der Tierärztlichen Hochschule Hannover und dem Institut für Tierernährung der
Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft in Braunschweig
Untersuchungen zum Einfluss von Mutterkornalkaloiden auf die Leistung und die Leberfunktion von Absatzferkeln
INAUGURAL-DISSERTATION Zur Erlangung des Grades einer
Doktorin der Veterinärmedizin (Dr. med. vet.)
durch die Tierärztliche Hochschule Hannover
Vorgelegt von Sonja Diers geb. Hübner
aus Oldenburg
Hannover 2006
Wissenschaftliche Betreuung: Univ.-Prof. Dr. med. vet. G. Breves (TiHo) Univ.-Prof. Dr. agr. G. Flachowsky (FAL) PD Dr. agr. S. Dänicke (FAL)
1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. med. vet. G. Breves 2. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. med. vet. W. Löscher
Tag der mündlichen Prüfung: 14. November 2006
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG ... 1
2 LITERATURÜBERSICHT... 4
2.1 CHEMISCHE ZUSAMMENSETZUNG VON MUTTERKORN ... 4
2.2 VORKOMMEN VON MUTTERKORN IN FUTTERMITTELN ... 7
2.3 EINFLUSS VON MUTTERKORN AUF DIE LEISTUNG... 11
2.4 EINFLUSS VON MUTTERKORN AUF DIE TIERGESUNDHEIT UND DIE LEBERFUNKTION ... 17
2.5 METHODEN ZUR MESSUNG DER LEBERGESUNDHEIT ... 22
2.5.1 Anatomische, histologische und biochemische Grundlagen... 22
2.5.2 Messung der Lebergesundheit... 24
2.6 ABLEITUNG DER AUFGABENSTELLUNG... 35
3 MATERIAL UND METHODEN ... 36
3.1 VERSUCHSDESIGN UND VERSUCHSFUTTER... 36
3.2 VERSUCHSTIERE... 40
3.3 TIERHALTUNG UND VERSUCHSDURCHFÜHRUNG... 40
3.4 LEISTUNGSPARAMETER ... 41
3.5 ATEMTESTS... 42
3.5.1 Substrat... 42
3.5.2 Durchführung ... 42
3.6 ANALYTIK ... 43
3.6.1 Mutterkornalkaloide ... 43
3.6.2 Inhaltsstoffe der Futtermischungen und der Mutterkornchargen... 44
3.6.3 Klinisch-chemische Blutparameter ... 45
3.6.4 13C-Analytik der Atemproben ... 47
3.7 MATHEMATISCHE UND STATISTISCHE METHODEN... 49
3.7.1 Berechnung der Parameter des Methacetin-Atemtests... 49
3.7.2 Statistische Auswertung ... 52
4 ERGEBNISSE ... 56
4.1 ZUSAMMENSETZUNG DER MUTTERKORNCHARGEN... 56
4.2 INHALTSSTOFFE DER FUTTERMISCHUNGEN... 58
4.3 FERKELVERSUCHE... 59
4.3.1 Versuchsverlauf... 59
4.3.2 Leistungsdaten... 60
4.3.3 Klinisch-chemische Blutparameter ... 69
4.3.4 Methacetin-Atemtest ... 73
5 DISKUSSION ... 84
5.1 VERSUCHSBEDINGUNGEN ... 84
5.2 ZUSAMMENSETZUNG DES MUTTERKORNS ... 86
5.3 ALKALOIDGEHALTE IM FUTTER... 88
5.4 LEISTUNGSPARAMETER ... 89
5.5 KLINISCH-CHEMISCHE BLUTPARAMETER ... 102
5.5.1 Referenzwerte... 102
5.5.2 Einfluss von Mutterkornexposition, Alter und Geschlecht auf ausgewählte Blutparameter ... 103
5.6 METHACETIN-ATEMTEST... 109
5.6.1 Auswahl des Tests zur Messung der Leberfunktion ... 109
5.6.2 Durchführung ... 111
5.6.3 Auswahl der Parameter ... 112
5.6.4 Schätzung der CO2-Produktion ... 117
5.6.5 Einfluss von Mutterkornexposition, Alter und Geschlecht auf Ergebnisse des Methacetin-Atemtests ... 118
6 SCHLUSSFOLGERUNGEN ... 121
7 ZUSAMMENFASSUNG ... 124
8 SUMMARY... 127
9 LITERATURVERZEICHNIS ... 129
10 ANHANG ... 150
Abkürzungsverzeichnis
ALAT Alanin-Aminotransferase
ANOVA „Analysis of Variance“ (Varianzanalyse) AP Alkalische Phosphatase
ASAT Aspartat-Aminotransferase BSP Bromsulphalein
*CO2 Kohlenstoffdioxid mit markiertem Kohlenstoffatom
12C Kohlenstoffatom mit der Masse 12 U
13C Kohlenstoffatom mit der Masse 13 U CO2 Kohlenstoffdioxid
cPDR kumulative Wiederfindung
d Tag
DELTA gemessenes Isotopenverhältnis bezogen auf das Referenzisotop von PDB DOB „delta over baseline“, Änderung des Deltawertes im Vergleich zur Nullprobe in
%
EFSA European Food Safety Authority (Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit)
FMG Futtermittelgesetz FMVO Futtermittelverordnung FTU Formazine Turbidity Unit FXU Fungale Xylanase Unit GLDH Glutamat-Dehydrogenase GGT Gamma-Glutamyltransferase ICG Indocyaningrün
IRIS Infrarot-Isotopenspektrometer IRMS isotope ratio mass spectrometry KBE Koloniebildende Einheit
LCS liquid scintillatin spectrometry
LD50 Letale Dosis, Dosis, die bei einmaliger Gabe den Tod von 50 % der Versuchstiere zur Folge hat
LDH Laktat-Dehydrogenase
LM Lebendmasse [kg]
LMZ Lebendmassezunahme [g/d]
LSD Lysersergsäurediethylamid, Halluzinogen
MC Methacetin
MDH Malat-Dehydrogenase
MK Mutterkorn
15N Stickstoffatom mit der Masse 15 U NDIRS nondispersive isotope spectrometry OS Organische Substanz
PDB Pee Dee Belemnite Limestone (Kalksteinart), dessen 13C/12C-Verhältnis als universeller Referenzwert gilt
PDR prozentuale Wiederfindungsrate
PSEM „pooled standard error of means“ (mittlerer Standardfehler der Mittelwerte) RFZ Fettansatz
RPZ Proteinansatz
SDH Sorbit-Dehydrogenase
T Trockenmasse
u.a. und andere
UBT Urea breath test (Urease Atemtest) uS ursprüngliche Substanz
UZP Untersuchungszeitpunkt
VDLUFA Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungsanstalten
XA Rohasche
XF Rohfaser
XL Rohfett
XP Rohprotein
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: „Periodisches System“ der Ergotalkaloide nach Hofmann (1964)
modifiziert nach Mühle und Breuel (1977) ... 7 Tabelle 2: Vorkommen von Mutterkorn in Getreide (nach verschiedenen
Autoren)... 9 Tabelle 3: Gesamtalkaloidgehalt des Mutterkorns von Roggen und Weizen
aus dem westlichem Kanada [mg/kg] und prozentuale Anteile der Einzelalkaloide am Gesamtalkaloidgehalt [%] (YOUNG, 1981a,
b)... 10 Tabelle 4: Einfluss von Mutterkorngehalt und enthaltenen Alkaloiden auf
Leistungsparameter bei Absetzferkeln bzw. Ferkeln mit einem durchschnittlichem Anfangsgewicht unter 20 kg
(Literaturübersicht)... 15 Tabelle 5: Klinische und subklinische Symptome bei verschiedenen
Nutztierarten nach Aufnahme von Mutterkorn bzw.
Ergotalkaloiden... 18 Tabelle 6: Letale Dosis 50 (LD50 in mg/kg KM) verschiedener
Mutterkornalkaloide bei Kaninchen, Ratte und Maus nach
intravenöser bzw. oraler Applikation (GRIFFITH et al., 1978)... 21 Tabelle 7: Einteilung von Leberuntersuchungsparameter nach KRAFT et al.
(2005) ... 25 Tabelle 8: Übersicht an möglichen Atemtests (GHOOS et al., 1988;
RATING und LANGHANS, 1997)... 30 Tabelle 9: Übersicht an Substraten zur Leberfunktionsmessung (ARMUZZI
et al., 2002) ... 32 Tabelle 10: Übersicht über die durchgeführten Versuche ... 36 Tabelle 11: Zusammensetzung der Versuchsfuttermischungen für die
Versuche I bis IV [g/kg] ... 38 Tabelle 12: Kalkulierte und analysierte Inhaltsstoffe der Futtermischungen
der Versuche I bis IV... 39 Tabelle 13: Übersicht an angewendeten statistischen Gleichungen ... 53 Tabelle 14: Die Inhaltstoffe [g/kg T] und das Fettsäuremuster [g/100 g XL]
des eingesetzten Mutterkorns in den verschiedenen Chargen ... 56 Tabelle 15: Alkaloidgehalte der Mutterkornchargen in mg/kg ... 57
Tabelle 16: Tierverluste in den Versuchen I bis IV... 60 Tabelle 17: Effekt von Mutterkorn-kontaminiertem Futter auf die kumulative
mittlere Trockensubstanzaufnahme (n=5) [g T/d], die kumulative mittlere Lebendmassezunahme (n=20) [g/d] sowie den
kumulativen mittleren Futteraufwand (n=5) [kg/kg] in Versuch I... 62 Tabelle 18: Effekt von Mutterkorn-kontaminiertem Futter auf die kumulative
mittlere Trockensubstanzaufnahme (n=6) [g T/d], die kumulative mittlere Lebendmassezunahme (n=24) [g/d] sowie den
kumulativen mittleren Futteraufwand (n=6) [kg/kg] in Versuch II... 63 Tabelle 19: Effekt von Mutterkorn-kontaminiertem Futter auf die kumulative
mittlere Trockensubstanzaufnahme (n=4) [g T/d], die kumulative mittlere Lebendmassezunahme (n=16) [g/d] sowie den
kumulativen mittleren Futteraufwand (n=4) [kg/kg] in Versuch
III ... 65 Tabelle 20: Kumulative mittlere Trockensubstanzaufnahme (n=4) [g T/d],
kumulative mittlere Lebendmassezunahme (n=16) [g/d] sowie kumulativer mittlerer Futteraufwand (n=4) [kg/kg] in
Abhängigkeit von verschiedenen Mutterkornchargen und
steigendem Gesamtalkaloidgehalt in Versuch III... 66 Tabelle 21: Dosiseffekt der Charge A (Gruppen IIIb und IIIc) auf die
kumulative mittlere Trockensubstanzaufnahme (n=4) [g T/d], die kumulative mittlere Lebendmassezunahme (n=16) [g/d] sowie den kumulativen mittleren Futteraufwand (n=4) [kg/kg] am 35.
Versuchstag ... 67 Tabelle 22: Dosiseffekt der Charge D (Gruppen IIId und IIIe) auf die
kumulative mittlere Trockensubstanzaufnahme (n=4) [g T/d], die kumulative mittlere Lebendmassezunahme (n=16) [g/d] sowie den kumulativen mittleren Futteraufwand (n=4) [kg/kg] am 35.
Versuchstag ... 67 Tabelle 23: Effekt von Mutterkorn-kontaminiertem Futter auf die kumulative
mittlere Trockensubstanzaufnahme (n=4) [g T/d], die kumulative mittlere Lebendmassezunahme (n=16) [g/d] und den kumulativen mittleren Futteraufwand (n=4) [kg/kg] in Versuch IV ... 69 Tabelle 24: Mittlere leberspezifische Serumparameter (Minimal- bis
Maximalwert) im Versuch I bei kalkuliertem
Gesamtalkaloidgehalt von 16,8 mg/kg (n=12) ... 70 Tabelle 25: Mittlere leberspezifische Serumparameter (Minimal- bis
Maximalwert) im Versuch II bei kalkuliertem
Gesamtalkaloidgehalt von 16,8 mg/kg (n=16) ... 71
Tabelle 26: Mittlere leberspezifische Serumparameter (Minimal- bis Maximalwert) im Versuch III bei kalkuliertem
Gesamtalkaloidgehalt von 16,8 mg/kg (n=16) ... 72 Tabelle 27: Mittlere leberspezifische Serumparameter (Minimal- bis
Maximalwert) im Versuch IV bei kalkuliertem
Gesamtalkaloidgehalt von 8,4 mg/kg für Gruppe IVb und
21mg/kg für Gruppe IVc (n=12) ... 72 Tabelle 28: Effekte des Futters und des Geschlechts auf Parameter des
Methacetin-Atemtests in Versuch I bei kalkuliertem
Gesamtalkaloidgehalt von 16,8 mg/kg ... 75 Tabelle 29: Effekte des Futters, des Geschlechts und des
Untersuchungszeitpunktes (=UZP) auf Parameter des Methacetin- Atemtests in Versuch II (n=7) bei kalkuliertem
Gesamtalkaloidgehalt von 16,8 mg/kg ... 77 Tabelle 30: Effekte des Futters und des Geschlechts auf Parameter des
Methacetin-Atemtests in Versuch III bei kalkuliertem
Gesamtalkaloidgehalt von 16,8 mg/kg ... 80 Tabelle 31: Effekte des Futters und des Geschlechts auf Parameter des
Methacetin-Atemtests in Versuch IV bei kalkuliertem Gesamtalkaloidgehalt von 8,4 mg/kg für Gruppe IVb und
21mg/kg für Gruppe IVc ... 82 Tabelle 32: Alkaloidgehalte von Mutterkorn in orientierenden
Untersuchungen der Landwirtschaftskammer Bayern (RICHTER, 2003)... 87 Tabelle 33: Prozentuale Abweichung der im Futter analysierten
Alkaloidgehalte zu den zuvor kalkulierten Alkaloidgehalten in den verschiedenen Versuchsfuttermischungen (ohne die
jeweiligen Kontrollgruppen) ... 89 Tabelle 34: Tägliche Aufnahme an Leitalkaloiden pro Kilogramm
durchschnittlicher Lebendmasse... 93 Tabelle 35: Übersicht an Regressionsmodellen zur Beschreibung des
Einflusses verschiedener Parameter auf die Lebendmasszunahme nach dreiwöchiger Versuchszeit (enthalten sind ebenfalls Daten
aus dem Paper IV von MAINKA, 2006)... 99 Tabelle 36: Literaturübersicht zu verschiedenen, im Vergleich zur Kontrolle
signifikant veränderten Serumparametern nach oraler
Alkaloidaufnahme ... 108 Tabelle 37: Literaturübersicht über beim Schwein durchgeführte Atemtests ... 111
Tabelle 38: Übersicht an, bei Kontrollgruppen ermittelten, Werten des 13C- Methacetintests beim Menschen und verschiedenen Tierarten
(Mittelwert ± Standardabweichung)... 114 Tabelle 39: Korrelationskoeffizienten (r) der pro Versuchsgruppe gemittelten
Atemtestergebnisse und der im Futter analysierten
Alkaloidgehalte... 119
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Prozentuale Fettsäurenzusammensetzung von Mutterkorn nach
MANTLE (1969b) ... 4
Abbildung 2: Ergolinring... 5
Abbildung 3: Struktur einfacher Lysergsäureamide und Ergopeptine (BÖS, 2000)... 6
Abbildung 4: Schema einiger Detoxifizierungswege; GSH: Glutathion, MRPs: multi-resistant proteins, MDRs: multidrug resistance einzymes, MT: Methyltransferase, P-gp: P-Glycoprotein; PAPS: Adenosin- 3’Phosphat-5’-Phosphosulfat, RH: hydrophobes Ausgangsmolekül, ROH: Reaktionsprodukt nach Phase I- Reaktion, ROR’: Reaktionsreaktionsprodukt nach Phase II- Reaktion, ROSs: „reactive oxygen species“, UDPGA: Uridin- Diphopsphoglucuronsäure, (nach ANINAT et al., 2005)... 24
Abbildung 5: Prinzip der 13CO2-Atemtests (KLEIN, 1982) ... 30
Abbildung 6: 14CO2-Ausscheidungskurven von Ferkeln nach Applikation von 14C-markeirtem Aminopyrin nach achtwöchiger Fütterung von Kontrollfutter bzw. aflatoxinkontaminiertem Futter (ZIMMERMANN, 1981) ... 31
Abbildung 7: Reaktion des kohlenstoffisotopmarkiertem Methacetin zu Kohlenstoffdioxid... 33
Abbildung 8: „Delta Over Baseline“-Werte (DOB) für gesunde Probanden und für Patienten mit Leberzirrhose (=Child Stadium A bis C) (PFAFFENBACH et al., 1998)... 34
Abbildung 9: Atemmaske mit angeschlossenem Atembeutel ... 43
Abbildung 10: Zeitschema der Probenentnahme beim Methacetin-Atemtest ... 43
Abbildung 11: IRIS-Analysator (Wagner Analysen Technik GmbH) ... 48
Abbildung 12: Prozentuale Anteile der Leitalkaloide an der Summe der Gehalte an diesen Alkaloiden ... 58
Abbildung 13: Mittlere Gewichtsentwicklung der Gruppen von Versuch I (n=20) ... 61
Abbildung 14: Mittlere Gewichtsentwicklung der Gruppen von Versuch II (n=24) ... 62
Abbildung 15: Mittlere Gewichtsentwicklung der Gruppen von Versuch III (n=16) ... 64
Abbildung 16: Mittlere Gewichtsentwicklung der Gruppen von Versuch IV
(n=16) ... 68 Abbildung 17: Exemplarische Charakterisierung der abgeleiteten Parameter
DOBmax, tmax und t0,5 (DOB[%]=3,97*t0,39*e(-0,03*t)) ... 74 Abbildung 18: Mittlere prozentuale Wiederfindungsrate der drei Gruppen des
Versuchs I ... 75 Abbildung 19: Mittlere kumulative Wiederfindung der drei Gruppen des
Versuchs I ... 76 Abbildung 20: Mittlere prozentuale Wiederfindungsrate der drei Gruppen des
Versuchs II eine Woche nach Beginn des Fütterungsversuchs
(n=7) ... 78 Abbildung 21: Mittlere kumulative Wiederfindung der drei Gruppen des
Versuchs II eine Woche nach Beginn des Fütterungsversuchs
(n=7) ... 78 Abbildung 22: Mittlere prozentuale Wiederfindungsrate der drei Gruppen des
Versuchs II drei Wochen nach Beginn des Fütterungsversuchs
n=(7) ... 79 Abbildung 23: Mittlere kumulative Wiederfindung der drei Gruppen des
Versuchs II drei Wochen nach Beginn des Fütterungsversuchs
n=(7) ... 79 Abbildung 24: Mittlere prozentuale Wiederfindungsrate der drei Gruppen des
Versuchs III ... 80 Abbildung 25: Mittlere kumulative Wiederfindung der drei Gruppen des
Versuchs III ... 81 Abbildung 26: Mittlere prozentuale Wiederfindungsrate der drei Gruppen des
Versuchs VI ... 83 Abbildung 27: Mittlere kumulative Wiederfindung der drei Gruppen des
Versuchs IV ... 83 Abbildung 28: Prozentuale Abweichung der Futteraufnahme im Vergleich mit
der jeweiligen Kontrollgruppe in Abhängigkeit vom
Ricinolsäure- und Leitalkaloidgehalt... 92 Abbildung 29: Prozentuale Abweichung der Leistung zur Kontrolle nach
einwöchiger Mutterkornexposition (+ und Futteraufnahme:
y=-10,00-1,74*x; r²=0,48, RSD=;10,95; ● und
Lebendmassezunahme: y=-22,86-3,34*x; r²=0,69, RSD=;13,62)... 95 Abbildung 30: Prozentuale Abweichung der Leistung zur Kontrolle nach
dreiwöchiger Mutterkornexposition (+ und Futteraufnahme:
y=5,52-2,24*x; r²=0,60, RSD=11,09; ● und
Lebendmassezunahme: y=-10,85+2,17*x; r²=0,66, RSD=9,51)... 95
Abbildung 31: Prozentuale Abweichung der Leistung zur Kontrolle nach
fünfwöchiger Mutterkornexposition (+ und Futteraufnahme:
y=-8,32-1,40*x; r²=0,64, RSD=6,76; ● und
Lebendmassezunahme: y=-4,05-1,82*x; r²=0,66, RSD=8,45)... 96 Abbildung 32: Effekt verschiedener Gesamtalkaloidgehalte im Futter auf die
relative Lebendmassezunahme von Absetzferkeln nach dreiwöchiger Fütterung (die Beschriftungen der Datenpunkte entsprechen den Bezeichnungen der Versuchsgruppen);
y=-10,85-2.17*x; r²=0,66 RSD=9,51 ... 97 Abbildung 33: Prozentual von der Kontrolle abweichende kumulative
Lebendmassezunahmen nach dreiwöchiger Fütterung in Abhängigkeit zu den analysierten Gehalten an Leitalkaloiden bzw. Gesamtalkaloiden im Futter und in Abhängigkeit zu den Mutterkorngehalten (enthalten sind ebenfalls Daten aus dem
Paper IV von MAINKA, 2006) ... 98 Abbildung 34: Wechselwirkungen zwischen Geschlecht und Alter (Versuch IV;
n=40)... 100 Abbildung 35: Schema und mögliche Beeinflussung des Methacetin-Atemtests .... 110 Abbildung 36: cPDR30 und cPDR180 am Beispiel eines Atemtests unter
Berücksichtigung variablen Respirationsquotienten ... 117
1 Einleitung
Der Begriff Mykotoxin stammt von den griechischen Wörtern Mýkes und Toxikón, was soviel bedeutet wie Giftstoff aus dem Pilz. Mykotoxine im engeren Sinne sind Metaboliten des Sekundärstoffwechsels von Mikromyceten, die ubiquitär auf Futtermitteln vorkommen.
Unter den zahlreichen Vertretern gibt es Mykotoxine, die von mehreren Pilzarten produziert werden, als auch Pilze, die verschiedene Toxine bilden. Zu den wichtigsten Mykotoxinen, den
‚Major Classes of Mycotoxins’ gehören die Aflatoxine, die Trichothecene, die Fumonisine, Zearalenone, Ochratoxine und Ergotalkaloide und zu den wichtigsten Mykotoxin- produzierenden Pilzen sind Aspergillus, Penicillium und Fusarium zu rechnen (COUNCIL FOR AGRICULTURE SCIENCE AND TECHNOLOGY, 2003).
Ergotalkaloide werden vom Schlauchpilz Claviceps, welcher besser bekannt ist unter dem Namen Mutterkorn, gebildet. Mutterkorn (Secale cornutum) ist das schwarze, verfestigte Dauermycel von Claviceps, welches auch als Sklerotium oder im Englischen als Ergot bezeichnet wird (LORENZ, 1979). Die Verbreitung des Pilzes beinhaltet zwei Zyklen.
Nachdem die Sklerotien den Winter im Boden überdauert haben oder mit dem Saatgut auf das Feld gelangt sind, keimen sie aus und entlassen ihre Ascosporen, welche mit dem Wind oder anderen Vektoren verbreitet werden und die Narben der Gramineenblüten primär infizieren.
Der nach einigen Tagen gebildete Honigtau enthält die Konidien des Pilzes. Regenspritzer oder angelockte Insekten übertragen diese auf weitere offen stehende Blüten der Gramineen und verursachen Sekundärfunktionen. Die infizierten Blüten beinhalten ein Mycelgeflecht, welches sich mit der Zeit zu einem dunkelvioletten, selten weißen, hornförmigen Mutterkorn mit einer Länge von wenigen Millimetern bis vier Zentimetern verfestigt (MÜHLE u.
BREUEL, 1977).
Insgesamt kommt Mutterkorn auf mehr als 600 Gräser- und Getreidearten vor. Dabei ist Claviceps purpurea hinsichtlich des Vorkommens in den europäischen Breiten besonders bedeutsam. Aufgrund der Pflanzenbiologie insbesondere in Bezug auf das Blühverhalten ist Roggen am häufigsten, gefolgt von Triticale, Weizen und Gerste, befallen. In feuchten Jahren tritt der Pilz verstärkt auf, da die Expositionsphase durch die verzögerte Blühdauer verlängert ist (MIELKE und BETZ, 1995). Da auch Futtergräser wie das Deutsche Weidelgras als Wirt betroffen sind, können Sklerotien sowohl im Allein- bzw. Kraftfutter als auch im Grundfutter von einer Reihe von Nutztieren vorhanden sein (KAMPHUES u. DROCHNER, 1991).
Die durch Mutterkorn ausgelöste Krankheit ist seit Jahrhunderten im Zusammenhang mit Ergotismus bekannt. Besonders im Mittelalter war die auch als „St. Antoniusfeuer“ oder
„Kribbelkrankheit“ genannte Vergiftung mit mutterkornhaltigem Getreide für den Tod von
vielen Menschen verantwortlich. Trotz der jahrhundertlangen Kenntnis der Mutterkornproblematik gab es noch Vergiftungen beim Menschen bis ins letzte Jahrhundert (OPITZ, 1984).
Es ist bisher nicht gelungen, diesen Pilz von den Feldern vollends zu eliminieren. Eine Bekämpfung ist nur im Rahmen einer Verminderung des Befalls züchterisch und ackerbaulich möglich. Zwar kann nach der Ernte eine Selektion des Mutterkorns aus dem Erntegut vorgenommen werden, doch wird ebenfalls der Ernteertrag vermindert. Ebenso sind diese Maßnahmen trotz technischer Hilfsmittel zeit- und kostenaufwendig und garantieren nicht ein vollständiges Entfernen des Mutterkorns. Im Besonderen kann es zu einer Mutterkornkontamination von Futtermitteln kommen, wenn Mähdruschgetreide von Landwirten ohne Möglichkeit zur aufwendigen Getreidereinigung als wirtschaftseigenes Futter eingesetzt und verfüttert wird.
Im gesetzlichen Rahmen zählt Mutterkorn zu den unerwünschten Stoffen und Erzeugnissen in Futtermitteln. Grundlage hierfür bildete die Richtlinie des Europäischen Parlamentes und Rates über unerwünschte Stoffe und Erzeugnisse in der Tierernährung 2002/32/EG vom 7.
Mai 2002. Diese Richtlinie wurde mit dem Paragraphen 2b des Futtermittelgesetzes und Abschnitt 6 der Futtermittelverordnung umgesetzt. Für Mutterkorn ist hierbei die nach Anlage 5 der Futtermittelverordnung geltende Höchstmenge von 1000 Milligramm Sklerotien je Kilogramm für alle Futtermittel, die ungemahlenes Getreide enthalten, bei einer Trockenmasse von 88 % festgelegt. Für Futtermittel, die über diesem Wert liegen, besteht Verschneidungsverbot (24. Ordnung zur Änderung der Futtermittelverordnung vom 9.
Dezember 2003 auf Basis der Richtlinien 2002/32/EG und 2003/57/EG).
Reinigungsmaßnahmen dürfen jedoch vorgenommen werden. Die gegenwärtige Höchstmengenregelung ist als unzureichend zu betrachten, da neben der Tatsache, dass in bereits gemahlenen Futtermitteln die ursprüngliche Menge an Mutterkornsklerotien nicht nachweisbar ist, Schwankungen im Gesamtalkaloidgehalt und in dessen Zusammensetzung aus den einzelnen Ergotalkaloiden, welche die toxischen Bestandteile des Mutterkorns darstellen, bestehen (SCIENTIFIC PANEL ON CONTAMINANTS IN FOOD CHAIN, 2005). Somit können bei gleichem Mutterkorngehalt variierende Alkaloidmuster und unterschiedliche Gesamtalkaloidkonzentrationen, welche die Summe aus den einzelnen gemessenen Alkaloiden bezeichnet, existieren. Zur Festlegung eines Schwellenwertes für Alkaloide und Alkaloidmischungen reichen zurzeit aber die bestehenden Daten über die Empfindlichkeit von landwirtschaftlich genutzten Tieren nicht aus. Daher ist bei extremen Schwankungen im Alkaloidgehalt bzw. –muster des Mutterkorns nicht auszuschließen, dass
es unter den gegenwärtigen rechtlichen Rahmenbedingungen zu Beeinträchtigungen der Gesundheit und Leistung etwa von Schweinen kommen kann.
Bei Verfüttern von Mutterkorn an Schweine, insbesondere Mastschweine, treten häufig keine charakteristischen Vergiftungserscheinungen auf, so dass eine Verunreinigung des Futters durch Mutterkorn als Ursache von Leistungsminderungen oder Erkrankungen unbekannter Genese häufig nicht in Betracht gezogen wird. 1982 berichteten BARNIKOL et al. in mehreren Fallbeispielen von verminderten Wurfgrößen, Endometritiden und Agalaktie der Sauen sowie von an Durchfall und Unterernährung verendeten Saugferkel. Bei einem weiteren Beispiel traten ebenfalls sowohl Agalaktie der Sauen als auch Gangräne bei den säugenden Ferkeln auf (ANDERSON u. WERDIN, 1977). Neben den aufgrund der pharmakologischen Wirkung der Ergotalkaloide zurückführbaren Erscheinungen bei Sauen beeinflussen diese Inhaltsstoffe des Mutterkorns bei Ferkeln eine messbare Leistungsminderung. Die verminderte Lebendmassezunahme wird meist auf die ebenfalls verminderte Futteraufnahme zurückgeführt (FRIEND u. MACINTYRE, 1970; HARROLD, 1974; WHITTEMORE ET AL., 1976, 1977; RICHTER et al., 1989; MAINKA et al., 2003b, 2005a). Allerdings konnte auch ein Rückgang der Lebendmassezunahme bei unbeeinflusster Futteraufnahme von ORESANYA et al. (2003) festgestellt werden. Die Autoren schlussfolgerten aus dieser Beobachtung, dass die verminderten Zunahmen nicht allein auf die geringe Futteraufnahme zurückgeführt werden konnten. Vielmehr könnten die toxische Wirkungen der Ergotalkaloide auf noch unbekanntem Weg, indem etwa die Hormonregulation oder den Stoffwechsel beeinflusst wurde, zu einer Leistungsminderung geführt haben (ORESANYA et al., 2003). Verschiedene Untersuchungen bestätigten fibrotische Veränderungen der Leber nach Verfüttern von Mutterkorn oder einzelnen Mutterkornalkaloiden, so dass sich eine Einschränkung der Lebergesundheit als Ursache der Leistungseinbußen vermuten lässt (KALLELA u. VASENIUS, 1970; WHITTEMORE et al., 1977).
Ziel dieser Arbeit sollte es deshalb sein, ergänzend zu den Untersuchungen von Mainka (2006), eine Datengrundlage zu schaffen, mit der eine Beurteilung von Ergotalkaloidgehalten und –mustern in Futtermitteln von Aufzuchtferkeln möglich macht. Weiterhin soll der Einfluss von Ergotalkaloiden auf die Leber neben, wie bisher verwendet, Serumparametern auch mitttels eines aus der Humanmedizin stammenden Leberfuntionstets überprüft werden.
2 Literaturübersicht
2.1 Chemische Zusammensetzung von Mutterkorn
Das anstelle des Roggenkornes ausgebildete Mutterkorn ist durch einen hohen Fettgehalt gekennzeichnet und enthält des weiteren Chitin und Ergosterin als Zellwandbestandteile und als sekundäre Metaboliten Alkaloide und Farbstoffe (MÜHLE u. BREUEL, 1977; WOLFF, 1992; BUCHTA u. CVAK, 1999).
Der große Anteil an Fett im Mutterkorn (18-42 %) und die relativ geringen Wasseranteile schützt das Sklerotium im Winter (LORENZ, 1979). Das Fettsäuremuster wird durch den hohen Anteil von Ricinolsäure bestimmt (BHARUCHA u. GUNSTONE, 1957; LORENZ, 1979; COENEN et al., 1995). Sie liegt zumeist verestert an Triglyceriden vor. Ein solches Triglycerid wird dann wiederum als Estolid bezeichnet (WOLFF u. RICHTER, 1989). Als Nachweis von Mutterkorn in gemahlenen Produkten kann das Vorhandensein von Estoliden oder Ricinolsäure in Abwesenheit von Ricinusöl dienen, was allerdings keine Rückschlüsse auf die Toxizität zulässt (WHITTEMORE et al., 1976; WOLFF, 1992). Nach MANTLE (1969b) beträgt der Anteil an Ricinolsäure im Fett ca. 35 % und kann bis auf 60 % steigen (WAIBLINGER u. GRÖGER, 1972). Im Sphacelia-Stadium, dem Zeitpunkt der Konidienbildung, und in anderen Claviceps-Arten, wie z. B. Claviceps fusiformis oder Claviceps paspali, tritt diese Fettsäure nicht auf (WAIBLINGER u. GRÖGER, 1972). Wie in Abbildung 1 ersichtlich, kommt weiterhin eine Anzahl an ungesättigten Fettsäuren vor:
Ölsäure zu ca. 20 %, Linolsäure zu 11-15 %, Palmitinsäure zu 23-28 % sowie Stearinsäure, Palmitoleinsäure und Myristinsäure (MANTLE, 1969b).
Ricinolsäure 35%
Ölsäure 20%
Linolsäure 13%
Palmitinsäure 25%
Stearin-, Palmitolein-, Myristinsäure u.a.
7%
Abbildung 1: Prozentuale Fettsäurenzusammensetzung von Mutterkorn nach MANTLE (1969b)
Die intensive Färbung des Mutterkorns rührt von den im Mutterkorn gebildeten Anthrachinonen her. Sie dienten früher als chemischer Nachweis von Mutterkorn. Der Anteil der Farbstoffe im Mutterkorn kann ein bis zwei Prozent betragen (LORENZ, 1979; SCHOCH u. SCHLATTER, 1985). Es werden zwei Gruppen unterschieden, die beide als Anthrachinon- Abkömmlinge gelten: die Anthrachinone, die eine orange-rote Färbung aufweisen und nicht so starke Säuren sind wie die Ergochrome, welche die hellgelben Vertreter darstellen und neben den Ergotalkaloiden zu den toxischen Bestandteilen des Mutterkorns gehören (WOLFF, 1992).
Die als die eigentlich toxischen Inhaltsstoffe geltenden Alkaloide der Sklerotien von Claviceps purpurea, welche auch Indolalkaloide, Ergoline oder Ergotalkaloide genannt werden, haben als strukturelle Gemeinsamkeit ein tetrazyklisches Grundgerüst mit Indolkern (Abbildung 2) und unterscheiden sich in ihrem toxischen Potential (LORENZ, 1979; WOLFF, 1992; BUCHTA u. CVAK, 1999).
N H
NH H
1 2
3 4
5 6 7 8 9 10 12 11 13
14 15
Abbildung 2: Ergolinring
Strukturell können natürlich vorkommende Ergotalkaloide in drei Gruppen unterteilt werden.
Die strukturell einfachste Gruppe enthält Alkaloide vom Clavintyp, die anderen beiden Gruppen enthalten Amide der Lysergsäure und Alkaloide des Peptidtyps (MÜHLE u.
BREUEL, 1977, BUCHTA u. CVAK, 1999). Die Struktur der einfachen Lysergsäureamide und der Ergopeptine sind in Abbildung 3 aufgeführt. Die im Mutterkorn von Claviceps purpurea vorkommenden Clavine Chanoclavin und Penniclavin sind nur in geringen Mengen vorhanden und dienen häufig zur Synthese von weiteren Ergotalkaloiden (WOLFF, 1992;
BUCHTA u. CVAK, 1999).
Abbildung 3: Struktur einfacher Lysergsäureamide und Ergopeptine (BÖS, 2000)
Aufgrund der Stereoisomerie der Lysergsäure an den Kohlenstoffatomen der Position 5 und 8 werden zum einen die in der Natur vorkommende rechtsdrehende D-Lysergsäure und die linksdrehende L-Lysergsäure unterschieden. Zum anderen bestehen durch die Isomerie am Kohlenstoffatom 8 noch die Isoformen der beiden Abkömmlinge: D-Isolysergsäure und L- Isolysergsäure. Die Umwandlung in die D-Iso- bzw. L-Isoform ist reversibel. Die Amide und die komplexeren Peptide der Lysergsäure erhalten die Endung –in, wenn Lysergsäure vorliegt und –inin, wenn das Grundgerüst aus Isolysergsäure besteht. Die Lysergsäurederivate können durch die Bindung von verschiedenen Amiden an die Carboxylgruppe der Lysergsäure differenziert werden (Abbildung 3) und das Lösungsverhalten der Produkte beeinflussen. Ist diese Position durch die Amminogruppe oder Amminoalkohole besetzt, so sind diese Derivate, zu denen Ergometrin zählt, wasserlöslich. Die wasserunlöslichen Derivate sind durch zyklische Tripeptide gekennzeichnet, deren Zusammensetzung eine weitere Unterteilung der Ergopeptine in Form eines „Periodischen Systems“, wie in Tabelle 1, ermöglicht (MÜHLE u. BREUEL, 1977). Eine weitere Gruppe von Peptiden der Lysergsäure, die Ergopeptame oder auch Laktam-Alkaloide, wie z.B. Ergocristam, Ergocornam und α- Ergokryptam, liegen nur in geringen Mengen vor (FLIEGER et al., 1997).
Verschiedene Stämme von Claviceps purpurea, die in unterschiedlichen Habitaten vorkommen, unterscheiden sich in ihrer Alkaloidzusammensetzung. So fanden PAZOUTOVA et al. (2002) heraus, dass Claviceps purpurea-Populationen in Feuchtgebieten überwiegend Ergosin und Ergocristin und auf Salzwiesen hauptsächlich Ergocryptin und Ergocristin produzieren.
5 8
Tabelle 1: „Periodisches System“ der Ergotalkaloide nach HOFMANN (1964) modifiziert durch MÜHLE und BREUEL (1977)
Komponenten des Peptidteils Einzelalkaloid Summenformel Alkaloidgruppe Phenylalanin Ergotamin C33H35N5O5
Leucin Ergosin C30H37N5O5
α-Hydroxy- alanin
Valin Ergovalin C29H35N5O5
Ergotamingruppe Phenylalanin Ergocristin C35H39N5O5
Leucin Ergokryptin C32H41N5O5
α-Hydroxy- valin
Valin Ergocornin C31H39N5O5
Ergotoxingruppe Phenylalanin Ergostin C34H37N5O5
Leucin Ergoptin C31H39N5O5
Prolin
α-Hydroxy-α- amino-
buttersäure Valin Ergonin C30H37N5O5
Ergoxingruppe
2.2 Vorkommen von Mutterkorn in Futtermitteln
Das angelieferte Getreide wird in den Mühlen zur Gewährleistung der gesetzlichen Vorgaben, der Qualitätssicherung und zur handelsrechtlichen Beurteilung untersucht1. In aller Regel wird dabei der Gehalt an Mutterkorn allein oder im Schwarzbesatz enthalten dokumentiert. Für Brotgetreide existieren dazu, durch die International Association for Cereal Science and Technology ausgegebene, standardisierte Vorgehensweisen zur Bestimmung des Besatzes bei Roggen (ICC-Standard Nr. 103/1) und für Weizen (ICC-Standard Nr. 102/1), welcher das Mutterkorn in seiner Definition einschließt. Diese gelten allerdings nicht für die Beurteilung von Saat- und Futtergetreide. Für die Mutterkorn-Kontamination von Getreide, welches zur Futtermittelherstellung dienen soll, gilt in Europa der gesetzliche Höchstwert von 1 g Mutterkorn /kg ungemahlenes Getreide. Entspricht Getreide nicht diesen Vorgaben, darf es nach weiterer Reinigung bis Erreichen dieses Grenzwertes eingesetzt werden, jedoch darf es nicht durch Einmischen verdünnt werden (24. Änderung der FMVO basierend auf der Richtlinien 2002/32/EG und 2003/57/EG). In Deutschland wird das Vorkommen von Mutterkorn in Getreide aufgrund der höheren Anfälligkeit insbesondere bei Roggen überwacht. Zugängliche Daten reichen aber nicht aus, um eine Risikoabschätzung für andere Getreidearten vorzunehmen. Zudem beschränken sich Untersuchungen meist auf einzelne Regionen und sind in der Untersuchungsweise, wie z. B. Umfang der Untersuchung oder Information über untersuchte Alkaloide nicht immer eindeutig. Trotzdem soll an dieser Stelle eine Übersicht der Befallshäufigkeit versucht werden.
1 Laut persönlicher Mitteilung von Herrn Jörn Plötzky, AGRAVIS-Hannover, am 14.06.2006
Im Jahr 1993 wurde ein sehr starkes Auftreten von Mutterkorn in Thüringen registriert (PAPE, 1997). Als mögliche Ursache sieht der Autor den Rückgang von dem Mutterkornbefall vorbeugenden Maßnahmen. So wurden beispielsweise in die Vermehrung teilsterile Elternlinien eingebracht. Durch deren geringere Pollenproduktion wird der Befall mit Mutterkorn gefördert, da die Claviceps-Sporen bereits die Blüte vor der Befruchtung infizieren. Außerdem wurde die Intensität der die Aussporung verhindernden Bodenbearbeitung verringert und Feldraine, die als Mutterkornreservoir dienen, weniger gepflegt. Auch AMELUNG (1995) berichtete über das ungewöhnlich starke Auftreten von Mutterkorn vor allem in Hybridroggen in Mecklenburg-Vorpommern im Jahr 1994. Er macht die kühle, feuchte Witterung zur Zeit der Roggenblüte dafür verantwortlich. Diese führt zu einer verlängerten Blütezeit des Getreides. Somit war die Expositionszeit der Getreideblüte gegenüber einer Infektion mit Clavicepskonidien verlängert. Zusätzlich wurde die Bildung von Nachschossern, welche ebenfalls wiederum durch das geringe Angebot an Pollen für Sporen besonders empfänglich waren, gefördert (AMELUNG, 1999).
In den vergangenen sechs Jahren schwankte der Mutterkornanteil im Bundesdurchschnitt wenig und blieb im Mittel bei 0,1 Gewichtsprozent (LINDHAUER u. MÜNZING, 2000;
MÜNZING, 2004a, b; MÜNZING, 2005). Allerdings ist die Schwankungsbreite beachtlich (Tabelle 2).
Roggen, der aufgrund seiner Biologie (relative lange Blühdauer, fremdbefruchtend) besonders anfällig gegenüber Mutterkorn-Infektionen ist, wird bisher nur in geringem Maße zur Futtermittelherstellung genutzt. Zurzeit wird jedoch über den vermehrten Einsatz von Roggen (als günstiges Überschussprodukt) in der Schweinemast als auch in der Ferkelaufzucht diskutiert. Eine Übersicht hierzu von verschiedenen Landeseinrichtungen durchgeführten Versuchen bietet das ROGGENFORUM e.V. (2005). Zudem sollte beachtet werden, dass Mutterkorn über 600 Wirtspflanzen befällt, unter denen sich auch andere Getreidearten (nach ihrer Befallshäufigkeit geordnet) wie Triticale, Gerste, Weizen und Hafer aber auch Nutz- und Ungräser befinden (MIELKE u. BETZ, 1995). Diese Rangfolge spiegelt sich auch in Untersuchungen verschiedener Autoren wider, in denen die Kontamination mit Sklerotien in Roggen- und Triticale -Proben häufiger und höher ausfiel als in anderen Getreidearten (RICHTER et al., 1989; KAMPHUES u. DROCHNER, 1991; WOLFF 1992; COENEN et al., 1995).
Tabelle 2: Vorkommen von Mutterkorn in Getreide (nach verschiedenen Autoren) Ernte
-Jahr Autor Region Getreide Untersuchte
Proben (n)
Anteil positiver
Proben [%]
Mutterkorn -besatz
[%]
Weizen 141 55 0,367
Roggen 64 73 0,212
Gerste 157 24 0,449
Triticale 24 75 0,166
1986 RICHTER et al.,
1988 Bayern
Hafer 38 29 0,004
1987 RICHTER et al.,
1988 Bayern
Weizen, Gerste, Hafer, Triticale, Roggen
424 45 k. A.
Weizen, Gerste, Hafer, Triticale, Roggen davon in:
185 17 k. A.
Weizen 52 k. A. 0,03
Gerste 58 k. A. 0,01
Hafer 24 k. A. -
Triticale 19 k. A. 0.09
1988 WOLFF und
RICHTER, 1989 Bayern
Roggen 32 k. A. 0,15
Roggen und
Triticale 70 k. A.
Weizen 55 k. A.
Hafer 29 k. A.
1989 WOLFF, 1989 Bayern
Gerste
196 insgesamt
24 k. A.
1998 Deutschland Roggen k. A. k. A. 0,21
1999 Deutschland Roggen k. A. k. A. 0,11
2000
LINDHAUER und MÜNZING, 2000
Deutschland Roggen k. A. k. A. 0,18
Deutschland
davon in: k. A. k. A. 0,17
Bayern k. A. k. A. 0,53
Thüringen k. A. k. A. 0,44
Sachsen- Anhalt
k. A. k. A.
0,4 2003 MÜNZING et al.,
2004
Hessen
Roggen
k. A. k. A. 0,2
2004 MÜNZING, 2005 Deutschland Roggen k. A. k. A. 0,10 k.A. = keine Angaben
Auch Unterschiede in den Alkaloidmustern zwischen den Getreidearten werden diskutiert.
Tabelle 3 gibt Aufschluss über das Alkaloidmuster von Sklerotien, welche in einer kanadischen Studie aus Roggen und aus Weizen gewonnen wurden. Ebenfalls wurden Alkaloidkonzentration und –muster innerhalb des Feldes und zwischen verschiedenen Regionen untersucht. Die Alkaloidmuster der Sklerotien der verschiedenen untersuchten Regionen schwankten im Gegensatz zu den Gesamtalkaloidgehalten in diesen
Untersuchungen kaum. Die größten Schwankungen des Gesamtalkaloidgehaltes traten innerhalb eines Feldes auf (YOUNG, 1981a, b; YOUNG u. CHEN, 1982).
Tabelle 3: Gesamtalkaloidgehalt des Mutterkorns von Roggen und Weizen aus dem westlichem Kanada [mg/kg] und prozentuale Anteile der Einzelalkaloide am Gesamtalkaloidgehalt [%] (YOUNG, 1981a, b)
Roggen Weizen
Gesamtalkaloidgehalt [mg/kg] 2800 1640
Ergometrin + -inin 10,8 2,3
Ergotamin + -inin 18,8 14,7
Ergocornin + -inin 9,7 8,5
Ergocryptin + -inin 10,0 12,9
Ergocristin + -inin 42,3 57,0
Ergosin + -inin 6,7 3,4
Um den Gehalt an Sklerotien im Erntegut zu vermindern, kommen verschiedene Methoden zum Einsatz. Beim Sieben wird das zumeist größere Mutterkorn von den Getreidekörnern getrennt. Bruchstücke von Mutterkornsklerotien und Mutterkörner von infizierten Ungräsern werden hier jedoch nur schlecht erfasst. Durch die Saatgutaufreinigung werden zunehmend Sklerotien selektiert, die eine den Getreidekörnern ähnliche Größe aufweisen (WOLFF et al., 1988). Bei einer weiteren Möglichkeit der Reinigung wird die von Getreide unterschiedliche Dichte ausgenutzt. Auch eine Selektierung nach Farbe ist begrenzt möglich. Doch auch bei bester Reinigung kann das Vorhandensein von Alkaloiden nicht ausgeschlossen werden, da sich der Abrieb, der sich beim Transportieren und Reinigen des Ernteguts bildet, nicht durch die standardmäßige Reinigung entfernen lässt (WOLFF u. RICHTER, 1989).
Um den Alkaloidgehalt in verarbeitetem Getreide zu minimieren, wurden sowohl chemische und physikalische Maßnahmen zur Dekontamination als auch die Auswirkungen der weiteren Behandlung von Lebensmitteln und Futtermitteln geprüft. Chemische Verfahren wie Begasung mit Chlorgas und Einsatz von Adsorbentien führten zu unterschiedlichen Erfolgen.
Während durch eine Behandlung mit Chlorgas der Alkaloidgehalt um mehr als 90 % gesenkt wurde, war die in-vitro-Adsorption durch Bentonite (> 50 %), Aktivkohle (39 %) und Bleicherde (12 %) geringer. Die Zugabe von Natriumhydroxid führt zu einer Senkung des Alkaloidgehalts um ca. 50 %. Keine oder nur geringe Wirkung zeigten der Zusatz von Ammoniak, Ozon, Salzsäure, Schwefeldioxid, Aluminiumoxid, Quarz, Kaolinit und Glimmer in vitro (YOUNG et al., 1983; CHESTNUT et al, 1992; COENEN et al., 2000; HÜBNER et al., 1999). Bei den physikalischen Verfahren wurde insbesondere durch eine Wärmebehandlung mit hohen Temperaturen (200°C) eine Reduktion des Alkaloidgehaltes
und der Leistungsminderung von Broilern festgestellt (YOUNG et al., 1983; ROTTER et al., 1985). Bei niedrigeren Temperaturen und UV-Bestrahlung waren die Abnahmen der Gehalte an Alkaloiden geringer (YOUNG et al., 1983; LANDES et al., 1997; MAINKA et al., 2005c).
MAINKA et al. (2005c) stellten zudem eine veränderte Zusammensetzung des Alkaloidmusters fest, die durch eine Abnahme der in-Isomeren und vermehrtes Auftreten der weniger toxischen -inin-Isomere gekennzeichnet war. Zur umfassenden Beurteilung der Wirksamkeit der verschiedenen Verfahren, insbesondere der Adsorbentien in vivo, ist die Datengrundlage jedoch noch nicht ausreichend (MAINKA et al., 2005c).
In bearbeiteten Futtermitteln ist Mutterkorn je nach Verarbeitung nur noch mikroskopisch oder analytisch feststellbar. Dabei wurde in der Vergangenheit versucht, Indikatoren für eine Mutterkornkontamination zu definieren, die auch einen quantitativen Rückschluss auf den ursprünglichen Mutterkorngehalt zulassen. WOLFF (1992) berichtete in seinen Untersuchungen von verschiedenen Mühlenprodukten über Ergosterin und Ergometrin als entsprechende Indikatoren.
Abschließend ist anzumerken, dass besonders Landwirte, die Futter für den eigenen Betrieb erzeugen und auf die Verwendung des wirtschaftseigenen Getreides angewiesen sind, meist nicht in der Lage sind, eine kostenintensive Reinigung ihres Getreides vorzunehmen und somit Mutterkorn unkontrolliert in Futtermittel gelangen kann. Da zudem bisher kaum Möglichkeiten bestehen, Mutterkorn auf dem Feld zu bekämpfen und die Reinigungsmaßnahmen Grenzen aufweisen, ist ein ungewollter Mutterkorneintrag nicht auszuschließen.
2.3 Einfluss von Mutterkorn auf die Leistung
Da Verunreinigungen des Futters mit Mutterkorn nicht auszuschließen sind (siehe Kapitel 2.2), besteht für Tiere die Gefahr einer Mutterkornvergiftung. Akute Vergiftungen beim Schwein treten seltener auf, und es wird meist die chronische Form der Vergiftung beobachtet (RICHTER et al., 1989). Das Auftreten von nekrotischen Ohr- und Schwanzspitzen als klassisches Symptom einer Mutterkornvergiftung ist dagegen selten geworden. Da sich eine Vergiftung vermehrt in unspezifischen Erkrankungserscheinungen wie z. B.
Fruchtbarkeitsstörungen und Agalaktie oder auch allein in Leistungsminderungen (geringe Lebendmassezunahmen), welche jedoch einen bedeutenden wirtschaftlichen Verlust für den betreffenden Landwirt darstellen können, äußert, wird eine Beteiligung von Mutterkorn als Ursache häufig nicht in Betracht gezogen (BARNIKOL et al., 1982; MEYER, 1999). Auf
welche Art und Weise die Leistung von Schweinen durch die Mutterkornaufnahme beeinträchtigt ist und wie stark diese Beeinträchtigung ist, hängt von mehreren Faktoren ab.
Zunächst werden die Symptome durch tierspezifische Faktoren wie z. B. Nutzungsrichtung und Alter beeinflusst. So wurden Fälle von Sauen mit fehlender Gesäugeentwicklung, Agalaktie, Endometritis und geringen Wurfgrößen registriert, die wiederum eine hohe Sterblichkeit der Saugferkel zur Folge hatten. Die Ursache dieser die Reproduktionsleistung beeinträchtigenden Erscheinungen wurde in der die Prolaktinausschüttung hemmenden Wirkung der Ergotalkaloide vermutet (BARNIKOL et al., 1982; KAMPHUES u.
DROCHNER, 1991; MEYER, 1999). Absetzferkel und ältere Ferkel reagierten in hierzu durchgeführten Untersuchungen (Tabelle 4) auf mutterkornkontaminiertes Futter meist sowohl mit verringerter Futteraufnahme als auch mit geringerer Lebendmassezunahme (FRIEND u. MACINTYRE, 1970; WHITTEMORE et al., 1976, 1977; RICHTER et al., 1989; ORESANYA et al., 2003; MAINKA et al., 2003, 2005a).
FRIEND und MACINTYRE (1970) führten im Vorfeld von einer Reihe von Experimenten mit Läufern einen Vorversuch mit Absetzferkeln durch, in dem fünf unterschiedliche Konzentrationen an Mutterkorn im Futter, 0 bis 20 g/kg, zum Einsatz kamen. Es wurden keine spezifischen pathologischen Kennzeichen, die auf die Verfütterung von Mutterkorn zurückgeführt werden konnten, beobachtet. Die Futteraufnahmen und Lebendmassezunahmen waren besonders bei Gabe von 10 bis 20 g/kg Mutterkorn in der Ration vermindert.
In einem Steigerungsversuch mit Absetzferkeln von WHITTEMORE et al. (1976) wurden hingegen selbst bei einer Mutterkornkonzentration von 80 g/kg in der Ration nur geringe Leistungseinbußen beobachtet. Diese Beobachtung ist allerdings vorsichtig zu beurteilen, da der Versuch an nur zwei Ferkeln ohne Kontrolltiere durchgeführt wurde. Ein Jahr später waren bei Verfütterung desselben Mutterkorns an eine Gruppe Absatzferkel, die eine Ration mit einer Konzentration an Mutterkorn von 25 g/kg erhielten, sowohl die Futteraufnahme als auch die Zunahme im Vergleich zu den Kontrolltieren signifikant niedriger (WHITTEMORE et al., 1977). Die geringen Lebendmassezunahmen wurden auf die verminderte Futteraufnahme zurückgeführt, deren Ursache die Autoren in den geschmacklichen Abweichungen durch das Mutterkorn vermuteten.
In einem Versuch von DIGNEAN et al. (1986) wurde an jeweils zwei Absetzferkel Rationen mit 0, 0,225, 0,45, 0,9 und 1,8 g Mutterkorn /kg Futter verfüttert. Das Mutterkorn stammte aus dem westlichen Kanada und enthielt Ergocristin als wesentliches Alkaloid. Die Futteraufnahme und der Futteraufwand stiegen deutlich mit steigender Mutterkorn- konzentration an. Die Lebendmassezunahme sank entsprechend.
In einem von RICHTER et al. (1989) durchgeführtem Fütterungsversuch, in welchem aus Deutschland stammendes Mutterkorn verwendet wurde, erhielten Ferkel in vier verschiedenen Konzentrationen Mutterkorn (0 bis 14 g Mutterkorn /kg Futter). Bereits bei der kleinsten Dosierungsstufe von 1 g/kg Mutterkorn in der Ration wurde eine signifikant geringere Futteraufnahme und eine daraus resultierende Reduktion der Zunahmen festgestellt. In Untersuchungen von FRIEND und MACINTYRE (1970) sowie von DIGNEAN et al. (1986) und von RICHTER et al. (1989) wurde ein geringeres Verhältnis von Futteraufnahme zu Lebendmassezunahme (Futteraufwand) beobachtet. Die verminderte Futteraufnahme der Versuchsgruppen gegen Ende der Experimente wurde mit den vergleichsweise geringen Lebendmassen und dem damit auch geringeren Futteraufnahmevermögen erklärt (FRIEND u.
MACINTYRE, 1970; DIGNEAN et al., 1986; RICHTER et al., 1989). Nach WHITTEMORE et al. (1977) vermutete hingegen einen Rückgang der Futteraufnahme aufgrund der toxischen Wirkung der Alkaloide, die zuvor nach einer übergangsweisen Adaptation an das Futter vermehrt aufgenommen wurden.
Im Gegensatz zu den zuvor genannten Autoren stellten ORESANYA et al. (2003) bei einem Fütterungsversuch mit insgesamt 192 Aufzuchtferkeln eine statistisch geringere Zunahme der Versuchstiere, die Mutterkorn im Futter in Konzentrationen von 0 bis 10 g/kg erhielten, bei gleich hohem Futterverzehr in den ersten zwei Wochen fest. Deshalb wurden die negativen Eigenschaften des Mutterkorns nicht allein in den verzehrsdepressiven Eigenschaften gesehen, sondern es wurde vermutet, dass die enthaltenen Alkaloide unter anderem Einfluss auf den Metabolismus oder endokrine Regelmechanismen haben. Diese Vermutung wurde dadurch verstärkt, dass auch die Verdaulichkeit nicht vermindert war und somit nicht von lokalen Effekten, wie z.B. einer geringeren Peristaltik oder einer Vasokonstriktion der enteralen Gefäße, ausgegangen wurde (ORESANYA et al., 2003).
MAINKA et al. (2005a) stellten wiederum in ihren Versuchen, in denen Aufzuchtferkel mit 0, 0,5, 1, 2 und 4 g Mutterkorn /kg Futter versetztes Futter erhielten, in den ersten Wochen keine Beeinflussung der Leistung fest. In den Wochen 3, 4 und 5, und kumulativ über den gesamten Versuchszeitraum, war allerdings eine signifikante lineare Abnahme der Futteraufnahme bei steigendem Mutterkorngehalt zu beobachten. Die Lebendmassezunahme wies nur bei der höchstdosierten Gruppe einen signifikanten Rückgang auf. Einen Trend zu verminderter Lebendmassezunahme gab es jedoch auch bei den Gruppen, die 1 bzw. 2 g Mutterkorn/kg Futter erhielten.
Den Einfluss von unterschiedlichen Alkaloidmustern, vertreten durch zwei verschiedene Mutterkornherkünfte, auf die Leistung von Absatzferkeln untersuchte MAINKA (2006). Dazu
wurden die Mutterkornherkünfte gemäß ihres Alkaloidgehaltes in die entsprechenden Futtermischungen eingemischt. Es wurden jeweils zwei Dosierungen gewählt: 5, 6 und 11,2 mg Gesamtalkaloide (Summe von Ergometrin, Ergotamin, Ergocornin, Ergocryptin, Ergocristin, Ergosin und deren inin-Isomere) pro kg Futter (basierend auf den Gehalt in der Frischsubstanz). Auch hier wurde eine signifikante lineare Abnahme der Leistungsparameter bei steigendem Alkaloidgehalt beobachtet. Die Mutterkornherkunft bzw. das Alkaloidmuster hatte keinen Einfluss. Im Vergleich zur Mutterkornkonzentration im Futter wies die Leitalkaloidkonzentration (Summe von Ergometrin, Ergotamin, Ergocornin, Ergocryptin und Ergocristin) eine offensichtlich höhere Korrelation zu den prozentualen Abweichungen der Lebendmasseaufnahmen zur Kontrolle auf.
Versuche mit älteren Schweinen, wie Läufern und Mastschweinen, ergaben eine höhere Toleranz dieser Altersgruppe, während Saugferkel und Ferkel als besonders empfindlich gegenüber Mutterkorn gelten (BARNIKOL et al., 1982, MAINKA et al., 2005a, b). Jedoch gibt es auch Hinweise, welche Leistungseinbußen bei Mastschweinen nicht ausschließen (MEYER, 1999). Eine Übersicht über Versuche an Schweinen verschiedener Nutzungsrichtungen gibt Mainka et al. (2003a).
Tabelle 4: Einfluss von Mutterkorngehalt und enthaltenen Alkaloiden auf Leistungsparameter bei Absetzferkeln bzw. Ferkeln mit einem durchschnittlichem Anfangsgewicht unter 20 kg (Literaturübersicht)
Im Mutterkorn enthaltene Alkaloide [% des Gesamtalkaloidgehalts]
Autor
Ferkelanzahl insgesamt (mittleres Anfangs- gewicht in kg) Versuchsdauer (Tage) Gesamtalkaloidgehalt im Mutterkorn [%] Ergometrin Ergotamin Ergocryptin Ergocristin Ergocornin Ergosin Rest
Mutterkorn- gehalt [g/kg Futter]
Futteraufnahme [g/d]
(in % zur Kontrolle)
Lebendmasse- zunahme [g/d]
(in % zur Kontrolle)
0 2020 (100) 612 (100)
0,5 1592 (79) 490 (80)
1 1449 (72) 388 (63)
10 898 (44) 184 (30)
FRIEND und MACINTYRE (1970)
5
(k. A.*) 49 0,292 11 5 - 71 - - 13
20 490 (24) -41 (0)
WHITTEMORE et al. (1976)
2
(5,2) 35 0,31 - 20 30 30 20
10 bis 80 (Stei- gerungsversuch;
im Mittel 50)
556 215
0 241 (100) 146 (100)
WHITTEMORE et al. (1977)
28
(4,8) 21 0,31 - 20 30 30 20
25 149 (62) 43 (29)
0 1290 (100) 480 (100)
0,225 1460 (113) 440 (92)
0,45 1460 (113) 460 (97)
0,9 1510 (117) 370 (78)
DIGNEAN et al.
(1986)
10
(k. A.) 50 0,227 6 18 8 48 3 4 13
1,8 1480(115) 390 (82)
0 1080 (100) 516 (100)
1 880 (81) 425 (69)
7 840 (78) 365 (59)
RICHTER et al.
(1989)
24
(12,8) 41 0,24 3 13 27 - - - 57
14 740 (69) 327 (63)
Fortsetzung Tabelle 4:
Im Mutterkorn enthaltene Alkaloide [% des Gesamtalkaloidgehalts]
Autor
Ferkelanzahl insgesamt (mittleres Anfangs- gewicht in kg) Versuchsdauer (Tage) Gesamtalkaloidgehalt im Mutterkorn [%] Ergometrin Ergotamin Ergocryptin Ergocristin Ergocornin Ergosin Rest
Mutterkorn- gehalt [g/kg Futter]
Futteraufnahme [g/d]
(in % zur Kontrolle)
Lebendmasse- zunahme [g/d]
(in % zur Kontrolle)
0 768 (100) 472 (100)
0,5 727 (95) 489 (104)
1 673 (88) 459 (97)
2,5 675 (88) 401 (85)
5 674 (88) 362 (77)
ORESANYA et al. (2003)
192
(7,1) 28 0,188 - 36 7 40 6 11 0
10 694 (90) 298 (63)
0 676 (100) 413 (100)
0,5 608 (90) 399 (97)
1 636 (94) 420 (102)
2 656 (97) 443 (107)
MAINKA et al.
(2005a)
80
(8,1) 35 0,279+ 8 5 2 15 3 - 67
4 557 (82) 347 (84)
- - - 0 676 (100) 495 (100)
4 629 (93) 464 (69)
0,138+ 11 9 4 28 6 22 20
8 572 (85) 399 (59)
5,2 582 (86) 418 (62)
MAINKA (2006)
80
(9,2) 35
0,106+ 7 26 7 19 7 22 12
10,5 573 (85) 411 (61)
* k.A. keine Angaben, +auf Basis eines Trockensubstanzgehaltes von 880 g/kg
Wie aus den Ausführungen zu entnehmen ist, spielen neben tierspezifischen Faktoren die Menge an Mutterkorn im Futter und die Zusammensetzung des Mutterkorns eine Rolle. Die Ergebnisse zu Versuchen mit variierendem Mutterkornanteil sind allerdings uneinheitlich.
Während teilweise schon ab 0,5 g Mutterkorn /kg Futter, was innerhalb des futtermittelrechtlichen Rahmens von 1 g Mutterkorn /kg liegt, Leistungseinbußen festgestellt wurden, existieren ebenfalls Untersuchungen, in denen Ferkel bis zu 80 g Mutterkorn /kg Futter toleriert haben (FRIEND u. MACINTYRE, 1970; ORESANYA et al., 2003; MAINKA et al., 2003).
Wie in Kapitel 2.1 beschrieben, variiert in Mutterkorn der Gehalt an toxischen Inhaltsstoffen, insbesondere der Gesamtalkaloide und der Anteile der einzelnen Alkaloide. So konnte bei steigendem Alkaloidgehalt ein Rückgang der Lebendmassezunahme beobachtet werden (FRIEND u. MACINTYRE, 1970; WHITTEMORE et al., 1976, 1977; RICHTER et al., 1989; ORESANYA et al., 2003; MAINKA et al., 2005a). RICHTER et al. (1990) schlugen eine maximal tolerierbare Gesamtalkaloidaufnahme für Ferkel von 0,03 mg/kg Körpermasse pro Tag vor, mit dem Hinweis, dass das Alkaloidmuster ebenfalls einen Einfluss besitzt. Die Bedeutung der sich in ihrer Toxizität unterscheidenden Einzelalkaloide nimmt bei zunehmendem Gesamtalkaloidgehalt jedoch ab (ROTTER et al., 1985). Vergleichende Untersuchungen über Mutterkorn mit variierendem Alkaloidgehalt und/oder -muster liegen nur in begrenztem Maße vor.
2.4 Einfluss von Mutterkorn auf die Tiergesundheit und die Leberfunktion
Die klinische Erscheinungsform bei einer Vergiftung mit Mutterkorn wird als Ergotismus bezeichnet. Grundsätzlich werden zwei Formen von Ergotismus unterschieden. Der gangränöse Ergotismus ist von Nekrosen an Extremitäten, Schwänzen und Ohrspitzen aufgrund einer Minderdurchblutung der peripheren Gefäße gekennzeichnet. Häufig sind diese Affektionen durch Infektion mit Bakterien sekundär begleitet. Eine bekannte vasokonstriktorisch wirkende Substanz ist Ergotamin (GUIGGISBERG, 1954). Die Vasokonstriktion, insbesondere an Extremitäten und Akren, führt zu erhöhtem Blutdruck, Thrombose und im späteren Verlauf zu einer trockenen Gangrän aufgrund mangelnder Durchblutung bei vorhandenem Lymphabfluss (TFELT-HANSEN et al., 1995). Beim konvulsiven Ergotismus, für den die Wirkung der Alkaloide auf das zentrale Nervensystem verantwortlich gemacht wird, werden typischerweise von Betroffenen als ein Kribbeln, aber auch Schmerzen und Krämpfe beschrieben. Dies hat auch zur Bezeichnung
„Kribbelkrankheit“ oder „Krampfseuche“ geführt. In Tabelle 5 sind die bei Rind, Schwein, Schaf, Pferd und Geflügel beobachteten Symptome aufgelistet.
In den in Kapitel 2.3 erwähnten Fütterungsversuchen wurden toxische Einflüsse der Alkaloide nach Verfüttern von Mutterkorn auf die Leistung vermutet, da die verringerten Lebendmassezunahmen nicht allein auf die Einflüsse auf die Futteraufnahme zurückgeführt werden konnten (WHITTEMORE et al., 1977; ORESANYA et al., 2003). Zudem wurden neben verzehrsbestimmenden Einflüssen weiterer Inhaltsstoffe die pharmakologischen Wirkungen der Alkaloide auf die Sättigungsregulation und die physische Aktivität für die verminderte Futteraufnahme verantwortlich gemacht (WHITTEMORE et al., 1977; EVANS u. EIKELBOOM, 1987; OPARA et al., 1996).
Tabelle 5: Klinische und subklinische Symptome bei verschiedenen Nutztierarten nach Aufnahme von Mutterkorn bzw. Ergotalkaloiden
Rind Geringere Milchleistung , verminderte
Futteraufnahme, Hyperthermie, Akrennekrose (Tall fescue toxicosis)
BARNIKOL und THALMANN, 1986;
ROSS et al., 1989; BLANEY et al, 2000; BOTHA et al., 2004
Schwein Verminderte Leistung, Erbrechen, fehlende Entwicklung des Gesäuges während der Trächtigkeit, Agalaktie, Aborte,
Frühgeburten, Erregungszustände
FRIEND und MACINTYRE, 1970;
BAILEY et al., 1973; WHITTEMORE, 1976, 1977; BARNIKOL et al., 1982;
DIGNEAN et al. 1986; BLANEY et al, 2000 u.a.
Schaf Verminderte Futteraufnahme und
Milchleistung, Ohrspitzennekrose, Anorexie, Aborte, kardiovaskuläre Effekte,
Beeinflussung der Thermoregulation
SPRATLING, 1972; GREATOREX und MANTLE, 1974; LOKEN, 1984;
MCLEAY et al., 2002
Pferd Fehlende Euterentwicklung, Agalaktie, Nachgeburtsverhalten, Aborte, Gangrän der Gliedmaßen, Beeinträchtigung des Kreislaufs
MEYER et al., 1986; RIET-CORREA et al., 1988; COPETTI et al., 2002
Geflügel Leistungseinbußen, Akrennekrose, Minderdurchblutung, Nekrose des
Hahnenkamms (diente früher als Nachweis von Mutterkorn in Mahlgut)
GEDEK, 1980; BARNIKOL und THALMANN, 1986
Ursache der beobachteten klinischen Symptome ist die Affinität der Mutterkornalkaloide aufgrund ihrer den Neurotransmittern ähnelnden Struktur zu α-Adrenozeptoren, Dopamin- und Serotonin-Rezeptoren (STARKE, 2001). Es werden die fünf folgenden Eigenschaften der
Alkaloide beschrieben: 1.) Agonismus an peripheren Dopamin-Rezeptoren, 2.) partieller Agonismus zu α-Adrenozeptoren, 3.) Uteruskontraktionen (aufgrund der α-mimetischen Wirkung), 4.) zentralnervöse dopaminerge Wirkungen und 5.) antagonistische Wirkung gegenüber Serotonin (STARKE, 2001). Die Affinität zu zentralen Dopaminrezeptoren löst sowohl eine gesteigerte Hemmung der Prolaktinausschüttung aufgrund einer gesteigerten PIF1-Synthese des Hypothalamus aus als auch eine gesteigerte GH2-Produktion (FLÜCKIGER u. DEL POZO, 1978; STARKE, 2001). Die geringe Prolaktinausschüttung wurde bei Gabe von Ergotamin und Ergocornin und im Zusammenhang mit einer chronischen Mutterkornvergiftung beobachtet und kann zu Agalaktie und Immunsuppression führen (BARNIKOL et al., 1982; COUNCIL FOR AGRICULTURAL SCIENCE AND TECHNOLOGY, 2003). Die zahlreichen Eigenschaften der Alkaloide machte sie zu einem Ausgangsprodukt für viele in der Medizin eingesetzte Medikamente. Die wechselnden Gehalte der Einzelalkaloide im Sklerotium, selbst in der Kultur, haben die Bestrebungen in der Vergangenheit erschwert, Sklerotien direkt zur Anwendung zu bringen, da antagonistische und synergistische Effekte der Alkaloide die pharmakologische Wirkung bzw. die Toxizität von Mutterkorn nicht voraussehbar machen.
Wie hoch die Konzentration der bereits in geringen Mengen wirksamen Alkaloide im Zielgewebe ist, hängt von Absorptions-, Stoffwechsel- und Exkretionsvorgängen ab. Die orale Absorption von Ergotamin beträgt im Mittel 66 % (AELLIG und NÜESCH, 1977).
Nach Ansäuerung im Magen und Emulgierung werden die Alkaloide im Duodenum absorbiert (ECKERT et al., 1978). Die Bioverfügbarkeit ist unter anderem durch den first- pass-Effekt der Leber nicht vergleichbar hoch wie die Absorption. Der Extraktionsquotient (siehe Gleichung 1) der Leber liegt für Ergotamin dabei über 0,75 (TFELT-HANSEN et al., 1983). Nach Biotransformation, der die Umwandlung von nicht ausscheidbaren Stoffen in ausscheidbare Stoffe beinhaltet, beträgt die Bioverfügbarkeit von Ergotamin etwa 1 % (IBRAHEEM et al., 1983). Die orale Bioverfügbarkeit von Ergometrinmaleat beträgt 80 %.
Sie ist jedoch durch große interindividuelle Variationen gekennzeichnet (EMEA, 1999).
Zur Biotransformation von genuinen Ergotalkaloiden liegen nur wenige Untersuchungen vor.
MOUBARAK und ROSENKRANS (2000) haben den Metabolismus von Ergotamin untersucht. Sie zeigten dabei, dass CYP3A-Cytochrome der Leberzellen von Ergotamin ausgehend durch Hydroxylierung die Metabolite M1 und M2 und durch eine zweite Hydroxylierung M3 und M4 (die Isomere entsprechend in M1-iso und M2-iso) bilden können. Dabei war die größte Metabolisierungsrate 20 min und eine vollständige
1 PIF: Prolactin-Inhibiting-Factor
2 GH: Growth-Hormon
Metabolisierung 60 min nach Inkubation abhängig von vorhandenem NADPH bzw. vom NADPH-generierenden System (MOUBARAK u. ROSENKRANS, 2000). PEYRONNEAU et al. (1994) fanden für Ergocryptin ebenfalls eine hohe Affinität zum P450 Enzymsystem.
Die gebildeten Metaboliten können jedoch ebenso pharmakologisch aktiv sein (TFELT- HANSEN et al., 1995). Ergopeptine unterliegen zu 0,1 % der Biotransformation und werden hauptsächlich unverändert über die Galle ausgeschieden (NIMMERFALL u.
ROSENTHALER, 1976). Lysergsäurediethylamide gelangen nach Glucuronidierung in die Gallenflüssigkeit (ECKERT et al., 1978). Welche wichtige Funktion die Biotransformation durch die Leber hat, macht das Fallbeispiel einer klassischer Verlaufsform von gangränosem Ergotismus an einem Ergotamin enthaltenem Migränemedikament aufgrund vorhergegangener Leberinsuffizienz viraler Genese deutlich. Durch die eingeschränkte Leberfunktion wurde das Ergotamin nur unzureichend verstoffwechselt, so dass die toxische Dosis überschritten wurde (WHELTON et al., 1968).
Zu den toxischen Wirkungen der originären Einzelalkaloide gibt es im Gegensatz zu den pharmakologisch weiterentwickelten Derivaten nur eine begrenzte Anzahl an Untersuchungen, welche die Lebertoxizität von Ergotalkaloiden prüfen. KALLELA und VASENIUS (1970) führten beispielsweise einen Versuch mit Ratten durch, denen sie verschiedene Konzentrationen an Mutterkorn zu fressen gaben. Neben den bekannten Auswirkungen auf Futteraufnahme und Wachstum konnten keine charakteristischen klinischen Anzeichen von Ergotismus beobachtet werden. Allerdings entdeckten sie in histologischen Untersuchungen eine Fibrose des Leber- und Thymusgewebes, welche möglicherweise als Folge einer Intoxikation gedeutet wurde. Ebenfalls wurde eine gestörte Spermatogenese aufgrund einer schweren Degeneration des Hodengewebes festgestellt (KALLELA u. VASENIUS, 1970).
Die im Anschluss des Fütterungsversuches mit Mutterkorn an Absetzferkel von DIGNEAN et al. (1986) (siehe Kapitel 2.3) durchgeführten histologischen Untersuchungen ergaben mehrere pathologische Abweichungen zu den Kontrolltieren. In der Leber wurde besonders im periportalen Bereich eine Vakuolisierung und Granulation der Hepatozyten beobachtet. Es wurde vermutet, dass diese Veränderungen mit einer vermehrten Glycogen-Speicherung einherging, die durch die inhibitorischen Eigenschaften von hochkonzentrierten Alkaloiden auf α-Adrenozeptoren und damit auch auf die Beeinflussung des Glucosestoffwechsels verursacht wurde. Weiterhin wurde eine Vakuolisierung der renalen Tubuli und eine Inaktivität des lymphoiden Milzgewebes erfasst, welche auf die vasokonstriktorischen
Eigenschaften der Alkaloide und damit hypoxische Schäden bzw. verminderte Antigenpräsentation zurückgeführt wurde (DIGNEAN et al., 1986).
Eine Reihe von in vitro Studien zum Einfluss von Ergotalkaloiden auf den Zellstoffwechsel wurde von MOUBARAK et al. (1998) durchgeführt. In diesem Zusammenhang stellte er in den Mitochondrien der Leber fest, dass bei Zugabe von Ergotamin eine dosisabhängige Hemmung der Ca2+-ATPase-Aktivität um 50 % bei 15 und 20 µmol und bei Zugabe von Ergonovin bei 50 µmol besteht. Die mitochondriale Kalziumaufnahme ist notwendig für die Bildung von ATP. Ein vermehrter Kalziumeinstrom führt damit zu einem gesteigerten hepatozellulären Stoffwechsel (HANSFORD u. CASTRO, 1985). MOUBARAK et al. (1998) vermuteten, dass Ergotamin und Ergonovin die Ca2+-ATPase-Struktur verändern und so die Reaktionsgeschwindigkeit senken (nicht-kompetitive Hemmung). Diese Fähigkeit ist abhängig von der Hydrophobie des Stoffes. Da Ergotamin hydrophober ist als Ergonovin, könnte die gesteigerte Potenz von Ergotamin erklärt werden (MOUBARAK et al., 1998).
Neben den Einzelwirkungen der Alkaloide auf die Zellsysteme können sich die verschiedenen Alkaloide gegenseitig in ihrer Wirkung beeinflussen. MOUBARAK et al. (2003) fanden heraus, dass der Metabolismus von Ergotamin und dessen Isomer durch CYP3A in Anwesenheit von Dihydroergotamin und Ergonovin beeinflusst wird. Die unterschiedliche akute Toxizität der einzelnen Alkaloide spiegelt Tabelle 6 wider. Hier wird die unterschiedliche Empfindlichkeit der verschiedenen Tierarten auf einzelne Mutterkornalkaloide deutlich. Ebenso ist zum Verständnis und zur Interpretation von Untersuchungen die Art der Applikation wichtig, da hier aufgrund der unterschiedlichen Bioverfügbarkeit ebenfalls Unterschiede bestehen (NIMMERFALL u. ROSENTHALER, 1976; GRIFFITH et al., 1978; IBRAHEEM et al., 1983).
Tabelle 6: Letale Dosis 50 (LD50 in mg/kg KM) verschiedener Mutterkornalkaloide bei Kaninchen, Ratte und Maus nach intravenöser bzw. oraler Applikation (GRIFFITH et al., 1978)
Kaninchen Ratte Maus
Alkaloid
LD50 [mg/kg]
i.v. oral i.v. oral i.v. oral
Ergometrin 3,2 27,8 120 671 160 460
Ergotamin 3,0 550,0 38 1300 265 3200
Ergocornin 0,9 k.A. 95 >500 275 2000
α-Ergocryptin 1,0-0,8 k.A. 140 k.A. 275 k.A.
Ergocristin 1,9 k.A. 64-150 k.A. 110 k.A.
LSD 0,3 4,5 16,5 k.A. 41 120
i.v.=intravenös k.A.=keine Angabe
