Auswirkungen suboptimaler Manganversorgung auf biochemische Parameter, Mangan-Versorgungsstatus und Chondropoese beim Ferkel : Untersuchungen zur optimalen Manganversorgung

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden die Auswirkungen einer im Mangangehalt abgestuften Diät auf die körperliche Entwicklung, die mangankonzentrationen und manganabhänige Enzyme sowie deren Metaboliten untersucht, mit dem Ziel, den Manganbedarf des Ferkels näher einzugrenzen. Zu diesem Zweck wurden frisch abgesetzte Ferkel nach einer viertägigen Eingewöhungsphase mit einer Lebendmasse von 7,24 ± 0,76 kg in sechs Gruppen zu 6 Tieren aufgeteilt. Die Tiere erhielten eine Diät aus Magermilchpulver, Maisstärke, Glucose, Sojaöl und Zellulose, mit abgestuften Mangangehalten von 0,24; 2; 4; 8; 16 und 32 mg Mn/kg FM. Am Ende des Versuches von 6 Wochen Dauer erreichten die Tiere ein durchschnittliches Gewicht von 27 kg. In keiner Gruppe traten erkennbareManganmangelsymptome auf. Untersucht wurden die Mangangehalte in verschieden Geweben (Leber, Niere, Lunge, Herz, Muskel, Phalanx prox. und Pankreas), die Aktivitäten der manganabhängigen Enzyme Arginase in der Leber sowie der manganabhängigen Superoxiddismutase in verschiedenen Geweben. Im Gelenkknorpel wurde der Glykosaminoglykangehalt und im Herzen wurden oxidative Membranschädenuntersucht. In der vorliegenden Arbeit wurden die Auswirkungen einer im Mangangehalt abgestuften Diät auf die körperliche Entwicklung, die mangankonzentrationen und manganabhänige Enzyme sowie deren Metaboliten untersucht, mit dem Ziel, den Manganbedarf des Ferkels näher einzugrenzen.Zu diesem Zweck wurden frisch abgesetzte Ferkel nach einer viertägigen Eingewöhungsphase mit einer Lebendmasse von 7,24 ± 0,76 kg in sechs Gruppen zu 6 Tieren aufgeteilt. Die Tiere erhielten eine Diät aus Magermilchpulver, Maisstärke, Glucose, Sojaöl und Zellulose, mit abgestuften Mangangehalten von 0,24; 2; 4; 8; 16 und 32 mg Mn/kg FM. Am Ende des Versuches von 6 Wochen Dauer erreichten die Tiere ein durchschnittliches Gewicht von 27 kg. In keiner Gruppe traten erkennbareManganmangelsymptome auf. Untersucht wurden die Mangangehalte in verschieden Geweben (Leber, Niere, Lunge, Herz, Muskel, Phalanx prox. und Pankreas), die Aktivitäten der manganabhängigen Enzyme Arginase in der Leber sowie der manganabhängigen Superoxiddismutase in verschiedenen Geweben. Im Gelenkknorpel wurde der Glykosaminoglykangehalt und im Herzen wurden oxidative Membranschäden untersucht. Die Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden:

Alle untersuchten Organmangankonzentrationen wurden höchst signifikant durch die orale Manganzufuhr beeinflusst. Obwohl die Mangangehalte der verschiedenen Organe auf unterschiedlichem Niveau lagen, reagierten sie in ähnlicher Weise auf Veränderungen der Manganzufuhr. Innerhalb der 6 Versuchswochen traten keine durch Manganmangel hervorgerufenen klinischen Veränderungen auf, obwohl die Zufuhr in der niedrigsten Mn-Gruppe mit 0,24 mg Mn/kg Futter nach bisherigem Kenntnisstand deutlich unzureichend war. Die Aktivitäten der Arginase in der Leber und der manganabhängigen Superoxiddismutase im Herz gingen im Manganmangel deutlich zurück. Diese Enzyme eignen sich daher als Biomarker für den beginnenden Mn-Mangel. Die Enzymaktivität der Arginase war bei marginaler Manganversorgung großen tierindividuellen Schwankungen unterworfen. Diese Schwankungen ließen sich durch Bildung des Quotienten aus Aktivität vor und nach Aktivierung mittels 1 mM Mn2+ im Reaktionsansatz, wesentlich reduzieren. Die Mangangehalte in der Knochenasche ergaben in der Regressionsanalyse die deutlichste Abhängigkeit von der oralen Mn-Zufuhr. Damit war dieser Parameter prinzipiell am besten geeignet, um Rückschlüsse auf die Versorgung eines Individuums zu ziehen. Unter Berücksichtigungpraktischer Aspekte wie Probengewinnung, -handhabung und -analyse erscheinen die Mangankonzentrationen in Leber und Niere jedoch die geeigneteren Statusparameter zu sein. Ein Mangangehalt von 16 mg/kg FM (entsprechend 17 mg/kg TM) wurde unter den geprüften Bedingungen als ausreichende Versorgung für rasch wachsende Ferkel in der Aufzuchtphase ermittelt. Bei den Gruppen mit weniger als 16 mg Mn/kg Futter trat ein subklinischer Manganmangel auf. Dies ist ein Zustand, in dem das Tier keine äußerlich erkennbaren Symptome zeigt, aber bereits labordiagnostisch Veränderungen nachgewiesen werden können. Bleibt ein Tier längere Zeit ineinem subklinischen Mangel, ist mit klinischen Veränderungen und Leistungsrückgang zu rechnen.

In the present study the influence of a diet with different levels of manganese on performance, concentration of manganese in organs and manganese dependent enzymes as well as metabolites was investigated with the objective of determining the precise manganese requirement of piglets. After a four day pre-period weaned piglets with 7.24 ± 0.76 kg body weight were divided into six groups of six animals each. The animals were fed a diet containing skimmilk powder, corn starch, glucose, soy bean oil and cellulose supplemented with different manganese levels (0.24, 2, 4, 8, 16 and 32 mg Mn/kg FM). After 6 weeks the piglets reached an average weight of 27 kg. Visible signs of manganese deficiency did not occur in any group.The concentration of manganese in different tissues (liver, kidney, lung, heart, musculus longissimus, phalanx, pancreas) and the activities of the manganese dependent enzyme arginase in the liver and of manganese containing superoxide dismutase (MnSOD) in different tissues were measured.The glycosamine content in joint cartilage was analysed as well as oxidative membrane damage in the heart. The results can be summarized as follows:

All manganese concentrations in the organs analysed were highly significantly influenced by the manganese concentration in the diet. Although the manganese content was at different levels in different organs, it was influenced in a similar way by the varying manganese supply. Over the six week trial no clinical changes caused by manganese deficiency could be detected although the group with only 0.24 mg Mn/kg diet was clearly deficient in manganese according to all current recommendations. The activity of arginase in the liver and of Mn SOD in the heart was reduced significantly in the manganese deficient group. These enzymes can therefore be used as suitable biomarkers for manganese deficiency. The activity of arginase was subjected to high individual variations in the case of marginal manganese supply. These variations could be substantially reduced by using the quotient of arginase activity measured before and after activation with 1 mM M2+ in the assay buffer. In the regression analysis the parameter manganese content in bone ash of the phalanx proximalis revealed the strongest dependency on oral manganese supplementation. Manganese concentration of bone ash thereby provides a suitable parameter for assessing individual manganese status. However taking practical aspects into account such as obtaining, handling and analysing of samples, the manganese concentration in the liver and kidney seems to be the preferable status parameter. A dietary manganese content of 16 mg/kg fresh matter (equal to 17 mg/kg dry matter) was determined as completely fulfilling the requirement of piglets under the conditions investigated. In groups receiving less than 16 mg Mn/kg fresh matter a subclinical manganese deficiency occurred. In these cases no clinical symptoms were visible but metabolic changes could be detected by biochemical tests. If an animal however remains in subclinical deficiency over a longer period of time, clinical changes and negative effect on health and performance must be expected.