Veränderungen der Lipidstoffwechselindizes als Folge unterschiedlicher Formen der Selenergänzung bei Hühnern

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 13817 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Selen ist ein lebenswichtiges Element, das für viele Stoffwechselprozesse wichtig ist. Futterbestandteile, die in der Hühnerernährung verwendet werden, insbesondere Getreide, können einen Selenmangel aufweisen, weshalb eine Selenergänzung erforderlich ist. Angesichts der Fortschritte in der Zucht und dem damit verbundenen höheren Bedarf der Vögel an diesem Element liegt es nahe, eine erhöhte Selendosis in der Ernährung von Hühnern zu untersuchen. Ziel der Studie war es, die Wirkung von mit verschiedenen Formen von Selen angereichertem Futter in einer erhöhten Dosis von 0,5 mg/kg Futter auf das Profil und den Stoffwechsel von Fettsäuren im Brustmuskel und in der Leber von Hühnern zu bewerten. Die Studie wurde an 300 Ross 308-Hühnern durchgeführt, die 42 Tage lang unter Standardbedingungen aufgezogen wurden. Die Kontrollgruppe erhielt mit Natriumselenit angereichertes Futter in einer Dosis von 0,3 mg/kg Futter. Die Forschungsgruppen erhielten verschiedene Formen von Selen (Natriumselenat, selenisierte Hefe, Nanoselen) in einer erhöhten Dosis von 0,5 mg/kg Futter. Die Studie zeigte, dass die Verabreichung verschiedener Formen von Selen im Futter dessen Konzentration im Brustmuskel und in der Leber beeinflusste (p ≤ 0,01). Es wurde festgestellt, dass Nano-Selen eine hohe Bioverfügbarkeit aufweist, aber im Vergleich zu anderen Formen von Selen auch ein geringeres Toxizitätsrisiko aufweist. Die Verwendung verschiedener Formen von Selen (p ≤ 0,01) in einer Dosis von 0,5 mg/kg Futter kann das Fettsäureprofil, die Lipid- und Enzymindizes des Fettsäurestoffwechsels in Brustmuskel und Leber erheblich verändern.

Bei monogastrischen Tieren werden im Gegensatz zu Wiederkäuern ungesättigte Fettsäuren (UFA) nicht aus dem Futter biohydriert. Aus diesem Grund besteht ein Zusammenhang zwischen den zugeführten Nahrungsfettsäuren (FA) und denen, die im Gewebe von Tieren wie Geflügel abgelagert werden1,2. Eine hohe Konzentration an mehrfach ungesättigten FA (PUFA) im Futter birgt das Risiko einer erhöhten Oxidationsanfälligkeit der Gewebelipide, was wiederum sowohl den Geschmack und das Aroma (ranzig) als auch den Nährwert des Fleisches verändern kann. Um oxidative Prozesse zu verhindern, werden Futtermischungen für Geflügel mit Zusatzstoffen mit antioxidativen Eigenschaften ergänzt, die die oxidative Stabilität und damit auch das oxidative Gleichgewicht der Lipide im Fleisch bewahren3. Selen (Se) ist eines der am häufigsten verwendeten Antioxidantien. Es wird in der Tierfütterung üblicherweise in zwei Formen verwendet: anorganisch – als Natriumselenit (Na2SeO3) oder Natriumselenat (Na2SeO4; SS) oder organisch – als Selenomethionin (SeMet) oder Selenocystein (SeCys). Selen ist ein essentielles Bioelement, das zusammen mit anderen Mikroelementen wie Zink und Jod eine wichtige Rolle für das reibungslose Funktionieren, die Entwicklung und das Wachstum verschiedener Organismen spielt4. Bisher wurden Futtermischungen für Masthühner hauptsächlich mit anorganischen Formen von Se ergänzt. Mit der Weiterentwicklung der Se-Forschung wurden jedoch auch andere Formen von Se eingesetzt, insbesondere solche, die im Vergleich zu SS und Natriumselenat leichter vom Gewebe absorbiert werden5. Die Se mildern oxidativen Stress und peroxidative Schäden durch UFA und beeinflussen die Wirksamkeit der Fettsäurebiosynthese in tierischen Geweben6,7. Selenmangel in der Ernährung kann die Umwandlung von Linolensäure (ALA) in Eicosapentaensäure (EPA) und Docosahexaensäure (DHA) negativ beeinflussen, was zu einem ungünstigen n-6/n-3-Verhältnis in den Gewebelipiden führt. Auch der Zusatz von Se zu Futtermitteln für Nutztiere verändert das Fettsäureprofil von Fleisch8,9,10,11,12. Der Verzehr von Hühnerfleisch steigt im Vergleich zu anderen Fleischsorten jedes Jahr sukzessive an. Daher würde die Anreicherung der Ernährung von Geflügel mit geeigneten Se-Formen die Produktion von Geflügelfleisch ermöglichen, das reich an hochwertigen n-3-Fettsäuren ist, die für die menschliche Ernährung unverzichtbar sind. Aktuelle Studien haben gezeigt, dass insbesondere die langkettigen n-3-PUFA eine entscheidende Rolle bei der Vorbeugung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen spielen2,13,14. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass die Anreicherung des Broilerfutters mit Se-Nanopartikeln wirksamer ist, da Nano-Se vor dem Einbau in Selenoproteine nicht metabolisiert werden muss und möglicherweise effektiver vom Körper aufgenommen wird als SS15,16. Angesichts der zahlreichen Vorteile der Verwendung von Nanopartikeln, wie z. B. erhöhte Biozugänglichkeit und Absorption17,18,19, Verbesserung des Futterverwertungsverhältnisses, Förderung des Wachstums und der Entwicklung von Muskelzellen, Verbesserung der Darmmikrobiota und Unterstützung der Vogelkokzidiose-Prophylaxe16,20, scheint es wahrscheinlich, dass Nano-Se kann auch die Möglichkeit einer Anreicherung von Hühnerfleisch mit PUFA erhöhen, es liegen jedoch nur wenige diesbezügliche Daten vor.

Ziel dieser Studie war es, die Auswirkungen verschiedener Formen von Se auf den Fettsäurestoffwechsel und den Gesundheitszustand von Masthühnern zu vergleichen.

Die Hauptkomponentenanalyse (PCA) wurde für die vorläufige Untersuchung der für Brustmuskel- (BM) und Leberproben gesammelten Daten eingesetzt. Die für die Proben von intramuskulärem BM-Fett durchgeführte PCA ermöglichte die Unterscheidung von sechs Hauptkomponenten mit Eigenwerten über 1,0 (Kaiser-Kriterium), die für 90,68 % der Gesamtvarianz verantwortlich sind. Zu den zu dieser Gruppierung beitragenden Variablen (mit Eigenwerten über 0,7) gehörten die folgenden Fettsäuren (Abb. 1): C14:1, C16:0, C16:1 und C18:2 (positive Werte für PCA 1) sowie C17:0, C18:0, C18:1 cis-9, C20:0, ALA, C20:3 all-cis-11,14,17, C20:4, C22:5 und DHA (negative Werte für PCA 1). ). Im Fall von PCA 2 erwiesen sich nur die negativen Ladungen als signifikant: C20:2, C20:3 all-cis-8,11,14 und C24:1. Eine solche Punktverteilung neben PCA 1 spiegelt die Auswirkung der Verwendung höherer Dosen anderer Se-Formen (T2 und T3) als der in CON- und T1-Diäten verwendeten SS-Dosen (0,3 mg/kg bzw. 0,5 mg/kg) auf das FA-Profil wider im intramuskulären BM-Fett. Die für Leberfettproben durchgeführte PCA ermöglichte die Unterscheidung von vier Hauptkomponenten mit Eigenwerten über 1,0 (Kaiser-Kriterium), die für 90,98 % der Gesamtvarianz verantwortlich sind. Zu den Variablen, die zu dieser Gruppierung von Punkten (mit Eigenwerten über 0,7) für PCA 1 beitrugen, gehörten die folgenden Fettsäuren (Abb. 2): C12:0, C14:0, C15:0, C16:0 und C18:1 trans -9 (positiv korreliert) sowie C14:1, C16:1, C17:1, C18:1 cis-9, C18:2, C20:0, C20:2, C20:3, C22:1, C20: 3, C20:4, EPA, C24:1 und DHA (negativ korreliert). Im Fall von PCA 2 (13,90 %) waren nur C17:0, C18:3, C21:0 und C22:0 negativ korreliert. Wie bei den Proben von intramuskulärem BM-Fett beobachtet, spiegelt die Verteilung der Punkte neben PCA 1 den Einfluss der Verwendung anderer Formen von Se als anorganischem Se in der Hühnerernährung, d. h. selenisierter Hefe (SY) und Nano-Se, sowie der Modifikation von Fettsäure wider Profil in BM und Leber, verursacht durch Nahrungsergänzung mit verschiedenen Formen von Se.

Die Verteilung der Faktorladungen der Variablen von Brustmuskelproben, dh die Korrelationen der Fettsäuren zwischen den Primärvariablen und den Hauptkomponenten. Linolsäure (LA, C 18:2) korrelierte am stärksten und positivsten mit der ersten Hauptkomponente.

Die Verteilung der Faktorladungen der Variablen von Leberproben, dh die Korrelationen der Fettsäuren zwischen den Primärvariablen und den Hauptkomponenten. Pentadecansäure (C15:0) korrelierte am stärksten positiv mit PCA 1, während Behensäure (C22:0) am stärksten negativ mit PCA 2 korrelierte.

In dieser Studie wurden Futtermischungen analysiert, denen verschiedene Formen von Se in einer Dosis von 0,5 mg/kg Futter zugesetzt wurden, was die Obergrenze für die Ergänzung von organischem Se im Hühnerfutter darstellt. Ein Vergleich des Fettsäureprofils von intramuskulärem BM-Fett und Leberfett von Vögeln aus den jeweiligen Versuchsgruppen zeigte, dass die Verabreichung erhöhter Dosen verschiedener Se-Formen die Lipidzusammensetzung der untersuchten Gewebe, einschließlich der Konzentrationen, signifikant beeinflusste (p ≤ 0,01). von SFA, MUFA, PUFA sowie n-3 und n-6 FA (Tabelle 1). Der wichtigste FA, der für Unterschiede im PUFA-Gehalt verantwortlich ist, war C18:2-Säure (LA) in BM-Proben und C20:4-Säure (n-6) in Leberproben. Die Verwendung von SY oder Nano-Se in der Hühnerfütterung ermöglicht eine signifikante Erhöhung des MUFA-Gehalts und eine Erhöhung des PUFA-Gehalts im BM. Der höchste Gehalt an n-3 FA in den Proben von intramuskulärem BM-Fett wurde in Gruppe T1 bestimmt, wo Vögel eine Diät mit an erhielten erhöhte SS-Dosis. Der erhöhte Gehalt an n-3-Fettsäuren führte zu dem niedrigsten Gehalt an n-6-Fettsäuren und einem niedrigeren n-6/n-3-Verhältnis. Bei den Leberfettproben wurde das günstigste n-6/n-3-Verhältnis in der CON-Gruppe ermittelt, die zudem den höchsten Gehalt an n-3-Fettsäuren aufwies. Die Nahrungsergänzung von Broilern mit SY und Nano-Se erhöhte den PUFA-Gehalt im intramuskulären BM-Fett signifikant (p ≤ 0,01). Bei Leberfettproben wurde der gleiche Effekt (p ≤ 0,01) bei einer Futterergänzung mit einer Se-Dosis von 0,3 mg/kg Futter erzielt. Der Gehalt an LA- und ALA-Fettsäuren hängt maßgeblich von der im Broilerfutter verwendeten Se-Form ab. Der höchste LA-Gehalt im BM wurde in Gruppe T2 ermittelt, der niedrigste in Gruppe T1. Der ALA-Gehalt war umgekehrt proportional zum LA-Gehalt. Der höchste ALA-Gehalt wurde in der Gruppe T1 ermittelt, die eine Diät mit der erhöhten SS-Dosis erhielt, der niedrigste in den Gruppen T2 und T3. Die Analyse des DHA-Gehalts im Knochenmark und in der Leber zeigte, dass der DHA-Gehalt in den Gruppen von Hähnchenhähnchen, denen die SS-ergänzte Diät verabreicht wurde, signifikant (p ≤ 0,01) höher war.

Die höchste Se-Konzentration im Brustmuskel wurde in der Gruppe T2 (p ≤ 0,01) bestimmt, die mit einer Diät mit SY gefüttert wurde (Tabelle 2), während die niedrigste im BM bei den Broilern aus Gruppe T3 festgestellt wurde. Bei den Leberproben wurde die höchste Se-Konzentration in der CON-Gruppe ermittelt, die mit der empfohlenen SS-Dosis (0,3 mg Se/kg Futter) gefüttert wurde. Die Analyse der Lipidoxidationsindizes zeigte signifikante (p ≤ 0,01) Unterschiede in ihren Werten in Abhängigkeit von der Se-Form. Die TBA war in den Gruppen, die Futter mit SS (CON und T1) erhielten, signifikant höher, wohingegen die gesamte antioxidative Kapazität, gemessen mit der Radikalfängermethode (DPPH, 1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl) und GSH, in BM und signifikant höher war Leber von Vögeln der Gruppen T2 und T3.

Die in der Ernährung von Broilern verwendete Form von Se hatte keinen signifikanten (p ≥ 0,05) Einfluss auf das PUFA/SFA-Verhältnis bei BM, wohingegen sich die Werte in Leberproben zwischen den Gruppen signifikant unterschieden (p ≤ 0,01), wobei PUFA:SFA am höchsten war Verhältnis gefunden in Gruppe CON (Tabelle 3). Das n-6/n-3-Verhältnis war in den Gruppen CON und T1 unabhängig vom untersuchten Gewebe signifikant höher. Fett aus BM und Leber von Vögeln aus den Gruppen und T wies einen signifikant (p ≤ 0,01) niedrigeren AI-Wert auf, wohingegen BM-Fett aus den Gruppen CON, T2 und T3 und Leberfett aus Gruppe T1 einen signifikant (p ≤ 0,01) niedrigeren AI-Wert aufwiesen TI-Wert. Natriumselenat, das Vögeln in der höheren getesteten Dosis (0,5 mg/kg Futter, Gruppe T1) verabreicht wurde, hatte einen negativen Effekt auf den TI-Wert im BM, wohingegen in Leberproben der gleiche Effekt bei Nahrungsergänzung mit Nano-Se beobachtet wurde. Die Werte der hypocholesterinämischen und hypercholesterinämischen Indizes (h/H) waren in den Gruppen, denen die SS-ergänzte Diät verabreicht wurde, sowohl im Brustmuskel als auch in der Leber signifikant (p ≤ 0,01) höher. Darüber hinaus hatte die Nahrungsform von Se einen signifikanten (p ≤ 0,01) Einfluss auf die Werte von DI (18), DI (16), Gesamt-DI, Thioesterase-Index (nur bei BM) und Aktivität von Δ5-Desaturase + Δ6- Desaturase. Die Elongase-Aktivität (EI) unterschied sich signifikant (p ≤ 0,05) zwischen den Gruppen; wobei die höchste Aktivität sowohl im BM als auch in der Leber der Vögel aus den Gruppen ermittelt wurde, denen die mit SS ergänzte Diät verabreicht wurde. Der Gehalt an neutraler und hypocholesterinämischer Säure (DFA) unterschied sich deutlich zwischen den untersuchten Geweben. Die höchste DFA-Konzentration wurde sowohl im Knochenmark als auch in der Leber der Kontrollvögel ermittelt. Der Wert des Sättigungsindex (S/P) und der Gehalt an hypercholesterinämischem FA (HFA) unterschieden sich signifikant (p ≤ 0,01). Die niedrigsten Werte dieser Parameter wurden in den Vogelgruppen ermittelt, die mit SS-ergänztem Futter gefüttert wurden.

Selen ist ein essentielles Element, das bei vielen physiologischen Prozessen im tierischen Körper eine wichtige Rolle spielt. Es beeinflusst das entsprechende Wachstum, die Fruchtbarkeit und die Immunreaktionen21. Bei Vögeln ist Se für die Synthese von Selenocystein unverzichtbar, d. h. einer Aminosäure, die Bestandteil von Selenoproteinen ist, die an Stoffwechselprozessen beteiligt sind, wie Glutathionperoxidase (GSH-Px), Thioredoxinreduktase und Iodthyronindeiodinase22. Nahrungsbestandteile, die bei der Masthähnchenfütterung verwendet werden, darunter vor allem Getreide, können einen Mangel an Se aufweisen, was hauptsächlich auf dessen Mangel im Boden zurückzuführen ist. Daher wird Se in der Geflügelproduktion ergänzt, um dessen Mangel in der Ernährung von Broilerhühnern vorzubeugen23,24. Der Se-Bedarf des Broilerkörpers wurde auf 0,15 mg/kg Futter ermittelt25. Andere Autoren wiederum empfehlen, diese Dosis auf 0,3 und 0,75 mg/kg Futter zu erhöhen26,27. Angesichts der immer schnelleren Wachstumsrate von Masthühnern und dem daraus resultierenden schnelleren Körperstoffwechsel erscheint es ratsam, die Auswirkungen einer erhöhten Nahrungsergänzung mit Selen auf den Schutz ihres Körpers vor reaktiven Sauerstoffspezies zu untersuchen. Dies würde dazu beitragen, den Verbrauchern hochwertiges Fleisch zu bieten, das reich an hochwertigem Fett und einem vorteilhaften Fettsäureprofil ist27,28.

Die Nahrungsergänzung von Broilerhühnern mit Se beeinflusst dessen Gehalt im Fleisch29, wohingegen die Form von Se auch seine Absorption, Speicherung und Nutzung im Vogelkörper beeinflusst30. Selenselenat wird vom Körper durch einfache Diffusion aufgenommen, SY hingegen durch den aktiven Transport. Dies ermöglicht es den Vögeln, Se im Gewebe anzusammeln und es dann zur oxidativen Abwehr bei erhöhtem Stress zu nutzen31. In der Studie von29 wurde die höchste Se-Konzentration in BM und Lebergewebe bei den Vögeln ermittelt, denen die mit SY ergänzte Diät verabreicht wurde. Diese Autoren zeigten auch, dass organisches Se im Vergleich zu anorganischem Se leichter vom Körper aufgenommen wurde. In der vorliegenden Studie wiederum wurde die höchste Se-Konzentration im BM bei den Vögeln der Gruppe T2 erreicht, denen eine Diät mit einer erhöhten SY-Dosis verabreicht wurde, während die höchste Se-Konzentration in der Leber bei den Vögeln der Gruppe T1 (SS) ermittelt wurde , 0,5 mg/kg). Dieses Ergebnis widerspricht auch den Erkenntnissen von32. Die durchgeführte Studie bestätigt, dass Nano-Se eine höhere Bioverfügbarkeit und ein geringeres Toxizitätsrisiko aufweist als andere Se-Formen33, insbesondere SS. Angesichts der Ergebnisse der vorliegenden Studie scheinen die Empfehlungen zur Nahrungsergänzung von Broilern mit Nano-Se in einer Menge von 0,3–0,5 mg/kg gerechtfertigt zu sein26. Darüber hinaus kann die Zugabe von Nano-Se zu einem Broilerfutter in einer oberen empfohlenen Menge (0,5 mg/kg) die ordnungsgemäße Funktion des Magen-Darm-Trakts unterstützen. Auf diese Weise kann es die ordnungsgemäße Entwicklung der Immunität der Vögel beeinflussen34 und so für ein hohes Wohlergehen der Vögel und eine erstklassige Qualität des Endprodukts sorgen.

Angesichts des erhöhten Toxizitätsrisikos anorganischer Formen aufgrund ihrer leichten Anreicherung im Gewebe besteht Forschungsbedarf zu anderen Formen von Se, die wichtige Informationen für die moderne Geflügelproduktion im Interesse des Wohlergehens von Hühnern und der Lebensmittelsicherheit für den Menschen liefern werden. 100 g Brustmuskel von Hühnern, die mit einer Diät mit erhöhten Nano-Se-Werten im Futter (0,5 mg/kg) gefüttert wurden, können 17 % der empfohlenen Tagesdosis (RDI von Se = 70 µg/Tag) für einen erwachsenen Menschen liefern35. Der Verzehr von Brustmuskeln von T2-Hühnern liefert bis zu 60 % des RDI. Im Gegensatz dazu konzentriert sich Se tendenziell stark in der Leber. Lebern von Hühnern, die mit CON-, T1- (anorganischem Se) Futter gefüttert wurden, hatten einen sukzessive vier- bis fünfmal höheren empfohlenen RDI, während die Lebern der T2-Gruppe einen mehr als einmal höheren RDI aufwiesen, was ein Risiko für die menschliche Gesundheit darstellen kann. Lebern von T2-Hühnern könnten potenziell bis zu 70 % des RDI dieses Elements liefern (pro 100 g Hühnerleber). Eine entsprechende Ergänzung mit Nano-Se in einer erhöhten Dosis (0,5 mg/kg) kann zu einem Endprodukt mit erhöhtem Nährwert führen, das als funktionelles Lebensmittel bezeichnet wird. Dies bestätigt, dass Fleisch und Leber, die auf diese Weise mit Nano-Se angereichert werden, eine wertvolle und sichere Quelle für Se sind, die zu einer verbesserten Gesundheit der Verbraucher beitragen kann, während gleichzeitig der Bedarf an diesem Element bei Masthühnern aufrechterhalten und deren normales Wachstum, Gesundheit und damit Wohlbefinden sichergestellt werden Ebenen. Die Verwendung von Nano-Se in der Ernährung von Hühnern in einer Höchstdosis von 0,5 mg/kg ist durch die Vorschriften der Europäischen Union36 zulässig, da dies sowohl für die Hühner als auch für die Qualität des von den Vögeln gewonnenen Rohmaterials von gegenseitigem Nutzen ist. Außerdem scheint Nano-Se bei der Modulation des Fettsäureprofils von Fleisch und Innereien von Broilerhühnern wirksam zu sein. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Ergänzung des Broilerfutters mit der nanoskaligen Form von Se in der Dosis wie in der vorliegenden Studie genauso sicher ist wie die anderen Formen im Hinblick auf die Anreicherung von Fleisch mit Se, was für die Gesundheit der Verbraucher wichtig sein kann. Darüber hinaus schützt Nano-Se die Leber von Masthühnern vor der schädlichen Wirkung von Cr(VI)37. In ihrer Studie38 ergänzten sie das Futter von Broilern mit SY in einer Dosis von 0,5 mg/kg und stellten fest, dass dadurch Fleisch produziert werden konnte, das mit 0,256 mg/kg Selen und mit n-3 FA bis zu 6,71 % der Gesamt-FA angereichert war. Der Vergleich der Ergebnisse für die mit SY ergänzte Gruppe zeigte, dass diese durch die höchste Se-Konzentration im BM (0,42 mg/kg) und durch einen wesentlich geringeren Gehalt an n-3-Fettsäuren (1,54 % der gesamten FA) gekennzeichnet war. Die Analyse der vorliegenden Studienergebnisse im Hinblick auf die Empfehlungen zur menschlichen Ernährung zeigt, dass durch die Ergänzung der Broilernahrung mit einer höheren SS-Dosis (0,5 mg/kg Futter) die höchste Se-Konzentration im BM und das beste n-6/n-3-Verhältnis erreicht werden kann und die höchste ALA-Konzentration.

Die Nahrungsergänzung von Broilern mit SS führte im Vergleich zu den anderen getesteten Zusatzstoffen zu geringeren Gehalten an C14:0 und C:16 im Knochenmark und in der Leber. Die oben genannten Erkenntnisse sind aus Sicht der menschlichen Ernährung von wesentlicher Bedeutung, da diese FA potenzielle Begünstiger von Herz-Kreislauf-Erkrankungen sein können39. Die Nahrungsergänzung von Broilern mit SS (Gruppen CON und T1) führte im Vergleich zu den anderen getesteten Se-Formen auch zu einer deutlichen Tendenz zur erhöhten Konzentration von n-3-PUFAs. Dieser Zusammenhang lässt sich durch den größeren Schutz erklären, der durch anorganisches Selen gewährleistet wird, und damit durch einen geringeren Abbau von PUFAs in oxidativen Prozessen40. Letzteres lässt sich auf die Aktivität der Glutathionperoxidase (GPx) zurückführen, also eines selenabhängigen Enzyms, dessen Hauptfunktion darin besteht, freie Radikale zu eliminieren und damit FA, insbesondere PUFAs, zu schützen. Selen ist ein wichtiger Bestandteil von GSH-Px, wohingegen eine Se-Supplementierung die mRNA-GSH-Px1-Expression in der Leber von Hühnern steigern kann41. In der vorliegenden Studie wurde festgestellt, dass Se in Form von SY und Nano-Se die PUFA-Akkumulation in BM signifikant beeinflusst und diese in der Leber verringert. Dies hängt mit den Funktionen von BM und Leber zusammen. Die Brustmuskulatur speichert PUFA hauptsächlich in Lipiden, während die Leber für deren Verteilung im Körper verantwortlich ist. Der erhöhte Gehalt an PUFA in einer Nahrung, insbesondere an n-3 PUFA, kann zu einer Lipidperoxidation und damit zu einer Beeinträchtigung der Leberfunktionen führen42,43. Wir haben nachgewiesen, dass die Verwendung anderer als SS-Formen von Se einen positiveren Effekt auf den ordnungsgemäßen Lipidstoffwechsel bei Vögeln hatte.

Die n-3- und n-6-FA gehören zu zwei verschiedenen Familien und können von Organismen von Säugetieren und Vögeln nicht synthetisiert werden. Der Überschuss an Fettsäuren einer Familie beeinträchtigt den Stoffwechsel der anderen Gruppe; Daher ist es wichtig, das optimale n-6/n-3-Verhältnis aufrechtzuerhalten. Es wurde festgestellt, dass die Verwendung von SS in der Hühnerernährung in der vorliegenden Studie die FA-Zusammensetzung erheblich verändert, indem sie ein günstigeres n-6/n-3-Verhältnis gewährleistet, was zur Vorbeugung der ischämischen Herzkrankheit empfohlen wird44. Das gestörte n-6/n-3-Verhältnis führt zur Überproduktion proinflammatorischer Eicosanoide, die die Synthese von Zytokinen und Akute-Phase-Proteinen stimulieren, die wiederum Auslöser von Krankheiten wie Neoplasien, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Arteriosklerose, Fettleibigkeit und Typ-2-Diabetes sind oder Alzheimer-Krankheit45,46. Laurinsäure (C12:0), Myristinsäure (C14:0) und Palmitinsäure (C16:0) wiederum korrelieren stark mit dem Risiko für das Auftreten von Arteriosklerose, Fettleibigkeit oder ischämischer Herzkrankheit47,48, wohingegen der Sättigungsgrad stark abhängt mit diesen Säuren gilt als Parameter zur Beurteilung der Lebensmittelqualität49. In der vorliegenden Studie verringerte eine Nahrungsergänzung mit SS den Gehalt an gesättigten Fettsäuren signifikant (p ≤ 0,01) und erhöhte den ALA-Gehalt im BM, was aus Sicht der menschlichen Ernährung als wichtig erachtet wird.

Der TBARS-Wert (mg MDA/kg Probe) gibt den Status der Lipidoxidation in verschiedenen Geweben an, während DPPH dazu dient, die Fähigkeit zum Abfangen freier Radikale zu messen50,51. Die Werte der Atherogenitäts- (AI) und Thrombogenitätsindizes (IT) sollten so niedrig wie möglich sein. Je niedriger ihre Werte sind, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Arteriosklerose und der Bildung von Blutgerinnseln beim Menschen52.

Im Gegensatz zu den AI- und TI-Indizes müssen die Werte der Hypocholesterinämie- und Hypercholesterinämie-Indizes (h/H) so hoch wie möglich sein, um einen Verbraucher vor Hypercholesterinämie zu schützen, die einen Risikofaktor für das atherosklerotische Syndrom darstellt53. In der vorliegenden Studie wiesen Leberproben mit einem hohen Gehalt an Lipiden und Mineralien, die prooxidative Wirkungen hervorrufen, höhere TBARS-Werte im Vergleich zu BM auf. Der Zusatz von Selenaten (0,3 mg/kg) und Nano-Se (0,5 mg/kg) zur Nahrung verursachte eine signifikante (p ≤ 0,05) Abnahme des Gehalts an Lipidoxidationsprodukten im Lebergewebe, nämlich auf 2,08 bzw. 2,04 μg MDA/g. Außerdem54 beobachtete die schützende Wirkung von Se auf Lebergewebe vor durch freie Radikale ausgelösten Veränderungen. Sie zeigten, dass eine Nahrungsergänzung mit Nano-Se den Gehalt an Lipidoxidationsprodukten deutlich reduzierte, von 0,55 in Gruppe C auf 0,30 mg MDA/g in der geänderten Gruppe.

Delta-9-Desaturase katalysiert die Umwandlung mittelkettiger und langkettiger SFA in einzelne MUFA, also C16:0 und C18:0 sowie C16:1 und C18:155. Die Aktivität der Delta-9-Desaturase hängt von der Ernährung und dem Alter der Vögel ab56, aber auch von der in der Nahrung enthaltenen Se-Form, wie in der vorliegenden Studie gezeigt. Der Anstieg der Delta-9-Desaturase-Aktivität in den Gruppen, denen die SS-ergänzte Diät verabreicht wurde, führte zu einem Rückgang des Gehalts an C16:0- und C18:0-FA zugunsten von C16:1- und C18:1-Fettsäuren im BM der Organismen beider Säugetiere und Vögel sind nicht in der Lage, essentielle PUFA wie LA und ALA aus Acetyl-CoA zu synthetisieren, können sie jedoch in ungesättigtere, langkettige essentielle FA umwandeln, wenn sie mit der Nahrung versorgt werden. Umwandlungen dieser Säuren werden unter anderem durch Desaturasen katalysiert. Der Δ5 + Δ6-Desaturase-Index wird verwendet, um die Fähigkeit von Vögeln zu beurteilen, langkettige FA aus LA und ALA57 zu synthetisieren. Der höhere Wert des Δ5 + Δ6-Desaturase-Index weist auf eine höhere Wirksamkeit der langkettigen FA-Synthese hin. Masthühner sind in der Lage, DHA und EPA aus ALA zu synthetisieren, und diese Synthese wird durch Desaturase und Elongase katalysiert58. In der vorliegenden Studie wurde ein erhöhter DHA-Gehalt sowohl im Knochenmark als auch in der Leber der Vögel festgestellt, die mit SS-ergänztem Futter gefüttert wurden. Der EPA-Gehalt unterschied sich nicht signifikant (p ≥ 0,05) zwischen den BM-Proben, es wurden jedoch signifikante (p ≤ 0,01) Unterschiede im Gehalt zwischen den Leberproben festgestellt. Die erhöhten Gehalte an EPA und DHA werden durch eine signifikant höhere Aktivität von Δ5 + Δ6-Desaturase in den Gruppen CON und T bestätigt, was den Schluss zulässt, dass die Zugabe von Se in Form von SS einen signifikanten Einfluss auf die Wirksamkeit der langkettigen FA-Synthese hatte .

Die Studie zeigte, dass eine Selenergänzung in einer Dosis von 0,5 mg/kg Futter die Selenkonzentration in Brustmuskel und Leber, Veränderungen des Fettsäureprofils, oxidative Indizes und den Lipidstoffwechsel erheblich beeinflusst. Die Anwendung von Nano-Se in einer Menge von 0,5 mg/kg Futter zeichnet sich durch einen deutlich höheren Gehalt an PUFAs und Schutz der Lipide vor der Wirkung reaktiver Sauerstoffspezies bei hoher Bioverfügbarkeit und geringer Toxizität für den Hühnerorganismus aus. Der Einsatz erhöhter Selendosen im Futter ist eine Reaktion auf die immer schnellere Wachstumsrate und den immer schnelleren Orgasmusstoffwechsel von Hühnern. Dies wird dazu beitragen, den Verbrauchern ein qualitativ hochwertiges Produkt zu bieten, das reich an hochwertigen Fetten ist.

Das Experiment wurde mit 300 Ross 308-Hühnern durchgeführt, die zufällig auf 4 Versuchsgruppen verteilt wurden, in 5 Wiederholungen, 15 Vögel pro Wiederholung. Broiler wurden 42 Tage lang unter Standardbedingungen aufgezogen. Sie hatten freien Zugang zu Wasser und wurden einem kontrollierten Lichtkreislauf ausgesetzt. In den ersten 10 Tagen erhielten alle Vögel die gleiche Starternahrung, die auf ihren Nährstoffbedarf abgestimmt war (Tabelle 4). Am 11. Lebenstag begannen sie mit der entsprechenden Diät (Tabelle 5). Die Versuchsgruppen unterschieden sich hinsichtlich der in die Nahrung aufgenommenen Selenform, d. h.:

CON – Kontrollgruppe – Diät, die den Nährstoffbedarf von Ross 308-Hähnchen mit der Grunddosis (empfohlen) an anorganischem Se (SS – 0,3 mg/kg Futter) erfüllt,

T1 (SS) – Futter mit der höchsten Dosis an anorganischem Se (SS 0,5 mg/kg Futter),

T2 (SY) – Futter mit der höchsten Dosis an Se in organischer Form (SY, kommerzielles Präparat) (0,5 mg/kg Futter),

T3 (Nano-Se) – Futter mit höherer Se-Dosis in Form von Nanopartikeln (kommerzielle Zubereitung) (0,5 mg/kg Futter).

Für die Schlachtung im Alter von 42 Lebenstagen wurden 40 Hühner ausgewählt (10 Vögel aus jeder Behandlung; 2 Vögel für jede Wiederholung), deren Körpergewicht dem Gruppenmittelwert entsprach. Zur biochemischen und antioxidativen Analyse wurden Gewebeproben entnommen.

Die Bestimmung des Se-Gehalts in Brustmuskel und Leber wurde nach der PB-28/LF-Methode in einem akkreditierten Labor durchgeführt (PCA-Akkreditierungszertifikat Nr. AB 1095, Ausgabe Nr. 19 vom 1. Januar 2022). Die Vorbereitung der Proben gemäß der Norm PN-EN 13804 und die anschließende Mineralisierung (MARS 5) wurden gemäß der Norm PN-EN 13805 durchgeführt. Die Bestimmung des Se-Gehalts in Geweben wurde mit der ICP-MS-Technik (Thermo XSERIES 2-System) durchgeführt. Die Ergebnisse wurden mit der ICP-Multielement-Standardlösung (19 Elemente in verdünnter Salpetersäure, CERTIPUR, 115474 Merck Millipore) verglichen.

2-Thiobarbitursäure (TBA) in Geweben wurde durch die Extraktionsmethode gemäß59 bestimmt, bei der die Absorption der Farblösung gemessen wurde, deren Farbe sich als Ergebnis der Reaktion zwischen Fettoxidationsprodukten (hauptsächlich Malonaldehyd) und TBA entwickelte. Ungefähr 2 g Fett wurden in ein Zentrifugenröhrchen auf 0,01 g genau eingewogen und mit 5 cm3 10 %iger Trichloressigsäure versetzt. Anschließend wurde die Mischung 2 Minuten lang mit einem Glasstab verrieben. Anschließend wurden 5 cm3 0,02 molare TBA-Lösung zugegeben und die Probe erneut 2 Minuten lang verrieben und 10 Minuten lang bei 4000 U/min zentrifugiert. Nach der Zentrifugation wurde die Lösung in ein Glasröhrchen filtriert und nach dem Verschließen der Öffnung mit Polyethylenfolie wurde die Farbe 24 Stunden lang bei Raumtemperatur entwickelt. Anschließend wurden Proben zur kolorimetrischen Bestimmung gesammelt. Die Absorption wurde mit einem Hitachi U-1100-Spektrophotometer bei 532 nm gegen den Reagenzienblindwert gemessen. Der Reagenzienblindwert wurde durch Zugabe von 5 cm3 10 %iger Trichloressigsäure und 5 cm3 0,02 molarer TBA-Lösung in ein Glasröhrchen hergestellt.

Messungen der Radikalfängeraktivität in analysierten Geweben wurden durch ein Routinetestverfahren60 unter Verwendung eines synthetischen DPPH-Radikals (1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl) durchgeführt. Als Oxidationsreagenz wurde Folin-Ciocâlteu-Reagenz verwendet und alle Chemikalien wurden von SIGMA-ALDRICH CHEMIE GMBH (München, Deutschland) in höchster verfügbarer Reinheit bezogen.

Die Glutathion (GSH)-Konzentration wurde in Geweben mit dem OXISRESEARCH BIOXYTECH GSH/GSSG-412™-Test (Foster City, CA, USA) bestimmt. Vor der Analyse wurden die Proben unter Zusatz von M2VP (1-Methyl-2-vinyl-pyridiumtrifluormethansulfonat) bei einer Temperatur von 80 °C eingefroren. Das freigesetzte, reduzierte GSH wurde gemäß der detaillierten Anleitung des Kit-Herstellers ermittelt. Die Absorptionsmessung (λ412) und die Messung der Reaktionskinetik wurden mit dem Mikroplattenlesegerät Synergy 4 (BIOTEK; Winooski, VT, USA) durchgeführt. Die Ergebnisse wurden mit der Gen5-Software (BIOTEK) berechnet. Die GSH-Konzentration wurde in Thiolgruppen (mmol-SH-Gruppen) ausgedrückt.

Gesamtlipide aus Geweben wurden nach dem von Folch et al.61 beschriebenen Verfahren extrahiert. Das Fettsäurenprofil wurde mit dem Gaschromatographen mit FID-Detektor gemäß PN-EN ISO: 5509, PN-EN ISO: 5508 wie zuvor von Ciemniewska-Żytkiewicz62 bestimmt. Gebrauchte Restek-2330-Kapillarsäule, 105 m, 0,25 mm ID, 0,2 µm df (90 % Biscyanopropyl/10 % Phenylcyanopropylpolysiloxan). Anfängliche Säulentemperatur 100 °C für 4 Minuten. Dann mit 3 °C/min auf 240 °C erhöht. Die Endtemperatur wurde bis zur Elution des letzten chromatographischen Peaks auf einem Minimum gehalten. FID-Detektortemperatur 300 °C. H2-Fluss 30 ml/min im FID-Detektor, Luftstrom 350 ml/min im FID-Detektor, N2-Fluss (Make-up) 15 ml/min im FID-Detektor. Für alle anhand des Standards ermittelten Fettsäuren wurde eine Einpunkt-Detektorkalibrierung verwendet. Bei der Kalibrierung wurde für jeden Fettsäuremethylester der RF (Response-Faktor) bestimmt. Kalibrierungskurve mit zertifiziertem BCR-162R-Referenzmaterial. Der Grundstandard enthält 37 Fettsäuren mit gleicher oder ähnlicher Zusammensetzung wie der Standard „Supelco 37 Component Fame Mix“, ungelöst oder gelöst in Hexan (Lagerung gemäß Herstellerangaben). Die Bestimmung des Fettsäureprofils wurde in einem akkreditierten Labor durchgeführt (PCA-Akkreditierungszertifikat Nr. AB 439, Ausgabe Nr. 18 vom 2. August 2019).

Entsättigungsindizes wurden berechnet, indem der prozentuale Gehalt des Produkts auf den prozentualen Gehalt des Vorläufers bezogen wurde, wie folgt63:

Der Elongase-Index (EI) und der Thioesterase-Index (TI) wurden wie folgt berechnet64:

Die Aktivität von Δ5-Desaturase + Δ6-Desaturase wurde mit der folgenden Gleichung65 bestimmt:

Das erstellte Fettsäureprofil ermöglichte die Berechnung des n-3/n-6-Verhältnisses, des PUFA/SFA-Verhältnisses, des einfach ungesättigten Fettsäuren (MUFA)/SFA-Verhältnisses und des UFA/SFA-Verhältnisses. Der Sättigungsindex (S/P) und die Atherogenitäts- (AI) und Thrombogenitätsindizes (TI) wurden wie folgt berechnet47:

Die DFA-, HFA- und h/H-Verhältnisse wurden wie folgt berechnet66:

Alle Verfahren in der vorliegenden Studie wurden in Übereinstimmung mit den Grundsätzen der Europäischen Union und dem polnischen Tierschutzgesetz durchgeführt. Es wurden keine Handlungen durchgeführt, die Schmerzen oder Leiden mit sich brachten. Alle geltenden institutionellen Richtlinien für die Pflege und Verwendung von Tieren wurden befolgt. Die in dieser Studie durchgeführten experimentellen Verfahren wurden von der 2. lokalen Ethikkommission für Tierversuche an der Warschauer Universität für Biowissenschaften genehmigt (1. September 2021). Die Studie wurde in Übereinstimmung mit den Richtlinien „Animal Research: Reporting of in Vivo Experiments“ (ARRIVE) durchgeführt.

Die Hauptkomponentenanalyse (PCA) wurde zur vorläufigen Datenexploration mit der Software STATISTICA 13.0 durchgeführt. Mittelwerte des Fettsäuregehalts in den analysierten Proben wurden mit dem Statistikpaket PS IMAGO PRO 6.0 unter Verwendung einer Einweg-Varianzanalyse (ANOVA) verarbeitet. Der Tukey-Test wurde verwendet, um die Signifikanz der Unterschiede zwischen den untersuchten Gruppen zu bestimmen. Zum Vergleich zweier Gruppen wurde wiederum der Student-T-Test verwendet.

Von den oben genannten Analysen wurde erwartet, dass sie eine explizite Antwort auf die Frage liefern, ob sich die Verwendung verschiedener Selenformen in einer Diät positiv auf die Veränderung des Fettsäureprofils in ausgewählten Geweben von Hühnerhähnchen auswirkt. Gleichzeitig würden sie es ermöglichen, die am besten geeignete Form von Selen für die Ernährung von Broilern zu ermitteln, um die Fleischqualität zu verbessern und so die menschliche Ernährung mit hochwertigen Fetten anzureichern.

Die im Rahmen dieser Untersuchung verwendeten und analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Diese Arbeit wurde vom National Science Centre mit der Fördernummer 2018/29/B/NZ9/01351 „Bioaktivität von Cannabidiol und Nano-Selen bei der Aufrechterhaltung des immunologischen und Integritätspotenzials des Darms bei Hühnern“ unterstützt.

Abteilung für Tierzucht, Institut für Tierwissenschaften, Warschauer Universität für Biowissenschaften, Ciszewskiego 8, 02-786, Warschau, Polen

Damian Bień & Monika Michalczuk

Abteilung für Tierernährung, Kielanowski-Institut für Tierphysiologie und Ernährung, Polnische Akademie der Wissenschaften, Instytucka 3, 05-110, Jabłonna, Polen

Dominika Szkopek, Misha Kinsner und Paweł Konieczka

Abteilung für Geflügelwissenschaft, Universität Ermland und Masuren in Olsztyn, 10-719, Olsztyn, Polen

Paul Konieczka

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DB., MM, PK konzipierten die Projektidee, gestalteten die Studie und betreuten das Projekt. DBMM führte die Experimente durch. DB, MM, PK, DS, MK führten die Laborarbeit durch. DB, MM, PK analysierten die Daten und verfassten das Manuskript. Alle aufgeführten Autoren haben das Manuskript gelesen und sind mit allen Inhalten einverstanden.

Korrespondenz mit Damian Bień oder Monika Michalczuk.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Bień, D., Michalczuk, M., Szkopek, D. et al. Veränderungen der Lipidstoffwechselindizes als Folge unterschiedlicher Formen der Selenergänzung bei Hühnern. Sci Rep 12, 13817 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-18101-2

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Eingegangen: 18. März 2022

Angenommen: 05. August 2022

Veröffentlicht: 15. August 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-18101-2

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