Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Effekte verschiedener Kohlenhydrate (Cellulose, Pektin, Stärke und Inulin) auf die Wasserstoff- und Methanexhalation beim gesunden Pferd

Mößeler, Anne Katrin

The present study examined the effects of different carbohydrates (cellulose, pectin, starch and inulin) administered in form of grass meal, sugar beet pulp, oats and topinambur (50 % inulin) on the microbial activity in the intestine of horses with special emphasis on inulin, a type of fructan which plays a role in the microbial dysfunction in equine laminitis. The activity of the intestinal microflora was tested by measuring the methane and hydrogen exhalation as well as the pH and SCFAs in the faeces. For more precise informations about the location of the intestinal gas production, glucose was used as a marker of small intestine transit time. Samples were taken at the beginning (day 1 and 3) and at the end (day 8 and 10) of the ten days feeding trial to look over for a possible adaptation. Material and methods: In a cross-over design six trotter geldings aged from 3 to 22 years were fed the test meal in random order over a period of ten days. All diets were formulated to provide 1.5 g hydrolysable carbohydrates / kg bodyweight per day. A wash-out period was carried out in between the different test runs by feeding exclusively hay for at least ten days. Grass meal, sugar beet pulp and oats were given to the horses for oral intake whereas topinambur was administered by nasogastric-tube. The test meal was given once a day. In addition the horses were fed hay three times a day. Before starting the test the horses had no access to feed for 12 hours and during the testing period they were given no hay. On day one, three, eight and ten of each feeding period samples were collected. Hydrogen and methane exhalation were measured before and after feeding the test meal in an 30 minutes interval over ten hours. The breath samples were collected by using a tight fitting face mask at the end of a exhalation and were analyzed by gas chromatography. Faecal samples were taken before and 600 minutes after feeding the test meal in order to analyze pH and SCFA. Once in each testing period blood samples were taken simultaneously to the breath samples to measure glucose and total plasma protein. On those days the horses received 500 g of a 50 % glucose mixture additionally to the test meal. Results: Hydrogen exhalation: Feeding topinambur or oats resulted in a distinct rise of the hydrogen exhalation, whereas grass meal and sugar beet pulp caused nearly constant hydrogen concentrations. Following mean results were obtained: Topinambur: AUC: 52434±24460, max.: 150±71 ppm, time max.: 339±85 min.; oats: AUC: 27734±9262, max.: 105±42 ppm, time max.: 301±102 min.; for oats and topinambur a significant effect of time and treatment was observed (p<0.05). Grass meal: AUC: 10765±4914, max.: 33.03±16.19 ppm, time max: 226±158 min.; sugar beet pulp: AUC: 10359±4717, max.: 30.34±15 ppm, time max.: 259±183 min.; for grass meal and sugar beet pulp the treatment had a significant effect (p<0.05). Methane exhalation: The methane exhalation stayed nearly constant for oats and topinambur or rose in the third part of the testing period for grass meal and sugar beet pulp. Following results were measured: Topinambur: AUC: 275223±63762, max.: 618±103 ppm, time max.: 199±183 min.; oats: AUC: 281038±81959, max.: 634±176 ppm, time max. 406±199 min.; grass meal: AUC: 325987±106993, max.: 730±203 ppm, time max.: 439±97 min.; sugar beet pulp: AUC: 331457±77781, max.: 767±139 ppm, time max.: 398±163 min., the effect of treatment was partly confirmed with p<0.05. Faecal parameter: pH and SCFAs did not change between the different test meals, whereas pH was lower at 600 min. post feeding (6.71±0.33 at 0 min. ppr.: 6.31±0.30 at 600 min. ppr.) the SCFAs rose at the same time from 28.23±11.24 mmol/l (0 min. ppr.) to 42.10±13.45 mmol/l (600 min. ppr.). Concentration of glucose in plasma: the course of the glucose concentration did not differ between the different test meals. Following results were measured: Topinambur: AUC: 3741±586, max.: 8.79±1.96 mmol/l, time max.: 140±41 min.; oats: AUC: 3706±636, max.: 8.60±1.71 mmol/l, time max.: 165±49 min.; grass meal: AUC: 3812±350, max.: 9.59±1.72 mmol/l, time max.: 150±67 min.; sugar beet pulp: AUC: 3698±339, max.: 8.78±1.68 mmol/l, time max.: 125±35 min. Adaptation: Some horses showed changes in the hydrogen exhalation after intake of topinambur within the ten days lasting test period. It is assumed that these changes might be caused by an adaptation of the microflora in the intestine. However, the adaptation seems to differ between the horses, as rising breath hydrogen concentrations as well as reduced breath hydrogen concentrations were noticed in the course of time.  Conclusion: The results of the study suggest that inulin and starch are quickly fermented in the horse foregut and in the hindgut. Cellulose and pectins seemed to be fermented mainly in the hindgut. Hydrogen seemed to be produced mainly, but not exclusively in the foregut of healthy horses, whereas methane was produced almost exclusively in the hindgut. The fact that -dependent on the type of feed- hydrogen is produced in the foregut of healthy horses leads to a different pattern of hydrogen excretion in comparison to humans. It is concluded that the hydrogen breath test cannot be transferred without modifications from humans to horse.

In der vorliegenden Studie wurde der Einfluss verschiedener Kohlenhydrate (Cellulose, Pektine, Stärke und Inulin), die in Form von Grünmehl, Trockenschnitzel, Hafer und Topinambur (50 % Inulin) eingesetzt wurden, auf die mikrobielle Darmaktivität des Pferdes überprüft. Besonderes Interesse galt dabei Inulin, welches als Vertreter der Fruktane an der Entstehung der Hufrehe durch Auslösung einer Dysbiose beteiligt ist. Die Aktivität der gastrointestinalen Mikroflora wurde anhand der Wasserstoff- und Methanexhalation sowie der flüchtigen Fettsäuren und des pH-Wertes im Kot überprüft. Die nähere Bestimmung der Lokalisation der intestinalen Gasbildung erfolgte durch den Einsatz eines indirekten Markers der Dünndarmpassage in Form von Glukose. Möglicherweise stattfindende Adaptationsvorgänge wurden durch Messungen zu Beginn (1. und 3. Tag) und am Ende (8. und 10. Tag) des Versuchszeitraumes überprüft. Material und Methoden: Für die Studie standen sechs klinisch gesunde Traberwallache im Alter von 3 bis 22 Jahren zur Verfügung, die randomisiert über einen Zeitraum von jeweils zehn Tagen die Testfuttermittel in einer Dosierung von 1,5 g NfE/kg KGW erhielten; bei Topinambur wurden 1,5 g Inulin/kg KGW eingesetzt. Zwischen den verschiedenen Testfutterperioden lagen jeweils „Wash-out“-Perioden, in denen die Pferde über einen Zeitraum von mindestens 10 Tagen ausschließlich Heu erhielten. Während Grünmehl, Hafer und Trockenschnitzel von den Pferden oral aufgenommen wurden, erfolgte die Applikation des Topinambur an den Beprobungstagen per Nasenschlundsonde. Zusätzlich zu der einmal täglich am Morgen verabreichten Testfutterration erhielten die Pferde dreimal täglich Heu. Den Beprobungstagen (Tag 1, 3, 8 und 10 des Versuchsdurchganges), an denen die Pferde lediglich die Testfutterration und kein Heu erhielten, ging eine jeweils zwölfstündige Nüchterungsphase voraus. Messungen der Wasserstoff- und Methanexhalation erfolgten vor der Fütterung der Testration und über einen Zeitraum von 10 Stunden nach der Fütterung in jeweils halbstündigem Abstand. Die Atemgasproben wurden mit einer dicht abschließenden Atemmaske am Ende einer Exspiration gewonnen und gaschromatographisch analysiert. Kotproben wurden an den Beprobungstagen 0 und 600 min. ppr. gewonnen und der pH-Wert sowie der Gehalt an FFS bestimmt. In den einmalig je Testfuttermittel und Pferd nach zusätzlicher Glukosegabe (500 g, 50 % Glukose) zeitgleich zu den Atemgasproben gewonnenen Blutproben wurde die Plasmaglukosekonzentration sowie der Gesamteiweißgehalt ermittelt. Ergebnisse: Wasserstoffexhalation: Die Wasserstoffexhalation stieg nach Hafer- und Topinamburaufnahme deutlich an, während nach Trockenschnitzel- und Grünmehlfütterung im Mittel kein Anstieg innerhalb des Messzeitraumes erfolgte. Im Mittel wurden folgende Werte erzielt: Topinambur: AUC: 52434±24460, Max.: 150±71 ppm, Zeit Max.: 339±85 min.; Hafer: AUC: 27734±9262, Max.: 105±42 ppm, Zeit Max.: 301±102 min.; für Hafer und Topinambur konnte sowohl der Zeit-, als auch der Behandlungseffekt mit p<0,05 abgesichert werden. Grünmehl: AUC: 10765±4914, Max.: 33,03±16,19 ppm, Zeit Max.: 226±158 min.; Trockenschnitzel: AUC: 10359±4717, Max.: 30,34±15 ppm, Zeit Max.: 259±183 min.; für Grünmehl und Trockenschnitzel konnte der Behandlungseffekt mit p<0,05 statistisch abgesichert werden. Methanexhalation: Die Methankonzentrationen im Exhalat blieben relativ konstant (Hafer und Topinambur) bzw. stiegen gegen Ende der Messperiode an (Grünmehl und Trockenschnitzel). Im Mittel wurden folgende Werte erzielt: Topinambur: AUC: 275223±63762, Max.: 618±103 ppm, Zeit Max.: 199±183 min.; Hafer: AUC: 281038±81959, Max.: 634±176 ppm, Zeit Max. 406±199 min.; Grünmehl: AUC: 325987±106993, Max.: 730±203 ppm, Zeit Max.: 439±97 min.; Trockenschnitzel: AUC: 331457±77781, Max.: 767±139 ppm, Zeit max. 398±163 min., der Effekt der Behandlung konnte zum Teil mit p<0,05 abgesichert werden. Parameter im Kot: Für den pH und die FFS waren keine signifikanten Unterschiede zwischen den Futtermittelvarianten nachweisbar. Die pH- Werte sanken 600 min. ppr. gegenüber dem Zeitpunkt 0 min. ppr. ab (6,31±0,30 gegenüber 6,71±0,33), die Summe der FFS stieg hingegen im selben Zeitraum an (von 28,23±11,24 mmol/l auf 42,10±13,45 mmol/l). Glukosekonzentration im Plasma: Der Verlauf der Glukosekonzentration wurde durch die verschiedenen Testfuttermittel nicht signifikant beeinflusst. Im Mittel ergaben sich folgende Werte: Topinambur: AUC:3741±586, Max.: 8,79±1,96 mmol/l, Zeit Max.: 140±41 min.; Hafer: AUC: 3706±636, Max.: 8,60±1,71 mmol/l, Zeit Max.: 165±49 min.; Grünmehl: AUC: 3812±350, Max.: 9,59±1,72 mmol/l, Zeit max.: 150±67 min.; Trockenschnitzel: AUC: 3698±339, Max.: 8,78±1,68 mmol/l, Zeit Max.: 125±35 min.. Adaptation: Bei einigen Pferden konnten Veränderung der Wasserstoffexhalation nach Topinamburgabe innerhalb des Versuchszeitraumes von zehn Tagen beobachtet werden, wobei diese bei den verschiedenen Pferden nicht gleichgerichtet verliefen. Nach mehrtägiger Inulingabe wurde sowohl ein Ansteigen als auch ein Absinken der Wasserstoffkonzentrationen im Exhalat beobachtet. Es wird vermutet, dass diese Veränderungen auf adaptiven Vorgängen der Mikroflora beruhen, zur abschließenden Beurteilung sind jedoch weitere Untersuchungen notwendig. Schlussfolgerungen: Nach den Ergebnissen dieser Studie ist davon auszugehen, dass Stärke und Inulin sehr rasch und vornehmlich in Magen und Dünndarm des Pferdes mikrobiell abgebaut werden, während Cellulose und Pektine überwiegend postileal fermentiert werden. Die Wasserstoffexhalation scheint beim gesunden Pferd vor allem, aber nicht ausschließlich auf Fermentationsprozessen in praecaecalen Abschnitten des Verdauungstraktes zu basieren, während die Methanbildung überwiegend, oder ausschließlich, im Dickdarm lokalisiert ist. Die Ergebnisse dieser Studie lassen daher vermuten, dass die Anwendungsgebiete des Exhalationstests aufgrund der Unterschiede im Exhalationsmuster nicht unmittelbar vom Menschen auf das Pferd übertragen werden können.

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Mößeler, Anne Katrin: Effekte verschiedener Kohlenhydrate (Cellulose, Pektin, Stärke und Inulin) auf die Wasserstoff- und Methanexhalation beim gesunden Pferd. Hannover 2004. Tierärztliche Hochschule.

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