei Küken und mangelnde Fruchtbarkeit beim Wiederkäuer.
Ein Selenmangel wird oft mit reproduktiven Störungen in Zusammenhang gebracht.
Stuten mit Problemen, wie eitrigen Gebärmutterentzündungen, wiederholtem Umrossen, embryonalem Frühtod und Abort, wiesen einen geringen Selengehalt im Blut auf (MAYLIN et al. 1980). Zusätzlich werden Agalaktie, verlängerte Tragezeit und perinatale Sterblichkeit durch Selenmangel unterstellt (PULS 1994). LAVOIE (2000) beschrieb die Zusammenhänge zwischen Abort und neonataler Sterblichkeit mit der Selenmangelversorgung von Fohlen und tragenden Stuten. Dabei beschrieb er die Symptome bei Fohlen und Mutterstuten, die in selenarmen Gebieten gehalten wurden. Die Fohlen litten vermehrt an Muskeldegenerationen. Bei manchen Jungtieren war der Herzmuskel und die Schlundmuskulatur mit betroffen, was zur erhöhten neonatalen Sterblichkeit führte. Bei den Stuten vermutet LAVOIE einen Zusammenhang zwischen der Selenmangelversorgung mit vermehrten Spätborten und Nachgeburtsverhaltungen. Im Anschluss empfiehlt er eine Selenzufütterung von 1 mg pro Pferd täglich. Bei den so behandelten Pferden eines Betriebes stieg der Selenblutspiegel und die Abort- und neonatalen Sterblichkeitsraten nahmen ab.
Selenoprotein P ist an der Entwicklung von Mausspermien beteiligt. Bei männlichen Mäusen, denen dieses Protein fehlt (Sepp1-/-), entwickeln sich spezifische Strukturdefekte im Spermienschwanz während der Spermiogenese. Diese Mäuse sind unfruchtbar. Die Fertilität kann durch Selensupplementation nicht wieder hergestellt werden. Die Veränderungen gleichen jenen, die bei
selenmangelernährten, normalen Mäusen (Sepp1+/+) auftreten. Hier können die Defekte durch Selenzufuhr verringert werden (OLSEN et al. 2005).
Mit Hilfe eines Fütterungsversuchs bei Ratten wurde herausgefunden, dass die Konzentration von Selen im Blut und anderen Geweben, bei einer Mangelversorgung mit diesem Element, stark abnahm. Dagegen wich die Selenkonzentration im Hoden nicht von den Werten der Kontrolltiere ab. Hieraus lässt sich schließen, dass die Versorgung des Hodens mit Selen Vorrang vor der Versorgung der anderen Gewebe hat (BEHNE et al. 1982).
Ein weiterer Versuch ergab, dass Selen einen wichtigen Einfluss auf die normale Entwicklung der Hoden, auf die Testosteronsynthese und auf die Spermiogenese hat. Heranwachsende Ratten, die eine Selenmangeldiät in der vierten Generation bekamen, hatten stark reduzierte Hodengewichte von über 50 % und produzierten keine ausdifferenzierten Spermien mehr. Durch eine im Folgenden ausreichende Selenversorgung waren die Defizite reversibel (BEHNE et al. 1996).
Bei Menschen wurde festgestellt, dass sich sowohl eine zu hohe, als auch eine zu niedrige Selenkonzentration im Sperma negativ auf die Motilität und die Morphologie auswirkt. Bei sehr hohen Gehalten wurde ein Zusammenhang mit einer erhöhten Abortrate und einer ovariellen Dysfunktion der Partnerinnen gesehen. Hier wurde unterstellt, dass diese die gleichen Voraussetzungen bezüglich der Spurenelementversorgung hatten (BLEAU et al. 1984).
BERTELSMANN et al. (2005) untersuchten die Selengehalte im Sperma, im Seminalplasma und in den Spermien von Hengsten. Sie erhielten folgende mittlere Werte für die Trockenmassen: 2,90 ± 0,97 µg/g Sperma, 0,66 ± 0,18 µg/g Seminalplasma und 12,3 ± 1,7 µg/g Spermien. Es konnte eine signifikant negative Korrelation zwischen dem Selengehalt der Spermien und den Werten für die gestörte Chromatinkondensation festgestellt werden. Dies bedeutet, dass ein geringerer Selengehalt zu einer stärker gestörten Chromatinkondensation und somit zu einer schlechteren Spermaqualität führt. Die Werte für Selen in den Spermien korrelierten dahingegen positiv mit den Abfohlraten der Stuten, die von den untersuchten Hengsten besamt worden waren.
2.2.2 Zink
In über 300 Enzymen ist Zink an der Funktion beteiligt. Metalloenzyme mit Zinkanteil sind Oxidoreductasen, Transferasen, Hydrolasen, Lyasen, Isomerasen und Ligasen.
Sie sind im Stoffwechsel von Proteinen, Kohlenhydraten, Fetten und Nukleinsäuren integriert. Zudem ist das Element als Stabilisator von biologischen Membranen wichtig. Zink spielt außerdem eine vielfältige Rolle bei der Produktion, Speicherung und Sekretion verschiedener Hormone. Verhältnismäßig hohe Zinkgehalte kommen in Augen, Leber, Inselzellen des Pankreas, Knochen, Haaren bzw. Federn und Hoden vor. Die Gehalte in Prostata, Seminalplasma und reifen Spermien sind höher als in anderen Organen.
Die Resorption von Zink findet hauptsächlich im Jejunum statt. Phytinsäure, welches die Speicherform für Phosphor in Pflanzen ist, kann die Aufnahme von Zink hemmen.
Es bilden sich dabei Zink-Phytat-Komplexe, die schlecht löslich sind. Dieser Effekt wird durch eine hohe Calciumzufuhr noch verstärkt. Zink wird meist an Albumin gebunden transportiert. Im Organismus wird es nicht in großen Mengen gespeichert, was zu einem raschen Mangel nach Verringerung der Zufuhr führt. Ausgeschieden wird das Element überwiegend über den Faeces, wobei der Hauptteil aus dem Pankreassaft kommt (LÖFFLER und PETRIDES 1998).
Chronischer Zinküberschuss führt zu Anämien, Hämorrhagien und Gelenkschwellungen. Bei akuter Überversorgung kann es zu Magen-Darm- Geschwüren, Brechdurchfällen und Kreislaufversagen kommen (BUDDECKE 1994).
Jungtiere zeigen bei Zinkmangel ein verzögertes Wachstum und Inappetenz. Durch Störungen in der Keratinisierung kommt es typischerweise zu parakeratotischen Hautveränderungen, Haarausfall bzw. schlechter Befiederung und verzögerter Wundheilung (KIRCHGESSNER 2004). Bei männlichen Tieren kommt es zu verzögerter Entwicklung und geringerem Wachstum der Hoden, Atrophie der Samenkanälchen und einer gestörten Spermatogenese. Zudem kommt es zu Oligo-, Astheno- und Teratozoospermie. Der Androgengehalt im Hoden und der Testosterongehalt im Blut sinken (LEONARD-MAREK 2001).
Zink ist durch eine Isoform des zinkabhängigen ACE (Angiotensin converting enzyme) an der Spermienreifung beteiligt. Dieses Enzym kommt nur bei bestimmten
Spermiogeneseschritten in den Spermien vor. Physiologische Zinkgehalte im Seminalplasma blockieren den Einstrom von ionisiertem Calcium und verhindern so die frühzeitige Induktion der Akrosomreaktion. Zudem ist das Element verantwortlich für die Verbindung zwischen Kopf und Schwanz der Spermien. Nach der Penetration der Oozyte sinkt der Zinkgehalt, wodurch die Schwanzablösung veranlasst wird (LEONADR-MAREK 2001).
BEHNE et al. (1988) untersuchten die Gehalte von Zink in humanen Ejakulatfraktionen. Sie konnten keine Korrelationen zu den Spermaqualitätsparametern wie Motilität, Vitalität, Geschwindigkeit und Morphologie herstellen. HENKEL et al. (1999) konnten hingegen bei ihren Untersuchungen zu Zinkgehalten in humanem Ejakulat und Seminalplasma eine negative Korrelation zur Motilität und zur Geschwindigkeit der Spermien feststellen. Zudem stellte sich eine positive Korrelation zu dem Prozentsatz der abnormal geformten Spermien und dem Alter der Probanden heraus. Hieraus ergab sich die Notwendigkeit der Zinkelimination während der epididymialen Spermienreifung.
CHIA et al. (2000) erforschten die Gehalte von Zink in Blut und Seminalplasma und verglichen die Werte von fruchtbaren und unfruchtbaren Männern. Die Zinkkonzentrationen im Blut unterschieden sich zwischen den Gruppen nicht. Die Seminalplasmagehalte waren jedoch bei den unfruchtbaren Probanden deutlich niedriger. Außerdem konnte eine positive Korrelation zwischen den Werten im Seminalplasma zu der Dichte, der Motilität und der Vitalität der Spermien nachgewiesen werden.
PESCH et al. (2006) konnten in ihren Untersuchungen feststellen, dass die Zinkgehalte im Seminalplasma von Hengsten negativ mit den Volumina und positiv mit den Dichten der Ejakulate korrelieren. Sie schlossen daraus, dass die primäre Herkunft des Zinks Hoden und Nebenhoden sind. BARRIER-BATTUT et al. (2002) untersuchten unter anderem die Gehalte von Zink im Seminalplasma von fertilen Hengsten und den Zusammenhang mit der Einfriertauglichkeit der Ejakulate. Sie ermittelten einen Mittelwert von 26,5 ±10,7 nmol Zink pro ml Seminalplasma, konnten aber keine Korrelation zwischen den Motilitäten nach dem Auftauen und dem
Zinkgehalt feststellen. PESCH (2005) stellte dahingegen je nach Jahreszeit mittlere Konzentrationen von 88,8 bis 128,0 nmol/ml fest.
2.2.3 Eisen
Etwa die Hälfte des Gesamteisengehaltes des Körpers ist an Hämoglobin gebunden.
Es übernimmt die Funktion der Sauerstoffbindung im Blut. Im Muskel übt es diese Funktion in Zusammenhang mit Myoglobin aus. Zusätzlich hat Eisen, als Bestandteil verschiedener Enzymsysteme, noch weitere Aufgaben. Beispiele sind hier die Cytochrome in der Atmungskette, die Katalase als antioxidatives System und Enzyme im Energiewechsel (KIRCHGESSNER 2004).
Eisen liegt in der Nahrung meist dreiwertig in Form von Eisenhyroxid oder in organischen Verbindungen vor. Diese Moleküle werden gespalten und das Eisen in die zweiwertige Form überführt. So ist es löslich und damit besser resorbierbar. Im Duodenum wird es aufgenommen und zum Transport an Transferrin gebunden. Das nicht benötigte Eisen wird in Form von Ferritin und Hämosiderin gespeichert. Dies geschieht in der Leber, im Knochenmark, in der Milz aber auch in den Darmepithelzellen. Ausgeschieden wird Eisen über die Galle, die Niere, abgeschilferte Haut- und Darmepithelzellen und den Schweiß (LÖFFLER und PETRIDES 1998).
Bei einer übermäßigen Eisenzufuhr, beispielsweise bei wiederholten Erythrozytentransfusionen, kommt es zu einer Hämosiderose, also einer vermehrten Speicherung ohne Gewebeschäden. Bei der Hämochromatose handelt es sich hingegen um eine angeborene Erkrankung, bei der vermehrt Eisen resorbiert und dann in Leber, Pankreas, Myokard, endokrinen Drüsen und Hoden eingelagert wird.
Folgen sind Hautpigmentierungen, Lebervergrößerung und Diabetes mellitus (LÖFFLER und PETRIDES 1998).
Eisenmangel führt zu Anämien. Einhergehend damit sind vor allem bei Jungtieren verminderte Immunabwehr, Appetitverlust und verzögertes Wachstum (KIRCHGESSNER 2004). Verursacht wird die Unterversorgung durch mangelnde Zufuhr, erhöhten Verlust (Blutungen), erhöhten Bedarf (Trächtigkeit, Wachstum) und Kupfermangel (s. Kapitel 2.2.4).
Einerseits fungiert Eisen als Bestandteil der Katalase als Antioxidans, andererseits ist es durch die Fenton-Reaktion (s. Kapitel 2.4) an der ROS-Produktion beteiligt und wirkt somit auch gegenteilig. BERTELSMANN et al. (2008) untersuchten den Eisengehalt im Ejakulat (11,4 nmol/ml), im Seminalplasma (3,2 nmol/ml) und in den Spermien (27 nmol/109) von Hengsten. Ziel der Arbeit war herauszufinden, ob der Eisengehalt eine Auswirkung auf die Chromatinkondensation in Spermien hat. Sie konnten jedoch keine signifikanten Korrelationen zwischen den Eisengehalten und dem DFI feststellen. PESCH et al. (2006) untersuchten den Gehalt von Eisen im Seminalplasma von Hengsten und ermittelten dabei eine mittlere Konzentration von 1,9 nmol/ml. Hierbei konnte eine positive Korrelation zur Dichte und eine negative Korrelation zum Volumen der Ejakulate hergestellt werden. Daraus konnte auf eine hauptsächlich testikuläre und epididymiale Herkunft des Eisens im Seminalplasma geschlossen werden.
2.2.4 Kupfer
Kupfer ist in vielen Proteinen enthalten. Vier Enzymsysteme sind dabei besonders wichtig. Das erste ist das Ceruloplasmin, welches beim Eisenstoffwechsel das Eisen oxidiert, damit es an das Transferrin gebunden und somit im Blut transportiert werden kann. Weiterhin gibt es die Monoaminooxidasen zur Pigmentierung und zur Kontrolle von Neurotransmittern und –peptiden. Im Bindegewebestoffwechsel findet sich die Lysyloxidase, die das dritte Enzymsystem darstellt. Der vierte Bereich sind die Metalloenzyme Cytochrom-c-Oxidoreductase im oxidativen Stoffwechsel und die Superoxiddismutase bei der Beseitigung der Superoxidanionen (s. Kapitel 2.5.1.1) (WOLFFRAM 2004).
Kupfer wird im Magen und im Duodenum resorbiert. Es wird im Blut zum Transport in die Leber an Albumin oder Transcuprein gebunden. Dort wird es entweder gespeichert oder direkt in Enzyme wie Ceruloplasmin eingebaut. Im Blut liegen bis zu 95 % des Kupfers an Ceruloplasmin gebunden vor. Ausgeschieden wird Kupfer in geringen Mengen über den Urin. Der Hauptteil wird über die Faeces -teils nicht resorbiertes Kupfer und teils in die Galle sezerniertes Kupfer- eliminiert (LÖFFLER und PETRIDES 1998).
Für Kupfer gibt es starke Toleranzunterschiede zwischen den verschiedenen Tierarten. Besonders anfällig sind Schafe, bei denen es nach einer längeren übermäßigen Versorgung mit Kupfer und anschließender Stressphase zur Ausschüttung des Kupfers aus der Leber kommen kann. Es folgt eine hämolytische Krise, bei der es zu Dyspnoe, Tachykardie, Ikterus und Hämoglobinurie kommen kann (BICKHARDT 2001). Durch einen Kupfermangel kommt es zu einem Mangel an Ceruloplasmin. Das hat zur Folge, dass das Eisen, welches in der Darmmukosa an Ferritin gebunden ist, nicht in das Blut abgegeben werden kann. Daher kommt es im Kupfermangel sekundär zu einem Eisenmangel und den damit verbundenen Symptomen, auch wenn die Versorgung mit diesem Element ausreichend ist (WOLFFRAM 2004). Zusätzlich entstehen im Kupfermangel Störungen in der Pigmentierung und der Struktur des Fells, bei der Ausbildung von Nervensystem (neonatale Ataxie) und Skelett (Verformung und erhöhte Brüchigkeit). Diese Erscheinungen sind ebenfalls auf die Defekte in den kupferhaltigen Enzymsystemen zurückzuführen (KIRCHGESSNER 2004). Kupfermangel geht auch mit einer verminderten Hodenentwicklung einher. Die Hodenkanälchen sind unterentwickelt und die Spermiogenese ist gestört. Die Ejakulate haben ein geringeres Volumen, eine geringere Spermiendichte, eine verringerte Motilität und einen höheren Anteil an Spermien mit veränderter Morphologie (LEONARD-MAREK 2001).
Bei den Untersuchungen von PESCH et al. (2006) wurde eine positive Korrelation zwischen der Kupferkonzentration im Seminalplasma und dem Ejakulatvolumen bei Hengsten ermittelt. Hieraus lässt sich schließen, dass dieses Kupfer seinen Ursprung in den akzessorischen Geschlechtsdrüsen hat. Es wurden mittlere Gehalte von 17,8 nmol Kupfer pro ml Seminalplasma ermittelt. BARRIER-BATTUT et al. (2002) konnten ähnliche Konzentrationen feststellen (20,9±18,9 nmol/ml).
2.2.5 Molybdän
Molybdän ist im Organismus in Leber, Milz, Nieren und in den höchsten Konzentrationen im Skelett vorhanden. Es kommt in unterschiedlichen Enzymen vor.
Beispiele sind die Xanthinoxidase, die Aldehydoxidase und die Sulfitoxidase. Die Xanthinoxidase wirkt katalytisch bei der Umwandlung von Hypoxanthin und Xanthin zu Harnsäure. Molybdän beeinflusst auch die Kupferspeicherung. Bei zu hohen
Molybdängehalten im Futter kann es in Anwesenheit von Sulfat, trotz ausreichender Zufuhr von Kupfer, zu einem Kupfermangel kommen (KIRCHGESSNER 2004).
Bei Molybdänmangel im Wachstum kommt es zu einer verminderten Spermatogenese und einem verringerten Gewicht der Hoden. Ein Versorgungsüberschuss führt zu Hodendegenerationen, reduzierter Spermiogenese und verminderter Libido sexualis (LEONARD-MAREK 2001).
2.2.6 Mangan
Mangangehalte sind in Skelett, Leber, Niere und Pankreas vergleichsweise hoch.
Das Element ist Bestandteil verschiedener Enzyme. Durch Pyruvatcarboxylase nimmt es an der Gluconeogenese und durch Arginase an der Harnstoffsynthese teil.
In Zusammenhang mit der Superoxiddismutase ist es auch für dessen antioxidative Wirkung mitverantwortlich (s. Kapitel 2.5.1.1).
Nach der Resorption wird Mangan an ein beta-Globulin gebunden und anschließend meist in den Mitochondrien gespeichert. Die Ausscheidung erfolgt hauptsächlich über die Galle, aber auch über den Pankreassaft (LÖFFLER und PETRIDES 1998).
Manganmangel führt zu Wachstumsdepressionen, Skelettfehlentwicklungen, Fruchtbarkeitsproblemen und neurologischen Störungen (KIRCHGESSNER 2004).
Durch Mangel während des Wachstums kommt es zu einer gestörten Entwicklung der Hodenkanälchen. Die Motilität und die Morphologie von Spermien können negativ beeinflusst werden (LEONARD-MAREK 2001). Bei Stuten kann es zu verspätetem Östrus, verringerter Fertilität und spontanen Aborten kommen (PULS 1994).
Bei einer Manganüberversorgung kommt es zu einer verringerten Spermatogenese und einer geringeren Spermiendichte in den Hodenkanälchen (LEONARD-MAREK 2001).
2.3 Vitamine
Vitamine sind Verbindungen, die als essentielle Bestandteile mit der Nahrung aufgenommen werden müssen. Sie werden in zwei Gruppen geteilt, in die fett- und die wasserlöslichen Vitamine. Im Körper übernehmen sie regulatorische oder katalytische Funktionen. Daher kommt es bei einer Unterversorgung zu mehr oder
weniger spezifischen Krankheitssymptomen. Die empfohlene Zufuhr ausgewählter Vitamine ist in den Tabellen 3 und 4 dargestellt.
2.3.1 Vitamin A
Über die Nahrung wird beta-Karotin und Vitamin A (Retinol) aufgenommen. Das auch als Provitamin A bezeichnete beta-Karotin wird im Organismus zu Vitamin A umgewandelt und so der Bedarf gedeckt. Katzen sind zu diesem Schritt nicht fähig, sie müssen ihren gesamten Bedarf über aufgenommenes Retinol decken (SENGER 2004). Vitamin A ist ein fettlösliches Vitamin, dessen Hauptaufgaben im Sehvorgang, im Wachstum, in der Reproduktion, in der Differenzierung von Epithelien (MC DOWELL 2000) und in der Unterstützung des Immunsystems (SENGER 2004) zu finden sind.
Tabelle 3: Vitaminbedarf beim Pferd pro kg Trockenmasse Futter (MC DOWELL 2000)
Vitamin A [IE]
Vitamin D [IE]
Vitamin E [IE]
Vitamin B1
[mg]
Vitamin B2
[mg]
Wachstum 2000 800 80 3 2
Erhaltung 2000 300 50 3 2
Arbeit 2000 300 80 5 2
Trächtigkeit 3000 600 80 3 2
Laktation 3000 600 80 3 2
Tabelle 4: Vitaminbedarf beim Pferd bezogen auf das Körpergewicht (KAMPHUES et al. 2004)
Vitamin A [IE] Vitamin D [IE] Vitamin E
[mg] Karotin [mg]
Pro kg
KM/Tag 50-150 10-20 0,1-1 ~1
Eine bedarfsüberschreitende Vitamin A-Versorgung wirkt sich negativ auf den Vitamin E-Gehalt im Organismus aus. Die Tocopherolkonzentration sinkt, was an der eventuellen Hemmung der Vitamin E-Aufnahme durch Retinol liegen kann (SENGER 2004).
Vitamin A wird im Dünndarm über die Fettresorption in den Körper aufgenommen.
Dabei entsteht Retinal aus beta-Karotin, welches anschließend über Chylomikronen in die Leber transportiert wird. Dort und im Fettgewebe wird das Vitamin als Retinylpalmitat gespeichert und kann bei Bedarf wieder freigesetzt werden (LÖFFLER und PETRIDES 1998). An spezielle Transportproteine gebunden, gelangt es dann an seinen Bestimmungsort. Die Ausscheidung von Vitamin A erfolgt zu gleichen Teilen über Kot und Urin.
Bei einer Hypovitaminose kommt es durch die Speicherung des Vitamins erst nach Erschöpfung der Reserven zu Mangelsymptomen. Hierbei können verschiedene spezifische und unspezifische Symptome auftreten. Allgemein entstehen Appetitmangel, schlechtes äußeres Erscheinungsbild, reduzierte Fruchtbarkeit und Gewichtsverlust. Die Epithelien des gesamten Organismus verhornen, was je nach Lokalisation zu entsprechenden Folgen führt. Beim Pferd kommt es bei einer Hypovitaminose zu Nachtblindheit, Lakrimation, Keratinisierung von Kornea und Atmungstrakt, Reproduktionsstörungen, vermindertem Appetit, voranschreitender Schwäche und Tod. In Bezug auf die Fruchtbarkeit hat ein Vitamin A-Mangel bei den meisten Tieren negative Auswirkungen. Beim weiblichen Tier äußert sich dies meist in Resorptionen der Frucht, Aborten, Totgeburten (MC DOWELL 2000) oder lebensschwachen und missgebildeten Nachkommen (SENGER 2004). Männliche Tiere mit einem Retinolmangel haben meist eine verringerte sexuelle Aktivität, Spermiogenesestörungen und degenerierte Hoden. Nach einer umfangreichen Literaturstudie kommt SENGER (2004) zu der Schlussfolgerung, dass Vitamin A unerlässlich für die Fruchtbarkeit bei Ratten ist. Männliche Tiere benötigen das Vitamin für eine geregelte Spermiogenese; bei weiblichen Individuen ist es notwendig für einen normalen Zyklus und für die Aufrechterhaltung der Gravidität.
Zudem ist es für eine ungestörte Embryonal- und Fetalphase erforderlich. Die Literatur zu einem Vitamin A-Mangel bei Pferden (GUILBERT et al. 1940, HOWELL
et al. 1941) beurteilt SENGER (2004) als Hinweis darauf, dass das Vitamin eine ähnliche Funktion bei der Reproduktion dieser Tierart ausübt wie bei Ratten.
Eine Überversorgung entsteht erst bei einer hundertfachen Überdosierung der empfohlenen Tagesdosis und ist somit meist iatrogen verursacht. Charakteristische Symptome sind Skelettdeformationen, spontane Frakturen und innere Blutungen.
Unspezifische Anzeichen sind Appetitverlust, verzögertes Wachstum, Gewichtsverlust, unterdrückte Verhornung, verlängerte Blutgerinnungszeit, Anämie, Enteritis, Konjunktivitis (MC DOWELL 2000) und kongenitale Veränderungen wie Gaumenspalten (SENGER 2004).
2.3.2 Vitamin E
Auch Vitamin E (alpha-Tocopherol) ist ein fettlösliches Vitamin, welches über die Nahrung aufgenommen werden muss. Die wichtigste Funktion des Vitamins ist seine Wirkung als Antioxidans. Es reagiert mit Radikalen und unterbricht so Radikalketten, wie bei der Lipidperoxidation. Damit schützt es den Organismus vor oxidativem Stress. Dies spielt unter anderem in Spermien eine wichtige Rolle (s. Kapitel 2.4.2).
Zudem hat alpha-Tocopherol eine Bedeutung bei der Funktion von Reproduktionstrakt, Muskeln, Kreislauf-, Nerven- und Immunsystem (MC DOWELL 2000).
Eine wichtige Beziehung besteht zwischen den Funktionen von Vitamin E und Selen.
Bei Selenmangel kann Vitamin E den Symptomen vorbeugen oder sie verzögern.
Umgekehrt übt Selen einen Vitamin-E-einsparenden Effekt aus und kann auch die Symptome bei einem Mangel aufschieben (MC DOWELL 2000). Selen ist als Bestandteil der Glutathionperoxidase (GPx) auch eine wichtige Komponente der antioxidativen Kapazität im Organismus. Unter anderem ist die GPx auch für die Regeneration von Vitamin E zuständig und hilft so, die antioxidative Wirkung auszuüben (s. Kapitel 2.5.2.1).
Die Resorption findet hauptsächlich im Dünndarm statt. Durch die Fettlöslichkeit wird das Vitamin zusammen mit dem Fett in den Körper aufgenommen. Über die Lymphe gelangt es dann in den Kreislauf. Gebunden an Lipoproteine gelangt Vitamin E in die Speicherorgane. Diese sind hauptsächlich die Leber, aber auch Fettgewebe und die Muskulatur (MC DOWELL 2000). In diesen Geweben ist es dann vor allem in den
Zellmembranen angereichert (SENGER 2004). Alpha-Tocopherol ist nicht plazentagängig, im Kolostrum ist es jedoch in hoher Konzentration vorhanden. Auch aus diesem Grund ist eine gute Biestmilchversorgung zu gewährleisten. Der Hauptteil des Vitamin E gelangt über die Galle zur Ausscheidung. Weniger als ein Prozent wird über die Niere ausgeschieden.
Symptome bei einer Unterversorgung mit Vitamin E sind sehr vielfältig und zeigen inter- und intraspeziesspezifische Unterschiede. Allgemein kommt es zur Muskeldegeneration, zentralnervösen Symptomen, Verfärbungen des Körperfettes und Reproduktionsstörungen (SENGER 2004). Ein Symptom, das alle Tierarten gemein haben, ist die Muskeldystrophie, bei welcher die Skelett- und Herzmuskulatur gleichermaßen betroffen sind. Es besteht hier ein Zusammenhang zwischen dem Mangel an Vitamin E und Selen („Weißmuskelkrankheit“). In Bezug auf die Reproduktion führt nach SENGER (2004) ein Vitamin E-Mangel bei weiblichen Ratten zur Fruchtresorption und bei männlichen zur Hodendegeneration. Bei den anderen Tierarten kann eine solche Aussage nicht belegt werden. HOFFMANN et al.
(1999) konnten eine Erhöhung des IgG-Spiegels bei laktierenden Stuten und ihren Fohlen feststellen, nachdem sie den Vitamin E-Gehalt peripartal im Futter der Mutterstuten erhöht hatten.
Alpha-Tocopherol ist kaum toxisch. Eine Überdosierung ist somit erst bei sehr hohen Dosen und nur iatrogen zu erreichen. Bei Hühnern konnten dabei eine Wachstumsdepression, ein verringerter Hämatokritwert und eine verlängerte Prothrombinzeit festgestellt werden (MC DOWELL 2000). Kombiniert mit einem Vitamin K-Mangel konnte eine Vitamin E-Überdosierung zur Gerinnungshemmung bei Ratten beitragen (SENGER 2004). Bei Menschen kommt es bei einer täglichen Dosis von bis zu 1000 IE Vitamin E zu Kopfschmerzen, Müdigkeit, Übelkeit und Muskelschwäche (MC DOWELL 2000).
2.4 Reactive oxygen species (ROS)
Unter bestimmten Voraussetzungen können durch Sauerstoff im Körper besonders reaktionsfähigen Radikale, die so genannten reactive oxygen species (ROS), entstehen. Diese reagieren leicht mit organischen Verbindungen und verändern ihren
Reaktionspartner entweder durch Oxidation oder Reduktion. Dabei wird eine Kettenreaktion gestartet, die zu einer Veränderung von biologischen Strukturen führt.
Besonders anfällig für eine Reaktion mit ROS sind mehrfach ungesättigte Fettsäuren, wie sie in Biomembranen vorkommen (GRIVEAU und LE LANNOU 1997). In Tabelle 5 sind alle bekannten ROS-Typen aufgeführt.
Sauerstoffradikale entstehen oft durch Ein-Elektronenreduktionen (LÖFFLER und PETRIDES 1998). Diese führen zum Superoxidradikal (O2-°
), welches Hydrogenperoxid (H2O2) bildet. Das H2O2-Radikal scheint der Hauptgrund für den zytotoxischen Effekt auf Spermien zu sein (BAUMBER et al. 2000). Als letztes entsteht aus dem Wasserstoffperoxid das Hydroxylradikal (OH°). Dieser letzte Schritt ist meist metallkatalysiert und läuft nach der Fenton-Reaktion (FENTON 1984) ab.
H2O2 + Fe2+ Fe3+ + OH- + OH°
Das Hydroxylradikal ist sehr reaktiv und in vielen Fällen der Beginn der Kettenreaktion bei der Lipidperoxidation. Oft ist Eisen als metallischer Katalysator in dieser Reaktion vertreten. Im Körper kommt es aber meistens als Fe3+ im Komplex mit beispielsweise Ferritin oder Lactoferritin vor und kann somit die Reaktion nicht fördern. Einerseits wird vermutet, dass Eisen und Kupfer im Seminalplasma in freier Form vorkommen (KWENANG et al. 1987). Andererseits könnte das Superoxidanion die Lösung des Eisens aus dem intrazellulären Ferritin und seine Umwandlung zu Fe2+ ermöglichen (BIEMOND et al. 1984).
Fe3+ + O2-°
Fe2+ + O2
Diese beiden Gleichungen können in der Haber-Weiss-Reaktion zusammengefasst werden:
H2O2 + O2-°
O2 + OH° + OH-
Im Körper können ROS von vielen verschiedenen Zellen produziert werden. Im Sperma kommen zweierlei Typen in Betracht. Zum einen sind das Leukozyten, die durch Kontamination ins Ejakulat gelangen (AITKEN und WEST 1990) und zum anderen die Spermien selbst (ALVAREZ et al. 1987). Hierbei werden zwei mögliche Entstehungsmechanismen diskutiert. Einerseits eine NADPH-Oxidase, die sich in der Plasmamembran der Spermien befindet (AITKEN et al. 1992) und andererseits eine Spermiendiaphorase (eine NAD(P)H-abhängige Oxireduktase), die sich im Mittelstück befindet und an der mitochondrialen Atmungskette beteiligt ist (GAVELLA und LIPOVAC 1992).
Bei den ROS-Wirkungen auf Spermien muss man zwischen physiologischen und pathologischen Prozessen unterscheiden.
Tabelle 5: Typen von ROS
Radikal Name
O2-°
Superoxidanion
H2O2 Hydrogenperoxid
ROO° Peroxylradikal
OH° Hydroxylradikal
2.4.1 Physiologische ROS-Wirkung auf Spermien
Allgemein üben ROS im Körper verschiedene physiologische Funktionen aus. Sie helfen bei Regulationsprozessen, Elektronentransferreaktionen und sind durch ihre bakterizide Wirkung an der unspezifischen Bakterienabwehr beteiligt (AITKEN und FISHER 1994). Speziell bei den Spermien sind sie in niedrigen Konzentrationen wichtig für verschiedene Prozesse. AITKEN et al. (1989) fanden heraus, dass eine moderate Lipidperoxidation die Bindungsfähigkeit humaner Spermien zur Zona pellucida verbesserte. BIZE et al. (1991) entdeckten den Zusammenhang zwischen dem Vorhandensein von Hydrogenperoxid und der Induktion der Kapazitation bei Spermien von Hamstern. Die Stimulation der Kapazitation durch Hydrogenperoxid äußert sich in einem frühen Auftreten der Hyperaktivität, in der Fähigkeit zur
kalziuminduzierten Akrosomreaktion (GRIVEAU et al. 1994) und in einer erhöhten Fusionsrate zwischen Spermien und Oozyten (AITKEN et al. 1995). Weiterhin können auch Superoxidanionen die Kapazitation und Akrosomreaktion fördern und die Hyperaktivität stimulieren (DE LAMIRANDE und GAGNON 1993a, b). BLONIN et al. (1997) beschrieben die Notwendigkeit einer niedrigen ROS-Konzentration, damit Spermium und Oozyte beim Rind fusionieren können.
2.4.2 Pathologische ROS-Wirkung auf Spermien
Die negativen Wirkungen der reaktiven Sauerstoffradikale werden allgemein als oxidativer Stress zusammengefasst.
Die Plasmamembran von Spermien hat einen hohen Anteil von ungesättigten Fettsäuren. Diese gewährleisten ihnen Beweglichkeit, aber auch Integrität. Bei der Lipidperoxidation binden die Sauerstoffradikale ein Wasserstoffatom aus einer ungesättigten Fettsäure und wandelt diese wiederum zu einem Radikal. Dieses Radikal bildet mit Sauerstoff ein Peroxidradikal, welches wiederum andere ungesättigte Fettsäuren angreift. Dies führt zu einer Kettenreaktion. Das Ergebnis der Lipidperoxidation sind strukturelle und funktionelle Schäden an der Membran, was unter anderem zu einer erhöhten Permeabilität führt. Somit kommt es zum Verlust intrazellulärer Bestandteile (Enzyme, Koenzyme, Elektrolyte), die für die Kontrolle der Spermienbewegung wichtig sind (BAUMBER et al. 2000). Außerdem agglutinieren Spermien mit einer defekten Plasmamembran leichter miteinander (SIEGEL et al. 1986). Die Fluidität der Membran wird herabgesetzt, was die Fusionseigenschaften des Spermiums mit der Oozyte negativ beeinflusst (BALL 2008).
Nicht nur die Plasmamembran der Spermien ist ein Angriffspunkt der ROS, auch die Mitochondrienmembranen sind gefährdet. Bei Versuchen mit humanen Spermien wurde das mitochondrienreiche Mittelstück als einer der Hauptangriffspunkte der ROS charakterisiert (SIKKA 2001). Durch die Schäden an den Mitochondrien kommt es zu einem intrazellulären ATP-Abfall und somit zu Motilitätseinbußen.
Obwohl das Superoxidanion das erste Produkt der ROS-Produktion ist, scheint das membranpermeable Wasserstoffperoxid das gefährlichste Radikal für Spermien zu
sein. Bei einer Studie wurden Hengstspermien exogen produzierten ROS ausgesetzt. Dabei stieg die Hydrogenperoxidproduktion, und die Motilität der Spermien nahm ab (BAUMBER et al. 2000). Hierbei wurden noch keine Veränderungen an Vitalität, Akrosomintegrität oder mitochondrialem Membranpotential erkannt. BALL (2008) schließt daraus, dass die Motilität als erster sensibler Indikator für oxidativen Stress gewertet werden kann.
Die ROS sind auch Ursache für DNS-Schäden. Bei einer Studie mit Hengstsperma wurde eine positive Korrelation zwischen der zugeführten ROS-Konzentration und dem Ausmaß der Chromatinschäden nachgewiesen (BAUMBER et al. 2003).
Eine deutlich erhöhte ROS-Produktion findet in morphologisch und funktionell abnormalen Spermien statt, vor allem in solchen die noch Residualzytoplasma beinhalten. Dies führt dazu, dass die restlichen vitalen Spermien einem erhöhten oxidativen Stress ausgesetzt sind. Die Menge der von defekten menschlichen Spermien produzierten ROS reicht aber nicht aus, um die Motilität der intakten Spermien zu stören. Dies verhält sich anders bei ROS, die von Leukozyten produziert werden. Hier können durchaus so hohe Konzentrationen entstehen, dass die Motilität menschlicher Spermien negativ beeinflusst wird (PLANTE et al. 1994).
Beim Hengst kann dieser Effekt nur durch eine Genitalinfektion und eine somit stark erhöhte Leukozytenzahl im Sperma hervorgerufen werden, da die Motilität der Pferdespermien erst bei einer viel höheren Konzentration an ROS gestört wird (BAUMBER et al. 2002).
SHARMA et al. (1999) entwickelten eine Berechnungsmethode, bei der sie die ROS- Konzentration und die totale antioxidative Kapazität (TAC) von Spermaproben in Relation setzten. Dieses Verhältnis empfehlen sie als Maß für den oxidativen Stress und somit als Methode, um Unfruchtbarkeit bei Männern vorauszusagen.
2.5 Antioxidantien
Damit die Produktion der ROS und somit der oxidative Stress im Körper nicht über das physiologische Maß hinausgehen, gibt es Systeme, die Radikale abfangen und binden können. Auf diese Weise entsteht ein Gleichgewicht zwischen ROS-Bildung und ROS-Eliminierung. Diese so genannten Antioxidantien lassen sich in eine
enzymatische und eine nichtenzymatische Gruppe teilen. Die enzymatischen Antioxidantien bilden meist einen Komplex mit einem Spurenelement; die wichtigsten nichtenzymatischen Antioxidantien gehören zu den Vitaminen. Daher ist eine ausreichende Versorgung mit diesen Stoffen für die Bekämpfung des oxidativen Stresses unbedingt notwendig. Die Spermien selbst scheinen nur über eine begrenzte Menge an antioxidativen Stoffen zu verfügen. Dagegen scheint das Seminalplasma eine höhere antioxidative Kapazität zu besitzen. Daher wird die Entfernung des Seminalplasmas bei der Samenaufbereitung für die Gefrierkonservierung kontrovers diskutiert (BALL 2008).
2.5.1 Enzymatische Antioxidantien
In den Spermien kommen intrazellulär drei wichtige Enzymsysteme vor, die am Abbau von ROS beteiligt sind. Dies sind die Superoxiddismutase (SOD), die Katalase und die Glutathionperoxidase (GPx). Sie bilden zusammen ein Schutzsystem gegen die Sauerstoffradikale.
2.5.1.1 Superoxiddismutase
Die Superoxiddismutase (SOD) ist ein Metalloenzym. Das bedeutet, dass sie in ihrem aktiven Zentrum Metallionen enthält. Beim Menschen bildet das Enzym im Hoden mit verschiedenen Metallen Komplexe. Im Zytosol ist die SOD mit Kupfer und Zink, in den Mitochondrien mit Mangan und extrazellulär mit Kupfer verbunden. Bei Untersuchungen an Sperma von unterschiedlichen Tieren war die Enzymaktivität von SOD bei Eseln und gleich danach bei Pferden am höchsten. Dann folgten Kaninchen mit einem hohen Gehalt im Seminalplasma, aber einer geringen Konzentration in den Spermien selbst. Beim Eber verhielt es sich genau umgekehrt: hier war der Gehalt im Seminalplasma geringer und in den Spermien vergleichsweise hoch. Tiere mit den geringsten Gehalten waren Rinder, Schafe und Hähne (MENELLA und JONES 1980). Beim Eber näher untersuchte intrazelluläre SOD enthielt Kupfer und Zink.
Meist befindet sich die SOD intrazellulär. Bei Equiden ist der Gehalt auch extrazellulär, d.h. im Seminalplasma sehr hoch, was mit der Sekretion über die akzessorischen Geschlechtsdrüsen erklärt wird (MANN 1964). Vermutet wird ein
Zusammenhang mit der Samenleiterampulle, die bei Eseln und Pferden besonders ausgeprägt entwickelt ist (MENELLA und JONES 1980).
Die Funktion der Superoxiddismutasen ist die Katalyse der Oxidation der Superoxidanionen (O2-°
) zurück zu Sauerstoff (O2) und zu Wasserstoffperoxid H2O2
(SIKKA 2001).
2 O2-°
+ 2 H+ H2O2 +O2
Auf diese Weise wird die Kettenreaktion der Lipidperoxidation unterbrochen und die Spermien werden vor den negativen Auswirkungen geschützt. CASSANI et al. (2005) konnten in ihrer Studie eine negative Korrelation zwischen der SOD-Aktivität und der Konzentration der Lipidperoxide im Sperma von Rüden nachweisen. Das Maß für die Lipidperoxidation wurde hierbei in nmol TBARS pro 108 Spermien angegeben (TBARS= Thiobarbituric reactive substance). Die TBARS-Konzentration wird nach einer Untersuchungsmethode von Aitken et al. (1993) über Fluoreszenzspektrometrie ermittelt. CASSANI et al. schließen aus ihren Ergebnissen auf einen Schutzeffekt des Enzyms SOD gegen oxidativen Stress.
Bei einem Kälteschock, beispielsweise bei Tiefgefrierkonservierung von Sperma, steigt die Lipidperoxidation rapide an, da die SOD fast vollständig inaktiviert wird (MENELLA und JONES 1980). Die physiologische Funktion der Superoxidanionen bei der Hyperaktivierung und der Kapazitation wird durch Zugabe von SOD verhindert (DE LAMIRANDE et al. 1993).
2.5.1.2 Katalase
Die Peroxidase Katalase ist entscheidend für die Eliminierung des Hydrogenperoxids (H2O2). Es katalysiert die Umwandlung dieser sehr aggressiven Moleküle zu Wasser und Sauerstoff. Damit beendet es den Schritt der Entgiftung, der durch die SOD begonnen wurde.
2 H2O2 2 H2O + O2
Die Katalase besitzt als funktionelle Gruppe das Hämin, welches im Zentrum ein dreiwertiges Eisenatom trägt. Es ermöglicht dem Enzym die Übertragung von Elektronen (BUDDECKE 1994). GRIVEAU et al. (1995) behandelten humane Spermien mit einer Kombination von Xanthin und Xanthinoxidase, um Sauerstoffradikale zu produzieren. Dabei fanden sie heraus, dass die Enzymaktivitäten von hinzu gegebener SOD und GPx gehemmt wurden. Katalase konnte diese Hemmung verhindern.
BALL et al. (2000) konnten in Pferdesperma eine hohe Katalaseaktivität nachweisen, die ihren Ursprung in den Prostatasekreten hat. Die Aktivität war jedoch in den separierten Samenzellen höher als im Seminalplasma. Daher wurde angenommen, dass sich das Enzym bevorzugt an die Spermien anlagert.
Katalase kann die durch ROS induzierten Chromatinschäden blockieren (BAUMBER et al. 2003). In anderen Studien (BALL et al 2001, AURICH et al. 1997) konnte kein positiver Effekt der Katalase auf die Motilität, die Membranintegrität oder die Akrosomintegrität von Hengstspermien bei flüssig konserviertem Sperma festgestellt werden. AURICH et al. (1997) wiesen in höheren Konzentrationen (1,8 x 106 U/l) sogar eine Hemmung der Motilität durch Katalase nach.
2.5.1.3 Glutathionperoxidase
Die Glutathionperoxidase (GPx) ist ein Enzym, welches Selen enthält. Wie alle anderen Proteine, die Selen enthalten, enthält es das Element als kovalent gebundenes Selenocystein. Wie die Katalase katalysiert die GPx die Reduktion von Hydrogenperoxid und außerdem von organischen Hydroperoxiden. Es greift somit direkt in die Lipidperoxidation ein und verhindert die oxidativen Schäden an den Zellen. Insgesamt sind bis jetzt fünf Glutathionperoxidasen benannt worden, welche in Tabelle 6 aufgeführt sind (BEHNE und KYRIAKOPOULOS 2001).
Für die antioxidative Wirkung in Spermien sind die PHGPx und die snGPx wichtig.
Die PHGPx kommt im Zytosol oder membranassoziiert vor und spielt eine wichtige Rolle in der Spermatogenese. STRADAIOLI et al. (2006) fanden keinen Zusammenhang zwischen Ejakulatparametern wie Volumen, Dichte, Vorwärtsmotilität und der Aktivität von PHGPx im Sperma von Hengsten. Bei Bullen konnten solche Beziehungen nachgewiesen werden (STRADAIOLI et al. 2004).
URSINI et al. (1999) erkannten in PHGPx zusätzlich ein Stukturprotein, welches in den ausgereiften Spermien im Mittelstück für Stabilität sorgt.
Die snGPx tritt in den Kernen der späten Spermatiden auf. Die kondensierte Struktur des Chromatins am Ende der Spermienreifung wird durch Querverbindungen der Thiolgruppen der Protamine stabilisiert. Für die Bildung dieser Disulfidbrücken wird die snGPx verantwortlich gemacht. Das Enzym ist somit wichtig für die Spermienreifung und die männliche Fruchtbarkeit (BEHNE und KYRIAKOPOULOS 2001, BERTELSMANN 2007).
Tabelle 6: Die verschiedenen Glutathionperoxidase-Typen
Glutathionperoxidase Abkürzung
Zytosolische oder klassische GPx cGPx
Gastrointestinale GPx GI-GPx
Plasma GPx pGPx
Phospholipid hydroperoxide GPx PHGPx
Sperm nuclei GPx snGPx
2.5.2 Nichtenzymatische Antioxidantien
Zu den nichtenzymatischen Antioxidantien gehören Vitamine, wie Vitamin E und Vitamin C, sowie die Vorstufe von Vitamin A, das beta-Karotin. Auch anderen Stoffen werden antioxidative Wirkungen zugeschrieben.
2.5.2.1 Vitamin E
Vitamin E fungiert als inter- und intrazellulärer Radikalfänger und macht so die ROS unschädlich, die sonst die ungesättigten Fettsäuren der Membranen angreifen würden. Es führt so dazu, dass die Kettenreaktion unterbrochen wird. Dabei wird Vitamin E selbst oxidiert (MC DOWELL 2000); anschließend wird das entstandene Radikal durch Reaktion mit beispielsweise Ascorbinsäure oder Glutathionperoxidase wieder reduziert (SENGER 2004).
In verschiedenen Studien wurde die Wirkung von Vitamin E und seinem synthetischen Analog Trolox auf die Spermaqualität untersucht. BREININGER et al (2004) konnten einen schützenden Effekt von Vitamin E gegen oxidativen Stress bei gefrierkonservierten Spermien von Ebern feststellen. Zu ähnlichen Ergebnissen kamen PENA et al. (2003), welche die Wirkung von Trolox beim Einfrieren verschiedener Ejakulatfraktionen von Ebern prüften. BALL et al. (2001) konnten hingegen keine Wirkung von Vitamin E auf die Motilität von flüssigkonservierten Hengstspermien feststellen. Bei Pferdespermien wurde eine Verringerung der durch Abkühlung und Lipidperoxidation entstandenen Schäden mittels einer Zugabe von Vitamin E beobachtet. Als Ursache wird eine erhöhte Zellatmung vermutet (AGUERO et al. 1994).
2.5.2.2 Vitamin C
Vitamin C (Ascorbinsäure) ist das wichtigste extrazelluläre Antioxidans. Es schützt die Biomembranen vor Lipidperoxidation, indem es die Peroxylradikale neutralisiert, bevor diese die Kettenreaktion starten können (MC DOWELL 2000). Weiterhin reduziert es oxidiertes Vitamin E wieder (LÖFFLER und PETRIDES 1998) und schützt die Aktivität der Superoxiddismutase (BECONI et al. 1993). Somit ist es in doppelter Hinsicht an der Verhinderung von oxidativem Stress beteiligt: Zum einen durch direkten Eingriff in die Lipidperoxidation und zum anderen durch Unterstützung anderer antioxidativen Systeme.
Im Seminalplasma ist das Vitamin in einer zehnfachen Konzentration, verglichen mit dem Blutserum, vorhanden. Verringerte Werte haben eine Agglutination der Spermien zur Folge. MC DOWELL (2000) folgert daraus einen speziellen Spermienschutz vor oxidativem Stress durch Vitamin C. AEHNELT (1950) konnte eine positive Korrelation zwischen den natürlichen Konzentrationen von Ascorbinsäure im Pferdesperma und den Motilitäts- und Vitalitätswerten belegen. In Untersuchungen zur Auswirkung von hinzu gegebenem Vitamin C auf Merkmale der Spermaqualität von flüssig konserviertem Hengstsperma konnten AURICH et al.
(1997) einen positiven Effekt auf die Membranintegrität feststellen. BALL et al. (2001) konnten nach der Zugabe von Vitamin C, allein oder in Kombination mit anderen antioxidativ wirkenden Substanzen, keine Verbesserung der Motilität nachweisen.
2.5.2.3 Weitere Antioxidantien
Beta-Karotin kann ebenfalls antioxidativ wirken, indem es die reaktiven Sauerstoffradikale deaktiviert und so die Lipidperoxidation verhindert. Reagiert das Provitamin mit den ROS, oxidiert es die Radikale zu Polyencarbonylen und geht dabei selbst in einen Triplettzustand über. Durch Wärmeabgabe kann es wieder in den Ausgangszustand zurückkehren (BUDDECKE 1994). In einer Studie mit Besamungsebern wurde festgestellt, dass die antioxidative Kapazität des Stoffwechsels durch beta-Karotin zwar gesteigert werden kann, unter Stress konnte es die ungesättigten Fettsäuren der Samenzellen jedoch nicht vor Oxidation schützen (WEMHEUER et al. 1996).
HECZKO (2004) untersuchte den Einfluss der Fütterung von Astaxanthin, einem antioxidativ wirkenden Karotinoid, auf die Spermaqualität und Fruchtbarkeit bei Warmbluthengsten. Dabei konnte sie einen Einfluss der Zufütterung auf die Vorwärtsmotilität der Spermien beim Frischsamen und auf die Peroxidkonzentration der tiefgefrorenen Spermien feststellen. Zudem war eine Verbesserung der Abfohlraten pro Rosse durch die Astaxanthinfütterung zu beobachten.
Bei Xanthurensäure wird ein Schutz vor der Lipidperoxidation bei Spermien vermutet, der Mechanismus ist aber bislang unbekannt (DENNISTON et al. 2000).
BAUMBER et al. (2003) konnten einen schützenden Effekt von reduziertem Glutathion auf das Chromatin in Hengstspermien gegen ROS feststellen.
FUNAHASHI und SANO (2005) untersuchten die Effekte bei der Zugabe von Glutathion, Cystein und Hypotaurin zum Verdünner bei gekühlt gelagertem Ebersperma. Es konnte eine positive Wirkung von Glutathion und Cystein auf die Vitalität der Spermien festgestellt werden.
