Seltene Erden als Futterzusatzstoff

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1 Seltene Erden als Futterzusatzstoff W. A. Rambeck und S. von Rosenberg Lehrstuhl für Tierernährung und Diätetik, Tierärztliche Fakultät, Ludwig-Maximilians- Universität München, Schönleutnerstr. 8, Oberschleißheim,

2 Seltene Erden (Rare Earth Elements) (wikimedia commons)

3 Häufigkeit der Lanthanoiden in der Erdkruste im Vergleich zu Kupfer und Kobalt (nach Riedel, 1994)

4 Seltene Erden (REE) - Vorkommen Klicken Sie, um die Formate Erdkruste des Gliederungstextes zu bearbeiten 0,01 bis 0,02% der Elemente in vielen Mineralien der Erdkruste Zweite Gliederungsebene (z.b. Monazit, Bastnäzit, Xenotim) Dritte Gliederungseben e 80% des Weltvorkommens an REE in China Vierte Gliederungseb

5 Verwendung in Metallurgie chemischer Industrie Elektronik Radiologie Seltene Erden (REE) Verwendung in der Industrie

6 Anwendungsbeispiele Lanthan Cer Nickel-Metallhydrid-Akkus, Katalysatoren, Rußpartikelfilter, Brennstoffzellen Katalysatoren (Kfz), Rußpartikelfilter Praseodym Neodym Yttrium Dauermagnete, Elektromotoren, Glas- und lefärbung Dauermagnete, Glasfärbung, Laser, CD- Player Leuchtstofflampe, LCD- und Plasmabildschirme, LEDs, Brennstoffzelle 6

7 Gewinnung von Seltenen Erden Abbau von Erzen im Tagebau: Primäre Ablagerungen wie Bastnäsit Sekundäre Ablagerungen wie Monazitsande Hauptlagerstätten Bastnäsit: China, USA, Zaire, Madagaskar Monazitsande: Skandinavien, Australien, Indien, Russland, USA, Zaire, Südafrika

8 Seltene Erden

9 Gehalte an Lanthan und Cer in verschiedenen Bodenproben aus Bayern (nach Krafka, 1999)

10 Gehalte an Seltenen Erden in Futtermitteln für Schweine (Bayern) REE-Gehalt in mg/kg Ce La Nd Pr Alleinfuttermittel Ferkel Alleinfuttermittel Mastschwein Hofeigene Mischung Schwein von Rosenberg et al. (2009), unveröffentlicht

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12 Ferkel +32% GZ (Hu et al., 1999) Mastschwein +25 % GZ (Chen et al., 1997) GZ: Gewichtszunahme LR: Legerate ML: Milchleistung

13 Broiler +20% GZ (Zhang und Shao, 1995) Ferkel +32% GZ (Hu et al., 1999) Legehuhn +10% LR (Wu et al., 1994) Mastschwein +25 % GZ (Chen et al., 1997) GZ: Gewichtszunahme LR: Legerate ML: Milchleistung

14 Broiler +20% GZ (Zhang und Shao, 1995) Ferkel +32% GZ (Hu et al., 1999) Milchkuh + 20% ML (Xiong, 1995) Legehuhn +10% LR (Wu et al., 1994) Mastschwein +25 % GZ (Chen et al., 1997) GZ: Gewichtszunahme LR: Legerate ML: Milchleistung

15 Broiler +20% GZ (Zhang und Shao, 1995) Ferkel +32% GZ (Hu et al., 1999) Milchkuh + 20% ML (Xiong, 1995) Legehuhn +10% LR (Wu et al., 1994) GZ: Gewichtszunahme LR: Legerate ML: Milchleistung Mastschwein +25 % GZ (Chen et al., 1997) Fisch + 18% GZ (Wan et al., 1999)

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17 Autor Shen et al., 1991 Yuan et al Zhu et al., 1994 Effekte Seltener Erden beim Schwein chinesische Publikationen Dosierung mg/kg REE- Verbindung Alter bzw. Gewichtsklasse Futterverwertung (%) Tageszunahmen (%) 300 Absetzferkel -11, , , , ,31 + 7,3 48 Oxid Ferkel mit: 150 anorganische REE 5 Wochen -18, ,35 8 Wochen -9,1 + 11,37 Absetzferkel a) nur REE -4,31 + 5,37 b) REE und hochdosiert Lysin Chen, 100 REE-Ascorbat kg REE-Zitronat 51-81kg REE-Ascorbat kg REE-Zitronat kg He und Xia, 40 Oxid Wan, REE-org kg Säure He und Xia, 75 Oxid Absetzferkel -7, Anfangsmast -6,1 13,03

18 Bestehen die in der chinesischen Literatur beschriebenen Effekte der Seltenen Erden wirklich? Ist eine leistungssteigernde Wirkung unter westlichen Fütterungs- und Haltungsbedingungen nachweisbar?

19 Fütterungsversuch Seltene Erden: Schweine (Liu, 2005) Kontrolle n=30 LaCl3 (100 ppm) n=30 KG (Anfang) 54,7 54,7 KG (Ende) 74,3 76,9 Zunahmen (g/tag) 653,7 738,3** Futterverwertung 3,39 3,16* Verbesserung vs Kontrolle (%) Zunahmen Futterverwertung + 6,3 **(p<0,01) - 10,3 *(p<0,05) M.J. Liu; J Feed 2005, (3): 11-13

20 Erste eigene experimentelle Untersuchungen

21 Erster Fütterungsversuch mit Seltenen Erden unter westlichen Bedingungen Versuchstiere: Deutsche Landrasse x Pietrain Gewicht bei Versuchsbeginn: 7,3 + 1,2 kg Einteilung in: 1. Kontrollgruppe 2. La-Chlorid: 75 ppm 3. La-Chlorid: 150 ppm 4. REE-Chlorid: 75 ppm 5. REE-Chlorid: 150 ppm Anzahl der Tiere pro Gruppe: n = 12 Versuchsdauer: 5 Wochen REE-Chlorid He and Rambeck (2000); Arch Animal Nutr 53(4):

22 Erster Fütterungsversuch mit Seltenen Erden unter westlichen Bedingungen: tgl. Zunahme (in g) % +0% +2% +5% 50 0 Kontrolle La-Chlorid (75 ppm) La-Chlorid (150 ppm) Gewichtszunahme gesamter Zeitraum REE-Chlorid (75 ppm) 2,5 2 REE-Chlorid (150 ppm) Futterverwertung gesamter Zeitraum Futterverwertung 1,5 1 0,5-5% -3% -4% -7% 0 Kontrolle La-Chlorid (75 ppm) La-Chlorid (150 ppm) REE-Chlorid (75 ppm) REE-Chlorid (150 ppm)

23 Versuch mit Aufzuchtferkeln Körpermassenzunahme Mittlere tägliche Gewichtszunahme in g (in der ersten Versuchshälfte) Gruppe Verbesserung vs Kontrolle Kontrolle 285,1 + 70,3 REE A (low 150 ppm) 291,7 + 52,0 + 2% REE A (high 300 ppm) 284,0 + 55,7 0 REE B (low 150 ppm) 291,7 + 66,3 + 2% REE B (high 300 ppm) 299,4 + 60,0 + 5% REE- chlorid Gruppe 150 ppm Kontrolle 285,1 + 70,3 REE- chlorid 300 ppm Mittlere tägliche Gewichtszunahme in g (in der ersten Versuchshälfte) Verbesserung vs Kontrolle REE A (low 150 ppm) 291,7 + 52,0 + 2% REE A (high 300 ppm) 284,0 + 55,7 0 REE B (low 150 ppm) 291,7 + 66,3 + 2% REE B (high 300 ppm) 299,4 + 60,0 + 5%

24 Versuch mit Aufzuchtferkeln Futterverwertung Futterverwertung Gruppe Verbesserung vs Kontrolle Kontrolle 2,02 + 0,21 REE A (low 150 ppm) 1,93 + 0,11 + 5% REE A (high 300 ppm) 1,97 + 0,14 + 3% REE B (low 150 ppm) 1,95 + 0,16 + 4% REE B (high 300 ppm) 1,89 + 0,16 + 7% Gruppe REE- chlorid 150 ppm Kontrolle 2,02 + 0,21 REE- chlorid 300 ppm Futterverwertung Verbesserung vs Kontrolle REE A (low 150 ppm) 1,93 + 0,11 + 5% REE A (high 300 ppm) 1,97 + 0,14 + 3% REE B (low 150 ppm) 1,95 + 0,16 + 4% REE B (high 300 ppm) 1,89 + 0,16 + 7%

25 Versuch mit Aufzuchtferkeln Zusammenfassung Die Körpermassenzunahme stieg bei den Ferkeln in der REE-Gruppe um bis zu 5% an. Die Futterverwertung der Ferkel verbesserte sich in der REE-Gruppe um bis zu 7%. Diese ersten Daten zeigen die leistungs-steigernden Effekte (Tendenzen) der Seltenen Erden unter westlichen Haltungs- und Fütterungsbedingungen.

26 Seltene Erden - Verbindungen Chloride der Seltenen Erden Organische Verbindungen der Seltenen Erden

27 Versuch mit Aufzuchtferkeln Einsatz von organischen REE-Verbindungen Versuchstiere: Deutsche Landrasse x Pietrain Gewicht bei Versuchsbeginn: 8,6 + 0,9 kg Einteilung in: 1. Kontrollgruppe 2. REE (50 ppm) 3. REE (100 ppm) Anzahl der Tiere pro Gruppe: n = 6 Versuchsdauer: Aufzuchtperiode

28 Versuch mit Aufzuchtferkeln Körpermassenzunahme Mittlere tägliche Gewichtszunahme in g (über den gesamten Versuchszeitraum) Gruppe Verbesserung vs Kontrolle Kontrolle REE (50 ppm) ,7 % REE (100 ppm) ,8 % REE (200 ppm) ,3%

29 Versuch mit Aufzuchtferkeln Futterverwertung Mittlere Futterverwertung (über den gesamten Versuchszeitraum) Gruppe Verbesserung vs Kontrolle Kontrolle 1,64 + 0,11 REE (50 ppm) 1,58 + 0,12 + 3,6 % REE (100 ppm) 1,55 + 0,10 + 5,5 % REE (200 ppm) 1,55 + 0,12 + 5,5%

30 Übersicht der westlichen Fütterungsversuche bei Schweinen (BWG: Body Weight Gain, FCR: Feed Conversion Ratio) Tierart Substanz Dosierung Mastleistungsparameter BWG FCR Autor Ferkel REE- Chlorid 75 mg/kg 150 mg/kg +2 % +5 % - 4 % - 7 % Rambeck et al., 1999 Ferkel Mastsch wein REE- Chlorid REE- Chlorid 150 mg/kg 150 mg/kg +19 % - 11 % +12 % - 3 % Borger, 2003, Diss Ferkel Mastsch wein REE- Chlorid REE- Chlorid 300 mg/kg +4-5 % 200 mg/kg % % Eisele, 2003, Diss Ferkel REE-Citrat 50 mg/kg 100 mg/kg +0 % +8,6 % - 2 % - 6 % Knebel, 2004, Diss

31 Lancer 2 Feldversuche in der Schweiz

32 Betrieb 1 Kernzuchtbetrieb mit 140 Muttersauen und 600 Aufzuchtplätzen Hohes genetisches, gesundheitliches und hygienisches Niveau Konsequentes Management Tiere ausgeglichen nach Alter, Geschlecht, Abstammung Versuchsbeginn nach dem Absetzstress 2 Durchgänge: 135 Tiere Gewichtsabschnitt: 11 bis 36 kg Dosierung: 0.5 kg Lancer / t Futter

33 Betrieb 1 TZW Durchgang 2. Durchgang Klicken Sie, um die Formate 652 des 593 Gliederungstextes zu bearbeiten Kontrolle Lancer Zweite Klicken Sie, um die Gliederungseben Formate des e Gliederungstextes zu bearbeiten Dritte Gliederungseb Zweite ene

34 Betrieb 1 FV Kontrolle Lancer Durchgang 2. Durchgang

35 % Abweichungen Betrieb Kontrolle Lancer %TZW gesamt % FV %TZW gesamt % FV

36 Zusammenfassung Betrieb 1 Beide Durchgänge liefern vergleichbare Resultate % Abweichungen über beide Durchgänge ähnlich Es mussten keine Tiere wegen Krankheiten (Durchfall, Gelenke) behandelt werden» 10% bessere TZW» 4.5% bessere FV

37 Betrieb 2 Kernzuchtbetrieb mit 80 Muttersauen und Aufzuchtplätzen Hohes genetisches, gesundheitliches und hygienisches Niveau Konsequentes Management 2 Durchgänge: 148 Tiere Gewichtsabschnitt: 7 kg (absetzen) bis 20kg Dosierung: 0.5 kg Lancer / t Futter Tiere ausgeglichen nach Alter, Geschlecht, Abstammung Versuchbeginn ab dem Absetzen Welche Auswirkungen hat Lancer auf diese sehr jungen Tiere? Welche Auswirkungen hat Lancer auf den Gesundheitsstatus?

38 Betrieb 2 TZW Kontrolle Lancer Durchgang 2. Durchgang

39 Betrieb 2 FV Kontrolle 1.30 Lancer Durchgang 2. Durchgang

40 % Abweichungen Betrieb Kontrolle Lancer % TZW gesamt % FV % TZW gesamt % FV

41 Zusammenfassung Betrieb 2 Die Durchgänge liefern vergleichbare Resultate % Abweichungen über beide Durchgänge ähnlich In beiden Durchgängen wurden alle Tiere prophylaktisch mit Colistin (Medizinal) über das Futter versorgt Im 2. Durchgang Durchfallerkrankung mit Abgang in der Kontrollgruppe» 26 % bessere TZW» 4.5 % bessere FV 26 % bessere TZW mit Vorsicht zu geniessen, da in der Kontrollgruppe Durchfallerkrankungen aufgetreten sind!

42 Versuch mit Mastschweinen Agroscope RAP Posieux (Kessler, 2004)

43 Versuch mit Mastschweinen Agroscope RAP Posieux (Kessler, 2004) Tiere: Dauer: Haltung: Gruppen: Futter: Parameter: je 24 weibliche und männliche, kastrierte Schweine 25 bis 104 kg Gruppenbuchten, zu je 12 Tieren (A) Kontrolle (B) 200 mg/kg REE-Citrat Alleinfutter über Futterautomat Mastdauer Gewichtzunahme Futterverzehr

44 Versuch mit Mastschweinen Agroscope RAP Posieux (Kessler, 2004) Ergebnisse Kontrolle REE Mastdauer in Tagen Alle Tiere 102a 93b Weibliche 108a 95b Männliche, kastrierte 96b 91b a,b: Werte derselben Linie mit ungleichen Buchstaben sind signifikant verschieden

45 Versuch mit Mastschweinen Agroscope RAP Posieux (Kessler, 2004) Ergebnisse Kontrolle REE Tageszuwachs in g: Alle Tiere 782a 851b Weibliche 743a 830b Männliche, kastrierte 822a 872b a,b: Werte derselben Linie mit ungleichen Buchstaben sind signifikant verschieden

46 Versuch mit Mastschweinen Agroscope RAP Posieux (Kessler, 2004) Tageszuwachs * * * Tageszuwachs g Kontrolle REE Alle Tiere weiblich männlich, kastriert

47 Versuch mit Mastschweinen Agroscope RAP Posieux (Kessler, 2004) Ergebnisse Kontrolle REE Futterverwertung: Alle Tiere 2,52a 2,43b Weibliche 2,56a 2,40b Männliche, kastrierte 2,47 2,46 a,b: Werte derselben Linie mit ungleichen Buchstaben sind signifikant verschieden

48 Versuch mit Mastschweinen Agroscope RAP Posieux (Kessler, 2004) Ergebnisse Kontrolle REE Anteil wertvolle Fleischstücke in %: Alle Tiere 55,4 55,6 Weibliche 55,9 56,5 Männliche, kastrierte 54,8 54,8 a,b: Werte derselben Linie mit ungleichen Buchstaben sind signifikant verschieden

49 Seltene Erden (REE) Verwendung in der Tierernährung in der Schweiz

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51 Aktuelles Zulassungsverfahren für Futterzusatzstoffe

52 Voraussetzung für die Zulassung eines Futterzusatzstoffes Der Futtermittelzusatzstoff darf a) sich nicht schädlich auf die Gesundheit von Tier und Mensch oder auf die Umwelt auswirken; b) nicht in einer Weise dargeboten werden, die den Anwender irreführen kann; c) keinen Nachteil für den Verbraucher durch die Beeinträchtigung der Beschaffenheit der tierischen Erzeugnisse mit sich bringen und darf ihn bezüglich der Beschaffenheit der tierischen Erzeugnisse nicht irreführen. (Art 5, Absatz 2 der VO (EG) 1831/2003)

53 Zootechnischer Futterzusatzstoff Definition Zootechnische Zusatzstoffe: jeder Stoff, der die Leistung und den Gesundheitszustand1) von Tieren oder die Auswirkungen auf die Umwelt positiv beeinflussen soll 1) engl. Text: Leistung gesunder Tiere

54 Inhalt: Technisches Dossier (gemäß Leitfaden EFSA) Section I: Zusammenfassung Section II: Identität, Charakterisierung, Anwendung, Nachweismethoden Section III: Studien zur Sicherheit (Zieltierart) Section IV: Studien zur Sicherheit (Verbraucher) Section V: Studien zur Sicherheit (Anwender) Section VI: Studien zur Sicherheit (Umwelt)

55 Studien zur Wirksamkeit - Section VII Nachweis der Wirksamkeit Zieltierart 3 Fütterungsstudien (unter in der EU vergleichbaren Bedingungen) Statistische Auswertbarkeit Qualitätssicherungssysteme

56 Studien zur Sicherheit (Zieltierart) Toleranzstudie (Zieltierart) Mikrobiologische Untersuchung (bei antimikrobieller Aktivität) Biologische Interaktionen (Überlegungen zu Wechselwirkungen mit Medikamenten oder Futterbestandteilen)

57 Toleranzversuch in München (LMU) Kooperation mit Agrobiogen GmbH, Larezhausen Tiere: 48 Tiere, 4 Gruppen (n=12/gruppe) Dosierung: Kontrolle (ohne Lancer ) normale/zieldosierung (0.5 kg Lancer /t) 5-fache Dosierung (2.5 kg Lancer /t) 10-fache Dosierung (5kg Lancer /t) Gewichtsabschnitt: Absetzferkel, 9 bis 33 kg

58 TZW Toleranzversuch München 0,600 0,550 0,500 0,450 0,400 0,350 0,300 0,250 0,200 0,521 0,562 Klicken Sie, um die 0,576 Formate 0,548 des Gliederungstextes zu bearbeiten Zweite Gliederungsebene Dritte Gliederungseben e Kontrolle Normale Dos ierung 5fache Dos ierung 10fache Dos ie rung Vierte Gliederungseb

59 FV Toleranzversuch München 1,70 1,60 1,50 1,40 1,30 1,20 1,10 1,61 1,53 1,53 Klicken Sie, um die Formate des Gliederungstextes zu 1,56 bearbeiten Zweite Gliederungsebene Dritte Gliederungseben e Kontrolle Normale Dos ierung 5fache Dos ierung 10fache Dos ie rung Vierte Gliederungseb

60 Zusammenfassung Toleranzversuch Keine negativen Auswirkungen auf die Gesundheit der Tiere (Auch NICHT bei 10facher Überdosierung) Keine pathologischen Befunde Positiver Einfluss auf Tageszuwachs und Futterverwertung» 8 % bessere Tageszunahmen» 5 % bessere Futterverwertung

61 Studien zur Sicherheit (Verbraucher) Untersuchungen zu Metabolismus und Rückständen Toxikologische Untersuchungen Akute Toxizität Gentoxizität (z.b. Mutagenität) Subchronische orale Toxizität Chronische orale Toxizität Carcinogenität Reproduktionstoxizität

62 Seltene Erden (REE) Toxizität Geringe Toxizität Geringe Resorption im Magen-Darm-Trakt Orale LD50: mehrere Gramm/kg Körpergewicht Intravenöse LD50: 10 bis 100 mg/kg KG Geringgradige Akkumulation in Organen (Ji, 1985; Schuller et al., 2002, von Rosenberg et al., 2012) Keine Anzeichen auf teratogenes oder mutagenes Potential (Ji, 1985)

63 Effekte bei anderen Tierarten?

64 Effekte bei Broilern?

65 Ergebnisse Fütterungsversuch mit Seltenen Erden an Broilern (He et al., 2008, J Anim Physiol Anim Nutr) Gewichtszunahme in Gramm a ab b Gesamtzunahme KM (Tag 1-35) REE-Chlorid +3,5 % REE-Citrat +5,0% sign Kontrolle REE-Chlorid REE-Citrat 1,65 1,6 Gesamtfutterverwertung (Tag 4-35) REE-Chlorid ±0,0% REE-Citrat sign. - 3,7% Futterverwertung (Tag 4-35) 1,55 1,5 1,45 1,4 1,35 1,3 a a b Kontrolle REE-Chlorid REE-Citrat

66 REE und wachsende Ratte (He et al, 2003; Kaplirz, 2006) vs control (in percent) dddd La-Chloride 1 Experiment 1 Experiment 2 La-Chloride 2 REE-Chloride 1 REE-Chloride 2 vs control (in percent) dddd Körpermassenzunahme in % vs Kontrolle La-Carbonate 1 La-Carbonate 2 La-Carbonate3 La-Carbonate 4 REE-Citrate 1 REE-Citrate 2 REE-Citrate 3 REE-Citrate 4

67 Effekte Seltener Erden beim Menschen?

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70 Appetitsteigerung 73

71 Appetitsteigerung Gesteigerte Eßlust 74

72 Appetitsteigerung Gesteigerte Eßlust erhebliche Gewichtszunahme 75

73 Feldversuch mit Mastschweinen, Flüssigfütterung (Finkenzeller, 2011, Dissertation, LMU München, Tierärztliche Fakultät) Futterverwertung (FV) aller Tiere im Versuchszeitraum (82 Tage) Futterverwertung (FV) der männlichen Tiere im Versuchszeitraum (82 Tage) FV (kg/kg) 3 2,95 2,9 2,85 2,8 2,75 2,7 FV (kg/kg) 3 2,95 2,9 2,85 2,8 2,75 2,7 2,65 2,65 2,6 2,55 Bucht 5 Bucht 11 Bucht 9 Bucht 7 Bucht 3 Gesamt REE-Gruppe Bucht 10 Bucht 4 Bucht 8 Bucht 6 Bucht 2 Gesamt Kontrolle 2,6 2,55 Bucht 5 Bucht 11 Gesamt Bucht 10 Bucht 4 Gesamt REE-Gruppe (n=76) Kontrolle (n=81)

74 Einstufung der Schlachttierkörper in Handelsklassen des EUROP-Systems (% der Gesamtgruppen) (Finkenzeller, 2011, Diss LMU München) % E U R 0 REE-Gruppe Kontrolle

75 Ökonomische Betrachtung auf diesem Betrieb Finkenzeller mit 1900 Mastschweinen, 2,8 Umtriebe/Jahr Höherer Magerfleischanteil bessere EUROP-Einstfg. (+ 3,22 /Tier) geringere Futterkosten 3% bessere FV (Preis variabel) Kosten für REE-Citrat + 0,64 /Tier bei Gesamt-FA von 182 kg/mastschwein + 4,54 /Tier Mehreinnahme Gewinnerhöhung/Jahr auf diesem Betrieb!

76 Zusammenfassung Seltene Erden verbessern Gewichtszunahme und Futterverwertung beim Ferkel und z.t. beim Mastschwein signifikant. Toleranzversuche am Ferkel zeigen, dass auch bei 10-facher Überdosierung keine negativen Effekte auftreten. Seltene Erden-Citrat in der Schweiz seit 2003 zugelassen EU-Zulassung beantragt Ökonomischer und ökologischer Effekt des Zusatzes von Seltenen Erden

77 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Weitere Informationen: Rambeck und Wehr (Review 2005) Use of REE as feed additives in pig production. Pig News 26, Zehentmayer AG Lancer Vormischungen und Ergänzungsfuttermittel, CH-9315 Winden Treibacher Industrie AG (TIAG) Umweltkatalysatoren und Pharmazeutische Chemikalien, A-9330 Althofen Prof. Dr. Walter Rambeck Lehrstuhl für Tierernährung und Diätetik, LMU München

78 Seltene Erden: Wirkmechanismen? Lokale Darmwirkung? Beeinflussung des Intermediärstoffwechsels? Immunmodulierende Wirkung? Verbesserung der Verdaulichkeit und der Verfügbarkeit der Nährstoffe? Phosphatase-Wirkung? Eigenschaften von Spurenelementen?