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Welche ernährungsphysiologische Bedeutung besitzt das Futterprotein für Wdk. im Vergleich zu monogastrischen Tieren?

Futterprotein des Wdk. wird vom Mikroorganismus genutzt und nicht vom Tier selber --> bauen zu Ammoniak und Carbonsäuren ab und auf zu mikrobiellen Protein
Wdk. hat im Darm dann mikrobielles Protein zur Verfügung --> sog „protected protein“ --> wird von Pansenverdauung verschont und steht erst im Darm zur Verfügung

Warum ändert sich die Zusammensetzung der Arten der MO im Pansen bei der Änderung der Futterzusammensetzung?

Futterkomponenten bestimmen qualitative und quantitative Zusammensetzung der Bakterienflora
- Bsp.: Umstellung rohfaserreiche Ration --> stärereiche Ration --> Reduktion cellulolytischer Bakterien, Zunahme amylotischer Bakterien und Streptococcen, Lactobazillen
Bakterien werden mit dem Futter aufgenommen --> die, die das Futter besser zersetzen können überleben
Einflussfaktoren für Aktivität und Zusammensetzung der Bakterienflora
- Diätetische Einflüsse, pH-Wert
- Anaerobe Bedingungen bzw. Sauerstoffgehalt
- Umsatzraten der Digesta
- Genotyp des Wirtstiers (wird diskutiert)

Welche Mechanismen sorgen dafür, dass das Milieu des Panseninhalts (Temp., Osmolaritätä, pH-Wert, (Säuren-, Elektrolytkonzentration), MO-Konzentration, Redoxpotential) nur in einem geringen Bereich schwankt?

Temperatur: durch mikrobielle Fermentation von Futterpartikeln steigt die Temp. Im Pansen kurz nach der Fütterung leicht an, wird jedoch über Temp.regulationsmechanismen des Körpers begrenzt

pH-Wert: sinkt nach der Fütterung durch entstehung von kurzkettigen FS, welche den Panseninhalt ansäuern
- pH-Abfall à kurzkettige FS liegen im undissozierten Zusatnd vor à lipophil; Resorption per Diffusion à pH-Wert Regulation
- pH-Abfall à regt Speichelsekretion an à Pufferwirkung des Speichels hebt pH-Wert im Pansen an
Osmolarität:
- Normalwert 260-280 mOsm; kurz nach der Fütterung: bis zu 400 mOsm (aufgrund höherer Konz. Kurzkettiger FS)
  - Unkontrollierter parazellulärer Stoffaustausch wird durch dichtes Pansenepithel verhindert
  - Kurzkettige FS werden effizient resorbiert à Osmolarität sinkt
MO-Konzentration
- Gleichgewicht zwischen Vermehrung im Pansen und Abfluss über die Ingesta
Redoxpotential
- Bakterien halten durch Sauerstoffverwertung den O2-Partialdruck niedrig und erhalten anaerobe Verhältnisse aufrecht

Welche Auswirkung hat die Vormagenverdauung auf den intermediären Stoffwechsel der Wiederkäuer A) beim KH- B) beim Protein- C) beim Fettstoffwechsel?

KH
- Werden zu Oligo- und Monosacchariden und schließlich zu Pyruvat abgebaut, daraus synthetisieren die Bakterien wieder kurzkettige FS, Methan und CO2
- Wichtigste FS: Propionat, Acetat und Butyrat
- Wdk resorbiert FS und nutzt sie zur Energiegewinnung und Milchfettsynthese
- Glucose muss vom Wdk in Leber oder Niere durch Gluconeogenese gebildet werden (nicht aus Futter)
Proteine
- Abbau durch Bakterien zu Ammoniak und AS
- Aus AS wird mikrobielles Protein synthetisiert, Ammoniak wird an Pansenwand resorbiert und in der Leber Harnstoff gebildet
  --> kann durch den Speichel wieder zur Nahrung für Mikroorganismen im Pansen verwendet werden
Fette
- durch Hydrolyse kurzkettiger FS

Wie viel (Prozent) der Trockenmasse des Panseninhalts sind MO?

Der Anteil an Protozoen und Bakterien am Pansenvolumen beträgt jeweils 10%
Sie stellen den überwiegenden Teil der mikrobiellen Biomasse in den Vormägen dar

Welche Fettsäuren entstehen im Pansen? Wie wird aus ihnen Energie gewonnen?

Bildung kurzkettiger Fettsäuren aus Pyruvat (KH)
Resorption über Pansenepithel
Resorption dissoziiert (über Anionen-Antiporter) oder undissoziiert (über Diffusion)
Butyrat, Propionat und Acetat können intraepithelial metabolisiert werden
- Butyrat --> Ketonkörper
- Propionat --> z.T. zu Lactat (& Glucose in Gluconeogenese --> Besonderheit Wdk.)
- Acetat: gar nicht oder zu geringen Teil Umbau in Ketonkörper (Aceton)
- Abbau zu SCFAs à durch Redoxpotential kein weiterer Abbau zu CO2 und H2O --> wäre ein Energieverlust
Intraepithelial nach Resorption: Metabolisierung zu CO2 --> ATP-Synthese
- Oxidativer FS-Abbau (Acetyl-CoA zu ATP)
- Citratcyklus
Weitere FS: Isovalerat, Isobutyrat, Valerat
FS im Blut: Abbau zur Bereitstellung von ATP, physiologische Bedingungen müssen konstant gehalten werden, v.a. der Glucosespiegel, Wdk. bilden Glucose aus der Gluconeogenese mit SCFA‘s

Wodurch entsteht eine Pansenacidose und unter welchen Bedingungen tritt sie auf?

Werden Wdk. mit einer zu großen Menge leicht fermentierbarer KH gefüttert, entstehen in kurzer Zeit viele kurzkettige FS
--> verkürzung der Kau- und Wiederkauzeit --> Speichel und Kaufluss sinkt --> zu wenig puffernder Speichel gelangt in den Pansen --> Absinken pH-Wert im Pansen unter 5,5 --> optimale Bedingung für Proliferation von Laktatbildnern --> dadurch sinkt pH-Wert weiter ab --> Acidose

Welche Funktion erfüllt der ruminohepatische Kreislauf und welche Organe sind beteiligt?

Im Pansen: Abbau der Futterproteine --> Endprodukt: Ammoniak und Ammonium (99%) --> daraus: Synthese von mikrobiellen Protein durch die MO über die Urease (möglichkeit Harnstoff zu verstoffwechseln ODER ruminale Resorption --> Pfortader --> Leber --> Harnstoffbildung
Harnstoffsekretion über Speicheldrüsen und Vormagenwand --> Vormägen; gebundener Harnstoff steht MO bei Bedarf wieder zur Verfügung, kann wieder zu NH3 und NH4+ gespalten werden und somit dann wieder verwertet werden

--> Kreislauf

Wdk Speichel: pH 8,2

Damit die SCFAs abgepuffert werden, damit der Pansen nicht zu sauer wird

Welche Bedeutung hat die mittlere Verweilzeit der Pansenflüssigkeit und Futterpartikel?

Mittlere Verweilzeit Flsgk.: 12h
Mittlere Verweilzeit fester Partikel: 18-72h
Futterbestandteile müssen lange genug im Pansen bleiben um von mikrobiellen Enzymen optimal aufgespalten zu werden
Verweilzeit verkürzt sich durch Wiederkauen, Partikel werden dort schon zerkleinert und aufgeschlossen

Welche Konsequenzen hat eine Defaunierung (Abtötung aller Protozoen) für die Vormagenverdauung und für die tierische Produktion?

Protozoen im Pansen machen etwa 50% der Biomasse im Pansen asu, sind am KH und Proteinabbau beteiligt --> vermindern durch Speicherung von leicht fermentierbaren KH das Risiko einer Pansenacidose
Starkes Absinken des pHs und Zunahme der Osmolarität kann zu Defaunierung führen --> Pansenflora wird anfälliger für Störungen

Welche Aufgabe hat der Speichel beim monogastrischen Tier? Welche besonderen Aufgaben erfüllt er beim Wdk.?

Primäre (verdauungsphysiologische) Funktionen:
- Schutz von Munschleimhaut und Zähnen vor Säure und Austrocknung
- Erleichterung des Schluckaktes (Durchfeuchtung und Erhöhung der Gleitfähigkeit des Bissens)
- Beginn enzymatischer KH-Verdauung bei Msch. Und Schw. (Amylase)
Sekundäre Funktionen
- Bakterizide Wirkungen
- Beteiligung an Temperaturregulation bei hechelnden Tieren
- Vermittlung verhaltensorientierter Abwehrmaßnahmen bei einigen Spezies
- Besondere Aufgaben beim Wdk: Speichel enthält hohe Phosphat- und Bicarbonatkonzentration --> pH 8,2 --> pH im Pansen abpuffern;
- Harnstoffsekretion als Teil des ruminohepatischen Kreislaufs

Wie groß sind die Energieverluste bei der Vormagenverdauung und welche Bedeutung hat das Redoxpotential des Pansens?

Energieverluste v.a. in Form von Fermentationswärme und durch die Bildung der Pansengase (bzw. Methanbildung), aber auch durch mikrobielle Stoffwechselprozesse
- Methanbildung à Energieverluste um 18%
- Verlust an Wärme ist abh. Von Energiebilanz des Tieres (z.B. Umgebungstemperatur)
Redoxpotential (Elektronenübertragungspotential) = Die in einem Redoxsystem durch Elektronenbewegung vom Elektronenspender (Red.mittel) zum -empfänger (Oxmittel) erzeugte elektrische Spannung
- Im Vormagensystem liegt ein Redoxsystem vor, da ständig reduzierende und oxidierende Reaktionen statt finden
- Redoxpotentiale im Pansen: zwischen -250 und -300mV
  - Mit stärker negativem Potential wächst Reduktionsfähigkeit eines Elements
  - Unterstreicht in Vormägen herrschendes Anaerobes Milieu
  - Neg. Redoxpotential ist dafür verantwortlich, dass KH nur bis zur Stufe der kurzkettigen FS (also nicht bis zu CO2 und H2O) abgebaut werden à Energie in kurzkettigen FS steht Wirtstier zur Verfügung

Welcher Anteil der verdaulichen Nährstoffe des Futters wird bereits in den Vormägen verdaut und wie viel Prozent verlässt unverdaut den Pansen? Von welchen Faktoren wird dieses Verhältnis beeinflusst?

Futterproteine:
- Zu 30-70% im Oansen, v.a. von Bakterien verdaut, frisches Gras zu 100%
  - Verschieden Futterinhaltsstoffe (z.B. Tannine) o. chemische Behandlungsverfahren können durch Reduktion der Proteinlöslichkeit zu einem verminderten Proteinabbau führen
    à Protected Proteins: werden im Pansen nicht abgebaut und werden dem Wdk. so direkt im Dünndarm zur Verfügung gestellt
Kohlehydrate:
- Verdaulichkeit ist abhängig von Zusammensetzung
  - Lignin: sehr schlecht abbaubar
  - Stärke: leicht abbaubar
- Mehr als 4% Fett in der Nahrung können die mikrobielle Flora ungünstig beeinflussen (Protozoen)
- Wichtig für Verdaulichkeit ist v.a. das Verhältnis der Rohstoffe zueinander

Warum werden die Pansenmikroorganismen nicht allmählich mit der abfließenden Ingesta aus dem Pansen ausgewaschen?

Großteil der MO im Pansen ist mit den Futterpartikeln oder Pansenzotten assoziiert (70-80%)
- Adhäsion an Oberflächenstrukturen
- Mucopolysaccharide, Glycoproteine --> essentiell für Bindung d. Bakterien untereinander und an Oberflächen
Auch wenn Teile der Flüssigkeit abfließen, sind immer noch noch genügend MO vorhanden, die sich im Pansen weiter vermehren

Zusammensetzung des Pansengases? Welche Mengen werden pro Tag im Vormagen einer Kuh gebildet?

Zusammensetzung: 50-60% CO2 (aus Harnstoff, aus FS Abbau der MO), 30-40% Methan (CH4)27%, N2, O2, H2, Schwefelwasserstoff (H2S) und CO in Spuren
Ca 1500L Gas pro Tag / 500l Methan
Warum ist es für die MO wichtig, dass Methan entsteht?
- Damit nicht zu viel H2 im Pansen ist, da sonst andere Fermentationen stattfinden (Milchsäure- und Alkalische Gärung à schlecht fürs Milieu)
  à Schutz vor zu viel H2 (Knallgasreaktion)

Wodurch entstehen die bovine Ketose und die Trächtigkeitstoxämie beim Schaf? Welche Beziehung gibt es zwischen dieser Krankheit und der Vormagenverdauung?

Entstehen durch Energiemangel
- Milchkühe nach der Geburt gelangen häfig in Energiedefizit, Futteraufnahme hinkt Milchproduktion hinterher
- Schaf: am Ende der Trächtigkeit entsteht Ketose bei mehrlinggraviden Schafen, Energie wird zum Wachstum der Früchte genutzt
  --> Uterus nimmt viel Platz in der Bauchhöhle ein --> verringert Futteraufnahme --> Tier muss für Energie Körperfett aufwenden um Energie zu leisten --> da bei der Vormagenverdauung aus KH kurzkettige FS gebildet werden, muss zur Aufrechterhaltung des Blutzuckerspiegels die Glucose durch Gluconeogenese gebildet werden --> dadurch kommt es zur Konkurrenz um Oxalacetat, aus dem übrig gebliebenen Acetyl-CoA bilden sich Ketonkörper

Welche Schlüsse können aus Versuch 1-4 gezogen werden?

Temperatur
- Temperatur im Pansen steigt nach Fütterung um ca 0,5°C an
  - Grund hierfür ist, dass bei der mikrobiellen Fermentation Wärme freigesetzt wird
- Die KT wird aufgrund von physiologischen Kreislaufmechanismen jedoch konstant gehalten
Nachweis von Säureproduktion in vivo / in vitro
- In vitro:
  - Bei Glucosezugabe fällt der pH-Wert des Pansensaftes deutlich ab, bei NaCl-Lösung bleibt er hingegen konstant
    à Grund: Glucose steht dem MO als leicht spaltbare Energiequelle zur Verfügung und baut diese kurzkettigen FS ab
  - à diese kumulieren und senken den pH-Wert
- In vivo:
  - Ebenfalls ein Absinken des pH-Wertes nach Kraftfutterfütterung, da auch hier kurzkettige FS entstehen
    - pH-Effekt ist hier jedoch nicht ganz so ausgeprägt, da durchgängige Speichel in den Pansen zufließt = Pufferwirkung

pH-Wert Speichel:
- der pH-Wert des Speichels liegt bei ca. 8,2
  - gibt man je einen Millimeter zu den Ansätzen der in vitro-Säureproduktion, so steigt der pH-Wert dieser Säuren aufgrund der Pufferwirkung des Speichels an
Messung der Gasbildung
- Grundsätzlich ist die Gasproduktion in den Ansätzen mit partikelfreiem Pansensaft am niedrigsten, da die MO sich hauptsächlich an den Futterpartikeln im Pansen aufgehalten
  - Es liegt eine etwas höhere Gasproduktion in dem Ansatz vor, welche mit NaCl versetzt wurde
- Beim gefütterten Tier ist die Gasproduktion am größten, wobei im Vergleich von Stärkeansatz und Glucoseansatz bei der Glucose noch mehr Gas produziert wird (leichter verdaulich)

Welche Faktoren führen zu einer Störung des Gaswechsels, z.B. zu Blähsucht (Tympanie) oder zu schaumiger Gärung?

Tympanie = übermäßige Ansammlung von Gas im Pansen (gasf. oder schaumig)
Gasförmig: oft durch Störung des Ruktus (Verlegung Kardia oder Oesophagus, Störung der Motorik oder der Reizaufnahme
Schaumig: entsteht wenn im Futter sehr viele lösliche Proteine vorhanden sind und wenig Rohfaser, Gas wird von Flüssigkeit als als Bläschen umgeben à kann nicht vom Ruktus abgegeben werden

Durch welche Vorgänge wird der pH-Wert im Vormagen beeinflusst?

Abbau von KH zu kurzkettiger FS und Resorption ebd.
Speichelzufluss (Pufferwirkung)

Was fressen Wiederkäuer in der Wildbahn? Woraus besteht das Futter bei landwirtschaftlichen Hauswiederkäuern?

Wdk. in freier Wildbahn: schwer verdauliche Gräser oder Sträucher, sehr cellulosereicg
Hauswdk.: gut verdauliches Rauhfutter; energiereiches Mastfutter oder Milchleistungsfutter mit gut verdaulichen KH (Stärke) und Proteinen

Unter welchen Bedingungen ist bei Rindern die Supplementierung bei Rationen mit Harnstoff sinnvoll, unter welchen Bedingungen gefährlich?

Harnstoff dient als Nährquelle für die Bakterien im Pansen und liefert Ihnen Stickstoff um hochwertige Proteine aufzubauen
Bei zu wenig Protein kann Harnstoff sinnvoll sein
Zu viel Protein im Pansen --> Ammoniak kann nicht in mikrobielles Protein umgebaut werden --> Pansenalkalose --> hemmt mikrobiellen Stoffwechsel und Resportion von CA2+ und Mg2+

Zu welchen Klassen gehören die mikrobiellen Vormagenbewohner und auf welche Weise gelangen sie in den Pansen?

Konzentrationen:
- Bakterien: 10⁹-10¹¹/ml
- Protozoen: 10⁵-10⁸/ml
- Pilze: 10⁸-10⁹/ml

Anaerobe Pilze (Schf., Zg., Rd., Wild, auch Caecum Pferd)
- Neocallimastix frontalis
- Piramonas communis
- Sphaeromonas communis
- Funktion:
  - Invasion in Faserbestandteile
    - Herabsetzen Faserspannung
    - Partikelzerkleinerung
  - Erleichterung der Bakteriellen Besiedlung
- Initiatoren des fermentativen Abbaus von unlöslichen Faserbestandteilen;

Konstanz der mikrobiellen Faserverdauung

Protozoen, anaerob
- Variabel, rationsabhängig
- Z.B. 105/ml Rohfaserreicher Ration, 4.106/ml stärkereicher Ration
- Ca. 50% der Bio,asse im Pansen

Verdauungsphysiologische Funktion
- Intraruminaler Nährstoffabbau, Speicherung leicht fermentierbarer KH – verhindern so, dass der pH nach der Fütterung zu schnell abfällt
- Bereitstellung von Fermentationsprodukten (Acetat, Butyrat)
- Detoxifizierungsreaktionen (Reduktion Nitrit --> Amine --> können giftige Verbindungen binden)
- Bildung schwer resorbierbarer Schwermetallverbindungen (Kupfersulfidverbindungen)
- Regulation der Bakterienpopulation (können diese inkorporieren)

Bakterien – obligat anaerob – fakultativ anaerob
- >600 Arten, bisher nur zu geringen Anteil identifiziert
- 5-50.109 / g Panseninhalt
- Dickdarm 1010-1011 / g Caecum- bzw. Coloninhalt
- Gramnegativ oder Grampositiv – fibrolytische, amylytische, laktobazillen (je nach Futter), … welche die an der Pansenwand sitzen, CO2 verbrauchen um das Milieu anaerob zu halten
- Verteilung: Pansenflüssigkeit, Partikel-assoziiert, Wand-assoziiert, Protozoen
Archaeen – strikt anaerob
- 10⁸-10⁹ / ml
- Bildung von Methan aus CO2 und H2
Besiedelung der Vormägen beginnt nach der Geburt durch Kontakt mit Umwelt, Mutter, anderen Tieren, Futter

In welcher Konzentration kommen Bakterien und Protozoen im Pansen vor?

Bakterien: 10⁹10¹¹/ml
Protozoen: Ciliaten: 10⁵-10⁸ / ml Flagellaten: 10³-10⁴/ ml
Pilze: zw. 10⁴ und 10⁵ / ml

Die Bakterien besitzen wegen ihres kleineren Zellvolumens i.d.R. eine höhere Stoffwechselrate als die größeren Protozoen. Wieso können sich die Protozoen bei der Nahrungskonkurrenz trotzdem gegenüber den Bakterien im Pansen behaupten?

Protozoen sind größer als Bakterien und können diese inkorporieren --> Regulation der Bakterienkonzentration in der Vormagenflüssigkeit
Die Verdauung von Bakterien erhöht die Bereitstellung organischr und anorganischer Abbauprodukte in der Pansenflüssigkeit und kann so das Wachstum der verbleiben Bakterien verbessern

In welchem Bereich liegen Temperatur, pH-Wert, Osmolarität du Redoxpotential im Panseninhalt?

Temp: 39-41 °C
pH: 5,5-7,0 (abh. Von FS)
Osmolarität: leicht hypoton (260-280 mOsm); nach Fütterung durch die vielen FS über 400 mOsm
Redoxpotential: -250mV bis -300mV

Welche Unterschiede bestehen zwischen KH- und Proteinverdauung in den Vormägen und im Dünndarm?

Vormägen:

KH-Verdauung durch Bakterien (stehen nur den Bakterien zur Verfügung)
- KH --> Glykolyse (der Bakterien) --> Pentose-Phosphat-Weg --> Pyruvat --> kurzkettige FS (Acetat, Propionat, Butyrat) und Pansengase
Protein-Verdauung
- Enzymatisch durch Proteasen, von Bakterien und Pilzen
Anfallendes Ammoniak und AS werden für mikrobielle Proteinsynthese genutzt
--> Verlustreicher Ab- / Umbau von KH, Protein, ungesättigten FS

Dünndarm:

Proteinverdau durch Endopeptidasen des Magens, Pankreas
Exopeptidasen des Pankreas und der Bürstensaummembran des Dünndarms
BSM-ständige Peptidasen --> AS, Di- und Tripeptide als resorptionsfähige Endprodukte
KH-Verdau durch Enzyme (Amylase, Glucoamylase, alpha-Dextrinase, Saccharase
--> geringere Aktivität bei WDK
Stärke, Laktose und Saccharose werden zu Monosacchariden abgebaut

Welche Belastungen ergeben sich für die Vormagenverdauung aus einer zunehmenden Futteraufnahme bei Hochleistungstiere (Milch, Mast)?

Verstärkte Futteraufnahme, v.a. leicht verdaulicher KH --> Bildung kurzkettiger FS --> pH-Wert sinkt (Pansenacidose)
- Kann zu Verdrängung von MO führen, die normalerweise das Fermentationsmuster bestimmen
- Begünstigte Proliferation von Lactatbildnern --> steigende Lactatkonz. --> Lactatazidose
- Luminale Akkumulation --> Anstieg osmotischer Druck --> Wassereinstrom in Pansen --> Störungen der Barriere- und Transportfunktion

Lernkarten Info

W5 - Pansenstoffwechsel An - und Abtestate