Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Johanna Katharina Stahl

 

Einfluss einer Supplementierung mit 25-Hydroxycholecalciferol auf die Calcium-Homöostase von Legehennen

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-104363

title (engl.)

Calcium homeostasis in laying hens as affected by 25-hydroxycholecalciferol supplementation

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2013

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/stahlj_ws13.pdf

abstract (deutsch)

Die Calcium(Ca)-Homöostase von Legehennen unterliegt aufgrund des täglichen Umsatzes von etwa 10% des Gesamtkörper-Ca für die Bildung der Eischalen enormen Belastungen. Ziel dieser Dissertation war es, den Effekt einer Supplementierung mit dem Vitamin D3-Metaboliten 25-Hydroxycholecalciferol (25-OHD3) auf die Ca-Homöostase von Legehennen vor dem Hintergrund einer unterschiedlichen alimentären Versorgung mit Ca zu untersuchen.

Für diesen Zweck wurden in zwei Studien jeweils 28 Legehennen ab der 25. Lebenswoche in zwei Fütterungsgruppen (3,6% bzw. 0,9% Ca/kg) eingeteilt. Die Hälfte der Tiere beider Fütterungsgruppen erhielt zusätzlich 70 µg/kg 25-OHD3. Über einen Zeitraum von zwei Wochen wurden die Auswirkungen der restriktiven Ca-Fütterung sowie der 25-OHD3-Supplementierung auf verschiedene Parameter im Blutplasma untersucht. In der ersten Studie wurden anschließend die Ca2+-Absorption aus dem Intestinaltrakt und verschiedene Knochenparameter untersucht, während in der zweiten Studie die Ca2+-Sekretion in der Eischalendrüse und Parameter der Eischalenqualität bestimmt wurden.

Die alimentäre Ca-Restriktion führte zu einer Abnahme der Futteraufnahme, die wahrscheinlich die Folge des Versuchs der Legehennen war, das Ca-Defizit über die Aufnahme von Einstreu und dünnschaligen Eiern auszugleichen. Dieses Verhalten erklärt vermutlich auch die verringerte Anzahl von Eiern, die von restriktiv mit Ca versorgten Tieren gesammelt werden konnte. Während die Eischalen eine geringere Dicke und Bruchfestigkeit aufwiesen, waren Aschegehalt und Bruchfestigkeit der Tibiotarsi der Ca defizitären Legehennen nur geringfügig erniedrigt. Trotz deutlich erhöhter 1,25‑Dihydroxycholecalciferol (1,25-(OH)2D3)-Plasmakonzentrationen infolge der alimentären Ca-Restriktion waren die Ca2+-, Cat- und Gesamtprotein-Plasmakonzentrationen deutlich niedriger als bei adäquat mit Ca versorgten Tieren.

Die Supplementierung mit 25-OHD3 führte erwartungsgemäß zu deutlich erhöhten 25-OHD3-Plasmakonzentrationen, die in beiden Fütterungsgruppen mit einer Steigerung der 1,25‑(OH)2D3-Konzentrationen einhergingen. Legehennen, die adäquat mit Ca versorgt wurden und 25-OHD3 erhielten, wiesen in beiden Studien die höchsten Cat- und anorganisches Phosphat (Pi)-Plasmakonzentrationen auf. Die Supplementierung beeinflusste die Cat-und Pi-Plasmakonzentrationen von Legehennen, die restriktiv mit Ca versorgt wurden, jedoch nicht.

In den funktionellen Untersuchungen des Jejunums und des Ileums mittels Ussing-Kammer-Technik konnte erstaunlicherweise in keiner der Versuchsgruppen eine signifikante Nettofluxrate von Ca2+ und Pi beobachtet werden. In den strukturellen Untersuchungen (RTq PCR und Western Blot Analysen) des Duodenums, des Jejunums und des Ileums wurden dagegen deutlich erhöhte Expressionen von Calbindin-D28k (CaBPD28k) und der plasmamembranständigen Ca2+-ATPase (PMCA) infolge der alimentären Ca-Restriktion und der 25-OHD3-Supplementierung nachgewiesen. Ob diese Diskrepanz die Folge eines methodischen Problems ist, muss noch geklärt werden. In diesem Zusammenhang sollte auch der Nachweis des epithelialen Ca2+-Kanals transient receptor potential vanilloid channel 6 (TRPV6) etabliert werden. Trotz Übertragung der Methodik aus entsprechenden Veröffentlichungen gelang der Nachweis allerdings nicht. Aufgrund dessen kann spekuliert werden, dass es außer TRPV6 weitere Proteine gibt, die den Eintritt von Ca2+ in mukosale Zellen vermitteln.

Die funktionelle Untersuchung der Eischalendrüse zeigte eine deutliche transzelluläre Ca2+-Nettosekretion, die sich zwischen den verschiedenen Fütterungsgruppen nicht unterschied. Im Einklang mit diesem Ergebnis ergab die strukturelle Untersuchung ebenfalls keine relevanten Unterschiede der CaBPD28K- und PMCA-Expressionen zwischen den verschiedenen Versuchsgruppen.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die drastisch verringerte alimentäre Verfügbarkeit von Ca weder durch physiologische Mechanismen noch durch die Supplementierung mit 25-OHD3 kompensiert werden konnte, obwohl bei adäquat mit Ca versorgten Hennen durchaus Effekte von 25-OHD3 auftraten. Aufgrund dieser Beobachtungen scheint es ratsam, in Zukunft den verwendeten Vitamin D3-Metaboliten auf seine potenzielle Wirkung bei Legehennen, die einer weniger stark ausgeprägten Belastung ihrer Ca-Homöostase ausgesetzt sind, hin zu untersuchen. Interessant könnte die gezeigte Wirkung vor allem in Hinblick auf die verminderte Schalenqualität gegen Ende der Legeperiode sein.

abstract (englisch)

Every day laying hens expend about 10% of their total body calcium (Ca) on eggshell formation which imposes a substantial strain on avian Ca homeostasis. Furthermore, the quality of eggshell declines over the time of a laying period. Hence the aim of this thesis was to investigate the adaptation of Ca homeostasis in laying hens to dietary Ca restriction and the effects of a supplementation with the vitamin D3 metabolite 25-hydroxycholecalciferol (25‑OHD3).

Two studies were conducted with 28 laying hens divided into four groups each. At the age of 25 weeks birds were divided into two experimental groups and either fed a diet containing an adequate or a restricted amount of Ca (3,6% or 0,9% Ca/kg). Half of the birds in each experimental group were additionally fed about 70 µg/kg 25-OHD3. During a period of two weeks the effects of Ca restriction and 25-OHD3 supplementation on Ca homeostasis were assessed by analysis of blood samples. Afterwards laying hens were sacrificed and the effects on intestinal Ca2+ absorption and bone parameters were investigated in one study, whereas the effects on Ca2+ secretion in the egg shell gland and parameters of the egg shell quality were examined in another study.

Dietary Ca restriction led to a decrease of feed consumption. This is probably a result of the laying hens’ attempt to compensate for Ca deficiency by consuming litter material as well as thin shelled eggs. Consuming thin shelled eggs presumably caused a decline in the egg production rate of these animals. The few eggs, which could be collected from these laying hens, showed lower egg shell thickness and breaking strength. The ash content and breaking strength of the tibiotarsi from animals on a Ca restricted diet were only slightly decreased, while the density of these bones was unchanged. The plasma concentrations of 1,25‑dihydroxycholecalciferol (1,25-(OH)2D3) in laying hens on dietary Ca restriction were increased, however plasma concentrations Ca2+, Cat and total protein of these animals decreased.

As expected, 25-OHD3 supplementation resulted in an increase in 25-OHD3 plasma concentrations which were associated with elevated 1,25-(OH)2D3 plasma concentrations. Laying hens which were provided with an adequate amount of Ca and 25-OHD3 showed the highest plasma concentrations of Cat and inorganic phosphate (Pi) in both studies. In contrast, Cat and Pi concentrations of laying hens fed the Ca restricted diet and 25-OHD3 were not affected.

Surprisingly, the functional study of the jejunum and ileum by Ussing chamber experiments revealed no significant net flux rate of Ca2+ and Pi. In contrast, structural analyses (RTq PCR and western blot analyses) showed an enhancement of the expression of CaBPD28k and PMCA in the duodenum, jejunum and ileum by 25-OHD3 supplementation as well as dietary Ca restriction. Further investigations are needed to clarify, whether this discrepancy might be the result of a technical problem.

In this context the detection of the epithelial Ca2+ channel transient receptor potential vanilloid channel 6 (TRPV6) should be established. Although published methods, which had detected TRPV6 in tissues of laying hens, were used no TRPV6 could be demonstrated. So it might be speculated, whether there are other proteins which facilitate the entry of Ca2+ into mucosal cells.

The functional investigation of the egg shell gland by the Ussing chamber technique revealed a significant transcellular net secretion of Ca2+ which was not affected by different feeding regimes. These results are consistent with those of the structural investigations of this tissue by RTq PCR and western blot analyses. The expression of Ca2+ binding protein Calbindin-D28k (CaBPD28k) and plasma membrane Ca2+-ATPase (PMCA), which extrudes Ca2+ from the cell, did not differ between experimental groups.

In conclusion, dietary Ca restriction could neither be compensated for by physiological regulation mechanisms nor by 25-OHD3 supplementation, although 25-OHD3 affected Ca homeostasis of laying hens kept on a diet with an adequate amount of Ca. Due to these observations further studies should be carried out with special attention to the effect of this vitamin D3 metabolite on Ca homeostasis of laying hens in an advanced stadium of the laying period, as these birds show a reduced egg shell quality.

 

keywords

25-OHD3, Calcium-Restriktion, Legehennen, 25-OHD3, calcium restriction, laying hens

kb

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