Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Effects of ergot on health and performance of ruminants and carry over of the ergot alkaloids into edible tissue

Schumann, Barbara

The sclerotia of Claviceps purpurea, referred to as ergot, may cause toxic effects in farm animals. During the past few years, ergotism re-gained in importance. This might be due to the wet weather conditions, which facilitated the spreading  of the fungus. But it might also be caused by the use of high yielding, but susceptible rye hybrids and the abolition of the rye intervention, which was followed by an increased rye-feeding. Until now, only a weight-based upper limit of 1000 mg ergot/kg unground cereal applies for farm animals. But the alkaloid content of the ergot varies in wide ranges, and literature concerning the effects of ergot feeding on ruminants is scarce. Thus, it was the aim of this study to reveal potential relations between a defined alkaloid exposure and different performance parameters, the physiological response of cattle and carry over into edible tissues and milk by conducting experiments with animals of different ages and production stages.   In a first long-term experiment with 38 Holstein-Friesian bulls over a period of approximately 230 days, doses of 0, 0.45 and 2.25 g ergot sclerotia/kg concentrate were fed, which corresponded to an alkaloid exposure of 1.2 – 9.1 µg/kg BW and day. At a mean live weight of 550 kg, bulls were slaughtered and samples of blood, urine, kidneys, liver, muscle and fat tissue were taken for alkaloid analysis. Statistically no significant differences could be detected between the three feeding groups. With a mean DMI of 7.35 kg/d, bulls gained 1.41 kg live weight per day. Liver enzyme activities measured in the blood and carcass composition were not significantly influenced by ergot feeding. The alkaloid content of all samples analysed (edible tissue, blood and urine) was lower than the indicated detection limits.   A second 84-day experiment with 35 calves of the same race was conducted. The ergot dose was raised to 0, 1 and 5 g/kg concentrate (maximum exposure of 35.5 µg ergot alkaloids/kg LW and day). DMI and LWG were not significantly influenced by increasing ergot proportions when the whole experimental period was considered, although there was a trend for an ergot-related decrease in concentrate intake during the first 6 weeks of the experiment. This temporary decrease might be caused by a taste aversion, but might also be due to the proceeding rumen development. Neither altered liver enzyme activities nor an alkaloid carry over could be detected in blood samples, taken at the end of the experiment.   In the present digestibility study with 12 double fistulated dairy cows (one cannula in the rumen and the other in the proximal duodenum), ergot doses of 0 and 2.25 g/kg concentrate were used, which corresponded to 4.1 – 16.3 µg alkaloids/kg LW and day. The aim of this experiment was to reveal potential relations between an ergot-contamination of the concentrate at differing levels of feed intake and the ruminal fermentation and physiological response of the cows. Each cow was fed with the control diet and with the ergot diet at a ratio of 40 % concentrate and 60 % maize silage in two different periods. The amount of feed intake was adjusted to the production stage, which resulted in a DMI between 6 and 18.5 kg/d. Each period consisted of two weeks of adaptation, one week of digesta sampling and one week for collecting ruminal fluid, faeces, urine, milk and blood samples. Isovalerate, propionate and NH3-N concentrations in the rumen fluid were significantly influenced by ergot feeding, and the amount of ruminally undegraded protein, as well as the fermentation of NDF, tended to be increased with the ergot supplementation at higher levels of feed intake, which might indicate a shift in the microbial population and/or activity. Approximately 67 % of the alkaloids fed were recovered in the duodenal digesta and approximately 24 % of the intake were excreted with the faeces. The anally measured body temperature of the cows significantly increased after ergot administration (0.07°C). No alkaloid residues could be detected in the blood, urine or milk samples and the activities of liver enzymes in the serum were independent of ergot feeding.   It may be concluded that in terms of consumer protection, carry over rates of ergot alkaloids into edible tissue at doses not exceeding 9.1 µg alkaloids/kg LW and day (meat) and 16.3 µg alkaloids/kg LW and day (milk), respectively, are negligible. However, even these low doses seemed to influence the rumen population and, as the body temperature in dairy cows increased, to induce a physiological reaction by the animal. At an exposure of calves up to 35.5 µg ergot alkaloids/kg LW and day, slight clinical effects seem to be caused (temporary decrease in DMI of the calves). To derive a NOEL, further experiments with defined and more widely graded alkaloid exposures and cattle of different ages and production stages are necessary. Based on such NOELs, upper limits of alkaloid exposure per kg LW and day could be established which then would be applicable also for pelleted or mixed feedstuffs.

Das als Mutterkorn bezeichnete Sklerotium des Feldpilzes Claviceps purpurea kann, wenn es in den Futtertrog von Rindern gelangt, Vergiftungssymptome auslösen. Durch die feuchte Witterung, die eine Ausbreitung des Pilzes begünstigt, und die Abschaffung der Roggenintervention, die zu vermehrter Verfütterung der neuen für Mutterkorn anfälligen Roggenlinien führte, gewann Mutterkorn wieder an Bedeutung in den letzten Jahren. Bisher gilt für Nutztiere nur ein Höchstwert von 1000 mg Mutterkorn/kg unzerkleinertes Getreide. Da aber der Alkaloidgehalt verschiedener Mutterkörner sehr stark variiert und es bisher kaum Untersuchungen zu diesem Thema gibt, war es Ziel dieser Arbeit anhand erster orientierender Dosis-Wirkungsversuche die Zusammenhänge zwischen einer definierten Alkaloidaufnahme und physiologischen Werten, verschiedenen Leistungsparametern, sowie dem Carry-Over in essbare Gewebe und Milch bei Tieren unterschiedlichen Alters und verschiedener Produktionsstufen zu bestimmen.   In einem ersten Langzeitversuch an 38 Mastbullen (Deutsche Holstein) wurde über einen Zeitraum von ungefähr 230 Tagen 0, 0,45, bzw. 2,25 g Mutterkorn/kg Kraftfutter verfüttert, was einer Alkaloidexposition von 1,2 – 9,1 µg/kg Lebendmasse (LM) und Tag entsprach. Mit einem Gewicht von ca. 550 kg wurden die Tiere geschlachtet und Blut, Harn, Nieren-, Muskel-, Leber- und Fettgewebe für die Mutterkornanalyse gewonnen. Statistisch konnten keine Unterschiede zwischen den drei Fütterungsgruppen nachgewiesen werden. Bei einer mittleren Trockensubstanzaufnahme (TSA) von 7,35 kg/Tag wurde im Mittel über alle Gruppen eine Lebendmassezunahme (LMZ) von 1,41 kg/Tag ermittelt. Sowohl die Aktivitäten der im Blut gemessen Leberenzyme, als auch die Schlachtkörperzusammensetzung unterschieden sich statistisch nicht. Die Alkaloidgehalte sämtlicher untersuchter Proben war niedriger als die jeweilige Nachweisgrenze.   Im Anschluss wurde ein 84-Tage-Versuch mit 35 Kälbern derselben Rasse durchgeführt. Der Mutterkorngehalt des Kraftfutters wurde auf 0, 1, bzw. 5 g/kg angehoben (maximale Alkaloidexposition von 35,5 µg/kg LM und Tag). TSA und LMZ waren, über den gesamten Zeitraum betrachtet, durch ansteigende Mutterkornkonzentrationen im Kraftfutter nicht signifikant beeinflusst, dennoch gab es in den ersten sechs Wochen einen Trend zu einer Mutterkornbedingten Abnahme der TSA bezogen auf das Kraftfutter. Gründe hierfür können sowohl eine anfängliche Geschmacksaversion als auch die fortschreitende Pansenentwicklung sein. In einer am Versuchsende gewonnenen Blutprobe konnten weder erhöhte Leberwerte, noch übergetretene Alkaloide nachgewiesen werden.   In einem parallel dazu durchgeführten Verdauungsversuch mit 12 doppelt fistulierten Milchkühen (Pansen und proximales Duodenum) wurden Mutterkornkonzentration von 0, bzw. 2,25 g/kg Kraftfutter verfüttert, was einer Alkaloidexposition von 4,1 – 16,3 µg/kg LM und Tag entsprach. Ziel dieses Versuches war es eventuelle Zusammenhänge zwischen einer Mutterkornkontamination des Futters bei unterschiedlichem Futteraufnahmeniveau und der Pansenfermentation sowie physiologischen Parametern der Kühe zu untersuchen. Jede Kuh wurde sowohl einmal mit der Kontrollration als auch einmal mit der kontaminierten Ration im Verhältnis 40 % Kraftfutter zu 60 % Maissilage gefüttert, wobei die jeweilige Menge dem Laktationsstadium angepasst wurde. Die einzelnen Perioden bestanden aus 2 Wochen Anfütterung, einer Woche Darmsaftsammlung und einer Woche, in der Pansensaft, Kot, Harn, Milch und Blut gewonnen wurde. Isovalerat-, Propionat- und NH3-N-konzentrationen im Pansensaft waren durch die Mutterkornzulage signifikant beeinflusst. Auch die Menge an im Pansen nicht abgebautem Futterprotein und die NDF-Fermentation nahmen mit der Mutterkornfütterung zu, was auf einen Verschiebung in der Mikrobenpopulation und/oder ihrer Aktivität hindeuten könnte. Von der verfütterten Menge an Alkaloiden wurden ungefähr 67 % im Darmsaft wieder gefunden und ca. 24 % in den Kotproben. Die anal-gemessene Körpertemperatur der Tiere stieg mutterkorn-bedingt signifikant (um ca. 0.07 °C) an. Es konnten weder Alkaloidübergänge in Blut, Urin oder Milch noch erhöhte Leberwerte im Serum nach Mutterkornzulage festgestellt werden.   Zusammenfassend ist zu sagen, dass den Verbraucherschutz betreffend bei Alkaloidexpositionen bis zu 9.1 µg/kg LM und Tag (Fleisch), bzw. 16.3 µg/kg LM und Tag (Milch) kein bedrohlicher Übergang der Toxine in essbare Gewebe zu erwarten ist. Trotzdem scheinen auch diese niedrigen Konzentrationen schon die Pansenpopulation zu beeinflussen und, wie durch die erhöhte Körpertemperatur der Milchkühe verdeutlicht, eine Reaktion im Körper der Tiere auszulösen. Bei Expositionen bis zu 35.5 µg/kg LM und Tag scheinen bereits erste klinische Effekte deutlich zu werden (vorübergehend verringerte Futteraufnahme der Kälber). Um ein NOEL bestimmen zu können sind weitere Versuche mit definierter und noch weiter gefächerter Alkaloidexposition an Tieren unterschiedlicher Produktionsstufen nötig. Daraus ließen sich dann neue Richtwerte, bezogen auf die Alkaloidaufnahme pro kg LM und Tag ableiten, die sich dann auch auf Mischfutter anwenden ließen.

Quote

Citation style:

Schumann, Barbara: Effects of ergot on health and performance of ruminants and carry over of the ergot alkaloids into edible tissue. Hannover 2007. Tierärztliche Hochschule.

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved

Export