Die Ruminalazidose ist eine Stoffwechselerkrankung bei Rindern, die sowohl bei Mast- als auch bei Milchvieh auftritt. Azidose bei Rindern ist in der Regel mit der Aufnahme großer Mengen hoch vergärbarer, kohlenhydratreicher Futtermittel verbunden, die zu einer übermäßigen Produktion und Akkumulation von Säuren im Pansen führen.
Die Ruminalazidose kann in verschiedenen Formen auftreten, die von perakuten lebensbedrohlichen Formen bis hin zu chronischen Erkrankungen reichen, die schwer zu erkennen sind (Oetzel, 2003).
Der Unterschied zwischen der akuten und der subakuten Form besteht darin, dass bei der akuten Pansenazidose der pH-Wert stärker abgesenkt wird (Oetzel et al., 1999) und die klinischen Anzeichen ausgeprägter sind (Kleen et al., 2003). Akute Pansenazidose ist in Mastbetrieben üblich, während SARA eher in Milchviehbetrieben vorkommt (Krause und Otzel, 2006). Im Gegensatz zur akuten Azidose ist die pH-Senkung bei SARA offenbar allein auf die Gesamtakkumulation flüchtiger Fettsäuren zurückzuführen und nicht auf die Akkumulation von Milchsäure (Krause und Otzel, 2006).
Die subakute Pansenazidose ist die wichtigste ernährungsbedingte Erkrankung bei Milchkühen, da sie sich negativ auf die Milchwirtschaft auswirken kann, indem sie die Trockenmasseaufnahme, die Milchproduktion und die Rentabilität verringert und die Ausscheidungsrate und die Todesfälle erhöht (McCann et al., 2016).
Die derzeitige Definition von SARA basiert auf einem Zeitraum, in dem der pH-Wert im Pansen unter einem bestimmten Schwellenwert liegt. Obwohl es keine allgemeine Einigung über den pH-Schwellenwert für SARA gibt, geben die beiden wichtigsten Definitionen 5,24 Stunden unter 5,8 (Zebeli et al., 2008) und 3 Stunden unter 5,6 (Plaizier at al. 2008) an.
Dr. Christina Gruber, Wissenschaftlerin bei dsm-firmenich, gibt einen Überblick über Pansenazidose und ein Pansensimulationsmodell, das im Labor eingesetzt wird, um wirksame Strategien zur Vermeidung von Azidose zu finden.
In der Wissenschaft basieren die gängigsten Diagnoseverfahren auf der Bestimmung des Pansen-pH-Wertes. Die am weitesten verbreiteten Methoden sind im Folgenden aufgeführt:
SARA tritt auf, wenn die Pufferung im Pansen nicht ausreicht, um der Produktion flüchtiger Fettsäuren (VFA) entgegenzuwirken. Dies kann verschiedene Gründe haben:
Bei Kühen ist das Risiko, an SARA zu erkranken, unter den folgenden Umständen höher:
Die Prävalenz von SARA nimmt zu, wenn die Kühe mehr Gesamttrockenmasse verbrauchen und wenn die Kühe Futter mit einem höheren Getreideanteil zu sich nehmen. In der intensiven Milchviehhaltung ist das Problem jedoch technisch unvermeidbar. Gruppenfütterung und starke Unterschiede zwischen den einzelnen Kühen in Bezug auf das Pansenmikrobiom sind die Hauptgründe für den Misserfolg (Abbildung 1).
Abbildung 1. Messung des Pansen-pH-Wertes 5 Tage nach dem Abkalben bei zwei Kühen (Kühe mit bester und schlechtester Azidose), die mit demselben Laktationsfutter gefüttert wurden (Penner, Beauchemin und Mutsvangwa, unveröffentlichte Daten)
| Prävalenz | Land | Referenz |
|---|---|---|
| 19% Frühlaktation 26% in der Mitte der Laktation | US (15 Betriebe) | Garrett et al. 1997 |
| 20,1% Früh- und Spitzenlaktation | US (14 Betriebe) | Oetzel et al. 1999 |
| 13,8% insgesamt | Niederlande | Kleen et al. 2009 |
| 11% weidende Kühe | Irland | O'Grady et al. 2008 |
| 33% frühe Laktation | Italien | Morgante et al. 2007 |
| 11% frühe Laktation 18% in der Mitte der Laktation | Deutschland/Niederlande | Kleen et al. 2004 |
| 20% insgesamt | Deutschland | Kleen et al. 2013 |
| 14% insgesamt | Polen | Stefanska et al. 2016 |
Tabelle 1. SARA-Prävalenz in Milchviehherden nach Angaben verschiedener Autoren.
Die SARA-Prävalenz liegt zwischen 11 % und 33 % in der Frühlaktation (Kleen et al. 2004; Morgante et al. 2007) und zwischen 18 % und 26 % in der mittleren Laktation (Kleen et al. 2004; Garret et al. 1997). Tabelle 1 fasst die von verschiedenen Autoren gemeldete Prävalenz von SARA in Milchviehherden zusammen.
Die Diagnose von SARA ist unter landwirtschaftlichen Bedingungen schwierig, da die klinischen Anzeichen in der Regel subtil und verzögert auftreten (Humer et al., 2018). Die klinischen Befunde, die die Aufmerksamkeit des Tierarztes auf das mögliche Auftreten von SARA lenken können, wurden kürzlich von Oetzel (2017) zusammengefasst und umfassen beispielsweise einen schlechten Body Condition Score und häufige Infektionen. Es wird empfohlen, auf das Vorhandensein mehrerer Anzeichen, wie die unten aufgeführten, zu achten, da es keinen spezifischen und einzigen Indikator für SARA gibt.
Einige Symptome von SARA:
1. Leberabszesses können als Ergebnis einer Kaskade von Ereignissen auftreten, die mit Rumenitis und Pansenparakeratose beginnt. Sobald das Pansenepithel entzündet ist, können Bakterien in den Pansenkreislauf gelangen und Abszesse verursachen. Ein spezifischerer Befund, der auf SARA hinweist, sind Leberabszesse bei der Schlachtung, die bei ausgemerzten Kühen eine Prävalenz von >30 % erreichen können (Rezac et al., 2014). Grenze: Post-mortem-Informationen gehen oft verloren.
2. Schwankende Futteraufnahme und/oder Milchproduktion. Bei Kühen, die von SARA betroffen sind, wurde ein schwankendes Fressverhalten als das beständigste Symptom beschrieben. In der Mitte der Laktation kann eine variable Futteraufnahme durch die Beobachtung einer schwankenden Milchproduktion angezeigt werden; in der Frühlaktation wird dies jedoch aufgrund der Mobilisierung von Körperreserven wahrscheinlich unbemerkt bleiben (Humer et al., 2018).
3. Milchfettdepression. Die Interpretation von niedrigem Milchfett ist recht schwierig, da der normale Milchfettanteil weitgehend von Rasse, DIM und Jahreszeit abhängt. Außerdem kann der Herdenmittelwert Ausreißerkühe mit sehr niedrigem oder hohem Milchfettgehalt überdecken. Daher könnte es sinnvoll sein, den Milchfettgehalt als Anteil der Kühe mit sehr niedrigen Testergebnissen (<2,5 % bei Holstein-Kühen) zu interpretieren, wobei diese Kühe nicht mehr als etwa 10 % der Herde ausmachen sollten (Oetzel, 2007). Darüber hinaus ist zu bedenken, dass auch andere Faktoren zu einer niedrigen Milchfettkonzentration führen können, z. B. die Fütterung einer übermäßigen Menge an pflanzlichen Fetten, die reich an mehrfach ungesättigten Fettsäuren sind.
4. Veränderungen im Stuhlgang und Durchfall. SARA beeinflusst die Konsistenz und die Partikelgröße des Stuhls; diese Veränderungen sind jedoch in der Regel vorübergehend. Typischerweise ist der Kot hellgelblich und riecht süß-säuerlich (Kleen et al., 2003). Außerdem kann der Kot schaumig erscheinen und Gasblasen enthalten, und es können ganze Getreidekörner sowie größere Mengen unverdauter Ballaststoffe vorhanden sein. Die Größe der Kotpartikel kann vergrößert sein und liegt bei 1-2 cm anstelle der normalen Größe von weniger als 0,5 cm (Hall, 2002).
5. Häufiges Auftreten von Lahmheiten. Während SARA werden vasoaktive Moleküle wie Histamin, LPS und Milchsäure in den Blutkreislauf freigesetzt. Diese Moleküle spielen eine wichtige Rolle in der Hufrehe-Ätiologie, schwächen das Hufgewebe und prädisponieren die Tiere für Lahmheit. Es ist unmöglich, Referenzwerte festzulegen, da Umweltfaktoren bei dieser Art von Krankheit eine große Rolle spielen.
SARA hat langfristig verheerende gesundheitliche und wirtschaftliche Folgen für das Milchvieh. Die sichtbarste und direkteste Auswirkung des azidotischen Stresses kann in der von Khafipour et al. 2009 veröffentlichten Arbeit beobachtet werden, in der eine SARA-Herausforderung bei laktierenden Kühen induziert wurde. In diesem Versuch wurden etwa 20 % einer TMR mit einem Verhältnis von 50:50 zwischen Futter und Kraftfutter (F:C) eine Woche lang durch ein Pellet mit 50 % Gerste und 50 % Weizen ersetzt, was zu einem F:C von 40:60 führte.
Die SARA-Belastung in diesem Versuch reduzierte die TMI (15 %), die Milchleistung (3,3 kg/d) und das Milchfett (0,12 %-Punkte).
Es wurden nur wenige Versuche unternommen, um die potenziellen wirtschaftlichen Auswirkungen von SARA zu berechnen. Eine der meist zitierten ist eine Fallstudie, die in einer Molkerei mit 500 Kühen im Zentrum von New York durchgeführt wurde (Stone, 1999). Stone errechnete Kosten in Höhe von 400 bis 475 Dollar pro Kuh und Jahr, die durch SARA entstehen. Diese grobe Schätzung wurde einfach berechnet, indem eine reduzierte Milchleistung mit 2,7 kg/Tag, Milchfett mit 0,3 %-Punkten und Milchprotein mit 0,12 %-Punkten für die gesamte Laktation multipliziert wurde.
Abbildung 2. Tägliche Durchschnittswerte der TMI und der Milchleistung bei Milchkühen, die während der Kontrollphase mit einer Grund-TMR und während der Behandlung mit subakuter Pansenazidose (SARA) mit einer TMR mit Weizen-Gerste-Pellets gefüttert wurden. Fehlerbalken zeigen den Standardfehler des Unterschieds zwischen den Behandlungen (SED) an; innerhalb jedes Tages, * = P < 0,05.
Der Leistungsabfall lässt sich auf physiologischer Ebene durch den systemischen Entzündungsstatus erklären, der bei Kühen auftritt, die einer azidotischen Herausforderung ausgesetzt sind. Ein Ungleichgewicht zwischen Kohlenhydraten und physikalisch wirksamen Ballaststoffen führt zu einer Verschiebung hin zu gramnegativen Bakterien, was zur Freisetzung von zellfreiem Lipopolysaccharid (LPS) im Pansen führt. LPS kann dann durch den Darm und in geringerem Maße durch das Pansenepithel wandern und in den systemischen Kreislauf gelangen und eine starke Entzündungsreaktion auslösen (Zebeli und Metzler-Zebeli, 2012).
Jede Schätzung des Leistungsverlustes wäre jedoch aus zwei Gründen zwangsläufig ungenau:
Angesichts der Zeitspanne, die auf den Ausbruch von SARA folgt, gibt es keine spezifische Behandlung. Dies unterstreicht die Bedeutung der Prävention.
Neben einer ausgewogenen Ernährung der Kühe in Bezug auf Menge und Abbaubarkeit der Kohlenhydrate sowie Menge und Größe der Ballaststoffe ist das Fütterungsmanagement von entscheidender Bedeutung, um das Risiko von SARA zu minimieren.
In der Übersichtsarbeit von Humer et al. 2018 wurde eine Liste praktischer Managementindikationen aufgeführt, darunter:
| Partikelfraktion | Bildschirmgröße | TMR 1 (%) | TMR 2 (%) | PMR (%) |
|---|---|---|---|---|
| Große Partikel | >19 mm | 3-8 | 3-8 | 15-25 |
| Mittlere Partikel | 8-19 mm | 30-40 | 35-45 | 35-65 |
| Feine Partikel | 1,18-8 mm | 30-40 | 40-50 | 15-25 |
| Sehr feine Partikel | <1,18 mm | <20 | <10 | <8 |
Tabelle 2. Empfehlungen für die Partikelgrößenverteilung der TMR, wenn die TMR aus gemahlenem Kraftfutter (TMR 1) und pelletiertem Kraftfutter (TMR 2) besteht oder das Futter als Teilmischration (PMR) angeboten wird (teilweise nach Heinrichs und Kononoff, 2002)
Die Zugabe von Futtermittelzusatzstoffen ist ein weiterer gängiger Ansatz zur Abmilderung der Folgen von SARA. Zu den häufig verwendeten Futtermittelzusatzstoffen gehören:
Eine der am häufigsten verwendeten Zusatzstoffklassen in diesem Sinne sind Hefeprodukte, die als lebende Hefen, tote Hefen oder Hefekulturen angeboten werden können.
Levabon® Rumen E ist eine autolysierte Hefe mit präbiotischer Wirkung, die sich bei Kühen, die einer azidotischen Belastung ausgesetzt sind, positiv ausgewirkt hat. In einer Studie, die in Zusammenarbeit mit der Veterinärmedizinischen Universität Wien durchgeführt wurde, wurden Kühe mit Pansenkaninchen mit reinem Futter gefüttert und dann auf 65 % Kraftfutter auf DM-Basis umgestellt, um einen azidotischen Stress zu induzieren. Die Ergänzung des konzentratreichen Futters mit Levabon® erhöhte die Dauer der Nahrungsaufnahme, das Gesamtkauen und den DMI im Vergleich zum Kontrollfutter (Kröger et al. 2017).
Darüber hinaus hatte Levabon® deutliche Auswirkungen auf die Konzentration biogener Amine, wie z. B. Histamin, während der ersten azidotischen Belastung, die um 31 % im Vergleich zur Kontrolle abnahm.
Seine positive Wirkung spiegelt sich auch auf der Ebene des Mikrobioms wider. In derselben Studie reduzierte Levabon® gramnegative Bakterien dank der Bindungsaktivität bestimmter Hefebestandteile wie Mannan-Oligosaccharide, β-Glucane, Chitin, Peptide, AA und Nukleotide. Die gleichen Komponenten dienten auch als Substrat für zellulolytische Bakterien, förderten das Wachstum von Ruminicoccus und Clostridium spp. im angegriffenen Pansen und trugen zur Aufrechterhaltung eines physiologischen Pansen-pH bei (Neubauer et al., 2018).
Der Mycofix®-Bindungskomplex zeigte in vitro eine hohe Affinität zu Lipopolysacchariden (LPS) . Die LPS-Bindung wurde sowohl in Anwesenheit hoher Aflatoxin-Konzentrationen getestet, um eine Konkurrenz zwischen Afla und LPS um dieselben Bindungsstellen auszuschließen, als auch in Pansenflüssigkeit unter Verwendung der Rumen Simulation Technique (RuSiTec). (Bild bei Bedarf verfügbar)
Auf dieser Grundlage wurden in vivo Studien durchgeführt, um Mycofix® bei Kühen zu testen, die azidotischem Stress ausgesetzt sind. In einer von Prof. Zebeli und seinem Team durchgeführten Studie wurden nicht laktierende Kühe zeitweise mit hochkonzentriertem Futter gefüttert, um SARA auszulösen. Infolge dieses Ernährungsstresses stiegen die Werte von Leberenzymen wie AST und GLDH, die als Marker für die Integrität der Hepatozyten von Milchkühen gelten (Bobe et al. 2004), im Vergleich zu den bei Kontrollkühen festgestellten Werten an (Abbildung 3).
Die Leber spielt eine wichtige Rolle bei der Entzündungsreaktion, die durch die Freisetzung von LPS und die anschließende Verlagerung in den Blutkreislauf verursacht wird. Dieser Mechanismus wird von Zebeli und Metzler-Zebeli (2012) ausführlich beschrieben. Die positive Wirkung der Supplementierung mit dem Tonmineral CM (Mycofix®) auf die Verbesserung der Lebergesundheit lässt sich durch eine geringere toxische Belastung im Pansen und im systemischen Kreislauf aufgrund seiner bekannten Fähigkeit, LPS zu absorbieren, erklären (Humer et al., 2019).
Abbildung 3. AST- und GLDH-Konzentration, gemessen bei Kühen, die mit Kontrollfutter und Tonmineralzusatz CM gefüttert wurden. (Angepasst von Humer et al., 2019)
Ein weiterer interessanter Effekt, der beobachtet wurde, war die deutliche Verringerung bestimmter biogener Amine, deren Produktion bei einer Fütterung mit hohem Getreideanteil erhöht ist. Von allen biogenen Aminen wurde Histamin, von dem bekannt ist, dass es eine Rolle bei der Entstehung von Hufrehe spielt, bei Kühen, die mit Mycofix® gefüttert wurden, signifikant um 28 % reduziert (Humer et al., 2019).
Um schließlich die globalen Auswirkungen von Mycofix® auf alle gemessenen Parameter abzuschätzen, wurde eine multivariate Analyse durchgeführt, um charakteristische Trends oder Gruppierungen zwischen Kühen, die mit reinem Futter (Baseline), der SARA-Diät (65 % Kraftfutter; = Kontrolle) oder der Diät mit Mycofix® gefüttert wurden, zu ermitteln. Das Ergebnis war, dass die SARA-Proben getrennt von den Baseline-Proben geclustert wurden, wobei die Kühe, die Mycofix® erhielten, näher an der Baseline geclustert wurden als die Kontrollkühe (Humer et al., 2019) (Abb. 4).
Die positive Wirkung von Mycofix® auf Kühe, die von SARA betroffen sind, zeigt sich auch auf der Ebene des Mikrobioms. In einer anderen Arbeit, die aus demselben Experiment stammt, zeigte Mycofix® ein gewisses Potenzial, Bakterien zu reduzieren, die mit einem niedrigen pH-Wert assoziiert sind, wie z. B. Lactobacillus, und Gattungen mit hohem Vorkommen zu begünstigen, wie z. B. Campylobacter, Butyrivibrio, und Gram-positive Kommensalbakterien mit geringerem Vorkommen. Neben dem, was zuvor in vitro gezeigt wurde, zeigte Mycofix® eine abnehmende Wirkung auf mögliche schädliche Bakterien, insbesondere gramnegative Gattungen, wie Treponema, Fusobakterien und Succiniclasticum. Zu diesen Gruppen gehören LPS-produzierende Arten und potenzielle Wirtspathogene (Neubauer et al. 2019).
Abbildung 4. Eine partielle Kleinstquadrate-Diskriminanzanalyse (PLS-DA) der Blutmetaboliten, die durch den Futtermittelzusatzstoff beeinflusst wurden. Die zweidimensionale Punktedarstellung unterscheidet die Stoffwechselprofile von Kühen, die entweder ein reines Futtermittel (Baseline; rot) oder ein 65%iges Kraftfutter (subakute ruminale Azidose, SARA) ohne Futterzusatz (Kontrolle, CON; blau) oder ein Produkt auf Tonmineralbasis (CM; grün) erhielten.
Digestarom® enthält eine Mischung aus Gewürzen, Kräutern und ätherischen Ölen, die das Potenzial haben, den netzartigen pH-Wert auf unterschiedliche Weise zu modulieren. Das Produkt wurde in einer umfangreichen Studie in Zusammenarbeit mit der Veterinärmedizinischen Universität Wien getestet, bei der nicht säugende Kühe intermittierend mit einem hohen Kraftfutteranteil gefüttert wurden, um SARA zu induzieren.
Eines der wichtigsten Ergebnisse war, dass die Verabreichung von Digestarom® die Dynamik des netzartigen pH-Wertes verbesserte, wenn die niedrigsten netzartigen pH-Werte bei Kontrollkühen beobachtet wurden, die acidotischem Stress ausgesetzt waren. Insbesondere Digestarom® erhöhte die Wiederkäuzeit und das gesamte Kauvolumen (Abb. 5) (Kröger et al. 2017).
Abbildung 5. Dauer des retikulären pH-Werts <6,0 bei Milchkühen, die entweder ein Kontrollfutter (CON) oder ein mit phytogenen Verbindungen (PHY) ergänztes Futter pro Versuchstag erhielten. Die durchgezogene Linie zeigt den SARA-Schwellenwert eines retikulären pH-Wertes <6,0 für länger als 314 min/d. Behandlungen mit unterschiedlichen Buchstaben (a,b) unterscheiden sich signifikant innerhalb desselben Tages (P < 0.05) (Adaptiert aus Kröger et al. 2017).
Die positiven Auswirkungen von Digestarom® auf die Verkürzung des retikulären pH-Werts <6,0 können jedoch nicht allein auf Veränderungen im Wiederkäuverhalten zurückgeführt werden. Tatsächlich zeigte sich bei der zweiten Kraftfutter-Challenge (CONC 2) ein positiver Effekt auf den pH-Wert ohne Einfluss auf die Kauvariablen (Kröger et al. 2017).
Die Erklärung dafür könnte in der modulierenden Wirkung von Digestarom® auf die Pansenbakteriengemeinschaft liegen, die möglicherweise den Abbau stärkehaltiger Futtermittel im Pansen reduziert. Fast alle Bakterien, die durch Digestarom® reduziert wurden, sind bekannte Stärkeverwerter, darunter die Gattungen Shuttleworthia, Olsenella, Bacteroides, Bifidobacterium, Roseburia und Syntrophococcus (Calsamiglia et al., 2007; Patra, 2011), während keine faserfermentierenden Taxa reduziert wurden (Neubauer et al. 2018).
Bei einer hochkonzentrierten Nahrung würde der Anstieg der Stärke normalerweise amylolytische Bakterien mit ausreichend Substrat versorgen, um das Wachstum zu fördern. Der Rückgang der amylolytischen Bakterien, der in diesem Experiment durch die Zugabe von Digestarom® beobachtet wurde, unterstützt die Wirkungsweise, die von Calsamiglia et al. (2007) und Cobellis et al. (2016).
Eine Reduzierung der Stärkeverwerter würde möglicherweise den Beginn der SCFA-Fermentation verzögern, die Akkumulation von SCFA (kurzkettigen Fettsäuren) reduzieren und dadurch eine schnelle und längere Dauer eines niedrigen pH-Werts nach der Fütterung verhindern (Neubauer et al. 2018).
Außerdem könnten sich bei einem Rückgang der Stärkeverwerter zellulolytische Bakterien aufgrund der geringeren Konkurrenz entwickeln (Patra und Yu, 2015). Dies wird durch den höheren Retikulo-Rumen-pH-Wert unterstützt, der zuvor für Digestarom® berichtet wurde (Kröger et al., 2017).
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Neubauer V., Petri R., Humer E., Kröger I., Mann E., Reisinger N., Wagner M., und Zebeli Q., 2018. Getreidehaltige Futtermittel, die mit phytogenen Verbindungen oder autolytischer Hefe angereichert sind, modulieren die bakterielle Gemeinschaft im Pansen und die Fermentation bei trockenen Kühen. J. Dairy Sci. 101:1-15
Humer E., Petri R. M., Aschenbach J. R., Bradford B. J., Penner G. B., Tafaj M., Südekum K.-H. und Zebeli Q., 2018. Eingeladene Rezension: Praktische Empfehlungen für das Fütterungsmanagement zur Minderung des Risikos einer subakuten Pansenazidose bei Milchvieh. J. Dairy Sci. 101:1-17.
Levabon® ist ein innovatives Viehfutterergänzungsmittel aus Bierhefe für Milch- und Rindvieh, einschließlich Kälber. Im Vergleich zu herkömmlichen Hefen hat sie eine stärkere präbiotische Wirkung und sorgt so für eine höhere Produktivität.
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Die dsm-firmenich World Mycotoxin Survey ist Teil unserer technischen Dienstleistungen. Wir bieten unseren Kunden Mykotoxin-Analysen an, um das Mykotoxin-Risiko in ihren Rohstoffen und Endfuttermitteln zu ermitteln. Der größte Teil unserer Erhebungsdaten stammt aus Routineanalysen und ist eine gemeinsame Anstrengung mit Kunden in aller Welt, um über 20 000 Proben pro Jahr zu sammeln.
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