Einleitung: Mangan (Mn) ist ein essentielles Spurenelement, welches als integraler Bestandteil von Metalloenzymen oder als Kofaktor zahlreiche Stoffwechselprozesse katalysiert. Häufig wird der Versorgungsstatus von Pferden über eine Blutanalyse im Serum überprüft, obwohl wissenschaftlich belegte Referenzbereiche für Pferde bislang nicht etabliert wurden. Es liegen für Pferde kaum Untersuchungen vor, die Effekte einer Supplementierung bei definierter Mn-Aufnahme betrachtet haben. In der Literatur finden sich im Allgemeinen nur wenige Untersuchungen zu Mn bei Pferden.
Ziel der Studie: Das Ziel dieser Untersuchung war die Etablierung von Mn-Referenzintervallen für adulte Warmblutpferde im Plasma, Serum und Vollblut sowie die Überprüfung von Effekten einer oralen Mn-Supplementierung mit unterschiedlichen Verbindungen (organisch vs. anorganisch) auf die Mn-Konzentrationen im Blut und in der Milch von Stuten und auf die Mn-Blutkonzentrationen von deren Saugfohlen.
Tiere, Material und Methoden: Für die Referenzwerterhebung wurden von 270 gesunden, adulten Warmblutpferden im Alter von 3-25 Jahren einmalig Blutproben gewonnen, um im Lithium Heparin (LH)-Plasma, Serum und Vollblut die Mn-Konzentration mittels Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) und Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS) zu analysieren. Zeitgleich entnommene Futterproben ermöglichten die Bestimmung des Mn-Gehaltes der korrespondierenden Fütterung. In eine 90-tägige, randomisierte, placebo-kontrollierte Supplementierungsphase wurden 33 laktierende Stuten und deren Saugfohlen einbezogen und in drei Fütterungsgruppen (Placebo n = 11, MnChelat n = 11, MnSulfat n = 11) eingeteilt. Zusätzlich zur Basisration (Heu ad libitum, Mischration: Mn-Aufnahme ca. 100 mg/kg Trockenmasse (TM)) erhielten die Stuten täglich 200 g eines Ergänzungsfutters entweder als Placebo oder mit 560 mg Mn als Mn-Sulfat oder Mn-Chelat zugesetzt. Blut- und Milchanalysen wurden mittels ICP-MS an 14-tägig gewonnenen Proben von Stuten und Fohlen durchgeführt. Die Daten wurden unter Verwendung der kommerziellen Software Statistica®, IBM SPSS Statistics 27 und XLSTAT statistisch ausgewertet. Die Referenzintervalle wurden nach den Empfehlungen des Clinical and Laboratory Standards Institute und der International Federation of Clinical Chemistry and Laboratory Medicine berechnet, wonach sie den Bereich zwischen 2,5. und 97,5. Perzentil der analysierten Mn-Konzentrationen umfassen. Ein Methodenvergleich für die AAS und ICP-MS erfolgte mittels Passing-Bablok-Regression. Daten aus der Mn-Supplementierungsstudie wurden mittels des Shapiro-Wilks-Testes auf Normalverteilung überprüft. Die Daten waren nicht normalverteilt, sodass Tests für nicht-parametrische Daten angewendet wurden. Das Signifikanzniveau lag bei p < 0,05. Die Darstellung der Daten erfolgt als Median und dem 25./75. Perzentil.
Ergebnisse: Die Mn-Aufnahme (587 – 1702 mg/Tag) war bei allen Pferden deutlich höher als die Mn-Versorgungsempfehlung von 485-545 mg/Tag. Die Pferde zeigten bei der Referenzwerterhebung im Vollblut mit medianen Mn-Konzentrationen von 12,4 µg/l (Interquartilsbereich: 9,10-16,1 µg/l) signifikant höhere Mn-Werte (p < 0,0001) als im korrespondierenden Serum (Median: 1,65 µg/l; Interquartilsbereich: 1,39-1,95 µg/l) oder LH-Plasma (Median: 1,35 µg/l; Interquartilsbereich: 1,01-1,71 µg/l). Diese Ergebnisse ließen sich auch durch die Supplementierungsstudie bestätigen. Die Stuten wiesen im Vollblut (Median: 15,6 µg/l; Interquartilsbereich: 12,8 - 18,5 µg/l) zehnfach höhere Mn-Konzentrationen als im Serum (Median: 1,54 µg/l; Interquartilsbereich: 1,20 - 1,90 µg/l) auf. Auch die Fohlen wiesen 16,4-fach höhere Mn-Konzentrationen im Vollblut (Median: 21,3 µg/l; Interquartilsbereich: 16,7 - 28,1 µg/l) im Vergleich zum Serum (Median: 1,50 µg/l; Interquartilsbereich: 1,30 - 1,70 µg/l) auf. Die Mn-Vollblutspiegel der Fohlen entsprachen der 1,6-fachen Mn-Konzentration ihrer Mutterstuten und unterschieden sich signifikant (p < 0,01). Die Milch enthielt mediane Mn-Konzentrationen von 0,012 mg/kg. Die Mn-Supplementierung hatte keinen Effekt auf die Mn-Spiegel in der Milch oder im Blut von Stuten und deren Fohlen. Im Methodenvergleich ergaben sich für LH-Plasma und Serum zwischen der AAS und der ICP-MS statistisch signifikante Abweichungen in den Mn-Bestimmungen, wohingegen beide Verfahren für das Vollblut vergleichbare Ergebnisse lieferten.
Schlussfolgerung: Vollblut zeigt durchschnittlich 10-fach höhere Mn-Konzentrationen als Serum oder LH-Plasma. Bei der Bewertung von Mn-Konzentrationen im Blut muss daher beachtet werden, welches Probenmaterial analysiert wurde und welche Methode angewandt wird, da es zwischen AAS und ICP-MS in Serum und Plasma zu relevanten Unterschieden kommen kann. Die Mn-Supplementierung beeinflusste die Mn-Konzentrationen im Blut nicht. Darüber hinaus waren die Mn-Spiegel im Vollblut der Fohlen im Vergleich zu den Stuten höher, obwohl die Mn-Konzentrationen unabhängig von der Supplementierung in der Stutenmilch niedrig waren. Aufgrund des geringen Mn-Gehaltes in der Milch ist eine frühzeitige Mn-Ergänzung, vorzugsweise über Raufutter notwendig, um die Mn-Versorgung der Fohlen sicherzustellen. Die kalkulierte Mn-Aufnahme der Pferde in dieser Studie zeigt, dass aufgrund der hohen Mn-Gehalte im Raufutter ein Mn-Mangel in der Praxis selten vorkommt.:Inhaltsverzeichnis Seite
1 Einleitung 1
2 Literaturübersicht 2
2.1 Vorkommen und chemische Eigenschaften von Mangan 2
2.2 Manganstoffwechsel 3
2.2.1 Absorption und Verdaulichkeit 3
2.2.2 Transport im Blut 3
2.2.3 Retention und Speicherung 4
2.2.4 Exkretion 4
2.3 Funktionen von Mangan im Stoffwechsel 5
2.3.1 Modulation von oxidativem Stress 5
2.3.2 Kohlenhydratstoffwechsel 5
2.3.3 Fettstoffwechsel 6
2.3.4 Harnstoffsynthese 6
2.3.5 Fruchtbarkeit und Reproduktion 7
2.3.6 Knorpel- und Knochenstoffwechsel 7
2.4 Manganmangel 7
2.5 Toxizität von Mangan 8
2.6 Mangan in der Pferdefütterung 9
2.6.1 Manganbedarf von Pferden 9
2.6.2 Manganversorgung von Stute und Fohlen 10
2.6.3 Mangangehalte in pferdetypischen Futtermitteln 10
2.6.3.1 Native Mangangehalte in Futtermitteln 10
2.6.3.2 Rechtliche Grundlagen zur Manganergänzung 11
2.6.3.3 Manganverbindungen zur Ergänzung 12
2.7 Diagnostik der Manganversorgung 12
2.7.1 Referenzintervalle 12
2.7.2 Blut 13
2.7.2.1 Plasma und Serum 13
2.7.2.2 Vollblut 13
2.7.3 Haar 14
2.7.4 Leber und andere Gewebe 14
2.7.5 Mangan-abhängige Superoxid-Dismutase 15
3 Publikationen 16
3.1 Mangankonzentrationen im Vollblut, Plasma und Serum adulter Warmblutpferde an drei Standorten in Deutschland 16
3.2 Effekte einer oralen Mangan-Supplementierung mit unterschiedlichen Verbindungen auf die Mangan-Vollblut- und Serumkonzentrationen von Stuten und Saugfohlen 32
4 Diskussion 45
4.1 Manganreferenzintervalle im Blut und Supplementierungseffekte 45
4.2 Diagnostik in der Praxis 48
4.3 Schlussfolgerungen 49
5 Zusammenfassung 50
6 Summary 52
7 Literaturverzeichnis 54
8 Anhang 65
8.1 Liste der Kongressbeiträge im Rahmen dieser Arbeit 65
8.2 Sonstige Kongressbeitrage 65
9 Danksagung 66 / Introduction: Manganese (Mn) is an essential trace element that catalyzes numerous metabolic processes as an integral component of metalloenzymes or as a cofactor. The supply status of horses is often monitored by means of blood serum analysis, although scientifically proven reference ranges for horses have not yet been established. There are only limited studies available for horses that have examined the effects of supplementation with a defined Mn intake. In general, there are only few studies on Mn in horses in the literature.
Aim of the study: The aim of this study was to establish Mn reference intervals for adult warm-blooded horses in plasma, serum and whole blood and to investigate the effects of oral Mn supplementation with different compounds (organic vs. inorganic) on the Mn concentrations in the blood and milk of mares and the Mn concentrations in the blood of their suckling foals.
Animals, material and methods: For the reference value survey, blood samples were taken once from 270 healthy, adult warm-blooded horses aged 3-25 years in order to determine the Mn concentration in lithium heparin (LH) plasma, serum and whole blood by means of atomic absorption spectrometry (AAS) and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Accompanying feed samples were taken to confirm the Mn content of the corresponding feed. In a 90-day, randomized, placebo-controlled supplementation phase, 33 lactating mares and their suckling foals were included and divided into three feeding groups (placebo n = 11, MnChelat n = 11, MnSulfat n = 11). In addition to the routine ration (hay ad libitum, mixed ration: Mn intake approx. 100 mg / kg dry matter), the mares received 200 g of a supplementary feed daily either as a placebo or with 560 mg of Mn added as Mn sulfate or Mn chelate. Blood and milk analysis were performed using ICP-MS on samples taken from mares and foals biweekly.
All data were statistically assessed with commercial software packages (Statistica®, IBM SPSS Statistics 27, XLSTAT). The reference intervals were calculated according to the recommendations of the Clinical and Laboratory Standards Institute and the International Federation of Clinical Chemistry and Laboratory Medicine, according to which they range between 2.5. and 97.5. percentile of the analyzed Mn concentrations. A comparison of methods for AAS and ICP-MS was carried out using Passing-Bablok regression. Data from the Mn supplementation study were checked for normal distribution using the Shapiro-Wilks test. As the data were not normally distributed, tests for non-parametric data were subsequently used for analyses. Level of significance was set at p < 0.05. Data are presented as median and 25. /75. percentile.
Results: In all horses Mn intake (587-1702 mg/day) was significantly higher than the current recommendations for Mn supply (485-545 mg/day). Analyses verified significantly (p < 0.0001) higher Mn whole-blood concentrations in horses (median 12.4 µg/L; interquartile range: 9.10-16.1 µg/L) than in the corresponding serum (median: 1.65 µg/L; interquartile range: 1.39-1.95 µg/L) or LH plasma (median: 1.35 µg/L; interquartile range: 1.01-1.71 µg/L). These results could also be confirmed by the supplementation study. The mares showed 10-fold Mn concentrations in whole blood (median: 15.6 µg/L; interquartile range: 12.8-18.5 µg/L) compared to the serum (median: 1.54 µg/L; interquartile range: 1, 20-1.90 µg/L). The foals also had Mn whole blood concentrations 16.4 times higher (median: 21.3 µg/L; interquartile range: 16.7-28.1 µg/L) compared to the serum Mn concentrations (median: 1.50 µg/L; interquartile range: 1.30-1.70 µg/L). Additionally, Mn whole blood levels of the foals corresponded to 1.6 times the Mn concentration of their dams and thus differed significantly (p < 0.01). The milk contained median Mn concentrations of 0.012 mg/kg. Mn supplementation had no effect on Mn levels in milk or blood of mares and their foals. A comparison of methods showed statistically significant deviations in the Mn determinations for LH plasma and serum between the AAS and the ICP-MS, whereas they provided comparable results for whole blood.
Conclusion: Whole blood shows an average of 10 times higher Mn concentrations than serum or LH plasma. When evaluating Mn concentrations, it must therefore be taken into consideration which sample material is analyzed and which method is used, as relevant differences were found between AAS and ICP-MS in serum and plasma. Blood Mn concentrations were not affected by the Mn supplementation. However, the Mn levels differed significantly between serum and whole blood. In addition, the Mn concentrations in whole blood of suckling foals were higher compared to their dams, although the Mn concentrations in the mare's milk were low regardless of the supplementation. Due to low Mn content in milk, early Mn supplementation, preferably by forages, is necessary to ensure that foals are supplied with Mn according to their requirement. The calculated Mn intake of the horses in this study shows that due to the high Mn content in roughage, Mn deficiency rarely occurs in practice.:Inhaltsverzeichnis Seite
1 Einleitung 1
2 Literaturübersicht 2
2.1 Vorkommen und chemische Eigenschaften von Mangan 2
2.2 Manganstoffwechsel 3
2.2.1 Absorption und Verdaulichkeit 3
2.2.2 Transport im Blut 3
2.2.3 Retention und Speicherung 4
2.2.4 Exkretion 4
2.3 Funktionen von Mangan im Stoffwechsel 5
2.3.1 Modulation von oxidativem Stress 5
2.3.2 Kohlenhydratstoffwechsel 5
2.3.3 Fettstoffwechsel 6
2.3.4 Harnstoffsynthese 6
2.3.5 Fruchtbarkeit und Reproduktion 7
2.3.6 Knorpel- und Knochenstoffwechsel 7
2.4 Manganmangel 7
2.5 Toxizität von Mangan 8
2.6 Mangan in der Pferdefütterung 9
2.6.1 Manganbedarf von Pferden 9
2.6.2 Manganversorgung von Stute und Fohlen 10
2.6.3 Mangangehalte in pferdetypischen Futtermitteln 10
2.6.3.1 Native Mangangehalte in Futtermitteln 10
2.6.3.2 Rechtliche Grundlagen zur Manganergänzung 11
2.6.3.3 Manganverbindungen zur Ergänzung 12
2.7 Diagnostik der Manganversorgung 12
2.7.1 Referenzintervalle 12
2.7.2 Blut 13
2.7.2.1 Plasma und Serum 13
2.7.2.2 Vollblut 13
2.7.3 Haar 14
2.7.4 Leber und andere Gewebe 14
2.7.5 Mangan-abhängige Superoxid-Dismutase 15
3 Publikationen 16
3.1 Mangankonzentrationen im Vollblut, Plasma und Serum adulter Warmblutpferde an drei Standorten in Deutschland 16
3.2 Effekte einer oralen Mangan-Supplementierung mit unterschiedlichen Verbindungen auf die Mangan-Vollblut- und Serumkonzentrationen von Stuten und Saugfohlen 32
4 Diskussion 45
4.1 Manganreferenzintervalle im Blut und Supplementierungseffekte 45
4.2 Diagnostik in der Praxis 48
4.3 Schlussfolgerungen 49
5 Zusammenfassung 50
6 Summary 52
7 Literaturverzeichnis 54
8 Anhang 65
8.1 Liste der Kongressbeiträge im Rahmen dieser Arbeit 65
8.2 Sonstige Kongressbeitrage 65
9 Danksagung 66
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:82593 |
| Date | 08 December 2022 |
| Creators | Theiner, Elena |
| Contributors | Universität Leipzig |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 10.1055/a-1525-0868, 10.1055/a-1656-2610 |
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