Aus dem Arbeitsbereich Bestandstiermedizin der Klinik für Rinder
( im Richard-Götze-Haus )
der Tierärztlichen Hochschule Hannover
Einfluss einer Supplementierung mit β-Karotin in Form einer Injektionslösung (Carofertin
®)
auf die Eutergesundheit von Milchkühen und die Kälbergesundheit
INAUGURAL – DISSERTATION Zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin
(Dr. med. vet.)
durch die Tierärztliche Hochschule Hannover
Vorgelegt von Alexandra Conrads
aus Wolfenbüttel
Hannover 2003
Wissenschaftliche Betreuung: Prof. Dr. Martina Hoedemaker
1. Gutachter: Prof. Dr. Martina Hoedemaker 2. Gutachter: Prof. Dr. Jürgen Zentek
Tag der mündlichen Prüfung: 06. Juni 2003
Für meine Eltern
INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 9
2 SCHRIFTTUM 11
2.1 β-Karotin 11
2.1.1 Biochemie 11
2.1.2 Wirkung von β-Karotin 13
2.1.2.1 Einfluss von β-Karotin auf Zellen des Immunsystems 13
2.1.2.2 Antioxidative Wirkung von β-Karotin 15
2.1.2.3 Einfluss von β-Karotin auf die Entwicklung von Tumoren 16
2.1.3 Toxizität von β-Karotin 17
2.2 Vitamin A 18
2.2.1 Biochemie 18
2.2.2 Wirkung von Vitamin A 19
2.2.3 Vitamin-A-Gehalte im Blut 20
2.3 Vitamin E und Selen 20
2.3.1.1 Biochemie von Vitamin E 20
2.3.1.2 Biochemie von Selen 21
2.3.2 Wirkung von Vitamin E und Selen 22
2.3.3.1 Vitamin-E-Gehalte im Blut 24
2.3.3.2 Selengehalte im Blut 25
2.4 β-Karotinkonzentrationen im Blut und in der Milch 26
2.4.1 β-Karotinkonzentrationen im Blut 26
2.4.1.1 Faktoren der β-Karotinkonzentrationen im Blut 26
2.4.1.2 Serumkonzentrationen von β-Karotin 28
2.4.1.3 Normalwerte für β-Karotinkonzentrationen im Serum 29
2.4.2 β-Karotinkonzentrationen in der Milch 30
2.4.2.1 Faktoren der β-Karotinkonzentrationen in der Milch 30 2.4.2.2 Konzentrationen von β-Karotin in der Milch 32
2.5 β-Karotinbedarf 32
2.6 Ergänzung von β-Karotin 32
2.7 β-Karotin in Bezug auf Tiergesundheit und Leistung 34
2.7.1 Eutergesundheit 34
2.7.1.1 Parameter zur Beurteilung der Eutergesundheit 34
2.7.1.1.1 Zellgehalt 34
2.7.1.1.2 pH-Wert und Leitfähigkeit 35
2.7.1.1.3 Auftreten klinischer Mastitiden 35
2.7.1.2 Einfluss von β-Karotin auf die Eutergesundheit 36 2.7.1.2.1 Einfluss von β-Karotin auf den Zellgehalt 36 2.7.1.2.2 Einfluss von β-Karotin auf das Auftreten von Mastitiden 37
2.7.2 Kälbergesundheit 38
2.7.2.1 Einfluss von β-Karotin auf die Kälbergesundheit 39 2.7.3 Einfluss von β-Karotin auf die Milchleistung 40
2.8 Parameter für Kolostrumqualität und Kolostrumaufnahme 40
2.9 Carofertin® 43
2.10 Hypothesen über die Wirkung von Carofertin® 44
3 EIGENE UNTERSUCHUNGEN 45
3.1 Material und Methoden 45
3.1.1 Versuchsanordnung 45
3.1.2 Haltung und Fütterung der Kühe der Langzeitstudie 46
3.1.3 Unterbringung und Fütterung der Kälber 49
3.1.4 Haltung und Fütterung der Kühe der Verlaufsstudie 49
3.1.5 Klinische Untersuchung der Kälber 49
3.1.6 Probennahme und –aufbereitung 51
3.1.7 Untersuchungsmethoden 53
3.1.8 Statistische Auswertung 57
3.2 Ergebnisse 58
3.2.1 Verlauf der β-Karotinkonzentrationen im Serum nach einmaliger
Verabreichung von Carofertin® 58
3.2.2 β-Karotinkonzentrationen im Serum nach mehrmaligen Injektionen von
Carofertin® 61
3.2.2.1 Auswertung der β-Karotinkonzentrationen nach Kühen und Färsen
getrennt 63 3.2.2.2 Einfluss des Alters auf β-Karotinkonzentrationen 66 3.2.2.3 Jahreszeitlicher Einfluss auf die β-Karotinkonzentrationen 67 3.2.3 Serumkonzentrationen von Vitamin A, E und Selen der Kühe der
Langzeitstudie 70
3.2.4 Eutergesundheit der Kühe der Langzeitstudie 72 3.2.5 Milchleistungsdaten der Kühe der Langzeitstudie 82
3.2.6 Auswertung der Kälbergesundheit 91
4 DISKUSSION 107
4.1 β-Karotinserumkonzentrationen 107
4.1.1 Verlauf der β-Karotinkonzentrationen im Serum nach einmaliger
Verabreichung von Carofertin® 107
4.1.2 β-Karotinkonzentrationen im Serum nach mehrmaligen Injektionen von
Carofertin® 110
4.1.3 Einschätzung der β-Karotinserumkonzentrationen der Versuchstiere und der Versorgung mit β-Karotin über das Futter 111 4.1.4 Einflüsse auf die β-Karotinserumkonzentrationen 113 4.1.5 Vitamin A, Vitamin E, Selen und Interaktionen zwischen den
Nahrungskomponenten 114
4.2 Eutergesundheit und Leistung 117
4.2.1 Eutergesundheit der Kühe der Langzeitstudie 117 4.2.2 Milchleistung der Kühe der Langzeitstudie 119
4.3 Kälbergesundheit 120
4.4 Schlussfolgerungen 125
5 ZUSAMMENFASSUNG / SUMMARY 126
6 LITERATURVERZEICHNIS 130
7 ANHANG 150
ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS
a.p. ante partum
Cl- Chlorid
FCM Fett korrigierte Milch
ggr. geringgradig
γGT gamma-Glutamyltransferase HDL high density lipoprotein
hgr. hochgradig
HPLC Hochleistungsflüssigkeitschromatographie
K+ Kalium
LDL low density lipoprotein ME umsetzbare Energie
mgr. mittelgradig
MLP Milchleistungsprüfung
Na+ Natrium
NEL Nettoenergie-Laktation n Anzahl
ns nicht signifikant
P Irrtumswahrscheinlichkeit
p.p. post partum
p.n. post natum
s Standardabweichung TMR total mixed ration
VLDL very low density lipoprotein
vs. versus
x¯ Mittelwert
1 EINLEITUNG
Über Karotine, speziell β-Karotin wird seit Jahrzehnten intensiv geforscht, und auch heute besteht ein großes Interesse weitere Erkenntnisse zu erlangen, da immer neue Bereiche entdeckt werden, in denen β-Karotin eine wichtige Rolle spielt. In diesem Zusammenhang ist besonders die Forschung in der Humanmedizin erwähnenswert, die die Verminderung von Tumorrisiken durch β-Karotin betrachtet, da Studien über die Senkung des Lungen-, Speiseröhren- und Magenkrebsrisikos durch β-Karotingaben vorliegen. Auch die membranstabilisierende Wirkung von β-Karotin durch seine antioxidativen Eigenschaften ist erst seit einigen Jahren bekannt. Dagegen wurde über den Einfluss von β-Karotin auf das Fruchtbarkeitsgeschehen schon länger geforscht. Die Aufgabe des β-Karotins als Provitamin A ist schon vor längerer Zeit entdeckt worden. Es wurde einige Jahre lang aufgrund dieser Ergebnisse davon ausgegangen, dass eine Supplementierung mit Vitamin A ausreichend sei, da außer dieser keine weiteren Funktionen von β-Karotin im Organismus bekannt waren.
Vitamin A erfüllt im Körper viele wichtige Funktionen: es dient als Epithelschutzvitamin, ist wesentlich am Sehvorgang beteiligt, beeinflusst das Wachstum und aktiviert Zellen des Immunsystems.
Die in der Literatur vorliegenden Angaben über die Wirksamkeit von β-Karotin bei Tieren, die mit durchschnittlichen Mengen von β-Karotin versorgt wurden, sollten im Rahmen der vorliegenden Untersuchungen ergänzt werden. Das Ziel dieser Arbeit war, den Einfluss eines intramuskulär injizierten Karotinpräparates auf die Eutergesundheit und die Kälbergesundheit anhand einer Feldstudie zu ermitteln. Im Zeitraum einer Laktation fand eine Erfassung und Auswertung der Anzahl klinischer Mastitiden, der Milchleistungsdaten und der bakteriologischen Untersuchungsergebnisse zur Beurteilung der Eutergesundheit statt.
Aussagen über die Kälbergesundheit wurden aufgrund klinischer Untersuchungen getroffen.
Die Bestimmung der Kolostrumqualität erfolgte semiquantitativ, die der Karotin- konzentrationen im Kolostrum sowie der Gesamteiweißgehalte und der gamma-Glutamyl- transferase-(γGT)-Aktivitäten im Serum der Kälber am 2. Lebenstag quantitativ. Um Managementunterschiede und vor allem Unterschiede in der Fütterung weitestgehend auszuschließen, wurden die Hauptuntersuchungen in einem Bestand durchgeführt.
In einem weiteren Betrieb wurde der Verlauf der Serumgehalte von β-Karotin nach einer intramuskulären Supplementierung mit β-Karotin über einen Zeitraum von 22 Tagen beobachtet.
2 SCHRIFTTUM
2.1 β-Karotin 2.1.1 Biochemie
In der Abbildung 1 ist die Strukturformel des β-Karotin-Moleküls dargestellt.
Abbildung 1: Strukturformel von β-Karotin (nach FRIESECKE 1978)
Karotine sind fettlösliche Provitamine, deren Farbigkeit durch fortlaufende konjugierte Doppelbindungen hervorgerufen wird. Karotinoide sind immer pflanzlichen Ursprungs und müssen über das Futter aufgenommen werden, da Karotin nicht im Organismus aufgebaut werden kann (SCHLIEPER 1992). Im Vormagensystem der Wiederkäuer werden weniger als 10 % des über das Futter aufgenommenen β-Karotins durch Mikroorganismen abgebaut (FERNANDEZ et al. 1976). Die Resorption der Karotine erfolgt im Dünndarm. Sie werden in Mizellen, die aus Gallensäuren, Phospholipiden und Fettsäuren bestehen, eingebaut. Die Mizellen lagern sich an die Oberfläche der Dünndarmepithelzellen an, und die Bestandteile der Mizellen gelangen mittels Diffusion in die Zellen. In den Darmepithelzellen können die Karotine in Vitamin A umgewandelt werden. Hierbei ist das β-Karotin am wirksamsten. Das α-Karotin hat nur etwa 50 % und das γ-Karotin etwa 45 % der Wirksamkeit des β-Karotins.
Im Golgi-Apparat der Darmepithelzellen werden aus Lipiden und Proteinen Chylomikronen gebildet, in die die Karotine, die nicht zu Vitamin A umgewandelt wurden, eingebaut werden.
Die Chylomikronen gelangen über die Lymphe ins Blut, wo der Einbau der Karotine in die Lipoproteine erfolgt (KOLB 1997a). Die Verteilung auf die Lipoproteine im Serum ist unabhängig von Rasse, Geschlecht und β-Karotinkonzentration im Serum. Mehr als 80 % des β-Karotins werden von der „high density lipoprotein-“ (HDL-) Fraktion transportiert. In der Trockenstehperiode steigt der Anteil der „very low density lipoprotein-“ (VLDL-) Fraktion
und der „low density lipoprotein-“ (LDL-) Fraktion am Transport von β-Karotin auf 1 % und 14 % (SCHWEIGERT 1986). Auch bei Jungrindern und Saugkälbern wird ein größerer Anteil des β-Karotins an die VLDL- und LDL-Fraktionen gebunden. Dies beruht auf einer Zunahme dieser Fraktionen am Serumproteingehalt gegenüber der HDL-Fraktion (SCHWEIGERT et al. 1987). Drei Wochen ante partum (a.p.) sinkt der Anteil der LDL- Fraktion am Transport von β-Karotin bis zum Zeitpunkt der Geburt, zu dem er nur noch etwa 5 % beträgt, weswegen SCHWEIGERT (1986) von einem LDL-gebundenem Transfer von β-Karotin in das Kolostrum mit einer Erhöhung der Rezeptorzahl für „low density“- Lipoproteine ausgeht.
Bei einer Supplementierung mit β-Karotin stiegen die β-Karotinkonzentrationen in allen Serumproteinfraktionen. Die relative Zunahme war bei der LDL-Fraktion am größten (CHEW et al. 1993). Auch bei den Versuchen von EISELE (1987) führte die parenterale Applikation von β-Karotin zu einer Verschiebung der Bindung an die Serumproteine zugunsten der lipidreicheren Serumproteine wie der VLDL- und der LDL-Fraktion. Die β-Karotin- konzentrationen in der Milch wurden mit einer Verzögerung von zwei Tagen, die auf Vorgängen im Euter selbst beruhen könnte, gesteigert. Der Vitamin-A-Spiegel im Blut wurde durch die parenterale Zufuhr von β-Karotin nicht beeinflusst, der Vitamin-A-Spiegel in der Milch stieg jedoch an. Dieses sprach nach Aussage des Autors für eine Karotinase-Aktivität im Euter und keiner Aktivität im Blut. Schon BRÜGGEMANN und NIESAR (1955) konnten nachweisen, dass im Euter eine Karotinase-Aktivität vorlag und somit im Euter selbst eine Umwandlung von β-Karotin in Vitamin A erfolgen konnte.
Auch bei Schweinen führte die Injektion eines β-karotinhaltigen Präparates zu einer Zunahme der Plasmagehalte drei Stunden nach der Injektion und zu einer starken Abnahme der Gehalte 48 Stunden nach der Injektion. Bei Schweinen ist der Transport von β-Karotin hauptsächlich an die LDL-Fraktion gebunden (CHEW et al. 1991a). Beim Menschen wird ebenfalls der Hauptbestandteil des Karotins an die LDL-Fraktion gebunden (TRABER et al. 1994).
In allen subzellulären Fraktionen von Lymphozyten bei Schweinen konnte β-Karotin nachgewiesen werden. Die höchsten Konzentrationen wurden in den Kernen festgestellt. In den Mitochondrien und den Mikrosomen waren mittelgradig hohe Konzentrationen vorhanden und im Zytosol die geringsten (CHEW et al. 1991b).
Die Aufnahme und Verteilung von β-Karotin in die Gewebe von Ratten ist sehr unterschiedlich. Im Fett konnte kein Karotin gefunden werden. Die höchsten Konzentrationen waren in der Leber, die niedrigsten im Muskel. Die Sättigung des Plasmas war schon nach drei Tagen erreicht, die von Leber, Niere und Ovarien auch nach 147 Tagen noch nicht. Die Halbwertszeit von Karotin im Plasma war mit drei Tagen am kürzesten und mit 18 Tagen in der Muskulatur am höchsten (SHAPIRO et al. 1984).
JENSEN et al. (1999) zeigten, dass die Sekretion von β-Karotin in die Milch der Michaelis- Menten-Kinetik für aktive Transporte durch Membranen entspricht. Die Autoren stellten fest, dass die absolute Sekretion in die Milch unabhängig von der Milchleistung und dem Milchfettgehalt, wohingegen ein deutlicher genetischer Einfluss festzustellen war.
2.1.2 Wirkung von β-Karotin
2.1.2.1 Einfluss von β-Karotin auf Zellen des Immunsystems
Die Wirkung von β-Karotin auf das Immunsystem ist zum einen ein Vitamin A unabhängiger Einfluss auf einige Zellen des Immunsystems, zum anderen ist β-Karotin auch als Provitamin ein wichtiger Faktor für die Immunitätslage des Organismus.
Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen den Konzentrationen von β-Karotin im Plasma und in den Leukozyten. Ebenso hängt die Konzentration in den Leukozyten- membranen von der Konzentration im Plasma und der in den Leukozyten ab (BRUNS et al.
1991). Auch MATHEWS-ROTH (1978) stellte fest, dass Karotinoide der Leukozyten- membranen durch Manipulationen nur zu ca. 15 % gelöst werden konnten, was bedeutet, dass die Karotinoide entweder Bestandteil der Membranen oder fest mit ihnen verbunden sind. Der Gehalt an β-Karotin in Lymphozyten von nicht mit β-Karotin supplementierten Kälbern war gering. Die Behandlung mit β-Karotin führte zu einem Anstieg der Serumkonzentrationen und zu einer Zunahme von Karotin in den Lymphozyten. Intrazellulär wurde β-Karotin besonders in die Mitochondrien, den Kern und die Mikrosomen aufgenommen. Die Halbwertszeit von Karotin im Plasma der Kälber wurde auf ca. 5,5 Tage geschätzt, die Halbwertszeit in den Mitochondrien auf 17,5 Tage. In den Erythrozyten und neutrophilen Granulozyten aller Kälber konnten keine Karotinkonzentrationen festgestellt werden (CHEW et al. 1993).
Lymphozyten können in verschiedenen Geweben und zu differierenden Zeitpunkten unterschiedlich reagieren. SCHORE et al. (1981) fanden heraus, dass sich die Sub-
populationen der Lymphozyten im Eutergewebe von denen im Blut unterscheiden, da die Lymphozyten im Eutergewebe nur minimal auf Mitogene reagieren. CONCHA et al. (1978) und DUHAMEL et al. (1987) zeigten, dass die größte Subpopulation der Lymphozyten in Sekreten des Eutergewebes T-Lymphozyten waren. Bei einer Studie in der Humanmedizin von RICHIE et al. (1982) wurde ein höheres Verhältnis von T-Suppressorzellen zu T-Helfer- zellen im menschlichen Kolostrum ermittelt, was einem erhöhten Transfer von T-Suppressor- zellen ins Kolostrum entsprechen könnte.
β-Karotin hat in vitro Einfluss auf mononukleäre Zellen, neutrophile Granulozyten und Makrophagen. MICHAL et al. (1994) stellten eine höhere Leukozytenproliferation von Blutlymphozyten bei mit β-Karotin supplementierten Kühen in der Trockenstehperiode auf Mitogene als bei nicht supplementierten Tieren fest. β-Karotin verstärkte in vitro die mitogeninduzierte Proliferation von mononukleären Zellen eine Woche ante partum. Auf die spontane Proliferation der Zellen hatte β-Karotin keinen Einfluss, und vier Wochen ante partum hemmte β-Karotin sogar die mitogeninduzierte Proliferation von mononukleären Zellen (DANIEL et al. 1991b). Auch bei den Untersuchungen von TJOELKER et al. (1988b) verhinderte β-Karotin eine durch ein Mitogen verursachte Proliferation von peripheren Blutlymphozyten vor und nach dem Trockenstellen in vitro. Die Transformation von Lymphozyten wurde durch β-Karotin ohne Mitogene verstärkt. In Anwesenheit eines Mitogens (Concanavalin A) wurde die Lymphozytentransformation durch β-Karotin ebenfalls erhöht. Keinen Einfluss auf die Transformation hatte allerdings β-Karotin bei Anwesenheit eines anderen Mitogens (Lipopolysaccharide) (DANIEL et al. 1986). Die Phagozytose und Abtötung von Staphylococcus aureus durch neutrophile Granulozyten aus dem Blut war unabhängig von β-Karotin und Vitamin A nach dem Trockenstellen höher als vorher (TJOELKER et al. 1988a). Auch nach dem Ende der Laktation nahm bei TJOELKER et al.
(1990) die Abtötung der Bakterien sowohl bei mit Vitamin A oder mit β-Karotin supplementierten als auch bei den nicht supplementierten Tieren zu. In vitro stimulierte β-Karotin die Phagozytose vor und die Abtötung von Staphylococcus aureus nach dem Trockenstellen bei vorher nicht mit β-Karotin supplementierten Kühen (TJOELKER et al.
1988a). TJOELKER et al. (1986) konnten die Verstärkung der Phagozytose von Staphylococcus aureus durch neutrophile Granulozyten aus dem Euter nur bei einer bestimmten β-Karotin-Konzentration zeigen. Die intrazelluläre Abtötung von Bakterien
wurde durch β-Karotin nicht erhöht. Bei DANIEL et al. (1991a) beeinflusste eine in vitro Supplementierung mit β-Karotin die Phagozytose durch neutrophile Granulozyten aus dem Blut und aus der Milch sowie von Makrophagen aus der Milch nicht. β-Karotin intensivierte im peripartalen Zeitraum die Abtötung von Staphylococcus aureus durch Phagozyten aus dem Blut und aus der Milch. TJOELKER et al. (1990) konnten bei ihrer Studie durch Zufütterung von β-Karotin weder die Phagozytose noch die Abtötung verstärken.
Bei der Fütterung von β-Karotin an Ratten konnte die in vitro Proliferation von B- und T- Lymphozyten auf Mitogene ab ca. der zwanzigsten Woche der Zufütterung erhöht werden.
Ähnliche Steigerungen der Lymphozytenaktivitäten wurden auch durch Canthaxanthin, einem Karotinoid, dass nicht in Vitamin A umgewandelt werden kann, erzielt, so dass dadurch auf eine Vitamin A unabhängige Wirkung des β-Karotins geschlossen werden kann (BENDICH u. SHAPIRO 1986).
2.1.2.2 Antioxidative Wirkung von β-Karotin
Die Licht- und Oxidationsschutzwirkung wird einerseits durch die Absorption von sichtbarem und ultraviolettem Licht durch die Karotinoide bedingt, wodurch die Bildung aggressiver Verbindungen verhindert wird, andererseits durch die Inaktivierung solcher Verbindungen (HANCK et al. 1991). β-Karotin, Vitamin C und E wirken antioxidativ als Radikalfänger. Die fettlöslichen Antioxidantien hemmen sowohl die durch fettlösliche als auch die durch wasserlösliche Radikale ausgelöste Oxidation. Die Interaktion zwischen Vitamin E und β-Karotin beruht vor allem auf der Wirkung an unterschiedlichen Stellen der Membranen.
Vitamin E wirkt vor allem an der Oberfläche und β-Karotin im Inneren der Zellen (NIKI et al.
1995). Ebenfalls wichtig für das Zusammenspiel von β-Karotin und Vitamin E sind die unterschiedlichen optimalen Sauerstoffpartialdrücke. β-Karotin ist in der Lage, Kettenreaktionen von Radikalen bei niedrigem, physiologischem Sauerstoffpartialdruck in lipophilen Bereichen zu hemmen. Es unterstützt hiermit Vitamin E, welches bei hohem Druck Kettenreaktionen unterbrechen kann (BURTON 1989). Diese antioxidativen Aktivitäten von β-Karotin dienen den Membranen zum Schutz vor Fettoxidation (SIES u. STAHL 1995).
β-Karotin und andere Karotinoide, wie Lycopen oder die Xanthophylle, besitzen ein ausgedehntes System von konjugierten Doppelbindungen, das für ihre antioxidative Aktivität verantwortlich ist. Karotin und Karotinoide können effektiv Singulett-Sauerstoff (¹O2 – ein
angeregter Zustand des Sauerstoffs) abbauen (MASCIO et al. 1989; SIES u. STAHL 1995;
KOLB 1997a). Die Karotinoide geben beim physikalischen Abbau von Singulett-Sauerstoff Wärmeenergie ab. Hierdurch ist keine Regeneration des β-Karotins erforderlich, da die Struktur des Karotins nicht verändert wird (SIES u. STAHL 1995). β-Karotin, α-Tocopherol und Vitamin C zusammen können effektiv oxidative Schäden verhindern, besonders in vivo, wo die Sauerstoffkonzentrationen gering sind (NIKI et al.1995).
2.1.2.3 Einfluss von β-Karotin auf die Entwicklung von Tumoren
SCHWARTZ und SHKLAR (1987) führten durch die lokale Injektion von β-Karotin oder Canthaxanthin in einen induzierten Tumor bei Hamstern bei 80 % der Tiere eine partielle Regression des Tumorgewebes herbei. Die totale Regression konnte bei 15-20 % der Hamster erreicht werden. β-Karotin führte injiziert in den Tumorbereich zu einer starken Erhöhung des Tumornekrosefaktors-alpha und von Tumornekrosefaktor-alpha-positiven-Makrophagen.
Canthaxanthin erhöhte den Tumornekrosefaktor ebenfalls stark, es waren aber nur wenig Tumornekrosefaktor-alpha-positive Zellen im Tumorbereich nachweisbar (SHKLAR u.
SCHWARTZ 1988).
BERTRAM und BORTKIEWICZ (1995) konnten durch Zusatz von β-Karotin oder Retinoiden in Zellkulturen, die als Reaktion auf Karzinogene neoplastisch transformierten, eine Woche nach dem Karzinogen über einen Zeitraum von 4 Wochen, eine dosisabhängige Reduktion von neoplastischen Transformationen auslösen. Die Karotinoide und Retinoide griffen in der frühen Phase der Tumorinitiation ein, hemmten reversibel die Transformation von neoplastischen Zellen und hatten Einfluss auf die Genexpression. Sie konnten entartete Zellen nicht eliminieren und auch die entstandenen Läsionen nicht verändern. Karotinoide erhöhten die Zahl von T-Helferzellen, erniedrigten leicht die Zahl von T-Suppressorzellen und hatten fast keinen Effekt auf die Gesamtzahl von T-Zellen (PRABHALA et al. 1989). Die perorale Verabreichung von β-Karotin und Canthaxanthin an Mäuse hemmte bzw. blockierte die durch Benzopyrene ausgelöste Tumorbildung (SANTAMARIA et al. 1983). Die Gabe von β-Karotin an ältere gesunde Menschen führte zu einer dosisabhängigen Erhöhung von natürlichen Killerzellen, T-Helferzellen und der Zellaktivität. Der Retinolgehalt im Blut blieb auf dem gleichen Niveau (WATSON et al. 1991). Auch bei WILLETT et al. (1983) beeinflusste die Supplementierung mit β-Karotin den Retinolspiegel nicht. Der
Karotinplasmaspiegel stieg dagegen an. Ebenfalls bei PETO et al. (1981) führte bei vorher ausreichend versorgten Menschen eine zusätzliche Aufnahme von β-Karotin und Retinol über die Nahrung nicht zu einer markanten Erhöhung des Retinolblutspiegels. Da eine zusätzliche Aufnahme von β-Karotin oder Retinol den Retinolblutspiegel nicht wesentlich beeinflussen konnte, kamen die Autoren zu der Aussage, dass selbst wenn eine Ursache-Wirkung- Beziehung zwischen Tumorbildung und Retinol bestünde, die Beeinflussung der Tumorbildung über eine zusätzlich Gabe von β-Karotin oder Retinol zweifelhaft sei. In einer prospektiven Studie von WALD et al. (1984) wurden Plasmagehalte von Retinol, β-Karotin und Vitamin E mit Jahren später auftretenden Brustkrebsfällen in Verbindung gebracht. Die Brustkrebsfälle waren mit niedrigen Vitamin-E-Plasmagehalten verbunden. Die β-Karotin- konzentrationen waren bei den Erkrankten tendenziell niedriger, aber der Unterschied zu den gesunden Personen war statistisch nicht signifikant. Bei den Retinolkonzentrationen konnten keine Unterschiede zwischen den später gesunden und erkrankten Frauen festgestellt werden.
Der Versuch von FULLER et al. (1992) zeigte, dass β-Karotin die durch ultraviolettes Licht ausgelöste Immunsuppression verhindern konnte. Gesunde Männer, die mit einer karotinarmen Diät ernährt wurden, wurden ultraviolettem Licht ausgesetzt. Wie erwartet fand bei den mit Placebo behandelten Menschen eine durch Licht induzierte Unterdrückung des Immunsystems statt, bei den mit β-Karotin behandelten nicht.
2.1.3 Toxizität von β-Karotin
Die Toxizität von β-Karotin ist gering. Ein Nebeneffekt hoher Karotinaufnahmen über einen längeren Zeitraum ist die Gelbfärbung der Haut an unbehaarten Stellen, die aber nach einiger Zeit spontan verschwindet. Somit ist die Aufnahme von β-Karotin auch in großen Mengen als ungefährlich anzusehen (DIPLOCK 1995). Auch ALAM und ALAM (1983) erzielten mit der Fütterung von großen Mengen β-Karotins bei Ratten keine negativen Ergebnisse. Ratten können allerdings intestinal zugeführtes β-Karotin schlecht verwerten. Jedoch wurde auch kein Effekt auf die Alpha-Tocopherol- und die Peroxidkonzentrationen beobachtet, weshalb die Autoren die chemoprotektive Wirkung des β-Karotins eher aufgrund der Provitamin-A- Fähigkeit als auf der antioxidativen Fähigkeit vermuten. Im Gegensatz hierzu stellten WANG et al. (1999) eine durch exzessive orale β-Karotingaben bedingte verminderte Umwandlung von Vitamin D3 in seine aktiven Metaboliten fest.
2.2 Vitamin A 2.2.1 Biochemie
Die Abbildung 2 zeigt die Strukturformel des Vitamin-A-Moleküls.
R=H
Abbildung 2: Strukturformel von Vitamin A (nach FRIESECKE 1978)
Vitamin A kommt in der Natur nur im tierischen Organismus und nicht in Pflanzen vor.
Pflanzenfresser müssen somit ihren gesamten Vitamin-A-Bedarf über die Karotinoide decken (HANCK et al. 1991). Wenn man von Vitamin A spricht, meint man meist nicht nur das eigentliche Vitamin A (Retinol), sondern auch die Vitamin A verwandten Verbindungen wie Vitamin-A-Aldehyd (Retinal), Vitamin-A-Säuren (Retinsäuren) und Retinylester. Die Umwandlung von β-Karotin in Vitamin A findet hauptsächlich im Dünndarmepithel statt.
Unter Einwirkung der Dioxygenase wird β-Karotin in zwei Moleküle Retinal gespalten, die sofort zu Retinol hydriert werden (SCHLIEPER 1992). Bei allen Karotinoiden mit Vitamin- A-Aktivität entsteht durch Spaltung der zentralen Doppelbindung immer mindestens ein intaktes Molekül Retinol (WOLF 1984). Hiergegen spricht, dass die Umwandlungsrate in vivo allerdings wesentlich geringer ist und auch in-vitro-Befunde den Reaktionsmechanismus in Frage stellen (HANCK et al. 1991; HANSEN u. MARET 1988). Das Umwandlungs- verhältnis von Karotin zu Vitamin A ist abhängig von der Höhe der Aufnahme von β-Karotin und von der Größe des Bedarfs an Vitamin A. Bei geringer Aufnahme von β-Karotin über das Futter werden etwa 8 %, bei hoher Aufnahme etwa 2 % des β-Karotins in Vitamin A umgewandelt (KOLB 1997b). Bei der Zufuhr von β-Karotin in pharmakologischen Dosen, wird die Umwandlung zu Vitamin A über eine Produkthemmung gedrosselt, so dass keine Hypervitaminose A entsteht (HANCK et al. 1991). Das Vitamin A wird an die Serum- proteine, vor allem an die Chylomikronen und die VLDL-Fraktionen, gebunden und über die Lymphe zum Blut transportiert. In den Kapillaren werden Fettsäuren abgespalten, wodurch
fettstoffärmere Partikel entstehen, die von den Hepatozyten aufgenommen werden. Die Leber verfügt bei normaler Vitamin-A-Versorgung über einen Vitamin-A-Vorrat, durch den der Bedarf über mehrere Monate gedeckt werden kann (KOLB 1997a). Bei sinkendem Blutspiegel wird Vitamin A aus den Leberspeichern freigesetzt, an das Retinol- Bindungsprotein gebunden und über das Blut zum Zielgewebe transportiert (WOLF 1984).
2.2.2 Wirkung von Vitamin A
In den Zielzellen wird Vitamin A im Zytoplasma an zelluläre Transportproteine gebunden, und durch ein Enzymsystem in Retinsäure umgewandelt. Mit Hilfe von Rezeptorproteinen gelangt die Retinsäure in die Zellkerne. Hier können an bestimmten Genen die Transkription gesteigert werden und somit vermehrt Proteine und Aktivatoren des Immunsystems gebildet werden. Bei einem Mangel an Vitamin A kann es dementsprechend zu einer Einschränkung der Leistungsfähigkeit von Makrophagen kommen. Auch die mitogeninduzierte Vermehrung von T- und B-Lymphozyten ist herabgesetzt. Dies führt zu einer geringeren Bildung von Antikörpern. Auch die Leistungsfähigkeit der Killer-Zellen nimmt ab. Allerdings stört auch ein Überschuss an Vitamin A die Transkription (KOLB 1995).
Vitamin A wird für das Wachstum, die Embryonalentwicklung, die Fortpflanzung, die Immunabwehr, die Tumorresistenz, die Sinnesfunktionen und die Gewebsdifferenzierung benötigt (HANCK et al. 1991). Der Einfluss auf die Differenzierung schnell proliferierender Zellen bewirkt eine Schutzwirkung auf Epithelien von Vitamin A. Es regt die Bildung schleimsezernierender Zellen an und verhindert eine vorzeitige Verhornung (FREY u.
LÖSCHER 1996).
EICHER et al. (1994) konnten bei ihren Untersuchungen durch eine Supplementierung mit Vitamin A und E die Aktivität von neutrophilen Granulozyten bei Kälbern erhöhen.
KUMAGAI et al. (2001) steigerten durch eine Supplementierung mit Vitamin A, 30 Tage bzw. 60 Tage vor der Abkalbung beginnend, die Vitamin-A-Konzentrationen im Kolostrum und in der Milch. Die Vitamin-A-Gehalte im Plasma von den Kälbern der Versuchstiere und den Kälbern der Kontrolltiere unterschieden sich jedoch nicht. Es wurde auch kein Einfluss auf das Wachstum der Kälber festgestellt.
Sowohl die akute als auch die chronische Hypervitaminose A bedingen beim Rind einen verminderten Zerebrospinaldruck (HANCK et al. 1991).
2.2.3 Vitamin-A-Gehalte im Blut
Der Vitamin-A-Gehalt im Blut bleibt bei vorher gut mit Karotin versorgten Tieren bei nachfolgender karotinarmer Fütterung lange konstant, der Vitamin-A-Gehalt in der Milch nimmt allerdings ab (LUNGERSHAUSEN 1958; KOLB 1997a). SUTTON und SOLDNER (1945) zeigten, dass die Vitamin-A-Konzentration im Blut nicht direkt von den Karotinkonzentrationen im Blut abhängt, aber mit einer zeitlichen Verzögerung von manchmal einem Monat, ähnlich dem β-Karotinblutspiegel, ansteigt und abfällt. Durch eine hohe Vitamin-A-Aufnahme konnten die Konzentrationen von Vitamin A im Blut und im Milchfett erhöht werden, die Karotinkonzentrationen im Blut und in der Milch wurden hierdurch gesenkt. Das Absinken der Vitamin-A-Konzentrationen um den Geburtszeitpunkt konnte nicht durch eine hohe Vitamin-A-Aufnahme verhindert werden, aber die Konzentrationen sanken nicht so tief wie bei nicht supplementierten Tieren. Nicht beeinflusst wurden die Milchleistung und der Fettgehalt in der Milch (WISE et al. 1947). WEISS et al.
(1994) erhöhten durch Zufütterung von Fett und Vitamin E die Plasmakonzentrationen von α-Tocopherol und β-Karotin im peripartalen Zeitraum. Dies wurde von den Autoren mit der
erhöhten Bildung von, in dieser Zeit knapp vorliegenden, aber für den Transport von α-Tocopherol und β-Karotin wichtigen Lipoproteinen, begründet. Um die Vitamin-A-
Versorgung über das Futter zu beurteilen, fanden BOYER et al. (1942) heraus, dass dies besser über eine Messung der Vitamin-A-Konzentrationen im Blut als über die β-Karotin- konzentrationen im Blut möglich war. Auch ein vermindertes Wachstum von Kälbern, welches durch niedrige Vitamin-A-Gehalte hervorgerufen wurde, war kein genauer Indikator.
HANCK et al. (1991) sahen Retinolgehalte von 0,35-0,5 mg/l als physiologisch an. Als untere Grenzwerte wurden Konzentrationen von unter 0,2 mg/l angegeben. STÖBER (2002) gab Vitamin-A-Konzentrationen zwischen 0,25 mg/l und 0,8 mg/l als normal an und sah eine knappe Versorgung bei Vitamin-A-Gehalten von 0,1 mg/l bis 0,25 mg/l.
2.3 Vitamin E und Selen 2.3.1.1 Biochemie von Vitamin E
Vitamin E ist der gebräuchliche Ausdruck für die Gruppe der fettlöslichen Tocopherole und Tocotrienole. Für die Vitaminwirkung sind der Chromanring und das Vorhandensein
mindestens einer Methylgruppe und der Hydroxylgruppe am Ring von Bedeutung. Von den verschiedenen Isomeren hat das D-α-Tocopherol die größte Aktivität. Tocopherole werden nur in Pflanzen synthetisiert. Die Verwertung im Tier korreliert positiv mit dem Fettgehalt des Futters. Die Resorption erfolgt im Dünndarm über den Einbau in Mizellen. In den Darmepithelzellen wird Vitamin E in Chylomikronen eingefügt (KOLB 1997a). Vitamin E wird an Lipoproteine gebunden transportiert. Mit fast 80 % überwiegt der Transport mit der HDL-Fraktion, 17 % werden an die LDL-Fraktion und 2 % an die VLDL-Fraktion gebunden (HERDT u. SMITH 1996). Innerhalb der Zellen werden die Tocopherole an Bindungs- proteine gebunden, die sie in die Membranen der Zelle und der Zellorganellen transportieren.
Hier schützen sie die Membranen vor der Bildung von Peroxydradikalen (KOLB 1997a).
2.3.1.2 Biochemie von Selen
Elementares Selen kann als Selenit (+4) und Selenat (+6) oxidiert oder als Selenid (-2) reduziert vorkommen. Außerdem liegt Selen in einer Reihe von organischen Verbindungen vor. Der Selengehalt im Futter der Tiere variiert mit den Pflanzenarten und besonders mit der geographischen Lage des Standortes. In manchen Regionen enthalten Pflanzen so viel Selen, dass durch ihre Aufnahme im Tier toxische Konzentrationen erreicht werden, in anderen Regionen kann der Selen-Bedarf nur über Pflanzen nicht gedeckt werden. Die Verwertung durch das Tier hängt wesentlich von der chemischen Form des Selens ab, wobei organische Selenverbindungen natürlicherweise die Hauptform des aufgenommenen Selens darstellen (National Research Council, NRC 1983). Rinder absorbieren etwa 40 % des oral aufge- nommenen Selens (HARRISON u. CONRAD 1984). Selen ist Bestandteil der Glutathion- Peroxidase, die die Oxidation von Glutathion katalysiert, wodurch Wasserstoffperoxide und organische Peroxide reduziert werden (STRYER 1994). Die höchsten Konzentrationen von Selen liegen in der Niere und in der Leber vor. Geringere Konzentrationen sind im Herzmuskel, im Skelettmuskel und im Gehirn zu finden. Schwefel, Kupfer, Quecksilber, Cadmium, Arsen und weitere Substanzen beeinflussen den Selenstoffwechsel. Die Ausscheidung erfolgt über den Kot, den Urin oder die Ausatemluft und ist abhängig von der Applikationsform. Bei oraler Zufuhr von Selen wird dieses überwiegend über den Kot, bei intramuskulärer oder subkutaner Injektion wird mehr Selen über den Urin ausgeschieden (NRC 1983).
2.3.2 Wirkung von Vitamin E und Selen
Die Wirkung von Vitamin E als Antioxidants wurde bereits in Abschnitt 2.1.2.2 erwähnt.
Ebenso wie bei β-Karotin konnte in der Studie von WALD et al. (1984) eine Beziehung zwischen Vitamin-E-Gehalten im Plasma und dem Brustkrebsrisiko beim Menschen hergestellt werden. Das Risiko an Brustkrebs zu erkranken war bei Frauen mit niedrigen Vitamin-E-Gehalten über fünfmal höher als bei Frauen mit hohen Vitamin-E-Gehalten im Plasma.
Die Zufütterung von Vitamin E und die Injektion von Vitamin E bei Kühen bedingte zum Zeitpunkt der Abkalbung und eine Woche p.p. höhere Vitamin-E-Gehalte im Plasma als bei Tieren, die ein Placebo erhielten. Bei den Kühen, die Vitamin E injiziert bekamen, wiesen die neutrophilen Granulozyten eine höhere Fähigkeit zur intrazellulären Abtötung von Bakterien zum Zeitpunkt der Abkalbung auf. Die Phagozytose hingegen wurde nicht beeinflusst (HOGAN et al. 1992). BATRA et al. (1992a) erzielten durch eine Supplementierung mit Vitamin E vom Zeitpunkt des Trockenstellens bis zum 90. Tag der folgenden Laktation höhere Konzentrationen von Vitamin E im Plasma und in der Milch als bei Kontrolltieren. In Milchproben, die am 112. Laktationstag gewonnen wurden, waren bei den Kühen, die Vitamin E erhielten, geringere Zellgehalte vorhanden. Die Inzidenz klinischer Mastitiden und die Inzidenz von Nachgeburtsverhaltungen unterschied sich im Versuchszeitraum nicht zwischen den Versuchs- und den Kontrolltieren. ERSKINE et al. (1997) erreichten durch eine parenterale Gabe von Vitamin E 8-14 Tage vor der erwarteten Abkalbung eine Abnahme der Inzidenzen von Nachgeburtsverhaltungen und Metritiden. Die Inzidenz klinischer Mastitiden wurde nicht beeinflusst. LEBLANC et al. (2002) stellten durch die subkutane Injektion von 3000 IU Vitamin E eine Woche vor der erwarteten Abkalbung keine Unterschiede zu nicht behandelten Kühen bezogen auf die Inzidenz von Nachgeburtsverhaltungen, klinischer Mastitiden, Metritiden, Endometritiden, Labmagenverlagerungen und Lahmheiten fest.
Allerdings wiesen die Kühe, die eine Nachgeburtsverhaltung hatten, niedrigere Vitamin-E- Konzentrationen im Serum auf als die Tiere, die keine Nachgeburtsverhaltung hatten. WEISS et al. (1997) konnten durch die Supplementierung mit hohen Vitamin-E-Mengen sowohl die Anzahl von Eutervierteln mit Neuinfektionen als auch die Anzahl von Eutervierteln mit
klinischen Mastitiden senken. Kühe mit Plasmakonzentrationen von unter 3 µg/ml α-Tocopherol zum Zeitpunkt der Abkalbung wiesen 9,4 mal häufiger klinische Mastitiden in
den ersten 7 Laktationstagen auf als Kühe mit α-Tocopherol-Konzentrationen von über 3 µg/ml. SMITH et al. (1984) reduzierten durch die Zufütterung von Vitamin E die Inzidenz klinischer Mastitiden, wohingegen die Injektion von Selen die Inzidenz nicht beeinflusste.
Allerdings wurde sowohl durch Selen als auch durch Vitamin E alleine die Dauer der klinischen Symptome der Mastitiden gesenkt. Die Reduzierung war noch größer bei gleichzeitiger Supplementierung mit Vitamin E und Selen. Die Inzidenz von Nachgeburtsverhaltungen konnte weder durch die Supplementierung mit Selen noch durch die Supplementierung mit Selen und Vitamin E zusammen beeinflusst werden (HIDIROGLOU et al. 1987). SEGERSON et al. (1981) zeigten bei ihren Versuchen, dass die Applikation von einem Selen- und Vitamin-E-haltigen Präparat bei leicht mit Selen unterversorgten Tieren die Inzidenz von Nachgeburtsverhaltungen senkte, bei normal und extrem niedrig mit Selen versorgten Tieren die Inzidenz allerdings nicht beeinflusst wurde. Bei den Untersuchungen von JUKOLA (1994) wurde bei steigenden Selengehalten im Blut (200 µg/l) eine Reduzierung von subklinischen Euterinfektionen beobachtet. MALBE et al. (1995) erniedrigten bei schlecht mit Selen versorgten Tieren durch die Supplementierung mit Selen die Anzahl Euterviertel mit pathogenen Mastitiserregern und die Ausscheidung somatischer Zellen. KÖHLER et al. (1994) stellten fest, dass die bedarfsüberschreitende Aufnahme von Selen keinen Einfluss auf die Milchleistung ausübte. Auch der Gehalt an somatischen Zellen konnte nicht gesenkt werden. Allerdings wurde eine leichte Schädigung der Leberzellen beobachtet. Aus diesen Gründen empfahlen die Autoren, eine Milchkuh mit mindestens 0,1 ppm und maximal 0,3 ppm (bezogen auf Trockenmasse) Selen pro Tier und Tag zu versorgen. WEISS (1996) führte auch durch eine über den Bedarf an Vitamin E hinausgehende Vitamin-E-Supplementierung keine Absenkung der Zellgehalte in der Milch herbei.
Eine langfristige Ergänzung mit Selen erhöhte die Selenkonzentration im Plasma (im Mittel 100 µg/l Selen) und die Glutathion-Peroxidase-Aktivität im Gegensatz zu nicht supplementierten (50 µg/l Selen) Tieren. Eine kurzfristige Supplementierung mit Selen führte zu gleichen Selenkonzentrationen im Plasma wie bei langfristig supplementierten Kühen.
Allerdings lag in der Gruppe mit kurzfristiger Ergänzung eine niedrigere Glutathion- Peroxidase-Aktivität vor (WEISS et al. 1990b). THOMPSON et al. (1980) erreichten bei Kälbern, die selenarm ernährt worden waren, durch Injektion von Selen eine schnelle
Erhöhung der Selenkonzentrationen in der Leber und im Serum und eine schnelle Steigerung der Glutathion-Peroxidase-Aktivität. Die Selenkonzentrationen in den Erythrozyten und die Glutathion-Peroxidase-Aktivität in den Erythrozyten konnten erst mit einiger Verzögerung erhöht werden.
Ein Mangel von Vitamin E und Selen führt zu degenerativen Veränderungen, die durch die Zerstörung von Zellmembranen oder von Zellproteinen hervorgerufen werden. Beim Rind degenerieren vor allem Muskelzellen, die besonders beim Kalb eine nutritive Muskel- dystrophie induziert (NRC 1983). EICKEN et al. (1992) führten bestandsweise auftretende Peritarsitiden auf eine mangelhafte Selen- und Vitamin-E-Versorgung zurück. Die Unter- versorgung verursachte Myopathien, die unkoordinierte Bewegungsabläufe, gestörtes Aufsteh- und Ablegeverhalten und verlängerte Liegezeiten bedingten, die zu den Krankheitserscheinungen führten. In weitergehenden Untersuchungen wurde festgestellt, dass bei mehr als ¾ aller untersuchten Tiere eine mangelhafte und nur bei 5 % der Tiere eine befriedigende Versorgung vorlag. Die Empfehlung der Autoren sah eine Versorgung mit 5 mg Selen pro Tier und Tag vor.
Selenvergiftungen treten als akute und chronische Verlaufsformen auf. Die akute Selenvergiftung wird meist durch die einmalige Aufnahme größerer Mengen stark selenhaltiger Pflanzen bedingt, die zum Tode führen kann. Die chronische Verlaufsform kommt erst nach mehrwöchiger Aufnahme mäßig toxischer Mengen von selenhaltigen Pflanzen vor. Sowohl bei der akuten als auch bei der chronischen Verlaufsform liegen eine Degeneration der Leber, eine Nephritis, ein schlaffmürber Herzmuskel und eine Vermehrung der Bauchhöhlenflüssigkeit vor (ROSENBERGER 1978).
Die Toxizität von Vitamin E ist gering. Es sind keine mutagenen, teratogenen oder karzinogenen Effekte bekannt. Bei der Verabreichung von hohen Vitamin-E-Gehalten an Menschen wurden keine Nebenwirkungen beobachtet (DIPLOCK 1995).
2.3.3.1 Vitamin-E-Gehalte im Blut
Eine gute Versorgung mit Vitamin E liegt bei Gehalten von 3-10 mg/l im Blutplasma vor (KOLB 1997a). Auch SCHOLZ und STÖBER (2002) gaben einen ausreichenden Vitamin-E- Gehalt von 3-10 mg/l an und einen Mangel bei unter 3 mg/l. Peripartal war wie bei Vitamin A und bei β-Karotin ein Absinken der Vitamin-E-Konzentrationen im Plasma zu beobachten,
der auf einem vermehrten Übergang von Vitamin E in das Kolostrum beruhen kann (GOFF u.
STABEL 1990). WEISS et al. (1990a) stellten in der Trockenstehperiode und in den ersten Wochen nach der Abkalbung konstante Vitamin-E-Gehalte im Plasma fest, die dann bis zum 20./30. Tag p.p. um ungefähr 50 % abfielen und ab dem 60. Tag p.p. wieder anstiegen.
LEIDL et al. (1986) konnten eine starke jahreszeitliche Abhängigkeit der Vitamin-E- Konzentrationen im Plasma aufzeigen. PEHRSON und HAKKARAINEN (1986) ermittelten höhere Vitamin-E-Gehalte bei laktierenden Kühen als bei trockenstehenden Tieren. Die Autoren gaben die Empfehlung, dass die Vitamin-E-Gehalte im Serum bei Kühen, die überwiegend mit Heu gefüttert werden, bei 2-3 mg/l und bei Kühen, die überwiegend mit Silage gefüttert werden, bei 3-4 mg/l liegen sollen. McMURRAY und RICE (1982) wiesen bei mit Silage oder mit Gras gefütterten Jungrindern Vitamin-E-Gehalte von 4 mg/l nach.
Die Supplementierung mit Vitamin E bei Menschen konnte den α-Tocopherolspiegel erhöhen, beeinflusste allerdings auch den β-Karotinspiegel. Es wurden bei den Personen, die sowohl α-Tocopherol- als auch β-Karotinsupplemente erhielten, niedrigere β-Karotinplasmaspiegel festgestellt als bei denen, die nur β-Karotin bekamen (WILLETT et al. 1983).
2.3.3.2 Selengehalte im Blut
Die Empfehlung zur täglichen Aufnahme liegt bei 0,1 bis 0,3 ppm (bezogen auf Trockenmasse des Futters) Selen (NRC 1983). Bei den Untersuchungen von WEISS et al.
(1990a) lagen bei den Kühen in der Trockenstehperiode und in den ersten beiden Wochen der Laktation Selengehalte von 75 µg/l im Plasma vor, die in den folgenden Wochen anstiegen.
SEGERSON et al. (1981) gaben als Referenzwerte für eine adäquate Selenversorgung Selengehalte von größer und / oder gleich 80 µg/l im Serum an. Bei Konzentrationen von unter 50 µg/l Selen im Serum liege ein absoluter Mangel vor. SCHOLZ und STÖBER (2002) sahen einen Selengehalt von über 70 µg/l im Serum als ausreichend, einen Gehalt von unter 30 µg/l als unzureichend an. KÖHLER et al. (1994) fanden bei ihren Versuchen eine hohe positive Korrelation zwischen der Selenaufnahme und den Selenkonzentrationen im Blut. Bei hohen Selenaufnahmen lag allerdings eine negative Korrelation vor, was für eine Plateaubildung ab 80 µg/l im Plasma sprechen könnte. LOTTHAMMER (1999) sah Serumkonzentrationen von über 40 µg/l als ausreichend an.
2.4 β-Karotinkonzentrationen im Blut und in der Milch 2.4.1 β-Karotinkonzentrationen im Blut
2.4.1.1 Faktoren der β-Karotinkonzentrationen im Blut
Der β-Karotingehalt im Blut wird durch viele Faktoren beeinflusst. Den größten Einfluss hat die Aufnahme von β-Karotin über das Futter. Da durch die Konservierung und Lagerung der Futtermittel Verluste von Karotin zwischen 50 % und 90 % auftreten (WEISS 1996), sind saisonale Unterschiede zu beobachten. Zur Weidezeit steht den Tieren β-karotinreiches Futter zur Verfügung, welches im Sommer zu hohen β-Karotinkonzentrationen im Blut führt. Im Winter wird konserviertes Futter gegeben, welches niedrigere Serumkonzentrationen bedingt (BRAUN 1944; SUTTON u. SOLDNER 1945; CHANDA 1953; SCHWEIGERT 1986;
JUKOLA 1994). Bestätigt wurde diese Aussage durch die Untersuchungen von INABA et al.
(1986). Die saisonalen Unterschiede bei Tieren, die kein frisches Grünfutter, sondern ganzjährig dasselbe Futter erhielten, verschwanden.
Die β-Karotinkonzentrationen im Blut sind auch bei den Rassen unterschiedlich (DEUEL et al. 1942; BRAUN 1944; SUTTON u. SOLDNER 1945; NEWSTEAD 1975). DEUEL et al.
(1942) konstatierten bei Guernseys und NEWSTEAD (1975) bei Jerseys höhere Serum- konzentrationen als bei Holsteins. JUKOLA (1994) konnte hingegen keine Rasseunterschiede feststellen.
Die Anzahl der Laktationen, also indirekt des Alters, beeinflusst ebenfalls die β-Karotin- konzentration. BRAUN (1944) wies bei Tieren, die älter als 1 ½ Jahre waren, die Tendenz zu höheren Karotingehalten im Serum nach. FERRANDO und FOURLON (1979) fanden wesentlich niedrigere β-Karotingehalte bei Kühen in der ersten Laktation als bei Kühen in späteren Laktationen. Ab der zweiten Laktation waren keine Unterschiede mehr feststellbar.
KUME et al. (1995) konstatierten bei Erstkalbinnen höhere Plasmakonzentrationen zum Geburtszeitpunkt als bei mehrkalbigen Kühen. Dagegen fanden JUKOLA (1994) und STAMPFER und ZUCKER (1983) keine Altersunterschiede.
Individuelle Unterschiede bei den β-Karotinkonzentrationen im Serum spielen des weiteren eine wesentliche Rolle (BRAUN 1944; NEWSTEAD 1975; FERRANDO u. FOURLON 1979).
Auch das Laktationsstadium übt einen sehr großen Einfluss auf die β-Karotinkonzentrationen im Serum aus. Die Karotingehalte im Blut sinken drei Wochen vor und eine Woche nach der Abkalbung ab, und steigen danach wieder an (SUTTON et al. 1945; BURGSTALLER et al.
1980; SCHWEIGERT 1986; DIETHELM 1989). Die peripartal abfallenden Konzentrationen erreichen zum Zeitpunkt der Geburt beim Vitamin A oder 4-6 Tage post partum (p.p.) beim β-Karotin ihr Minimum (JOHNSTON u. CHEW 1984). Zwei Wochen vor der Abkalbung und im ersten Laktationsmonat hatten ca. 10 % der Tiere Konzentrationen von unter 3000 µg/l. In der restlichen Zeit waren nur bei ca. 0,4 % der Tiere so niedrige Konzentrationen vorhanden (JUKOLA 1994). Fettstoffwechselentgleisungen im peripartalen Zeitraum könnten den Transport von β-Karotin in dem Maße stören, dass es zu einem stärkeren Abfall der Konzentrationen im nahen Geburtszeitraum kam, und diese auch nach der Geburt länger auf einem niedrigen Niveau blieben (HARASZTI et al. 1984). GOFF et al. (2002) untersuchten unabhängig von der Laktogenese den Einfluss der Abkalbung auf den Stoffwechsel bei mastektomierten Kühen. Bei den Kühen, bei denen keine Mastektomie durchgeführt worden war, sanken die β-Karotinkonzentrationen in den letzten Tagen der Trächtigkeit um 65 %, die Retinolkonzentrationen um 67 % und die α-Tocopherolkonzentrationen um 43 %. Bei den mastektomierten Kühen sanken die β-Karotin- und Retinolkonzentrationen um 22 % und die α-Tocopherolkonzentrationen um 25 %. Das Absinken der Plasmakonzentrationen war bei den β-Karotin- und α-Tocopherolkonzentrationen signifikant, nicht jedoch bei den Retinolkonzentrationen. Somit wurde zwar die peripartale Abnahme der Plasma- konzentrationen verringert, aber nicht eliminiert. Als eine mögliche Erklärung gaben die Autoren an, dass aufgrund der antioxidativen Wirkung von β-Karotin und α-Tocopherol diese Substanzen durch einen erhöhten oxidativen Stress im Organismus um die Abkalbung vermehrt im oxidierten Zustand vorliegen könnten.
Dagegen veränderten sich die β-Karotin- und Vitamin-A-Konzentrationen im Plasma im Laufe eines Zyklus der Kuh nicht (INABA et al. 1986).
Wenn die β-Karotingehalte im Futter abnahmen, sank der Blutspiegel relativ schnell, woraus die Annahme geringer Speicherreserven im Körper resultierte (INABA et al. 1986). Aus diesem Grund gibt der β-Karotingehalt des Blutes keinen Aufschluss über das Ausmaß einer vorausgegangenen β-Karotinversorgung über das Futter (LUNGERSHAUSEN 1958).
2.4.1.2 Serumkonzentrationen von β-Karotin
Im folgenden Abschnitt werden einige wenige β-Karotinkonzentrationen aus der Literatur zu differierenden Zeitpunkten wiedergegeben, um einen groben Überblick über die veröffentlichten β-Karotinkonzentrationen zu bekommen.
BRAUN (1976) ermittelte β-Karotingehalte von 3450–7910 µg/l. Die Kühe bei der Untersuchung von DIETHELM (1989) hatten Konzentrationen von durchschnittlich 1500 bis 2940 µg/l β-Karotin. PETHES et al. (1987) gaben mittlere Karotinkonzentrationen im Serum von 1688 µg/l an. Bei der Fütterung von Silage lag bei JUKULA (1994) der Mittelwert bei 12.900 µg/l. SCHWEIGERT et al. (1987) konstatierten bei laktierende Kühen der Rasse Holstein-Friesian Konzentrationen von 1970 µg/l.
Die saisonalen Unterschiede wurden bei CETINKAYA und ÖZCAN (1991) mit Karotingehalten von 5750-6000 µg/l im Sommer und 4300-4700 µg/l im Winter verdeutlicht.
Auch ÖZPINAR et al. (1984) stellten mit Konzentrationen von 6128 µg/l β-Karotin während der Sommerfütterung eine ausreichende Versorgung mit β-Karotin fest. GÜL et al. (1988) ermittelten bei infertilen Kühen zur Weidezeit Plasmakarotingehalte von 4648 µg/l und in der Stallhaltungsperiode von 985 µg/l.
DAHLQUIST und CHEW (1985) stellten drei Wochen ante partum Karotingehalte von 2510 µg/l fest. Die Serumkonzentrationen von β-Karotin 2-5 Wochen a.p. lagen bei 3710 µg/l und 2-4 Wochen post partum bei 2780 µg/l (BOUDA et al. 1979). Bei den Untersuchungen von BURGSTALLER et al. (1980) sanken die Konzentrationen um den Kalbetermin auf 1200 µg/l, um sich nach einigen Wochen bei Weidegang ohne β-Karotinsupplementierung auf
4900 µg/l zu steigern. Bei der Studie von BINDAS et al. (1984) wiesen die Tiere, die β-Karotin zugefüttert bekamen, Serumkonzentrationen von 2450 µg/l auf, die Tiere der Kontrollgruppe Konzentrationen von 1500 µg/l β-Karotin. LEIDL et al. (1987) ermittelten bei Tieren mit Zufütterung von β-Karotin Blutspiegel von durchschnittlich 2413 µg/l, ohne Karotinzulage einen Durchschnittswert von 1567 µg/l. HASSELMANN et al. (1999) verglichen Kühe, die zusätzlich zu 300 mg mit dem Futter vorgelegtem β-Karotin 500 mg Karotin pro Tier erhielten, mit Tieren, die über das Futter nur 300 mg Karotin aufnahmen. Die hoch supplementierten Tiere zeigten mit Konzentrationen von 5637 µg/l höhere Blutserum- gehalte als die normal supplementierten Tiere mit 2878 µg/l.
Bei Saugkälbern lagen bei den Untersuchungen von SCHWEIGERT et al. (1987) die β-Karotinkonzentrationen im Serum bei 2690 µg/l. Die Serumgehalte der Kälber stiegen nach der Geburt an. Am sechsten Tag nach der Geburt hatten weibliche Kälber höhere Karotinkonzentrationen im Serum als männlich Kälber (KUME u. TANABE 1993).
2.4.1.3. Normalwerte für β-Karotinkonzentrationen im Serum
In der Tabelle 1 sind einige Referenzwerte für β-Karotinkonzentrationen im Serum angeführt.
Bei fast allen Autoren waren Angaben über die Konzentrationen im Serum vorhanden, bei denen die Autoren keine Mangelerscheinungen erwarteten und deshalb diese Konzentrationen als erstrebenswert erachteten. Bei anderen Literaturangaben wurden zusätzlich Konzentrationen angegeben, die nicht unterschritten werden sollten, um negative Auswirkungen auf die Fruchtbarkeit oder aber auch auf die Gesundheit der Kühe auszuschließen.
Tabelle 1: Referenzwerte für β-Karotinkonzentrationen im Serum Normalwerte
µg/l
Defizit µg/l FRIESECKE (1978)
ARBEITER et al. (1983) LEIDL (1987)
≥ 3000 < 1000
MARSCHANG (1983) ≥ 10000 < 5000 DIETHELM (1989)
HANCK et al. (1991)
≥ 3500 2000-5000
< 2000 100-300 JUKOLA (1994) > 4000
SMITH (1996) 1500-3970 <700
MEYER et al. (1999) < 600
LOTTHAMMER (1999) 3 Wochen a. p.-3 Wochen p. p.
≥ 2000
≥1000
STÖBER (2002) 2000-15000 <600
}
Die Referenzwerte in der Literatur schwanken ausgesprochen stark. Es muss allerdings bedacht werden, dass unterschiedliche Methoden zur Messung der β-Karotinkonzentrationen im Serum angewandt wurden. MARSCHANG (1983) hatte anhand der Färbung des Serums im Vergleich mit einer Skala der Firma Hoffman La Roche AG auf die Serumkonzentrationen geschlossen. Auch SOMMER (1985), LOTTHAMMER (1985) und LOTTHAMMER (1999) empfahlen die Farbe des Serums zur Beurteilung des Karotinstatus heranzuziehen. Hierdurch werden zwar nur grobe, aber für die Feststellung eines Mangels ausreichende Informationen erhalten (LOTTHAMMER 1985). LEIDL et al. (1986) hatten in ihren Untersuchungen die anhand der Farbskala der Firma Hoffmann-LaRoche subjektiv ermittelten β-Karotin- konzentrationen mit den objektiv mittels photometrischer Verfahren bestimmten β-Karotin- konzentrationen verglichen. Die β-Karotingehalte wurden oftmals zu hoch eingestuft. Bei hohen β-Karotinkonzentrationen (von über 4000 µg/l) ist dies für die Praxis unbedeutend, da die Gehalte trotzdem ausreichend sind. Bei niedrigen Plasmaspiegeln (bis 2000 µg/l) kann dies zu Fehleinschätzungen führen. In den früheren Arbeiten wurden die β-Karotin- konzentrationen meist durch spektralphotometrische Messungen ermittelt. Hierbei wurde bei einer definierten Wellenlänge die Lichtabsorption der Probe gemessen. Später wurde dann die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie angewandt (zum Beispiel: SHAPIRO et al. 1984;
INABA et al. 1986).
2.4.2 β-Karotinkonzentrationen in der Milch
2.4.2.1 Faktoren der β-Karotinkonzentrationen in der Milch
Die β-Karotingehalte in der Milch sind proportional zu den β-Karotingehalten im Blut (DEUEL et al. 1942; STAMPFER 1982). Bei steigenden β-Karotinkonzentrationen im Blut nehmen die β-Karotinkonzentrationen in der Milch zunächst fast linear zu. Ab einem Blutwert von mehr als 6000 µg/l wird in der Milch ein Plateauwert von 400 µg/l erreicht, der auch bei weiter steigenden Blutkonzentrationen nicht wesentlich überschritten wird (ZUCKER et al.
1980). Rasseunterschiede führten bei gleichen β-Karotingehalten im Blut zu geringerer Ausscheidung von Karotin über die Milch bei Holsteins als bei Guernseys und beim Fleckvieh (DEUEL et al. 1942; STAMPFER 1982). Tiere mit einer höheren Laktationszahl hatten bei gleichem Blutspiegel eine vermehrte Karotinausscheidung über die Milch (STAMPFER 1982; STAMPFER u. ZUCKER 1983). Bei den Untersuchungen von
CHANDA (1953) beeinflusste dagegen die Anzahl der Laktationen den β-Karotingehalt bezogen auf das Milchfett nicht. KUME und TANABE (1993) konnten keine Unterschiede zwischen den β-Karotingehalten im Kolostrum von Erstkalbinnen und denen älterer Kühe beschreiben. Allerdings waren bei den Versuchen von KUME et al. (1995) die β-Karotin- konzentrationen im Kolostrum von Erstkalbinnen höher als bei älteren Kühen. PARRISH et al. (1949) stellten bei 2/3 der Erstkalbinnen die leichte Tendenz zu höheren β-Karotin- konzentrationen im Kolostrum als bei mehrkalbigen Kühen fest. Dieser Unterschied war jedoch zu gering, um hieraus eine endgültige Aussage zu formulieren.
Die β-Karotinkonzentrationen pro Gramm Milchfett von einigen Kühen zeigten bis zu 50 % Abweichung an einem Tag von den Mittelwerten aller Kühe an diesem Tag (NEWSTEAD 1975). Auch PARRISH et al. (1949) und KUME und TOHARMAT (2001) sahen individuelle Unterschiede als wichtigen Einflussfaktor auf die Karotinausscheidung über die Milch.
Die Konzentrationen von Vitamin A und β-Karotin im Kolostrum übersteigen die der Milch (SUTTON et al. 1947; PARRISH et al. 1949; JOHNSTON u. CHEW 1984). Es wurden für den ersten Tag der Laktation, bzw. die ersten 48 Stunden hohe Karotinkonzentrationen angegeben, die während der ersten Melkzeiten rasch abnahmen, aber immer noch beträchtliche Konzentrationen erreichten, und sich von der 4. bis zur 40. Laktationswoche in der Milch nicht veränderten (CHANDA 1953; NEWSTEAD 1975; PETHES et al. 1987;
ZANKER et al. 2000). STAMPFER (1982) und SCHWEIGERT (1986) erklärten den sinkenden β-Karotin-Blutspiegel um den Geburtszeitpunkt durch den erhöhten β-Karotin- gehalt im Kolostrum. Auch KONERMANN und ABOU EL FADLE (1966) sahen in dem hohen β-Karotingehalt im Kolostrum eine Erklärung für den starken Abfall der Serumkarotinkonzentrationen im Muttertier ante partum, da mit später absinkendem Gehalt im Kolostrum auch der Abfall der Blutspiegel geringer wurde. GOFF et al. (2002) sahen die Aufnahme von β-Karotin und α-Tocopherol ins Eutergewebe nicht als einzigen Faktor an, der die Plasmakonzentrationen beeinflusst, da bei mastektomierten Kühen die β-Karotin- und α-Tocopherol-Konzentrationen zwar absanken, allerdings nicht so stark wie bei intakten Kühen.
Mit steigender Milchleistung wird prozentual weniger β-Karotin über die Milch abgegeben und bei steigendem Fettgehalt steigt die β-Karotinsekretion (STAMPFER 1982; STAMPFER u. ZUCKER 1983).
2.4.2.2. Konzentrationen von β-Karotin in der Milch
Auch zu den β-Karotingehalten in der Milch sollen einige Konzentrationen aus der Literatur angeführt werden.
NEWSTEAD (1975) gab am ersten Tag der Laktation β-Karotinkonzentrationen von 50-300 µg/g Milchfett an, die sich am 8.-10. Tag auf Konzentrationen von 9-21 µg/g Milchfett erniedrigten und bis zur dritten Woche konstant blieben. Bei den Untersuchungen von BOUDA et al. (1980) wurden β-Karotinkonzentrationen von 1248 µg/l im Kolostrum festgestellt. Zum Zeitpunkt der Abkalbung lagen bei der Studie von KUME und TOHARMAT (2001) im Kolostrum Konzentrationen von 1690 µg/l β-Karotin vor, die postpartal rasch abfielen. Die Mittelwerte im Kolostrum bei Erstkalbinnen mit 739 µg/l waren höher als bei Kühen in der 2.-5. Laktation mit 598 bis 730 µg/l (KUME u. TANABE 1993).
In der Milch konnten SCHWEIGERT et al. (1987) β-Karotingehalte von 30 µg/l ermitteln.
GLAZER et al. (1987) gaben Konzentrationen von 90 µg/l und 126 µg/l in der Milch an.
STÖBER (2002) sah einen β-Karotingehalt von 2100-8500 µg/l in der Kolostralmilch als normal an. In der Milch wurden normalerweise im Winter und Frühjahr über 300 µg/l und im Sommer und Herbst unter 3700 µg/l erreicht. Ein unzureichender β-Karotingehalt liege bei unter 200 µg/l vor.
2.5 β-Karotinbedarf
Um ausreichende Serumspiegel zu erhalten, werden in der Literatur unterschiedliche Angaben des täglichen Bedarfs über das Futter veröffentlicht. LOTTHAMMER (1985) gab den Bedarf bei Hochleistungskühen mit 300-400 mg pro Tier an. Der Erhaltungsbedarf lag bei 100 mg pro Tag, und für jedes Kilogramm Milch, welches die Kuh sezernierte, wurden weitere 10-15 mg benötigt. WEISS (1996) empfahl eine Versorgung zwischen 150-300 mg je Tier und Tag. DIETHELM (1989) sah eine Versorgung mit 400-500 mg je Kuh und Tag als ausreichend an. Diese werde mit einem Gehalt von 30-40 mg β-Karotin je kg Trocken- substanz im Grundfutter gewährleistet.
2.6 Ergänzung von β-Karotin
BURGSTALLER et al. (1980), BINDAS et al. (1984) und TJOELKER et al. (1990) zeigten, dass durch eine Zufütterung von β-Karotin die β-Karotinkonzentrationen im Plasma erhöht
wurden. BRAUN (1976) konnte durch tägliche Zufütterung von 30 mg β-Karotin/ 100 kg Körpergewicht ab dem 41. Versuchstag ebenfalls einen Anstieg der Plasmaspiegel herbeiführen. Durch die Zufütterung von 60 mg β-Karotin/ 100 kg Körpergewicht ab dem 77. Versuchstag wurde kein zusätzlicher Anstieg der Karotinkonzentrationen bei den Kühen erreicht. Auch LEIDL et al. (1986) konnten durch eine Supplementierung mit 300 mg β-Karotin pro Tier und Tag zu dem Grundfutter in zwei Winterfütterungsperioden über 100 Tage bzw. über 6 Monate signifikant höhere Plasmakonzentrationen (2022 µg/l bzw.
2753 µg/l) als bei nicht supplementierten Tieren (1379 µg/l) erreichen. Die β-Karotin- konzentrationen waren allerdings deutlich niedriger als in der Grünfutterperiode (6400 µg/l - 6600 µg/l), in der kein zusätzliches β-Karotin gefüttert wurde. IWANSKA und STRUSINSKA (1997) verglichen β-Karotinplasmagehalte von Kühen, die β-Karotin- Supplemente ab der 2. Woche vor dem Kalben bis zum 100. Laktationstag erhielten, mit Gehalten von Kühen, die kein β-Karotin bekamen. Zum Zeitpunkt der Geburt sowie kurz nach der Geburt unterschieden sich die β-Karotinkonzentrationen nicht. Drei Monate post partum waren die Gehalte bei den Tieren, die β-Karotinzulagen erhielten, höher. Die β-Karotingehalte in der Milch waren bei den Kühen, die Supplemente erhielten, auf einem
ähnlichen Niveau wie bei den Tieren, die nicht supplementiert wurden. Bei dem Versuch von ARBEITER et al. (1983) wurde ein Karotindefizit herbeigeführt, und dieser Mangel durch β-Karotingaben oral oder intramuskulär wieder ausgeglichen. Die β-Karotingehalte fielen während der karotinarmen Ernährung rasch ab, da auch bei guter β-Karotinversorgung die Körperreserven den Erhaltungsbedarf an β-Karotin nur über 3-4 Tage decken. Der Ausgleich erfolgte oral gut, die intramuskuläre Applikation führte aus ungeklärten Ursachen nicht zu einem Wiederherstellen der β-Karotinkonzentrationen im Blut.
Eine Injektion eines β-karotinhaltigen Präparates intravenös an karotinarm gefütterte Kälber hob nach 10 Minuten den Karotinspiegel im Blut von 119 µg/l auf 3070 µg/l. Innerhalb von zwei Stunden fiel der Wert auf 890 µg/l, blieb bis 24 h auf diesem Niveau und sank dann langsam weiter. 10 Tage später war der β-Karotinspiegel immerhin noch bei 320 µg/l. Die Vitamin-A-Konzentrationen wurden nicht beeinflusst. Es konnte keine vermehrte Speicherung von β-Karotin oder Vitamin A in der Leber im Vergleich zu den Gehalten, die einen Monat vor der Injektion vorlagen, festgestellt werden (CHURCH et al. 1954).
2.7 β-Karotin in Bezug auf Tiergesundheit und Leistung
MICHAL et al. (1994) beobachteten weniger Fälle von Nachgeburtsverhaltung, Metritis und Milchfieber bei Tieren, die β-Karotinsupplemente erhielten. Bei der Studie von BINDAS et al. (1984) erhöhte die Supplementierung zwar die Plasmakonzentrationen, ohne jedoch Auswirkungen auf den Hormonstatus und Fruchtbarkeitsparameter zu haben. Auch BRAUN (1976) konnte bei gut mit β-karotinversorgten Kühen durch Zufütterung von β-Karotin weder die Zyklusdauer noch den Progesteronspiegel beeinflussen. JUKOLA (1994) stellte ebenfalls keinen Zusammenhang zwischen β-Karotinkonzentrationen und der Fruchtbarkeit fest.
Genauere Ausführungen über den Einfluss von β-Karotin auf das Fruchtbarkeitsgeschehen der Kühe sind der Dissertation von GOSSEN (2003) zu entnehmen, die den Einfluss von Carofertin®, einer injizierbaren β-Karotinlösung, auf das Fruchtbarkeitsgeschehen untersucht hatte.
2.7.1 Eutergesundheit
2.7.1.1 Parameter zur Beurteilung der Eutergesundheit 2.7.1.1.1 Zellgehalt
Der somatische Zellgehalt, definiert als Anzahl Zellen pro ml Milch, wird als aussagekräftiger Parameter für die Beurteilung des Gesundheitszustandes des Euters allgemein anerkannt. In einem ungeschädigten Euterviertel sind Zellgehalte von 20 x 103 Zellen pro ml Milch mit einem Toleranzintervall von bis zu 100 x 103 Zellen pro ml vorhanden (DOGGWEILER u.
HESS 1983). Bei diesen somatischen Zellen in der Milch handelt es sich überwiegend um Makrophagen, Lymphozyten, polymorphonukleäre Granulozyten und um wenige epitheliale Zellen (LEE et al. 1980). Tritt eine Euterentzündung auf, erhöhen sich die Zellgehalte möglicherweise auf mehrere Millionen Zellen pro ml, wobei besonders die Anzahl der polymorphonukleären Leukozyten ansteigt. Exogene Stressoren können ebenfalls zu einer Erhöhung der Zellgehalte führen, allerdings nur wenn vorher relativ hohe Zellgehalte vorlagen (HAMANN u. REICHMUTH 1990). Die Differenzierung eines gesunden Euterviertels von einem erkrankten nur aufgrund des Zellgehaltes ist schwierig. Ein erkranktes Euterviertel weist im Durchschnitt einen höheren Zellgehalt auf als ein gesundes.
Allerdings hatten bei den Untersuchungen von ANDREWS et al. (1983) sowohl mikrobiell
nicht infizierte als auch infizierte Euterviertel bei Betrachtung der Verteilung der Häufigkeiten der logarithmierten Zellgehalte einen relativ großen Bereich, in dem sich die Zellgehalte überschnitten. Um für die Praxis einen Richtwert zu erhalten, empfahlen die Autoren die Grenze bei einem arithmetischen Mittelwert von 250 x 103 Zellen pro ml zu ziehen. Inzwischen liegt der Grenzwert zur Unterscheidung eines gesunden von einem erkrankten Euterviertel bei 100 x 10³ Zellen/ml Milch. Die Deutsche Veterinärmedizinische Gesellschaft (DVG 1994) schlägt, in Anlehnung an die International Dairy Federation (IDF 1971), für die Beurteilung von Viertelgemelksproben das in Tabelle 2 dargestellte Schema vor.
Tabelle 2: Beurteilung zytologisch-mikrobiologischer Befunde bei der Mastitisdiagnostik Euterpathogene Mikroorganismen
Zellgehalt
(x 10³/ml Milch) Nachgewiesen nicht nachgewiesen
< 100
≥ 100
latente Infektion Mastitis
normale Sekretion unspezifische Mastitis
2.7.1.1.2 pH-Wert und Leitfähigkeit
Es können auch die im Rahmen einer Mastitis auftretenden Veränderungen betrachtet werden.
Durch mechanische oder infektiöse Noxen werden die Zellmembranen im Milchdrüsengewebe geschädigt, wodurch sich die Permeabilität der Blut-Euterschranke verändert. Hierdurch erhöht sich der pH-Wert der Milch von physiologischen 6,5 bis 6,7 auf über 6,8.
Es kann des weiteren zu einer gestörten Laktosesynthese kommen. Zur Aufrechterhaltung der Isotonie strömen vermehrt Cl- - und Na+-Ionen und weniger K+-Ionen in die Milch, wodurch die Leitfähigkeit steigt (HUTH 1995).
2.7.1.1.3 Auftreten klinischer Mastitiden
Des weiteren gibt die Anzahl der auftretenden klinischen Mastitiden in einem Betrieb Auskunft über die Erkrankungshäufigkeiten. Nach SCHUKKEN et al. (1989) sollten weniger
als 25 % der Kühe eine klinische Mastitis im Jahr aufweisen und es sollten weniger als 30 % klinische Mastitisfälle vorliegen.
Die Verteilung der Mastitisfälle, bezogen auf die Laktation der Kühe, zeigt besonders in den ersten Monaten der Laktation eine besondere Häufung. Bei den Versuchen von ERB et al.
(1984) traten bei Einteilung der Laktation in 15- bzw. 21- Tages-Intervallen in den ersten 15 Tagen Mastitiden vier mal häufiger auf als in einem späteren 15-Tages-Intervall. Die Mastitiden wurden insgesamt überwiegend im ersten Monat diagnostiziert, konnten aber, wenn auch in abnehmender Anzahl, bis zum 5. Laktationsmonat noch immer festgestellt werden. Bei den Untersuchungen von MACMILLAN et al. (1983) traten 82 % der klinischen Mastitiden in den ersten beiden Laktationsmonaten auf. EBERHARDT und BUCKALEW (1977) zeigten eine hohe Inzidenz von Neuinfektionen in der Trockenstehperiode auf, die zu dem vermehrten Auftreten von klinischen Mastitiden im ersten Laktationsmonat führten.
NEAVE et al. (1950) ermittelten bei ihren Untersuchungen, dass Neuinfektionen fast ausschließlich in den ersten drei Wochen nach dem Trockenstellen entstehen. Im Gegensatz hierzu stellten WARD und SCHULTZ (1974) die meisten Neuinfektionen in der ersten Woche der Trockenstehzeit und beim Kalben fest. SMITH et al. (1985) erreichten durch die Behandlung aller Viertel mit einem Langzeitantibiotikum eine Prophylaxe vor intramammären Infektionen mit Streptokokken in der frühen Trockenstehperiode. Allerdings konnte die Infektion mit Streptokokken kurz vor der Abkalbung durch das Langzeitantibiotikum nicht beeinflusst werden.
2.7.1.2 Einfluss von β-Karotin auf die Eutergesundheit 2.7.1.2.1 Einfluss von β-Karotin auf den Zellgehalt
Über die Beeinflussung des Zellgehalts durch β-Karotin gibt es in der Literatur unterschiedliche Angaben. CHEW et al. (1982) stellten fest, dass Kühe mit Plasmakonzentrationen von unter 2000 µg/l β-Karotin erhöhte Zellgehalte, durch den California-Mastitis-Test angezeigt, aufwiesen. Auch bei den Untersuchungen von BLOCK u.
FARMER (1985) korrelierten die Zellgehalte in der Milch negativ mit den β-Karotin- konzentrationen im Plasma.
HASSELMANN et al. (1999) ermittelten die niedrigsten Zellgehalte bei Tieren, die hohe Karotinzulagen gefüttert bekamen. Auch CHEW und JOHNSTON (1985) konnten in ihrem
