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Pansenstoffwechsel



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

Eine Fütterung mit vielen leicht fermentierbaren KH  führt zum Absinken des pH im Pansen  => schafft optimale Bedingungen für die Proliferation von Laktatbildnern => durch Produktion von Laktat kommt es zur Entstehung einer Laktatazidose

Welche Schlüsse können aus Versuch Nr. 1 bis 4 gezogen werden?

Versuch 1: Temperatur

  • Temperatur. im Pansen steigt nach Fütterung um ca. 0,5 °C an => da bei der mikrobiellen Fermentation Wärme freigesetzt wird
  • Rektaltemperatur/ Körpertemperatur bleibt durch physiologische Regelkreise konstant

Versuch 2: Nachweis der Säureproduktion in vivo/in vitro

in vitro

  • bei Glucosezugabe fällt pH des Pansensaft deutlich ab => Glucose = leicht spaltbare Energiequelle für Mikroorganismen -> KH werden zu SCFAs abgebaut, diese kumulieren und führen zum Absinken des pHs
  • bei NaCl-Lösung bleibt er konstant 

in vivo:

  • ebenfalls Absinken des pHs nach Kraftfuttergabe => leicht verwertbare KH werden zu SCFAs abgebaut
  • pH-Effekt jedoch nicht so stark ausgeprägt, aufgrund der Pufferwirkung des Speichels

Versuch 3: pH-Wert Speichel

  • pH des gewonnen Speichels liegt bei ca. 8,2
  • gibt man je 1 ml zu den. Ansätzen in vitro-Säureproduktion dazu, so steigt dieser aufgrund der Puffer-Wirkung des Speichels an

Versuch 4: Messung der Gasbildung

= Werts und der Aufspaltbarkeit des Futters über die Gase, die bei mikrobieller Fermentation freigesetzt werden, werden gemessen

  • Gasproduktion in Ansätzen mit partikelfreiem Pansensaft am niedrigsten, da Pansenmikroben sich hauptsächlich an Partikeln aufhalten
  • etwas mehr Gasproduktion im Ansatz mit NaCl, hier können jedoch nur die bereits im Pansensaft enthaltenen Substrate genutzt werden
  • beim gefütterten Tier ist Gasproduktion daher höher
  • bei Glucose ist Gasproduktion am höchsten, da Stärke langsamer spaltbar als Glucose ist => auch hier ist beim gefütterten Tier die Gasproduktion noch etwas höher
  •  

Was fressen Wdk. in der freien Wildbahn? Und woraus besteht das Futter bei landwirtschaftlichen Hauswdk.?

freie Wildbahn: oft nur minderwertige zellulosereiche Gräser/ Sträucher, schwer verdaulich

Hauswdk: oft besser verdauliches Raufutter, hoher Anteil an hoch verdauliches, energiereiches Mastfutter/ Milchleistungsfutter => höhere Anteile an gut verdaulichen KH und Proteinen

Warum sinkt der pH-Wert der Vormagenflüssigkeit im vorliegenden Versuch?

  • durch die mikrobielle Fermentation der KH im Kraftfutter/ der Glucose werden SCFAs (Acetat, Propionat, Butyrat) gebildet 
  • diese säuern den pH an, wodurch der pH sinkt

Wie groß sind die Energieverluste bei der Vormagenverdauung und welche Bedeutung hat das Redoxpotenzial des Pansen?

  • Energieverluste in Form von Methanbildung (allein hier 18%) und Fermentationswärme bei der Vormagenverdauung
  • Verlust von Wärme hängt von Wärmebilanz des Tieres ab (z.B. Umgebungstemperatur)
  • auch durch mikrobiellen Stoffwechsel entstehen Verluste
  • Redoxpotenzial im Pansen: - 250 bis - 300 mV => dadurch. werden KH nur zu SCFAs abgebaut und nicht bis zu H2O und CO2 und sind als solche für das Tier nutzbar

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

Protozoen

  • ca 50 % der Biomasse des Pansens (sowohl Ciliaten und Flagellaten)

Bakterien

  • anaerob und aerob 
  • gramnegativ und grampositiv
  • ca. 30-40 %

Pilze

  • stellen eher kleine Gruppe dar

Besiedelung beginnt nach Geburt durch Kontakt mit Umwelt, Mutter, anderen Tieren und über Nahrungsaufnahme

Durch welche Vorgänge wird der pH im Vormagen beeinflusst?

  • durch den Abbau von KH zu SCFAs
  • der Resorption der SCFAs
  • dem Zufluss von Speichel als Puffer

=> sinkt der pH durch Fütterung mit vielen leicht fermentierbaren KH unter 5,5, proliferieren Laktatbildner und bilden zusätzlich Laktat, welches den Pansen-pH weiter absinken lässt = Pansenazidose

Wie hat man sich die Speichelbildung in den Drüsen vorzustellen? Welche besonderen Aufgaben erfüllt der Speichel beim Wiederkäuer?

Monogastrier: hypotoner Speichel

  • In Epithelien der Drüsenendstücke liegen in der basolateralen Membran eine Na/K-ATPase, ein Na/H-Antiporter, ein Cl/HCO3-Antiporter und ein Na/K/2Cl-Symporter
  • in der Zelle gebildetes HCO3 und Cl wird über Ionenkanäle an der apikalen Seite ins Lumen abgegeben
  • um negativen Ladungsüberschuss im Lumen auszugleichen folgt Na parazellulär
  • aus osmotischen Gründen folgt auch H2O
  • an basolateraler Seite strömt außerdem K+ aus einem Kanal, um den Verlust von Anionen in der Zelle auszugleichen
  • so entstandener Primärspeichel wird im Sammelrohr noch modifiziert
  • Na und Cl werden resorbiert & K und HCO3 sezerniert => durch hohe Na Resorption wird Speichel hypoton
  • Konzentrationen im Primärspeichel
    • Na+ = 140 mmol/l
    • K+ = 10 mmol/l
    • Cl- = 110 mmol/l
    • HCO3- = 40 mmol/l
  • Konzentrationen im Sekundärspeichel
    • Na+ = 10 mmol/l
    • K+ = 20 mmol/l
    • Cl- = 80 mmol/l
    • HCO3- = 50 mmol/l

Wiederkäuer: isotoner Speichel

  • hohe Phosphat- und Bicarbonatkonzentration
  • Transportsysteme sind bei nicht stimulierten und durch ACh stimulierten Speicheldrüsen verschieden
  • nicht stimulierte Zelle:
    • Phosphat wird basolateral übver Na/H2PO4-Cotransporter in die Zelle transportiert => Konzentrationsgradient wird durch Na/K-ATPase geliefert
    • außerdem transportiert ein Na/H-Austauscher Na in die Zelle
    • apicale Phosphatausscheidung in noch ungeklärt
    • Bicarbonat wird über einen Kanal ausgeschieden
  • ACh stimulierte Speichelsekretion
    • durch EWrhöhung der intrazellulären Ca2-Konz ein basolateraler Na/HCO3-Cotransporter aktiviert
    • dadurch wird ebenfalls der Na/H2PO4-Cotransporter aktiviert    
    • die apicale Ausscheidung wird ebenfalls durch Ca2 erhöht

Welche Mechanismen sorgen dafür, dass das Milieu des Panseninhalts, Mikroorganismenkonz. und Redoxpotenzial nur gering schwanken?

  • Temperatur steigt kurz nach Fütterung leicht -> wird aber durch die Temperaturregulationsmechanismen des Körpers innerhalb enger Grenzen gehalten
  • pH sinkt ebenfalls nach Fütterung durch SCFA Bildung => niedriger pH sorgt dafür, dass mehr FS undissoziiert vorliegen und per Diffusion resorbiert werden können & regt außerdem die Speichelsekretion an 
  • Speichel wirkt als Puffer und hebt den pH an
  • übermäßige KH-Fütterung kann zur Pansenazidose führen, zu viele Proteine zur Pansenalkalose (zu viel NH3)
  • Osmolarität liegt bei 260-280 mOsm, kurz nach Fütterung bei bis über 400 mOsm -> mäßig dichtes Pansenepithel verhindert unkontrollierten parazellulären Stoffaustausch
    • Anstieg der Osmolarität ist auf SCFAs zurückzuführen => durch deren effiziente Resorption sinkt Osmolarität rasch wieder
  • Mikroorganismenanzahl wird durch Abfluss der Ingesta und Vermehrung im Pansen konstant gehalten
  • Redoxpotenzial von - 250 bis - 300 mV wird durch sauerstoffverbrauchende Bakterien, die ein anaerobes Milieu herstellen, gesichert

Wie ist die Zusammensetzung des Pansengases und welche Mengen werden pro Tag im Vormagen einer Kuh gebildet?

Bestandteile: 50-60% CO2, 30-40% Methan, O2, H, Schwefelwasserstoff und CO kommen in Spuren vor

Pro Tag bildet eine Kuh etwa 150 L CH4

Wie groß sind die Energieverluste bei der Vormagenverdauung und welche Bedeutung hat das Redoxpotenzial des Pansen?

  • Energieverluste in Form von Methanbildung (allein hier 18%) und Fermentationswärme bei der Vormagenverdauung
  • Verlust von Wärme hängt von Wärmebilanz des Tieres ab (z.B. Umgebungstemperatur)
  • auch durch mikrobiellen Stoffwechsel entstehen Verluste
  • Redoxpotenzial im Pansen: - 250 bis - 300 mV => dadurch. werden KH nur zu SCFAs abgebaut und nicht bis zu H2O und CO2 und sind als solche für das Tier nutzbar

Wieviel Prozent der Trockenmasse des Panseninhalts sind Mikroorganismen?

Der Anteil an Protozoen und Bakterien am Pansenvolumen beträgt jeweils ca. 10 %

warum ändert sich die Zusammensetzung der Arten der Mikroorganismen im Pansen bei Änderung der Futterzusammensetzung?

jede Bakterienart ist spezialisiert auf bestimmte Umgebungsbedingungen

Einflussfaktoren die die Zusammensetzung der Bakterienflora bestimmen sind:

  • pH Wert
  • O2-Milieu
  • Substrate
  • Durchflussrate

In welcher Konzentration kommen Bakterien und Protozoen im Pansen vor?

Bakterien ca. Zahnmilliarden pro ml (10^10-10^11/ml)

Protozoen ca. 1000/ml Flagellaten (10^3-10^4) und ca. 100.000/ml Ciliaten (10^5-10^6/ml)

Welche Unterscheide bestehen zw. der. Vormagenverdauung und der Dünndarmverdauung?

-> Wo werden die Enzyme produziert?

-> Welche Endprodukte entstehen?

Dünndarmverdauung:

  • Enzyme zum Großteil aus Pankreas
  • Azinus- und Gangzellen sezernieren Peptiddasen, Nucleasen, Amylasen und Lipasen
  • außerdem werden auch in der Bürstensaummembran des Darmes selbst Enzyme hergestellt (Maltase, alpha-Dextrinose, Lactase und Saccharase)
  • Endprodukte:
    • KH: Glucose, Galactose, Fructose
    • Proteine: Peptide und AS
    • Fette: FS, Monoacylglyceride

Vormagenverdauung: 

  • Futterbestandteile werden hauptsächlich durch bakterielle Enzyme und Protozoen abgebaut
  • Endprodukte:
    • leicht verdauliche KH: Lactat
    • Cellulose: SCFAs, CO2, H2, Methan
    • Proteine: NH3, Carbonsäuren, bakterielles Protein
    • Fette: FS

In welchem Bereich liegen Temperatur, pH, Osmolarität und Redoxpotenzial im Panseninhalt?

Temperatur: 39-41 Grad C

pH: 5,5-7,0

Osmolarität: leicht hypoton mit 260-280 mOsm, nach der Fütterung durch viele FS über 400 mOsm

Redoxpotenzial: -250 bis -300 mV (wenn nicht negativ können keine SCFAs abgebaut werden)

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

Protozoen sind wesentlich größer als die Bakterien und können somit diese inkorporieren

 

Welche Rolle spielt das autonome Nervensystem für die Regulation des Speichelflusses? Welche Überträgerstoffe sind vorhanden und welche Wirkungsweisen haben sie?

Speicheldrüsen werden parasympathisch vom N. facialis und N. glossopharyngeus innerviert, sympathisch von den ersten 3 Thorakalnerven

Parasympathikus: über ACh Vasodilatation starke zunahme der Speichelsekretion

-> ACh induziert eine Änderung der intrazellulären Konzentration von Ca2+ als 2nd messenger

Sympatikus: Stimulation führt an α1-Rezeptoren zu einer Vasokonstriktion und Abnahme der Speichelsekretion = Speichel wird muköser 

-> wir ebenfalls über eine Veränderung der intrazellulären Ca2+-Konz vermittelt

Aufgrund welcher Mechanismen kann ein hypotoner Speichel entstehen? Welche Tierarten haben einen hypotonen und welche einen isotonen Speichel?

isotoner Speichel = gleicher osmotischer Druck

  • bei Wdk. produzieren Gld. Parotis, Gaumen-, Backen- und Pharynxdrüsen isotonen Speichel
  • Gld. sublingualis, mandibularis und die Lippendrüsen produzieren hypotonen Speichel,  insgesamt überwiegt aber der isotone Speichel
  • die Bicarbonat- und H2PO4-Konz. sind mit 110 mmol/l bzw. 20 mmol/l bei den Wdk. um ein vielfaches höher als im Plasma

hypotoner Speichel = geringerer osmotischer Druck

  • Monogastrier 60-80 mOsm (ist nur bei hoher Flussrate isoton)
  • hypotoner Speichel kann durch erneute Resorption von Ionen (v.a. Na) in Sammelrohren entstehen, während sie für H20 impermeabel sind
  • bei Stimulation der Speichelsekretion nehmen Konz von Na, Cl und HCO3 zu, wodurch der Speichel isoton wird

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

- der Großteil der Mikroorganismen im Pansen ist mit den Futterpartikeln oder den Pansenzotten assoziiert (70-80%)

- diese vermehren sich außerdem, wodurch sich neue bilden

- auch wenn Flüssigkeit abfließt, sind immer noch genügend Mikroorganismen vorhanden

Welche Bedeutung hat die mittlere Verweilzeit der Pansenflüssigkeit und der Futterpartikel?

  • Flüssigkeit = 12 h
  • feste Partikel = 18-72 h
  • lange Verweilzeit ist wichtig, damit die schwer verdaulichen Faserbestandteile durch eine Vielzahl mikrobieller Enzyme nach und nach aufgespalten werden können
  • durch Wiederkauen wird die Verweilzeit verkürzt, da dabei. die Partikel weiter zerkleinert und besser aufgeschlossen werden

Durch welche Reize wird die Speichelsekretion angeregt?

  • Speicheldrüsen werden parasympathisch vom N. facialis und N. glossopharyngeus innerviert, sympathisch von den ersten 3 Thorakalnerven

  • Parasympathikus: über ACh Vasodilatation starke Zunahme der Speichelsekretion => kann durch Atropin gehemmt werden

  • Sympatikus: Stimulation führt an α1-Rezeptoren zu einer Vasokonstriktion und Abnahme der Speichelsekretion = Speichel wird muköser 

  • außerdem wir durch unbedingte Reflexe wie: niedriger pH im Vormageninhalt (Chemorezeptoren) und Futterstruktur (Mechanorezeptoren) die Speichelsekretion beeinflusst

  • auch bedingte Reflexe können Rolle spielen => Pawlow bei Hunden => Klingelzeichen mir Futter konditioniert => Speichelfluss bei Klingelton = klassische Konditionierung

Welche besonderen Aufgaben erfülllt der Speichel beim Wdk?

  • Speichel enthält höhere Bicarbonat- und Phosphat-Konz. => pH von 8,2
  • Abpufferung des pHs im Pansen (pH wird durch SCFAs gesenkt)
  • enthält große Mengen an Harnstoff (50-60% der Plasmakonz.) => dient den Mikroorganismen als Nährstoff

 

Was ist ein unbedingter und was ein bedingter Reflex?

unbedingter Reflex = angeborene Verhaltensweise als Reaktion auf einen bestimmten Reiz

bedingter Reflex = erlernte Reaktion auf einen Reiz (klassische Konditionierung)

Welche Aufgaben hat der Speichel beim monogastrischen Tier?

  • Speichel hat primär verdauungsphysologische Funktionen
    • schützt Maul-SH und Zähne vorm Austrocknen und Säure
    • erleichtert das Abschlucken durch Durchfeuchtung des Bissens und Erhöhung der Gleitfähigkeit
    • beim Mensch und Schwein enthält er bereits erste Enzyme zur KH-Verdauung (Amylase)
  • sekundäre Funktionen
    • bakterizide Wirkung
    • Thermoregulation beim Hecheln
    • Abwehrmaßnahmen

Welche Speicheldrüsen gibt es bei den versch. Tierarten? Wie sind sie histologisch aufgebaut?

  • Gld. parotis
  • Gld. mandibularis
  • Gldd. sublinguales (Pferd nur Gld. sublingualis polystomatica)
  • histologisch: 
    • Drüsen sind von bindegewebiger Kapsel umgeben => von dieser ziehen Kollagenfaserbündel in die Tiefe und bilden so die großen und kleinen Läppchen
    • Sekret wird in Endstücken (Azini) gebildet => kann serös, mukös oder gemischt sein
    • Azini sind von Myoepithelien und Korbzellen umgeben
    • nach außen gelangt Speichel über ein System von Ausführungsgängen
      • Azinus  -> Ductus intercalatus (Schaltstücke) -> Ductus interlobulares (Sekretröhren) -> Ductus interlobares (Sekretgänge) -> Ductus excretorius (Ausführungsgang)

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?

  • Proteine: je nach Proteinquelle zu 30-70 % Pansenverdauung, bei frischem Gras 100%
  • versch. Futterinhaltsstoffe (z.B. Tannine) oder Behandlungsverfahren können den Proteinabbau vermindern
  • man benutzt sog "protected proteins", die nicht im Pansen abgebaut werden können, um sie direkt im Dünndarm dem Wdk. zur Verfügung stellen zu können
  • Abbaubarkeit der KH hängt von Zusammensetzung ab
    • Lignin = geringste Abbaubarkeit
    • Stärke ist leichter abbaubar
  • mehr als 4% Fett in der Nahrung können die mikrobielle Flora ungünstig beeinflussen
  • wichtig für die Verdaulichkeit ist das Verhältnis der Rohstoffe zueinander
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