Neue Erkenntnisse zu Hitzestress bei Schweinen: Schon kurze Hitzeperioden können bei Ferkeln zu Entzündungsreaktionen im Körper führen

Schwächere Absetzgewichte, mehr MMA (Mastitis, Metritis, Agalaktie), geringere Futteraufnahme und eine verringerte Umsetzung des aufgenommenen Futters in tierische Leistung können die Folge sein. In Einzelfällen führt Hitzestress sogar zum Tod des Individuums. Daher ist es wichtig, Schweine bei möglichst optimalen Temperaturen zu halten (Übersicht 1).

Die negativen Auswirkungen in Bezug auf Tierwohl und Wirtschaftlichkeit sind unbestritten. Doch warum ist Hitzestress für Schweine so problematisch? Und was geschieht bei Hitzestress im Tier? Welche Möglichkeiten bieten angepasste Fütterungsstrategien und Zusatzstoffe?
Unter anderem können bei Schweinen vor allem Alter, Gewicht sowie ein schlechter Gesundheitsstatus die Fähigkeit zur Temperaturregulierung negativ beeinflussen (Pearce 2014).
Schweine haben wenige bis keine funktionsfähigen Schweißdrüsen, daher regulieren sie ihre Temperatur auf andere Weise. Dazu zählt zum Beispiel das Liegen auf feuchten Stellen, um Körperwärme abzugeben, aber auch das Hecheln (auch Pumpen genannt) (Fuquay, 1981).
Über das Hecheln verlieren die Tiere Wasser, was dazu führt, dass die durch den Hitzestress meist ohnehin schon schlechte Futteraufnahme weiter sinkt. Außerdem hat der Flüssigkeitsverlust Einfluss auf die Milchleistung und die Temperaturregulierung durch die Ausscheidung von Urin und Kot. Als weiteres Mittel gegen die Hitze leitet der Körper des Schweins das Blut verstärkt in die Extremitäten um mehr Wärme abstrahlen zu können (Lambert 2009). Durch das Umleiten des Blutes kommt es zu einer Unterversorgung der Darmzellen mit Nährstoffen und Sauerstoff und dadurch zu oxidativem Stress (Lambert, 2004; Pearce et al., 2013). In Folge dieser negativen Auswirkungen der Hitze kommt es zu einer erhöhten Durchlässigkeit des Darmes (Lambert 2002, Pearce et al. 2013, Gabler et al. 2018).
Schweine, die unter Hitzestress leiden, reduzieren in der Regel die Futteraufnahme. Auf diesem Weg vermeiden die Tiere einen weiteren Anstieg der Körpertemperatur durch die bei der Verdauung entstehende Wärme. Dabei zeigten Untersuchungen mit Tieren unterschiedlicher Gewichtsklassen (75 kg, 50 kg und 25 kg) eine direkte negative Korrelation zwischen den durchschnittlichen Tageszunahmen und der steigenden Umgebungstemperatur. Während sich bei Schweinen mit 75 kg die durchschnittlichen Tageszunahmen ab etwa 23 °C reduzierten, konnten Tiere mit einem Körpergewicht von 25 kg Temperaturen bis zu 27 °C kompensieren (D. Renaudeau et al. 2011). Der optimale Temperaturbereich für Sauen im Abferkelstall liegt zwischen 21 - 25 °C, allerdings können Sauen bereits ab etwa 22 °C Symptome von Hitzestress zeigen (Bloemhof et al, 2013).

Die negativen Auswirkungen von Hitzestress auf Darm und Immunsystem
In einer aktuellen Untersuchung (Gabler et al., 2018) wurden 48 Tiere eine Woche nach dem Absetzen in zwei Gruppen aufgeteilt. Dabei wurde die Hälfte der Tiere ab einem Gewicht von 21 kg für 3 Tage einem täglich wiederkehrenden Hitzestress ausgesetzt (6h bei 38°C und einer Luftfeuchte zwischen 40 und 60% sowie für 18h bei gleicher Luftfeuchte, aber lediglich 32°C). Ziel der Studie war es, eine Hitzebelastung zu simulieren. Die Vergleichsgruppe wurde bei gleicher Luftfeuchte und 28°C gehalten.


Die gemessenen Parameter
Am Tag der Aufstallung, zu Beginn der Hitzestresssimulation und am Ende der Simulation wurden die Tiere gewogen. Außerdem wurden während der Belastungsphase alle zwei Stunden die Rektaltemperatur und die Atemzüge pro Minute gemessen. Am letzten Tag des Versuches wurden Blutproben gesammelt und Gewebeproben aus dem Ileum entnommen.
Die Proben der Darmzellwand wurde mit Hilfe einer Ussing Kammer (ein Gerät, mit dessen Hilfe man die Durchlässigkeit der Darmwand messen kann) auf ihre Barrierefunktion hin untersucht.

Ergebnisse:
Es zeigte sich, dass die Tiere der Gruppe mit täglich wiederkehrendem Hitzestress höhere Rektaltemperaturen hatten als jene Tiere, die unter Neutralbedingungen gehalten wurden. Des Weiteren war die Atemfrequenz in der Versuchsgruppe um den Faktor 2,5 höher als in der Vergleichsgruppe. Neben weiteren Veränderungen konnte vor allem eine signifikant höhere Darmdurchlässigkeit bei Tieren der Hitzestress Gruppe festgestellt werden.
Schon ältere Arbeiten zeigen, dass die Durchlässigkeit des Darmes durch verschiedene Faktoren erhöht wird. Unter anderem beeinflusst Hitze die Bildung der Tight Junction-Proteine und löst einen beschleunigten Zelltod der Darmepithelzellen aus. (Pearce et al. 2015)
Wegen der höheren Durchlässigkeit der Darmwand konnten mehr Endotoxine (auch Lipopolysacharide, kurz LPS) ins Blut gelangen. Diese Endotoxine sind Bestandteile der Außenhülle Gram-Negativer Bakterien. Sie werden hauptsächlich beim Absterben dieser Bakterien freigesetzt. Durch eine voll funktionsfähige Darmwand können Endotoxine nur in sehr begrenztem Umfang zwischen den Zellen hindurch in die Blutbahn und zu den übrigen Organen gelangen (Abbildung 1: Schematische Darstellung der Verbindung der Darmepithelzellen durch Tight Junction Proteine). Diese verhindern, dass Endotoxine den Blutkreislauf erreichen, in dem sie den transzellulären (Transport zwischen den Zellen) LPS Transport blockieren.

 

Tatsächlich war die gemessene Konzentration an Endotoxinen im Blut der Tiere, die dem wiederkehrenden Hitzestress ausgesetzt waren, um 150% höher als bei den Tieren, die unter thermoneutralen Bedingungen gehalten wurden (Abbildung 2).
Lipopolysaccharide (LPS) stimulieren das Immunsystem und lösen Entzündungen aus (Weber and Kerr, 2008). Gleichzeitig beeinträchtigen sie die Proteinsynthese und die Verdauung negativ (Rakhshandeh and de Lange, 2012).

Was also lässt sich aus diesen Erkenntnissen ableiten:

Hitzestress ist in der Lage die Darmbarriere zu schwächen. Auf diese Weise können große Mengen an Endotoxinen in den Körper gelangen und hier zu einer Entzündungsreaktion führen, was das ohnehin schon geschwächte Tier weiter belastet.
Ziel muss es daher sein, die Endotoxine daran zu hindern aus dem Darm in das Blut zu gelangen. Dazu eigenen sich neben der Vermeidung der Stressauslöser unterschiedliche Ansätze:

  • Das Ausschalten von weiteren Stressfaktoren wie etwa Mykotoxine. So ist Deoxynivalenol (DON) zum Beispiel dafür bekannt, dass es ebenfalls die Tight Junctions beeinträchtigen kann (Pinton et al.,2010). Auf diese Weise verstärkt DON, auch schon in geringeren Mengen, die negativen Auswirkungen von Hitzestress.
  • Zusätzlich wirkt sich DON negativ auf diverse Nährstofftransportsysteme im Darm aus (Grenier et al. 2013), was angesichts der schlechten Futteraufnahme in Hitzestressperioden ebenfalls kontraproduktiv ist.

Zur Deaktivierung von DON und anderer Trichothecene existiert aktuell lediglich ein zugelassener Futtermittelzusatzstoff in der EU, hierbei handelt es sich um den Mikroorganismus Biomin® BBSH 797. Des Weiteren eignet sich der in den Mycofix® Produkten enthaltene Bentonit nicht nur zur Bindung von Aflatoxinen (gem. EURL Methode). Im Jahr 2013 konnten Schaumberger et al. zeigen, dass der Bentonit auch Endotoxine binden kann. Außerdem sollte die Fütterung den Gegebenheiten angepasst werden.

Futterzusammensetzung
Absenken der Rohproteingehalte:
Noblet et al. (2000) zeigte in einer Laktationsstudie mit Sauen unter Hitzestress, dass die Tiere weniger an Gewicht verloren, wenn sie Futter mit geringerem Rohproteingehalt bekamen. Proteine erzeugen während des Verdauungsvorgangs mehr metabolische Wärme.

Der Ersatz von Stärke durch Fett als Energiequelle:
Fett ist leichter verdaulich und erzeugt im Vergleich zu Stärke weniger metabolische Wärme (Miller, 1991).

Absenken der Rohfasergehalte in der Ration:
Unverdaute Rohfaser gelangt in den Dickdarm, wo sie das Wachstum der Mikroorganismenpopulation stimuliert, sodass es durch die Fermentationsprozesse zur Erzeugung von Wärme kommt.

Fütterung:
Änderung der Darreichungsform des Futters:
Befeuchten des Futters mit Wasser; Verfüttern von pelletiertem Futter anstelle von Breifutter (Mash), wegen der höheren Aminosäure- und Energiedichte im Futter.

Futtervorlage an die Temperatur anpassen:
Mehrmals täglich kleinere Mengen füttern, wenn möglich in den kühlen Zeiten des Tages (morgens, abends, nachts).

Wasser:
Um eine möglichst gute Wasserversorgung sicher zu stellen, empfiehlt es sich vor der heißen Jahreszeit die Wasserleitungen alkalisch zu reinigen und das Wasser anschließend mit Säure zu versetzen (sofern keine anderweitige regelmäßige Hygienisierung des Tränkewassers erfolgt). Wichtig ist dabei den pH-Wert nicht unter pH 4,5 fallen zu lassen, da dies zu Lasten der Wasseraufnahme gehen kann. Zur Überprüfung der Wasseraufnahme leistet eine Wasseruhr gute Dienste, dennoch sollte beim Stalldurchgang besonders darauf geachtet werden, ob die Tiere ausreichend Harn absetzen (feuchte Stellen)!

Zusammenfassend lässt sich sagen:
Hitzestress reduziert die Leistung der Schweine. Zahlreiche Untersuchungen zum Thema Hitzestress belegen, dass besonders der Darm unter einer zu hohen Körpertemperatur leidet. Die vorgestellte aktuelle Studie von Gabler et al. zeigt, dass bei Hitzestress die Durchlässigkeit des Darmes für Endotoxine stark steigt. Die Reaktionen des Immunsystems auf eine steigende Menge an Endotoxinen im Blut sind für das Tier energie- und proteinaufwändig. Diese Energie und diese Eiweiße stehen in der Folge nicht mehr für die Leistung zur Verfügung.
Neben Hitzestress haben Mykotoxine, wie Trichotecene (DON, T2, NIV, etc.), ZEN, FUM oder Afla, auch die Fähigkeit die Darmwand zu schwächen und so Endotoxinen den Übergang in das Blut zu erleichtern. Neben den genannten Fütterungsstrategien kann der Einsatz von Rohkomponenten mit niedriger Mykotoxinkontamination und die Absicherung über einen Mykotoxindeaktivator, wie Mycofix®, helfen die Schweine besser durch Hitzestressperioden zu bekommen.

 

Weiterführend finden Sie interessante Versuchsergebnisse und Posterbeiträge zu diesen Themen: