Mineralstoffbedarfsdeckung I Mengenelemente

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1 Modul Ernährungsphysiologie 2010 Mineralstoffbedarfsdeckung I Mengenelemente 1. Ernährungsphysiologische Rolle 2. Mineralstoffumsatz und Regulierungsmechanismen bei Versorgungsunterschieden 3. Bewertung der Versorgungslage 4. Bedarfskategorien 5. Bewertung des Bedarfes 6. Ausgewählte Versorgungsprobleme Ca, Mg und P 1

2 Mengenelemente >50mg/kg LM Mittlere Gehalte (g) je kg fettfreie LM (ausgewählte Orientierungswerte) Ca P Mg Na K ,5 1-1,5 2-3 >100mg/kg Futter-T (>100ppm) =Bedarfskonzentration Spurenelemente <100mg/kg Futter-T (<100ppm) =Bedarfskonzentration 2

3 Mengenelemente=unentbehrlich Überwiegend Baustoff-Funktion Skelett + Zähne (Ca, P, Mg) Beteiligung an Reizleitung Ca, Mg Muskelkontraktion Beteiligung an Enzymaktivierung Ca Amylaseaktivität Aufrechterhaltung osmotischer Verhältnisse Balance EZR ~ IZR Säure-Basen-Haushalt (DCAB-Konzept) Na, K, Cl, S Kationen-Anionen-Balance 3

4 Kationen Anionen Balance EZR* IZR Kationen (mmol/l) =Basen Na K Ca ++ 2,5 0,001 Mg ++ 1,5 15 Anionen (mmol/l) =Säuren Cl S , HC HP *Blutplasma + Zellen umgebender Raum 4

5 Ziel geregelter Kationen-Anionen-Balance stabiler Blut-pH (eng reguliert 7,35-7,45) Puffersysteme z.b. Bicarbonatpuffer H + + HC0 3- H 2 C0 3 C0 2 H 2 0 pulmonale Abgabe über Lunge ggf. Atemfrequenz renale H + -Abgabe über Niere Azidierung Harn 5

6 Anwendung für Dietary Cation Anion Balance Haupt-Kationen im Futter: Haupt-Anionen im Futter: Na, K (hohe Absorption) Cl, S (Chlorid, Sulfat) P (Phytatbindung!) DCAB=[43,5 gna + 25,6 gk]-[28,3 gcl + 62,6 gs] Wertigkeit : Atomgewicht = (1 : 23) 1000 = 43,5 meq/kgt Rationen: meq/kgT 6

7 Fazit: Wirkungen anionenbetonter DCAB im Futter Darm Ionisationsgrad von Ca Absorption von Ca Knochen Rezeptorzahl/-empfindlichkeit für Parathormon Freisetzung von Ca am Knochen weitere Effekte Beeinflussung hormoneller Rezeptoren (?) Azidierung Harn (ph ) 7

8 Homöostatische Regulation soll Kontinuität im metabolischen Angebot sichern: Ziel: Gleichgewichtszustand (=Homöostase) von Absorption GIT Exkretion GIT, Harn Gewebe- oder Produkteinlagerung Abgabe Milch, Ei Austauschprozessen im Stoffwechsel 8

9 Anpassungen bei differenzierter Mineralstoffversorgung Defizitär Aufnahme mit dem Futter Überschuss Absorption GIT Absorption GIT Speicher leicht verfügbar Bedarf Speicher leicht verfügbar schwer verfügbar Umsatz intermediär Umsatz intermediär Exkretion minimiert Ausscheidung Kot Harn Schweiss Milch Ei Exkretion 9

10 Möglichkeiten Gehaltsmessung im Futter bei offenkundig gesicherter Bedarfsdeckung Variabilität der Gehaltswerte? (Brutto, Höhe der Überversorgung?) Bioverfügbarkeit? Bilanzmessungen ausgeglichene Bilanz = Bedarfsdeckung Dosis-Wirkungs-Studien versch. Kriterien möglich Blutwerte (!) Mineralisierungswerte (Tibia, Eischale) Ansatzwerte Ganzkörper Bilanzen erschwert durch homöostatische Regulation bei differenzierter Versorgungslage 10

11 Möglichkeiten Knochenaschetest Göttinger Transponierungstest Aschegehalt Tibia, P-Gehalt der Tibiasche Tibiaverknöcherung, Röntgentest Mineralstoffansatz im Körper Ganzkörperanalyse Verschwindensrate im GIT (Absorption unter definierten Bedingungen (Homöostase) Konzept verdaul. P Schwein Kriterien zugleich nutzbar für die Bewertung der Bioverfügbarkeit von Mineralstoffträgern (anorganische vs. organische Bindungsformen) 11

12 Hinweise für Störungen der Mineralstoffversorgung durch Untersuchung von Boden Futter Blutplasma Speichel Harn Ca P Mg Na K

13 Bedarfskategorien Physiol. Bedarf (=Nettobedarf) Notwendige Zufuhr (=Bruttobedarf) Bedarfsdeckung unter Beachtung der Verwertungsverluste Minimalbedarfsdeckung (=Bruttobedarf) Mangelsymptome ausgeschlossen Optimalbedarfsdeckung (=Bruttobedarf) Versorgung einschl. Speicherung 13

14 Begriffe zu Verwertung von Mengenelementen Nettoabsorption (%) = Aufnahme Ausscheidung Kot Aufnahme 100 = P-Nettoabsorption bei suboptimaler P-Aufnahme = Ansatz 100 Aufnahme P-Verdaulichkeit* (%) Gesamt- Verwertung (%) Gesamt- Verwertbarkeit (%) = Gesamtverwertung bei suboptimaler Versorgung * Aktuelle Bewertungsgrundlage beim Schwein 14

15 Bewertung des Bedarfes an Mengenelementen überwiegend faktorielle Bewertung: Bruttobedarf (=notwendige Gabe) = Nettobedarf : Verwertbarkeit Ansatz im Produkt Wirkungsgrad + Ersatz endogener Verluste 15

16 Faktorielle Bewertung - Beispiele Annahmen für Verwertung Schwein (GfE, 2006): Ca 70% P 95% (vom verdaul. P!) Mg? Na, K, Cl 90% 16

17 Strukturfunktion Calcium (Ca) 99% im Skelett (Hydroxylapatit) Mobilisierung aus Skelett erfordert intakte Regulation Parathormon Mobilisierung (Nebenschilddrüse) Calcitonin (Schilddrüse) Mobilisierung 17

18 Regulationen im Ca-Haushalt Parathormon (Peptidhormon der Nebenschilddrüse) Ca-Spiegel Plasma Ca-Einbau Osteoblasten Ca-Ausscheidung Niere (Reabsorption ) renale Überführung 25-OH-D 3 1,25-OH-D 3 bisher kein direkter Effekt im Darm beobachtet Ca ++ -Abfall Plasma löst Parathormonfreigabe aus Calcitonin (Peptidhormon der Schilddrüse) Ca-Spiegel Plasma bei Hypercalcämie Osteoblastenproliferation und Ca-Einbau Hemmung Ca-Mobilisierung aus Knochen bisher kein direkter Effekt im Darm beobachetet 18

19 Hypocalcämie Milchkuh Diskrepanz Ca-Abgabe Ca-Bereitstellung Futter Körperspeicher mit Alter der Kuh zugleich Ca, P, Mg im Blut Ursachen: Ca-Absorption GIT GIT-Motilität (geburtsnah) Mobilisierung ca. 70% Skelett (6Mon.) metabolische ca. 25% Ca-Verfügbarkeit (36Mon.) Austauschbarer Ca-Anteil in Knochensubstanz ist stark altersabhängig (Rind) 19

20 Hypocalcämie Verermeidungskonzepte: Parathormonsekretion stimulieren Ca-Überschuss in Spätgravidität vermeiden Mobilisierungstraining Ca:P Ration kontrollieren P-Mangel vermeiden Vitamin D Versorgung begrenzt anheben Ca-Absorption (1 Wo. a.p. 1d p.p.) akute Hilfe: Infusion Ca-Gluconat DCAB in anionischen Bereich verschieben metabolische Ca-Verfügbarkeit Zeolith A 20

21 Magnesium (Mg) Fehlversorgung Weidetetanie Rind geringe Speicherung Mobilisierbarkeit mit Alter variable Absorption (mit Alter ) Absorption Pansen beeinflusst von: Na:K Relation (K hoch=kritisch) NH 3 -Konz. Pansen (hoch=kritisch) FFS Pansen (hoch=günstig) Ca/P Angebot (hoch=ungünstig) 21

22 Phosphor (P) Bau- und Strukturstoff (Skelett, Zähne) Bestandteil energiereicher P-Verbindungen Bestandteil von Puffersystemen Hauptvorkommen pflanzliche Futtermittel, überwiegend an Phytinsäure gebunden (Phytate) Verfügbarkeit dieses P-Anteils stark speziesabhängig (mikrobielle Aktivität) 22

23 Verfügbarkeit (%) von Phytat-P im Tierartvergleich Hühnerküken Putenküken 0?* 0?* Legehenne Schwein Rind? 60 (Pansen entwickelt) aber: Passagerate beachten! Aktuell laufen Studien zur Effizienz von Phytasezulagen beim Rind * Native Phytasen kaum effektiv 23