Ein kleiner Exkurs in die Anatomie und Physiologie des Wiederkäuermagens

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1 Ein kleiner Exkurs in die Anatomie und Physiologie des Wiederkäuermagens Treffpunkt Schaf- und Ziegengesundheit Prof. Dr. agr. Michael Klunker, HTW Dresden

2 Zukunft der Nutztierhaltung Gutachten des Wissenschaftlichen Beirates Agrarpolitik, nachhaltige Landbewirtschaftung und Entwicklung ländlicher Räume beim BMVEL von 2005 Zu den externen Leistungen in der Nutztierhaltung gehört u. a. die Pflege landwirtschaftlich struktur- und ertragsschwacher, aber landschaftlich attraktiver Regionen. Die landwirtschaftlich genutzte Fläche in Deutschland liegt bei ca. 17 Mio. ha. Davon entfallen 5 Mio. ha bzw. 30 % auf Dauergrünland, das nahezu ausschließlich über die Tierhaltung genutzt werden kann. 2

3 Der Wiederkäuer ein Erfolgsmodell der Evolution Mehr als die Hälfte der Biomasse der Erde besteht aus Cellulose, einem pflanzlichen Kohlenhydrat. Der Säugerorganismus besitzt aber keine körpereigenen Enzyme, um dieses Polysaccharid aufzuspalten. Eine Nutzung ist jedoch in Symbiose mit Mikroorganismen möglich. Zu diesem Zweck entwickelten Wiederkäuer in der Evolution die Vormägen. Das sind große Gärkammern, die von einer riesigen Anzahl von Bakterien, Protozoen und Pilzen besiedelt sind. Mehrhöhlig-zusammengesetzter Magen der Wiederkäuer 3

4 Aufgaben der Verdauung generell: Verfügbarmachung komplexer Nahrungsbestandteile Kohlenhydrate Proteine Fette enges Zusammenspiel motorischer, sekretorischer, enzymatischer und resorptiver Prozesse (im wesentlichen reflektorisch) Verdauung von Nährstoffen im engeren Sinne, d.h. der enzymatischen Verdauung, durch körpereigene Enzyme und Enzyme von gastrointestinalen Bakterien (Anteil bei den Tierarten unterschiedlich). enzymatischer Aufschluss der Nahrung beim Fleischfresser praktisch nur durch körpereigene Enzyme, bei Wiederkäuern und anderen Pflanzenfressern ausreichende Verdauung der Nahrung ohne bakterielle Enzyme nicht möglich 4

5 Wiederkäuer mit 4 Mägen, dav. 3 Vormägen aus Haschke u. Diener (2005), verä. 5

6 Vormägen der Wiederkäuer: Aufgaben Vergärung der Zellulose durch Bakterien und Protozoen (= Zelluloseabbau) Ab- und Umbau anderer Kohlenhydrate durch Bakterien Ab- und Umbau der Proteine durch Bakterien Nahrungseiweiß zunächst in Aminosäuren Aminosäuren in Ammoniak (NH 3 ), flüchtige Fettsäuren (FFS) und CO 2 Aufbau in Bakterienproteine Ist Hauptproteinquelle für den Wiederkäuer Austauschvorgänge (FFS und NH 3 ) durch die Pansenwand 6

7 Kapazität der Wiederkäuermägen Gesamtkapazität Rind , davon entfallen etwa 84% auf den Pansen und die Haube, beim Schaf sind das fast 90%. Rind: Schaf: Pansen bis 100 l Pansen bis 18 l Haube bis 6 l Haube bis 1,7 l Psalter bis 8 l Psalter bis 0,4 l Labmagen bis 12 l Labmagen bis 1,9 l Ʃ 22 l 7

8 Verhältnis Pansen zu Labmagen ändert sich im Laufe des Lebens Das Verhältnis Pansen zu Labmagen ändert sich während der Entwicklung zum ausgewachsenen Tier zugunsten des Pansens: Rind neugeboren 0,4 : 1 Rind 3 Monate 2:1 Rind 4 Wochen 0,5 : 1 Rind erwachsen 10 : 1 Rind 8 Wochen 0,9 : 1 Hierin spiegelt sich die zunehmende Bedeutung der Vormägen für die Verdauung wider. Die Pansenentwicklung wird durch Rauhfutteraufnahme positiv beeinflusst. 8

9 Besonderheiten des Vormagensystems beim Lamm Ernährung: ausschließlich von Milch keine mikrobielle Verdauung im Vormagen zum Zeitpunkt der Geburt alle vier Abteilungen am Magen vorhanden, jedoch sind die drei noch funktionslosen Vormägen im Gegensatz zum Labmagen nur wenig entwickelt beim neugeborenen Lamm - nur 45% der gesamten Magenmasse Vormägen, sind es beim adulten Schaf 80 90% Diese unterschiedlichen Größenverhältnisse verdeutlichen die altersabhängige Nutzung der einzelnen Magenkompartimente. Die vom Sauglamm aufgenommene Milch wird durch körpereigene Enzyme im Labmagen verdaut Volumen der Vormägen beim Lamm(a) und beim ausgewachsenem Schaf(b) 1. Speiseröhre 2. Pansen (Rumen) 3. Netzmagen (Reticulum) 4. Blättermagen (Omasus) 5. Labmagen (Abomasus)

10 10 aus Haschke u. Diener (2005)

11 aus Haschke u. Diener (2005) Für jede Nährstoffart spezialisierte Mikroorganismen: Cellulosespalter, Stärkespalter, Lactatproduzenten, Harnstoffspalter, Ammoniakverwerter usw. 11

12 Ablauf der Futterzuführung Netzmagen und der Pansen werden als eine funktionale Einheit definiert die ruminoreticulare Falte separiert die beiden Vormägen 1. das nur wenig gekaute Futter gelangt vorerst in den Netzmagen 2. durch den Kontakt des Raufutters mit der Netzmagenwand wird der Wiederkaureiz ausgelöst 3. Kontraktionen vom Netzmagen ermöglichen das Aufstoßen des Futters Nahrungsbrei durch Kauen weiter zerkleinert und danach wieder geschluckt. 4. Entfernung der entstandenen Gase über den Ruktus 5. anschließend erfolgen die mikrobielle Verdauung im Pansen und die Entwässerung im Blättermagen.

13 Vormägen der Wiederkäuer: Entwicklung und mikrobielle Besiedlung Vormägen bei der Geburt nur als Anlagen vorhanden. Entwicklung beginnt wenige Tage nach Geburt mit der Aufnahme von strukturiertem, fermentierbaren Futter. Mikrobielle Besiedelung durch Kontakt mit dem Muttertier Z.B. durch Belecken. 13

14 (Ohrspeichendrüse) (Unterkieferspeicheldrüse (Unterzungendrüse) Pflanzenfresser wie das Pferd und insbesondere die Wiederkäuer 14 produzieren sehr große Speichelmengen. aus Haschke u. Diener (2005)

15 Funktion des Speichels Schutz der Mundschleimhaut und der Zähne vor Austrocknen und Säure Bakterizide Wirkung (Lecken von Wunden, Schutz des Neugeborenen) Gleitfähigkeit des Bissens (Schlucken) Einleitung der Kohlenhydrat- und der Fettverdauung Regulation des Pansen-pH-Wertes und der Pansenflora beim Wiederkäuer Phosphatausscheidung beim Wiederkäuer Sekretion von Harnstoff (Wiederkäuer) für die ruminale Proteinsynthese durch Bakterien Temperaturregulation (z.8. beim Hund 10fache Zunahme bei Hitze) 15

16 Pansen beim ausgewachsenen Tier der größte Vormagen, überwiegend in der linken Bauchhälfte gelegen mehrfache Unterteilung durch 'Pansenpfeiler', Die Anordnung der Muskulatur (vor allem in Verbindung mit den Pansenpfeilern!) ist Voraussetzung für die Pansenmotorik. dadurch z.t. Durchmischung / Sortierung / Transport Pansenwand zottenreich (Resorption der Fettsäuren und des Ammoniaks, Erwärmung der Nahrung) In den Zotten dichtes Kapillarnetz aus Löffler und Gäbel, 2008 Foto: Klunker 16

17 Panseninhalt Frischmasse des Panseninhalts 12-16% des Körpergewichtes. Niedriger SauerstoffpartiaIdruck (reduzierendes Milieu) ph5,5-6,7. Fotos: Klunker Charakteristische Schichtung des Panseninhalts mit dorsaler Gasblase, Filz aus groben, festen Futterbestandteilen in der Mitte, flüssiger Inhalt (Pansensee) ventral Austausch von FIüssigkeit wesentlich schneller als von fester Substanz. 17

18 Haube (Netzmagen) - senkrecht zueinander stehende Falten geben ihm ein netzförmiges Aussehen Wikipedia 1 Speiseröhrenmündung, 2 Haubenlippen, zwischen beiden liegt die Haubenrinne, 3 Haubenleisten, 4 Hauben-Psalter-Öffnung Der Netzmagen liegt neben der Einmündung der Speiseröhre in den Pansen. Er kann sich stark zusammenziehen und fördert dadurch einerseits das angedaute Futter portionsweise zurück ins Maul zum Wiederkäuen und andererseits genügend verkleinertes Futter weiter in den Pansen. Der Netzmagen siebt praktisch die Nahrung und lässt in den Blättermagen nur 18 das durch, was fein genug ist. Bei der Verdauung spielt er nur eine untergeordnete Rolle.

19 Blättermagen (Psalter) - Wasserentzug und Resorption von Mineralien durch weit in das Lumen hineinreichende Schleimhautfalten aus Löffler und Gäbel, 2008 Ist das Futter lange genug von Bakterien zersetzt (nach 1 bis 3 Tagen) verlässt es schluckweise den Pansen und gelangt durch Netzmagen in den Blättermagen. Er ist der letzte Vormagen. Eine Hauptaufgabe ist die Resorption (aufsaugen, aufnehmen) von Wasser, Nährstoffen und von Natriumbicarbonat (NaHCO3). Aber auch im Blättermagen werden noch Futterpartikel von Kleinlebewesen abgebaut. Die drei Vormägen (Pansen, Netzmagen und Blättermagen) bereiten die Nahrung für den eigentlichen Magen, den Labmagen, nur vor. 19

20 Wiederkäuen (Rumination) Rejektion: Transport von Futter aus dem Pansen in die Maulhöhle durch Inspirationsbewegung bei geschlossener Stimmritze 20 Aus Löffler, 2008

21 Drüsenmagen der Wiederkäuer: Labmagen - Aufbau und Funktion analog den einhöhligen Mägen - Absonderung von Labferment zur Milchgerinnung während der Milchfütterungsperiode - Spaltung des Milchproteins Casein 21

22 Schlundrinne = Magenrinne durch besondere Muskelzüge von der Mündung des Oesophagus bis zur Mündung in den Labmagen dient als Fortsetzung der Speiseröhre in den Labmagen bei jungen Tieren schließen sich diese Lippen beim Trinken reflektorisch zu einem Rohr Weiterleitung der Milch an den Labmagen 22

23 Zyklische Bewegungen der Vormägen aus Haschke u. Diener (2005) 23 Ructus = Entfernen der Pansengase während der B-Welle

24 des Futters aus Haschke u. Diener (2005) Die Fettsäuren Acetat, Propionat und Butyrat sind damit die eigentlichen 24 Substrate, die vom Epithel der Vormagenschleimhaut aufgenommen werden. aus Haschke u. Diener (2005)

25 auf das Fettsäuremuster im Pansen aus Haschke u. Diener (2005) 25

26 Postresorptiver Metabolismus Die einzelnen Fettsäuren unterscheiden sich hinsichtlich ihres postresorptiven Metabolismus. Acetat wird z.t. im intermediären Stoffwechsel des Wiederkäuers zur oxidativen Energiegewinnung genutzt. Ein anderer Teil geht in die Fettsynthese ein. Die Propionsäure ist dagegen für den Wiederkäuer die wichtigste Quelle zur Bildung von Glucose über die Gluconeogenese. Butyrat wird hauptsächlich zur Energiegewinnung genutzt. Foto: Schuhmann 26

29 Ammoniakresorption Alle Stoffwechselwege für den Abbau stickstoffhaltiger Verbindungen im Pansen führen zur Bildung von Ammoniak. Ammoniak dient als Ausgangssubstanz für die bakterielle Synthese von Aminosäuren und bakteriellem Protein. Ein Teil wird aber auch von der Pansenschleimhaut resorbiert und dann in der Leber zu Harnstoff umgesetzt. Der im Blut zirkulierende Harnstoff gelangt z.t. über Diffusion wieder zurück in den Pansen. 29

32 Essentielle Aminosäuren Bei Wiederkäuern erfolgt Synthese durch Pansenmikroorganismen. essentielle Aminosäuren können nicht vom Körper synthetisiert werden, Zufuhr mit der Nahrung nichtessentielle Aminosäuren werden vom Organismus selbst gebildet 32

33 Vitaminsynthese in den Vormägen Im Gegensatz zum Monogastrieden oder zu Kalb oder Lamm müssen dem erwachsenen Wiederkäuer normalerweise keine wasserlöslichen Vitamine, also kein Vitamin C und keine B- Vitamine, zugeführt werden (Synthese durch Mikroorganismen im Pansen) Da die fettlöslichen Vitamine A, D und E nicht von Bakterien synthetisiert werden, müssen diese auch beim erwachsenen Wiederkäuer zugefüttert werden. 33

34 Optimaler ph-wert im Pansen: 6,4 - bei Kraftfutterfütterung senkt sich der Wert für einige Stunden ab - bei längeren ph-wert von unter 5,5 bedeutet das Pansenübersäuerung Kann der ph-wert im Pansen beeinflusst werden? Speichel hat ph-wert von ca. 8,3 wenn Tiere viel kauen wird viel Speichel produziert am meisten: beim kauen von Heu und Stroh Verfütterung von qualitativ hochwertigen Heu bzw. Futterstroh dadurch hohe Grundfutteraufnahme Grundfuttergaben vor und nach der Kraftfutteraufnahme puffern den sauren Pansen ph-wert! Nach Mayer, 2015

35 Wasser Neutraler ph-wert (ph-wert=7) Wasser kann den durch Kraftfutter übersäuerten Pansen ph-wert abpuffern. Wasserreiche Kraftfutterkomponenten (Biertreber, eingeweichte Trockenschnitzel) wirken trotz hohem Energiegehalt aufgrund des hohen Wassergehalts und der langsamen Aufnahme nicht so aggressiv wie konzentrierte Komponenten. Bicarbonat Puffersubstanz, wirkt der Übersäuerung entgegen (Therapie) Nach Mayer, 2015

36 Symptome: Pansenazidose Steifer Gang, Futter- und Wasserverweigerung, Apathie, Zähneknirschen, schmieriger Durchfall, Bewegungsstörungen, pumpende Atmung, krampfartige Zustände. Pansenaktivität hört auf, Festliegen Ursache und Verlauf: Pansenfunktionsstörung. Akute Überfütterung einseitiges Angebot von leichtverdaulichen Kohlenhydraten (Getreide, Zuckerrüben, Kartoffeln, Mais u. Äpfeln) ohne Gewöhnung und ausreichender Wasserversorgung Massenerkrankung Übersäuerung im Pansen Behandlung: sofortiger Futterwechsel + ausreichende Tränkung Entgegenwirken der Übersäuerung durch entsprechende Fertigpräparate Pansensaft von frisch geschlachteten Schaf übertragen (Pansensaftübertragung von Rind) Nach Mayer, 2015

37 Vorbeugung Pansenazidose Futterumstellung langsam Getreide eher Quetschen als Schroten (damit Kohlenhydrate langsam auf geschlossen werden) Kraftfutter in kleinen Mengen (eher mehrmals am Tag um plötzlichen Säureanstieg im Pansen zu vermeiden) Pansenmillieu muss sich immer erst anpassen an veränderte Fütterung kann Tage bis Wochen dauern. Umstellung Winter- zu Sommerfütterung Nach Mayer, 2015

38 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit und immer eine gute Verdauung. Foto: Schuhmann 38