Einfluss der Futterstruktur auf die Leistung, die gastrointestinale
Morphologie, das darmassoziierte lymphatische Gewebe und auf den jejunalen
Glukosetransport von Legehennen
New developments in the production and processing of feed for the use in the
poultry sector are associated with changes in the feed structure, which is
characterized by the particle size and the particle size distribution as well
as the physical form of the diet, i.e. mash, pellets or expandate. Different
grinding methods, grinding intensities as well as thermal treatment processes
are used in order to achieve more energy-efficient feed production and to
increase the quality and safety of feed. The aim of this study was to
investigate whether gastrointestinal function and consequently animal
performance and health were affected by the feeding of differently structured
diets. For this purpose, investigations were focused on morphological,
histological and immunological parameters and on the jejunal glucose transport
of the digestive tract in laying hens. The eight experimental diets were
produced using two different mills, the roller mill and the hammermill. By
changing the grinding intensities, coarsely and finely ground feed was
produced either as a mash or it was processed further to expandate. In total,
the following eight diets were produced, which differed in their feed
structure, but showed an identical botanical and chemical composition (30 %
corn, 29 % wheat and 22 % extracted soybean mash): Coarsely and finely ground
mash diets, coarsely and finely ground expanded diets, each of them produced
by one of the two mills. In eight consecutive trial runs, a total of 384
laying hens (Lohmann Brown), aged 20 weeks were randomly allocated to eight
different experimental groups (in total 48 hens per feeding group) with six
animals per floor pen each representing a single experimental unit. The hens
had ad libitum access to feed and water and were kept in barn systems. Each
experimental group received differently structured diets over a period of 21
days. During the experimental trial, the laying performance, i.e. the egg
production and the egg weight of each feeding group was recorded daily, and
the feed intake and body weight recorded weekly. At the end of each trial run,
the hens, aged 23 weeks, were slaughtered. In order to examine the effect of
different feed structures on the development of the digestive organs, the
pancreas, proventriculus, gizzard and the three segments of the small
intestine of hens of each feeding group were extracted and subsequently
weighed. For morphometric analysis, segments from the duodenum, jejunum and
ileum were removed, processed histologically and finally the villi lengths and
crypt depths were determined. In order to investigate the effect of the
different diets on the active glucose transport in the jejunum, Ussing chamber
experiments were conducted. On the basis of flow cytometric investigations,
the intraepithelial lymphocytes (IELs) of the duodenum and jejunum of laying
hens were characterized, and the effect of different feed structures on their
distribution and relative frequency examined. All collected data were analyzed
by using a three factorial analysis of variance in order to control for
interaction and single factor effects with respect to the factors milling
method, physical form and particle size of the diet. Concerning the collected
animal performance data, the physical form of the diet had an impact on the
overall feed intake. Hens fed with mash diets showed significantly higher feed
intakes than those given the expandate. Regarding the total experimental
period, neither the particle size of the feed nor the milling method used
affected the overall animal performance. However, the results showed that both
the physical form as well as the particle size of the diet influenced the
development of the digestive organs. Laying hens that received mash instead of
expandate had significantly higher gizzard and proventriculus weights as well
as increased pancreas weights. Hens fed the coarsely ground diets showed
significantly higher relative gizzard weights than those fed the finely ground
diets. Regarding the microscopic structure of the small intestine, the results
demonstrated that only the physical form of the diet had an impact on the
villus lengths and crypt depths. Laying hens fed with mash diets showed
significantly longer duodenal and shorter ileal villi as well as increased
duodenal villus height to crypt depth ratios than those given the expandate.
Moreover, the results of the Ussing chamber experiment showed that the active
glucose transport in the jejunum, mediated by the SGLT-1, was influenced by
the factor physical form of the diet. Mash-fed hens had a higher glucose
transport rate than expandate-fed hens. The protocol for the flow cytometric
analysis, which was established in order to determine the different lymphocyte
subsets from the gut-associated lymphoid tissue of laying hens, led to
reliable and reproducible results. With regard to the effect of the feed
structure, the results showed no difference in the distribution and relative
frequency of the IELs. To conclude, the results of this study illustrated that
in general the feed structure had no impact on the animal performance, with
the exception that the physical form of the diet (mash vs. expandate)
influenced the FI. The feeding of mash diets compared with the feeding of
expanded diets showed positive effects regarding the development of
gastrointestinal organs and the intestinal microstructure of epithelium of
laying hens, which may have led to the observed heightened glucose absorption
of the jejunum. Furthermore, the feeding of coarsely ground diets also
resulted in increased gizzard weights, but did not influence the intestinal
microstructure of the epithelium and the jejunal glucose absorption. This
study provides a characterization of different lymphocyte subpopulations from
the gut-associated lymphoid tissue of Lohmann Brown hens. However, the feed
structure did not seem to influence the distribution and relative frequency of
IELs in healthy hens of this age. The milling method used for the feed
production had no effect on the investigated parameters. Finally, it should be
noted that based on the results of the present study, neither intensive
grinding nor the use of thermal treatment processes led to improved animal
performance. In contrast, the feeding of coarsely ground mash diets seemed to
have positive effects on the gastrointestinal function and thus may lead to
improved animal health and welfare. From an environmental and economical point
of view, it should be emphasized that the production of coarsely ground mash
diets using energy-saving milling methods is resource-efficient and therefore
contributes to climate protection.Neue Entwicklungen in der Herstellung und Bearbeitung von Futter im
Geflügelsektor sind mit Veränderungen in der Futterstruktur verbunden. Der
Begriff der Futterstruktur umfasst dabei einerseits die Partikelgröße und
Partikelgrößenverteilung, andererseits die Form des Angebots, das heißt, ob
beispielsweise schrotförmiges, pelletiertes oder expandiertes Futter
verfüttert wird. Dabei werden unterschiedliche Vermahlungsarten und
-intensitäten sowie thermische Behandlungsverfahren genutzt, um eine
energieeffizientere Futterproduktion zu erzielen und die Qualität und
Sicherheit der Futtermittel zu erhöhen. Ziel der Studie war es daher zu
überprüfen, ob die Fütterung unterschiedlich strukturierten Futters die Magen-
Darm-Funktion sowie die damit verbundene Leistung und Gesundheit von
Legehennen beeinflusst. Zu diesem Zweck wurden morphologische, histologische,
transportphysiologische und immunologische Untersuchungen des
Gastrointestinaltrakts bei Legehennen durchgeführt. Die Futtervarianten wurden
mittels zwei verschiedener Mühlen, der Hammermühle und dem Weizenstuhl
hergestellt, grob und fein vermahlen und entweder ohne Behandlung als Schrot
verfüttert oder noch zusätzlich einer thermisch-mechanischen
Druckkonditionierung unterzogen und als Expandat verfüttert. Es entstanden die
folgenden acht Futtervarianten, die sich in ihrer Futterstruktur
unterschieden, jedoch aus botanisch und chemisch identischen
Ausgangskomponenten bestanden (30 % Mais, 29 % Weizen und 22 %
Sojaextraktionsschrot): grob und fein vermahlenes Schrot, grob und fein
vermahlenes Expandat, jeweils produziert durch eine der beiden Mühlen. In acht
konsekutiv angelegten Versuchsreihen wurden insgesamt 384 Legehennen (Lohmann
Brown; Alter: 20 Wochen) acht Fütterungsgruppen (48 pro Gruppe) zugeordnet,
die jeweils über einen Zeitraum von 21 Tagen das entsprechende Futter
erhielten. Dabei wurden sechs Tiere zusammen in einer Gruppe in Bodenhaltung
gehalten (experimentelle Einheit), denen ad libitum-Fütterungs- und
Tränkeeinrichtungen zur Verfügung standen. Während des gesamten
Versuchszeitraumes wurden verschiedene Leistungsparameter der Legehennen
erhoben, d.h. pro Fütterungsgruppe wurde die Legeleistung und die Eigewichte
täglich, die Futteraufnahme sowie das Gewicht der Tiere wöchentlich bestimmt.
Im Alter von 23 Wochen wurden die Versuchstiere nach vorheriger Betäubung
durch Blutentzug getötet. Um den Einfluss der Futterstruktur auf die
Entwicklung der Verdauungsorgane der Legehennen in den verschiedenen
Versuchsgruppen zu untersuchen, wurden Pankreas, Drüsen- und Muskelmagen sowie
die drei Dünndarmabschnitte entnommen und anschließend gewogen. Für die
histologischen Untersuchungen wurden Gewebeproben vom Duodenum, Jejunum und
Ileum entnommen, histologisch bearbeitet und die Länge der Darmzotten und
Kryptentiefe morphometrisch beurteilt. Mit Hilfe von Ussing Kammer Versuchen
wurde der aktive Glukosetransport im Jejunum der Tiere gemessen und überprüft,
ob dieser durch die Fütterung der verschieden Diäten beeinflusst wurde.
Mittels durchflusszytometrischer Messungen wurden intraepitheliale Lymphozyten
(IEL) im Duodenum und Jejunum zum einen charakterisiert und zum anderen
mögliche Effekte der Futterstruktur auf deren Verteilung und relative
Häufigkeit untersucht. Die statistische Analyse der Ergebnisse erfolgte durch
eine dreifaktorielle Varianzanalyse, so dass der Einfluss der einzelnen
Faktoren (Mühle, Form und Partikelgröße) sowie deren Interaktionseffekte
überprüft werden konnte. Die Auswertung der Leistungsdaten ergab, dass die
Form des Futters einen Einfluss auf die Futteraufnahme der Tiere hatte.
Legehennen, die mit Schrot gefüttert wurden, hatten signifikant höhere
Futteraufnahmen als jene, die das Expandat erhielten. Bezogen auf den gesamten
Versuchszeitraum beeinflusste dagegen weder die Partikelgröße des Futters noch
die verwendete Mühle die Leistung der Tiere. Allerdings hatte die Form sowie
die Partikelgröße des Futters einen Einfluss auf die Entwicklung einzelner
Organgewichte des Gastrointestinaltraktes. Legehennen, die mit Schrot anstelle
von Expandat gefüttert wurden, hatten signifikant schwerere Drüsen- und
Muskelmägen sowie höhere Pankreasgewichte. Außerdem wiesen Hennen, die mit
grob vermahlenen Diäten gefüttert wurden im Vergleich zu denen, die fein
vermahlenes Futter erhielten, signifikant höhere Muskelmagengewichte auf. Die
Ergebnisse der histologischen Untersuchungen des Dünndarmgewebes
veranschaulichten, dass einzig die Form des Futters Einfluss auf die Länge der
Darmzotten und Kryptentiefe hatte. Die mit Schrot gefütterten Legehennen
hatten signifikant längere duodenale und kürzere ileale Darmzotten als Hennen,
die Expandat als Futter erhielten. Außerdem führte die Fütterung von Schrot zu
einem größeren Verhältnis von Villuslänge zur Kryptentiefe im Duodenum. Die
Resultate der Ussing Kammer Versuche ergaben, dass der durch den SGLT-1
vermittelte aktive Glukosetransport im Jejunum durch den Faktor Form des
Futters beeinflusst wird. Somit wiesen die mit Schrot gefütterten Hennen
höhere Glukosetransportraten auf als Hennen, die mit Expandat gefüttert
wurden. Das eigens etablierte Protokoll für die durchflusszytometrische
Bestimmung unterschiedlicher Lymphozytensubpopulationen aus dem
darmassoziierten lymphatischen Gewebe führte zu aussagekräftigen und
reproduzierbaren Ergebnissen. Allerdings konnten keine durch Futter bedingten
Effekte auf die Verteilung und relative Häufigkeit der IEL festgestellt
werden. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie deuten darauf hin, dass die
Futterstruktur im Allgemeinen keinen Einfluss auf die Leistung der Legehennen
hat, mit Ausnahme der Futteraufnahme, die durch die Form des Futters (Schrot
vs. Expandat) beeinflusst wurde. Die Fütterung von Schrot im Vergleich zu
Expandat hatte positive Effekte auf die Entwicklung der Organe des Magen-Darm-
Traktes und auf die Mikroarchitektur der intestinalen Schleimhaut, wodurch
möglicherweise auch die nachgewiesenen erhöhten Glukoseaufnahmeraten im
Jejunum zu erklären sind. Zudem führte die Verfütterung von grob vermahlenen
Diäten zu erhöhten Muskelmagengewichten, während die Mikroarchitektur des
Darmepithels sowie der intestinale Glukosetransport davon nicht beeinflusst
wurde. Durch die vorliegende Arbeit konnten verschiedene
Lymphozytensubpopulationen im darmassoziierten lymphatischen Gewebe von
Legehennen der Rasse Lohmann Brown charakterisiert werden. Allerdings deuten
die Ergebnisse daraufhin, dass die Futterstruktur keinen Einfluss auf die
Verteilung und relative Häufigkeit der IELs in gesunden Legehennen dieses
Alters hat. Die zur Futterproduktion genutzten Mühlen hatten insgesamt keinen
Einfluss auf die untersuchten Parameter. Auf Grundlage der Ergebnisse dieser
Studie ist abschließend festzuhalten, dass weder die intensive Vermahlung noch
die Nutzung thermischer Behandlungsverfahren von Futter zu verbesserten
Leistungen der Legehennen führten. Vielmehr deuten die Untersuchungsergebnisse
darauf hin, dass insbesondere durch die Fütterung von grob vermahlenem Schrot
die Funktion des Magen-Darm-Traktes positiv beeinflusst wird und dies auch
positive Auswirkungen auf die Gesundheit und das Wohlbefinden der Tiere haben
könnte. Zudem ist aus ökologischer und ökonomischer Sicht zu betonen, dass
eine ressourcenschonende Futtermittelproduktion durch die Herstellung von grob
vermahlenem Schrot und die Verwendung energiesparender Mühlen gewährleistet
wird und somit zum Klimaschutz beitragen könnte
