Einfluss der Ballaststoffaufnahme und des Verhältnisses von löslichen zu unlöslichen Ballaststoffen auf die Fortpflanzungsleistung von Sauen während der späten Trächtigkeit unter heißen klimatischen Bedingungen

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 19749 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Diese Studie untersuchte den Einfluss des Ballaststoffgehalts (DF) und des Verhältnisses von löslichen Ballaststoffen (SF) zu unlöslichen Ballaststoffen (ISF) auf die Fortpflanzungsleistung von Sauen unter Hitzestress. Vierzig Sauen am 90. Trächtigkeitstag wurden vier Behandlungen zugeteilt. HH-Diät hatte 20 % DF, 1:4, SF:ISF-Verhältnis; HL, 20 % DF, 1:6, SF:ISF-Verhältnis; LH, 14 % DF, 1:4, SF:ISF, LL, 14 % DF, 1:6, SF:ISF. Die Ergebnisse zeigten, dass; Der Verlust von Rückenfett während der Laktation war in HH geringer (P < 0,05). Die Futteraufnahme war in HH und HL höher (P < 0,05). Die Abferkeldauer ist im HH kürzer (P < 0,05). Der Verstopfungsindex war in HH und LH höher (P < 0,05). Das Körpergewicht der Absetzferkel war in HH höher (P < 0,05) als in LH und LL. Das Haar-Cortisol war in HH niedriger (P < 0,05) als in HL und LL. Acetat, Propionat, Isovalerat und Butyrat waren in HH und LH höher (P < 0,05). Plasma-Zonulin und fäkales Lipocalin-2 waren in HH und HL niedriger (P < 0,05). Die Superoxiddismutase war in HH und HL tendenziell höher (P = 0,056) und Malondialdehyd tendenziell niedriger (P = 0,069). Wir waren der Meinung, dass ein höherer Gehalt an Ballaststoffen und löslichen Ballaststoffen den Hitzestress bei tragenden Sauen lindern könnte.

Die erhöhten Umgebungstemperaturen im Sommer wirken sich negativ auf die durchschnittliche tägliche Futteraufnahme (ADFI) aus, was sich wiederum negativ auf physiologische Prozesse und die Fortpflanzungsleistung von Sauen auswirkt1,2. Dies geschieht, wenn der Blutfluss von den viszeralen Organen zur Haut umgeleitet wird, um Wärme abzuleiten. Eine eingeschränkte Durchblutung der Gebärmutter und der Eierstöcke kann zu Uterushypoxie und einer unzureichenden Eierstockfunktion führen. Sauen sind während der Trächtigkeit und Laktation besonders anfällig für extreme Hitze. Wenn Sauen Temperaturen oberhalb ihrer thermisch neutralen Zone (25–35 °C) ausgesetzt werden, kommt es zu ungünstigen Folgen für die Fortpflanzung, einschließlich Brunst, längere Intervalle zwischen den Brunstintervallen, verlängerte Entwöhnungs- bis Brunstintervalle, niedrige Abferkelraten, verringerte Wurfgröße, Totgeburten und Fehlgeburten3. 4. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass hohe Temperaturen über 30 °C während der Laktation die Milchsynthese der Sauen beeinträchtigen5 sowie zu einer Verringerung einiger Milch- und Kolostrumbestandteile wie Fettsäuren und Immunglobulinen aufgrund der eingeschränkten Blutversorgung des Euters und der Reduzierung des Futters führen Aufnahme6. Ein verringerter Immunglobulingehalt im Kolostrum während der ersten Lebensstunden der Ferkel kann eine gesundheitliche Herausforderung darstellen, wenn man bedenkt, dass Kolostrummilch den Ferkeln eine passive Immunität verleiht, die die wichtigste Schutzquelle gegen Infektionen bei Neugeborenen darstellt7. Darüber hinaus könnte eine Darmhypoxie aufgrund der thermischen Belastung die Barrierefunktion des Darms beeinträchtigen und dazu führen, dass luminales Lipopolysaccharid (LPS) von gramnegativen Bakterien in den Blutkreislauf gelangt und die Gesundheit von Sau und Fötus beeinträchtigt, da Energie auf Kosten des Körperkerns für Immunreaktionen verwendet wird Fortpflanzungsfunktionen8.

Die erheblichen Produktionsverluste bei trächtigen und laktierenden Sauen, die mit erhöhten Umgebungstemperaturen einhergehen, erfordern die Umsetzung einer neuartigen Fütterungsstrategie, um diese negativen Auswirkungen auf die Schweineproduktion zu mildern. Um das Problem der geringen Futteraufnahme bei Sauen unter heißen Umgebungsbedingungen zu mildern, wird im Hinblick auf einen verringerten ADFI und eine beeinträchtigte Nährstoffaufnahme traditionell die Bereitstellung von energiereichem, nährstoffreichem Kraftfutter eingesetzt. Diese Strategie während der Trächtigkeit ist jedoch kontraproduktiv, da sie zu übergewichtigen Sauen mit begleitenden Geburtsproblemen, verminderter Futteraufnahme während der Laktation und verminderter Milchproduktion führen kann9.

Die Einbeziehung von Ballaststoffen mit hohem Ballaststoffgehalt (DF) in die Ernährung von Sauen in Zeiten hoher Umgebungstemperaturen hat in den letzten Jahren zu positiven Ergebnissen geführt. DF sind Teile pflanzlicher Futtermittel, die gegenüber der enzymatischen Verdauung im Dünndarm von Säugetieren resistent sind und im Hinterdarm ganz oder teilweise einer mikrobiellen Fermentation unterliegen10. Basierend auf der Wasserlöslichkeit werden DF in zwei Klassen eingeteilt: lösliche Ballaststoffe (SF), wie Gummi, Pektin und Inulin; und unlösliche Ballaststoffe (ISF) wie Lignin und Cellulose7,11. Viele Studien haben gezeigt, dass eine Erhöhung der DF-Aufnahme während der Trächtigkeit über einen oder mehrere Trächtigkeits-Laktations-Zyklen (Reproduktionszyklen) hinweg, wenn die tägliche Nährstoffaufnahme pro Sau zwischen den Behandlungen ausgeglichen wird, die Leistung von Sau und Wurf steigern kann12,13. Andere Studien berichteten jedoch über keine Auswirkungen oder negative Auswirkungen auf die Wurf- und Sauenleistung, wenn dem Trächtigkeitsfutter Ballaststoffe hinzugefügt wurden14,15. Diese Diskrepanzen können auf die Art der während der Schwangerschaft zugeführten Ballaststoffe zurückgeführt werden. Das ISF/SF-Verhältnis einer Faserressource kann einen Einfluss auf die Futteraufnahme haben und eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung der Fortpflanzungsleistung von Sauen spielen7. Eine frühere Studie ergab, dass das ISF/SF-Verhältnis einen erheblichen Einfluss auf die Gesundheit von Sauen und ihren Nachkommen hatte, wobei ein höheres durchschnittliches Körpergewicht (BW) und Wurfgewicht der Ferkel beim Absetzen verzeichnet wurde, wenn das Verhältnis von unlöslichen zu löslichen Ballaststoffen in der Trächtigkeitsnahrung gleich war 3,89 im Vergleich zu 5,59, 9,12 und 12,81 Diäten16. Damit die Ballaststoffe der Sau während der Trächtigkeit wirksam sind, gibt es einen Schwellenwert für das Verhältnis von unlöslichem zu löslichem Verhältnis. Daher ist es wichtig, den Gehalt an Ballaststoffen und das Verhältnis von SF:ISF zu verstehen, die ausreichen könnten, um die Auswirkungen von Hitzestress bei tragenden Sauen zu mildern. Ziel dieser Studie war es, die Auswirkungen des DF-Spiegels, des ISF/SF-Verhältnisses und ihrer Wechselwirkung, falls vorhanden, auf die Darmpermeabilität, den Stresspegel, den Metabolitenspiegel im Darm sowie die Sauen- und Wurfleistung unter heißen Wetterbedingungen zu bestimmen.

Die Atemfrequenz war vom 107.–110. Tag der Schwangerschaft in den Gruppen mit hohem SF im Vergleich zu den Gruppen mit hohem ISF signifikant höher (P < 0,05). Andererseits war die Rektaltemperatur bei Diäten mit höherem ISF-Gehalt im Vergleich zu den Gruppen mit höherem SF-Gehalt an den Tagen 100, 103 und 104 erhöht (P < 0,05). Es wurde keine Wechselwirkung zwischen dem Ballaststoffgehalt und dem Verhältnis von SF beobachtet: ISF (Abb. 1a,b).

Einfluss des Ballaststoffgehalts und des Verhältnisses von löslichen und unlöslichen Ballaststoffen auf: (a) Atemfrequenz, (b) Rektaltemperatur von Sauen während Hitzestress. Sternchen (*) geben statistische Signifikanz an (P < 0,05).

Der Cortisolspiegel war bei den Behandlungen mit hohem SF im Vergleich zu den Behandlungen mit hohem ISF signifikant niedriger (P < 0,05) (Abb. 2).

Auswirkungen des Gesamtballaststoffgehalts (TDF) und des Verhältnisses von löslichen und unlöslichen Ballaststoffen auf die Haarcortisolkonzentration von Sauen. Hochgestellte a, b-Mittelwerte mit unterschiedlichen hochgestellten Zeichen geben statistische Signifikanz an (P < 0,05).

Die Konzentration von Superoxiddismutase (SOD) im Serum von Sauen war bei den mit höherem SF gefütterten Behandlungen tendenziell höher (P = 0,056) als bei den mit höherem ISF gefütterten Behandlungen. Es gab eine Tendenz zu einer niedrigeren MDA-Konzentration im Serum (P = 0,069) bei den Behandlungen mit hohem DF-Spiegel im Vergleich zu den Behandlungen mit niedrigem DF-Spiegel (Tabelle 1).

Der BF-Verlust während der Laktation war in den Gruppen mit hohem DF-Gehalt höher (P < 0,05) als in den Gruppen mit niedrigem DF-Gehalt. Es gab eine Tendenz (P = 0,075) zu einem höheren BF-Verlust während der Laktation bei den Behandlungen mit hohem ISF im Vergleich zu den Behandlungen mit hohem SF. Der ADFI war bei den Diäten mit hohem DF-Gehalt signifikant höher (P < 0,05) als bei den Diäten mit niedrigem DF-Gehalt. Die Abferkeldauer war bei den Behandlungen mit hohem DF-Niveau deutlich kürzer (P < 0,05) als bei den Behandlungen mit niedrigem DF-Niveau. Darüber hinaus war die Abferkeldauer bei den Behandlungen mit hohem ISF länger höher (P < 0,05) als bei den Behandlungen mit hohem SF. Der Verstopfungsindex war in den Gruppen mit hoher SF-Ernährung signifikant größer (P < 0,05) als in den Gruppen mit hoher ISF-Ernährung Gruppen. Der WEI war tendenziell höher (P = 0,070) bei den Behandlungen mit hohem DF-Level im Vergleich zu den Behandlungen mit niedrigem DF-Level. Es wurde keine Wechselwirkung zwischen dem DF-Gehalt und dem SF:ISF-Verhältnis beobachtet (Tabelle 2).

Das Körpergewicht der Ferkel beim Absetzen war bei den Behandlungen mit hohem DF-Gehalt im Vergleich zu den Behandlungen mit niedrigem DF-Gehalt deutlich höher (P < 0,05) und bei den mit hohem SF-Gehalt gefütterten Futtermitteln höher (P < 0,05) als bei den mit hohem ISF-Gefütterung. Das Wurfgewicht beim Absetzen war in den Gruppen mit hohem DF-Level höher als in den Gruppen mit niedrigerem DF-Level (P < 0,05). Es gab eine Tendenz (P = 0,058) zu einem höheren Wurfgewicht beim Absetzen bei den Behandlungen mit hohem SF im Vergleich zu den Behandlungen mit hohem ISF (Tabelle 3).

Die fäkale Konzentration von; Acetat, Propionat, Butyrat, Isovalerat und die gesamten SCFAs waren bei den Behandlungen mit hohem SF im Vergleich zu den Behandlungen mit hohem ISF signifikant höher (P < 0,05). Es gab keine Wechselwirkung zwischen dem DF-Gehalt und dem Verhältnis von SF:ISF (Tabelle 4).

Die Plasma-Zonulinkonzentration war bei den Behandlungen mit hohem SF-Gehalt signifikant verringert (P < 0,05) als bei den Behandlungen mit hohem ISF. Der Lipocalin-2-Spiegel im Stuhl war in den Gruppen mit hoher ISF-Ernährung im Vergleich zu den Gruppen mit hoher SF-Ernährung erhöht. Bei den Behandlungen mit hohem SF bestand eine Tendenz zu niedrigeren Serum-LPS (P = 0,052) als bei den Behandlungen mit hohem ISF. Der LBP-Spiegel im Serum war bei den mit hohem SF-Gehalt gefütterten Diäten tendenziell niedriger (P = 0,085) als bei den mit hohem ISF gefütterten Diäten (Tabelle 5).

Die Variablenwichtigkeitsprojektion VIP > 1 und p < 0,05 wurde verwendet, um die Auswirkungen von Metabolitenverbindungen auf die Variationen zu bestimmen. Metaboliten wie Fettsäuren, Lipide, Kohlenhydrate, Aminosäuren und organische Säuren im Kot der Sau wurden in mehreren biochemischen Prozessen nachgewiesen. Die Werte der Fettsäurebiosynthese, der Fettsäureverlängerung, des Harnstoffzyklus, des Arginin- und Prolinstoffwechsels, des Purinstoffwechsels, des Betainstoffwechsels, der Glykolyse/Glukoneogenese und des Biotinstoffwechsels waren bei Sauen, die mit einem höheren DF-Gehalt gefüttert wurden (20 %), höher als bei Sauen mit 14 %. DF-Ebene (Abb. 3a). Andererseits waren der Butanoat-Metabolismus, die Steroidbiosynthese, die Fettsäurebiosynthese, der Ethanolabbau, der Harnstoffzyklus, der D-Arginin- und D-Ornithin-Metabolismus, der Methionin-Metabolismus, der Arginin- und Prolin-Metabolismus und der Betain-Metabolismus im höheren SF:ISF signifikant erhöht Diäten (1:4) im Vergleich zu den Behandlungen mit niedrigerem SF:ISF (1:6). Die Niveaus des Pyruvatstoffwechsels und des Propionatstoffwechsels waren bei den diätetischen Behandlungen mit niedrigerem SF:ISF (1:6) signifikant erhöht (Abb. 3b). Auf der Grundlage der Veränderungen der Metabolitenkonzentration ergab die Analyse der Stoffwechselwege, dass die Steroidbiosynthese, der Biotinstoffwechsel und der Fettsäureabbau bei den 20 %-DF-Diäten signifikanter waren als bei den 14 %-Behandlungen. Der Pyruvatstoffwechsel war in den Diäten mit 14 % DF-Gehalt erhöht (Abb. 4a). Die Fettsäurebiosynthese, die Steroidbiosynthese, der Fettsäureabbau, der Lysinabbau und der Biotinstoffwechsel waren bei den 1:4 SF:ISF-Behandlungen höher als bei den 1:6 SF:ISF-Diäten. Glykolyse/Glukoneogenese und Pyruvatstoffwechsel wurden bei den 1:6 SF:ISF-Behandlungen im Vergleich zu den 1:4 SF:ISF-Diäten verstärkt (Abb. 4b).

Einfluss des Ballaststoffgehalts und des Verhältnisses von löslichen und unlöslichen Ballaststoffen auf signifikante Metabolitensätze, die für die Klassendiskriminierung mit variabler Wichtigkeitsprojektion (VIP) > 1 verantwortlich sind, die im Kot von Sauen identifiziert wurde, die während der späten Trächtigkeit mit unterschiedlichen Ballaststoffgehalten gefüttert wurden. (a) 20 % gegenüber 14 % Milchfasergehalt; (b) 1:4 vs. 1:6 Verhältnis von löslichen zu unlöslichen Ballaststoffen.

Einfluss des Ballaststoffgehalts und des Verhältnisses von löslichen zu unlöslichen Ballaststoffen auf die Metabolom-Ansichtskarte der unterschiedlichen Metaboliten (variable Wichtigkeitsprojektion > 1, P < 0,05), die im Kot von Sauen während der späten Trächtigkeit identifiziert wurden. (a) 20 % vs. 14 % Ballaststoffgehalt; (b) 1:4 vs. 1:6 Verhältnis von löslich zu unlöslich. Die x-Achse stellt die Auswirkung auf den Pfad dar, und die y-Achse stellt die Anreicherung des Pfads dar. Die Farbe des Knotens basiert auf seinem P-Wert und der Knotenradius wird auf der Grundlage der Pfadauswirkungswerte bestimmt. Größere Größen und dunklere Farben stehen für eine höhere Signalweganreicherung bzw. Wirkungswerte.

Erhöhte Atemfrequenzen und Gefäßerweiterung sind einige der thermoregulatorischen Mechanismen, die Schweine nutzen, um unter hohen klimatischen Bedingungen die Übertragung überschüssiger Wärme an die Umgebung zu erhöhen. Eine hohe Rektaltemperatur entsteht durch die Ableitung von Blut aus den Eingeweiden in die Peripherie, um Wärme abzuleiten. Andererseits erhöht eine erhöhte Atemfrequenz die Lungenverdunstung und den Wärmeverlust17. In dieser Studie lag die durchschnittliche Atemfrequenz der Sauen am 114. Trächtigkeitstag bei durchschnittlich etwa 72 Bewegungen/Minute, während die Rektaltemperatur bei einem Höchstwert von 39 °C lag, was ein Zeichen für erhöhte Körperwärme ist. In dieser Studie wurden bei hohen DF-Werten und SF-Ernährung signifikant niedrigere Atemfrequenzen während der Tage 107 bis 110 der Schwangerschaft und eine niedrigere Rektaltemperatur zwischen Tag 100 und 104 der Schwangerschaft aufgezeichnet, was auf eine verringerte Körperwärme in diesen Gruppen hinweist. Eine reduzierte Atemfrequenz verringert die Bewegungen der Brustmuskulatur und verringert so die Wärmeentwicklung, während eine reduzierte Rektaltemperatur Zellapoptose und Organschäden vermeidet.

Der Cortisolspiegel im Blut bei Säugetieren wird häufig als Stressindikator verwendet18. In unserer aktuellen Studie wurde der Cortisolspiegel bei den Diäten mit höherem SF-Gehalt deutlich herunterreguliert, im Gegensatz zu den Diäten mit höherem ISF, was die niedrigeren Stressniveaus bei den Behandlungen mit höherem SF-Gehalt weiter verdeutlichte. Darüber hinaus kann der Grad des oxidativen Stresses durch Parameter wie MDA und SOD bestimmt werden. In dieser Studie war die Serum-SOD bei den Behandlungen mit höherem SF tendenziell höher, was auf eine verbesserte antioxidative Kapazität und folglich einen geringeren Stress hindeutet19. Obwohl wir den Cortisolspiegel im Blut nicht untersucht haben, könnte Haarcortisol ein besserer Indikator für chronischen Stress sein, da sich Cortisol während des Versuchszeitraums in den Haarschäften ansammelt. Darüber hinaus handelt es sich bei der Haarentnahme um eine nicht-invasive Technik, insbesondere in dieser stressigen Zeit für Sauen20. Die Mechanismen, die den Auswirkungen von Ballaststoffen auf den Stresspegel tragender Sauen zugrunde liegen, sind noch nicht vollständig geklärt. Das Sättigungsgefühl könnte mit einem verringerten Cortisolspiegel zusammenhängen.

BW und BF der Sauen während der Trächtigkeit unterschieden sich zwischen den Gruppen in dieser Studie nicht, was mit früheren Untersuchungen übereinstimmt, die zeigten, dass eine Nahrungsergänzung mit Ballaststoffen keinen Einfluss auf die BW- und BF-Zunahme während der Trächtigkeit hatte, wenn die Energie unabhängig vom Ballaststoffgehalt oder der Ballaststoffquelle ähnlich war21. Darüber hinaus verwendet die Sau während der Trächtigkeit den Großteil ihrer Nahrungsenergie für das Wachstum und die Entwicklung des Fötus, anstatt sie in Körperreserven umzuwandeln22. Das Körpergewicht der Sau beim Absetzen wurde weder durch den DF-Wert noch durch das Verhältnis von SF zu ISF beeinflusst. Wir führten dies auf die höhere Mobilisierung von Lipiden aus Fettgewebe zurück, um den Bedarf für die Milchproduktion zu decken23, da DF weniger nährstoffreich ist. In unserer aktuellen Studie berichten wir über einen verringerten BF-Verlust bei den Diäten mit höherem DF und eine geringere Tendenz zum BF-Verlust bei den Diäten mit höherem SF. Dies könnte auf eine verstärkte Fermentation zurückzuführen sein, die zu mehr SCFAs führt, insbesondere Essig-, Butter- und Propionsäure, die bei der Laktogenese anstelle von Körperfettreserven genutzt werden21.

Der Futterverbrauch in der Laktation ist nicht nur für die spätere Produktivität der Sau, sondern auch für die Wachstumsleistung der Säuglinge von größter Bedeutung. Ein niedriger ADFI während der Laktation führt zu einer erhöhten Mobilisierung von Körperreserven, was mit einer verminderten Fortpflanzungsleistung der Sau in Verbindung gebracht wird24. Eine erhöhte freiwillige Futteraufnahme, insbesondere bei erstgebärenden Sauen, könnte für die Aufrechterhaltung der Körperkondition von Bedeutung sein, da ein Verlust der Körperkondition während der Laktation zu Fortpflanzungsversagen führen kann25. In der vorliegenden Studie war die Futteraufnahme in der Laktationsphase bei den ballaststoffreichen Diäten höher als bei denen, die mit Diäten mit geringerem DF gefüttert wurden. In Übereinstimmung mit unseren Ergebnissen berichteten Tan et al.26 über einen erhöhten ADFI während der Laktation, wenn Sauen während der Trächtigkeit mit hohem Ballaststoffgehalt gefüttert wurden. Wir vermuteten, dass ein erhöhter ADFI auf eine erhöhte Insulinsensitivität zurückzuführen sein könnte, die durch die höhere Gesamtzahl fermentierbarer Ballaststoffe verursacht wird. Während der späten Trächtigkeit und Laktation wurde bei Sauen über eine Insulinresistenz berichtet, die sich negativ auf die Futteraufnahme während der Laktation auswirkt27,28. Darüber hinaus erhöht eine ballaststoffreiche Ernährung während der Trächtigkeit möglicherweise die Größe und Kapazität des Verdauungstrakts, und die Masse des Futters erleichtert es den Sauen, sich an den erheblichen Anstieg der Futteraufnahme zu gewöhnen, der während der Laktation erforderlich ist29.

Eine längere Geburtszeit erhöht die Gefahr einer fetalen Hypoxie, was zu einer höheren Zahl totgeborener Ferkel führt30. In dieser Studie hatten Sauen, die eine Diät mit hohem DF-Gehalt und Behandlungen mit höherem SF-Gehalt erhielten, eine kürzere Geburtsdauer. Die verkürzte Geburtszeit bei der ballaststoffreichen Ernährung könnte auf die Verringerung der Stressreaktionen bei Sauen während der Geburt zurückzuführen sein. In einer früheren Studie wurde ein verbessertes postprandiales Sättigungsgefühl und eine geringere Nervosität durch eine höhere DF-Aufnahme während der späten Trächtigkeit bei Sauen und die Beseitigung stereotypischen Verhaltens31,32 beobachtet, was zu einer Verkürzung der Abferkeldauer führte. Darüber hinaus wird SF von der Mikrobiota im Darm leicht fermentiert, um SCFAs zu ergeben, die der Sau zusätzliche Energie liefern, um den Geburtsprozess zu beschleunigen33. Darüber hinaus kann Verstopfung die Abferkeldauer verlängern, da der harte Kot bei der Geburt als physische Barriere im Geburtskanal wirkt. Wie in dieser Studie beobachtet, verbesserte sich der Kotwert bei Sauen, die mit hohem DF-Gehalt gefüttert wurden, wodurch das Verstopfungsrisiko vor und während der Abferkelung verringert wurde.

Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass Sauen, die während der Trächtigkeit eine SF-reiche Diät erhielten, eine höhere Überlebensrate der Embryonen aufwiesen und eine größere Anzahl von insgesamt und lebend geborenen Ferkeln abferkeln konnten als Sauen, die eine ISF-reiche Diät erhielten12, was auf die Fähigkeit der Sauen zurückgeführt wurde Darmmikrobiota, um SF leicht zu fermentieren, um Metaboliten wie sekundäre Gallensäuren, Serotonin und SCFA zu erzeugen, die für das Wachstum und Überleben des Embryos von Vorteil sind. Darüber hinaus fördert eine erhöhte Aufnahme von SF während der Trächtigkeit nützliche Darmbakterien und hemmt gleichzeitig die pathogenen Bakterien, wodurch die Gesundheit der Sauen verbessert wird16, was das Überleben des Embryos verbessern könnte. In dieser Studie beobachteten wir jedoch keine erhöhte Wurfgröße oder höhere Wurfgewichte bei der Geburt durch die Fütterung einer ballaststoffreichen Diät oder durch das Verhältnis von SF zu ISF. Dies könnte an der Interventionszeit liegen, da Sauen in der späten Trächtigkeit mit Nährstoffbehandlungen versorgt wurden, was möglicherweise kein wirksamer Zeitpunkt für die Wurfanpassung ist, da die Wurfgröße teilweise während der frühen Trächtigkeit bestimmt wird34,35. In dieser Studie führte ein höherer Ballaststoffzusatz im Trächtigkeitsfutter zu einem höheren durchschnittlichen Körpergewicht der Ferkel beim Absetzen. In Übereinstimmung mit einer früheren Studie verbesserte die Zugabe von Ballaststoffen während der Trächtigkeit bei Sauen das durchschnittliche Körpergewicht der Ferkel beim Absetzen13,36. Wir stellten die Hypothese auf, dass Diäten mit höherem DF die Darmintegrität verbessern und die Höhe der Zotten durch die Ernährung der Enterozyten durch die erhöhte SCFA-Produktion aus der DF-Fermentation im Hinterdarm verbessern könnten. Die verbesserte Darmmorphologie kann die Fähigkeit des Darms erhöhen, während der Laktation, insbesondere in den ersten Wochen, mehr Nährstoffe aufzunehmen, was zu einer verbesserten Wachstumsleistung bei Saugferkeln bei Behandlungen mit höherem DF führt.

Ballaststoffe werden im oberen Darm enzymatisch verdaut und unterliegen im Dickdarm und Blinddarm einer mikrobiellen Fermentation, wodurch SCFAs, insbesondere Essigsäure, Butyrat und Propionat, entstehen37,38. In dieser Studie wurden in den Diäten mit hohem SF-Gehalt höhere Mengen an Butter-, Essig- und Propionsäure beobachtet als in den Diäten mit höherem ISF. Ähnlich wie unsere Ergebnisse wurde bei Schweinen eine höhere Produktion von SCFA im Hinterdarm bei der Einarbeitung von Leinsamenmehl im Vergleich zu Haferspelzen als SF- bzw. ISF-Quelle berichtet39. Wir stellten die Hypothese auf, dass die Produktion höherer Mengen dieser drei Kern-SCFAs (Essigsäure, Buttersäure, Propionsäure) und Gesamt-SCFAs in Diäten mit höherem SF-Gehalt auf eine schnellere und umfassendere Fermentation durch Mikrobiota im Magen-Darm-Trakt im Vergleich zu ISF40 zurückzuführen sein könnte. Dies könnte auf die höhere Löslichkeit der fermentierbaren Faserfraktionen zurückzuführen sein, die als Substrate für die mikrobielle Aktivität dienen.

Die Integrität der Darmbarriere ist für die Aufrechterhaltung der Darmhomöostase von entscheidender Bedeutung, da sie verhindert, dass Krankheitserreger, Endotoxine und Antigene in die Schleimhaut der Lamina propria gelangen41. Ein hoher Zonulinspiegel im Plasma ist ein Marker für eine beeinträchtigte Darmbarriere. In dieser Studie könnten reduzierte Zonulin- und Lipocalin-2-Plasmaspiegel in den Diäten mit hohem SF-Gehalt möglicherweise die Funktion der Darmbarriere und damit die Darmpermeabilität verbessert haben, was sich in der geringeren Tendenz von LPS und LBP im Blut beobachten lässt. Wir stellten die Hypothese auf, dass SF in der Nahrung die Häufigkeit entzündungshemmender Bakterien erhöhen und gleichzeitig die Häufigkeit entzündungsfördernder Darmbakterien verringern könnte, indem es die Struktur der Darmmikrobiota und die SCFA-Produktion durch Fermentation von SF reguliert. SCFAs könnten den Nuclear Factor Kappa Light Chain Enhancer of Activated B Cells (NF-κB)-Signalweg hemmen und den Nuclear Factor Erythroid 2-Related Factor/Hämoxygenase-1 (Nrf2/HO-1)-Signalweg aktivieren, der die intestinale zelluläre Redoxfunktion und schützende Antioxidantien reguliert Dadurch wird die Darmpermeabilität verringert, was zu einer Verringerung der Endotoxine im Blut, einem geringeren oxidativen Stress und einer Verringerung von Entzündungsreaktionen führt, was möglicherweise die Gesundheit von Sauen und Ferkeln verbessert.

In dieser Studie ergab die metabolische Analyse, dass sowohl bei höherem DF als auch bei höherem Verhältnis von SF:ISF Biotin, einer der Vitamin-B-Komplexe, in den Stuhlproben hochreguliert war. Biotin ist ein wichtiger Enzym-Cofaktor, der an lebenswichtigen Stoffwechselwegen wie der Fettsäuresynthese beteiligt ist. Darüber hinaus führt der Butanoatstoffwechsel, der bei den Behandlungen mit höherem SF:ISF deutlich angereichert ist, zu Butyrat, der Hauptenergiequelle, die die Kolonozyten ernährt. Daher könnte die schnelle Proliferation18, die mit einer verbesserten Darmbarriere einhergeht, die in den Behandlungsgruppen mit höherem SF:ISF in dieser Studie beobachtet wurde, darauf zurückgeführt werden das verstärkte Butyrat. Die Biosynthese von Steroiden beginnt mit der Bildung von Cholesterin durch Essigsäure, das dann in Gallensäuren und Steroidhormone wie Östradiol und Progesteron umgewandelt wird, die einen großen Einfluss auf die Eierstockfunktionen haben42. In dieser Studie könnte die hohe Steroidbiosynthese, die bei Diäten mit hohem DF-Gehalt und SF beobachtet wurde, auf höhere SCFAs zurückzuführen sein, die durch die Fermentation von Ballaststoffen entstehen, insbesondere Essigsäure, die die Vorstufe für die Steroidsynthese darstellt. Darüber hinaus wurde der Glukoneogeneseweg durch Behandlungen mit niedrigem DF-Spiegel und hohem ISF-Gehalt erheblich angereichert, was möglicherweise ein Indikator für eine niedrige SCFA-Produktion sein könnte, die zur Umwandlung von Proteinen und Fetten in Glukose führt.

Die Ergebnisse der vorliegenden Untersuchung legen nahe, dass eine SF:ISF-Supplementierung bei Sauen während der Spätträchtigkeit die schädlichen Auswirkungen von Hitzestress abschwächen könnte. Ein Anstieg des SF:ISF-Verhältnisses war mit einem Anstieg vieler Metaboliten in Stuhlproben verbunden. Um jedoch den Einfluss von löslichen und unlöslichen Ballaststoffen in der Nahrung auf die Metabolitenproduktion und -wege in verschiedenen Phasen von Hitzestress zu beurteilen, sind weitere Untersuchungen erforderlich. Weiter höherer Ballaststoffgehalt (20 %) verbessert; ADFI während der Laktation, der Verstopfungsindex, das Körpergewicht der Ferkel und verringerte die Länge des Abferkelvorgangs sowie den BF-Verlust während der Laktation. Diese positiven Eigenschaften helfen Sauen, in heißen Umgebungen besser zurechtzukommen.

Die Versuchsprotokolle wurden vom institutionellen Tierpflege- und Nutzungsausschuss der Kangwon National University, Chuncheon, Republik Korea (KW-210503–6) gemäß den Vorschriften für die Verwaltung von Angelegenheiten in Bezug auf Versuchstiere der Republik Korea genehmigt.

Das Experiment wurde im Sommer Juli–August 2021 in einer kommerziellen Schweinefarm in der Region Haman in Südkorea bei einer durchschnittlichen Umgebungstemperatur von 36,8 °C durchgeführt. Kurz gesagt, die Sauen wurden zweimal nach Beginn der Brunst künstlich besamt und die Trächtigkeit mithilfe eines Ultraschallgeräts (AV 2100 V: Ambisea Tech. Corp, Shenzhen, China) diagnostiziert und bestätigt. Am Tag 90 der Trächtigkeit wurden insgesamt 40 multipare Sauen der Rasse Duroc × Landrasse × Yorkshire [durchschnittliche Parität = 3; ca. 197 ± 23 kg durchschnittliches Körpergewicht (BW)] wurden ausgewählt und einer der vier Behandlungen in einem vollständig randomisierten experimentellen Design zugeteilt, um die Wirkung des Ballaststoffgehalts (DF) und des Verhältnisses von unlöslichen Ballaststoffen zu unlöslichen Ballaststoffen (SF) zu untersuchen :ISF). Die Behandlungsdiäten umfassten 20 % DF, 1:4-Verhältnis von SF:ISF (HH), 20 % DF, 1:6-Verhältnis von SF:ISF (HL), 16 % DF, 1:4-Verhältnis von SF:ISF (LH). ) und 16 % DF, 1:6-Verhältnis von SF:ISF (LL). Jede Behandlung umfasste zehn replizierte Buchten, bestehend aus zwei Sauen jeder Parität (1, 2, 3, 4, 5). Eines wurde pro Trächtigkeitsstall (2,05 × 1,08 m) mit Betonspaltenboden untergebracht. Die Umgebungstemperatur im Trächtigkeitsstall betrug durchschnittlich 32,2 °C (durchschnittliche Tagestemperaturen 34,6 °C und Nachttemperaturen 29,8 °C). Am 100. Tag der Trächtigkeit wurden die Sauen in den Abferkelraum umgesiedelt und in Einzelabferkelboxen mit Spaltenboden untergebracht, bis sie am 21. Tag der Laktation abgesetzt wurden. In jeder Abferkelbucht wurden ein Einplatz-Futterautomat und eine Nippeltränke installiert, die einen ad libitum-Zugang zu Futter und Wasser ermöglichen. Die auf Mais und Sojabohnenmehl basierenden Grundnahrungen wurden in Übereinstimmung mit dem National Research Council aus dem Jahr 201243 formuliert und vom 90. Trächtigkeitstag bis zur Entwöhnung am 21. Laktationstag bereitgestellt, um den Nährstoffbedarf von trächtigen und säugenden Sauen zu decken oder zu übertreffen. Die Formel, die chemische Zusammensetzung und die analysierten Ballaststoffeigenschaften der experimentellen Grundnahrung (wie gefüttert) sind in Tabelle 6 aufgeführt. Eine Infrarotlampe wurde verwendet, um den Ferkelbereich in jeder Abferkelbucht zu erwärmen. Temperatur- und Feuchtigkeitsüberwachungsgeräte (Campbell Scientific Ltd., Shepshed, UK), die jeweils 1 m über dem Boden in den Trächtigkeits- und Abferkelräumen angebracht waren, wurden zur kontinuierlichen Messung der Temperaturen und der relativen Luftfeuchtigkeit verwendet und alle 5 Minuten aufgezeichnet. Luftfeuchtigkeit und Temperatur wurden mithilfe des Temperatur- und Feuchtigkeitsindex (THI) bewertet, wie von Dikmen et al.44 beschrieben. Der THI wurde mit der folgenden Formel berechnet: THI = [(1,8 × T + 32) − (0,55 − 0,0055 × RH) × (1,8 × T − 26)] wobei RH die relative Luftfeuchtigkeit in Prozent (%) ist; T ist die Temperatur in Grad (oC). Die Temperatur und der THI während des Schwangerschaftsversuchszeitraums sind in Abb. 5 dargestellt.

Die Umgebungstemperatur und der Temperatur-Feuchtigkeits-Index (THI) während Hitzestress bei Sauen während des Versuchszeitraums. Umgebungstemperatur (schwarze Linie) und (THI) Temperatur-Feuchtigkeits-Index (graue Linie) während des Versuchszeitraums.

Blutproben (8 ml) wurden durch Punktion der Ohrvenen nüchterner Sauen entnommen und zur Analyse in Vakuumröhrchen (5 ml) und heparinisierte Röhrchen (5 ml) gegeben. Die Proben wurden 15 Minuten lang bei 3000 °C und 4 °C in Vakuumröhrchen zentrifugiert, um Serumproben zu extrahieren, die dann zur weiteren Analyse bei –80 °C gelagert wurden. Zweimal täglich um 7:00 Uhr und 15:30 Uhr wurden Stuhlproben entnommen, gepoolt, in Plastiktüten versiegelt und bei –20 °C eingefroren. Nach der Probenentnahme wurden die Kotproben jeder Sau aufgetaut und gepoolt, dann 72 Stunden lang in einem Umluftofen (65 °C) getrocknet, durch ein 1-mm-Sieb gemahlen und gründlich gemischt, bevor eine Teilprobe entnommen wurde chemische Analyse.

Ein digitales Thermometer, das 2 cm tief in das Rektum eingeführt wurde, wurde verwendet, um die Rektaltemperatur jeden Morgen und Abend von 08:00 bis 09:00 Uhr bzw. von 17:00 bis 18:00 Uhr während des gesamten Versuchszeitraums zu messen. Gleichzeitig wurde auch die Atemfrequenz aufgezeichnet, indem die Anzahl der Atemzüge pro Minute durch Beobachtung der Brustbewegung bei ruhender Sau in liegender Position gezählt wurde.

Der Cortisolspiegel im Haar wurde wie zuvor beschrieben gemessen45. Am 90. bzw. 112. Tag der Trächtigkeit wurden Haarproben von der Stirn der Sauen rasiert. Haarproben wurden gesammelt und in Aluminiumfolie aufbewahrt, bevor sie in Polypropylenröhrchen (HM Hyundai Micro Co., Korea) getrocknet wurden. Um Verunreinigungen zu entfernen, wurden die Proben dreimal mit 5 ml Isopropylalkohol gewaschen und sieben Tage lang bei Raumtemperatur (23 ± 1 °C) getrocknet. Nach dem Trocknen wurde Cortisol mithilfe einer Methanol-Verdünnungsmethode extrahiert und mit einem ELISA-Kit gemäß den Anweisungen des Herstellers (Cayman Chemical, Ann Arbor, MI) getestet.

Der Plasma-SOD wurde nach der von Sun et al.46 beschriebenen Methode bestimmt. Die Gesamt-SOD-Aktivität (T-SOD) wurde mithilfe eines zuvor berichteten indirekten Konkurrenztests zwischen SOD und der Indikatorchemikalie Nitroblau-Tetrazolium für Superoxid bestimmt, das durch Xanthin-Xanthin-Oxidase erzeugt wird47. T-SOD-Aktivitätseinheiten wurden berechnet, indem 1 Einheit als die Menge an Probenprotein definiert wurde, die in der Lage ist, die Nitroblau-Tetrazolium-Reduktion um 50 % der maximalen Hemmung zu hemmen. Die Daten wurden auf die Proteinmenge in der Probe normiert und als U/mg Protein dargestellt. Die Plasmalipidperoxidation wurde durch die Reaktion von Malondialdehyd (MDA) mit Thiobarbitursäure (TBA) bestimmt, wie von Esterbauer und Cheeseman48 beschrieben. Kurz gesagt, 1 ml aufgetaute Plasmaprobe wurde zu 1 ml Ethylendiamintetraessigsäure [0,037 g Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) in 10 ml destilliertem Wasser], 2 ml Trichloressigsäure (TCA) (3 g TCA in 30 ml destilliertem Wasser) gegeben 1 ml Butylhydroxytoluol (BHT) (0,2 g BHT in 10 ml Ethanol) in einem Siederohr. Die Mischung wurde dann 15 Minuten lang bei 1200 g zentrifugiert. 1 ml des Überstands wurde dann mit 1 ml TBA (0,134 g TBA in 20 ml destilliertem Wasser) auf einem Wasserbad bei 90 °C 20 Minuten lang inkubiert. Ein Spektrophotometer (Bausch and Lomb Supertonic 70, Feldkirchen, Deutschland) wurde verwendet, um die Absorption bei einer Wellenlänge von 532 nm nach dem Abkühlen zu bestimmen.

Das Gewicht und die Dicke des Rückenfetts der Sauen wurden am Tag 90 der Trächtigkeit, innerhalb von 24 Stunden nach der Geburt und beim Absetzen gemessen. Das Sauen-BW wurde mit der dynamischen Brückenwaagenmethode unter Verwendung einer elektronischen Schweinewaage (Qingdao AN-1T, Simei, Shanghai, China) gemessen, wie von Kim et al.36 beschrieben. Die Dicke des Rückenfetts wurde mittels Ultraschall (Sonolayer SAL-32B, Toshiba, Tokio, Japan) 65 mm von der Mittellinie entfernt auf Höhe der letzten Rippe gemessen. Die Ferkel wurden einzeln bei der Geburt und am 21. Tag beim Absetzen gewogen. Jeden Morgen wurden zwischen 07:00 und 08:00 Uhr Futterverweigerer gesammelt und sofort frisches Futter verteilt. Der Futterverbrauch wurde ermittelt, indem die Differenz zwischen der Futtermenge und den am nächsten Morgen gesammelten Verweigerungen ermittelt wurde. Das Weaning-to-Brunst-Intervall (WEI) für jede Sau wurde als Anzahl der Tage zwischen dem Absetzen und dem Einsetzen des nächsten Brunsts aufgezeichnet.

Die SCFA-Gehalte in Stuhlproben wurden mittels Gaschromatographie (GC) bestimmt, wie von Liu et al.20 beschrieben. Die Proben wurden mit einem TRACE 1310 GC mit Flammenionisationsdetektor getrennt und auf einer HP-88-Säule (100 m Länge, 0,25 mm Durchmesser und 0,2 m Filmdicke vom Hersteller) analysiert. Das Folgende war der Temperaturplan: 70 °C für 1 Minute, gefolgt von einem Anstieg auf 180 °C, gehalten bei 25 °C für 1 Minute, 200 °C, gehalten bei 10 °C für 1 Minute, 220 °C, gehalten bei 2 °C 10 Minuten bei 240 °C und anschließend 6 Minuten bei 20 °C gehalten. Die Probe wurde mit einem Teilungsverhältnis von 20:1 und einer Säulenflussrate von 1,3 ml/min laufen gelassen. Als Trägergas wird Wasserstoff eingesetzt. Der Injektor ist auf 270 °C eingestellt, während der Detektor auf 290 °C eingestellt ist.

Sauenserum und Kotproben wurden auf Lipopolysaccharid (LPS), Zonulin, Lipocalin-2 und Bindungsprotein (LBP) mithilfe der enzymgebundenen Immunosorbens-Assay-Technologie (Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute, Nanjing, China) untersucht und Entzündungsvariablen bewertet.

Die Mengen an Metaboliten im Sauenkot wurden mittels GC-MS gemessen. 100 mg Stuhlprobe wurden in 5-ml-Zentrifugenröhrchen überführt, mit 500 μl destilliertem Wasser gemischt und 60 s lang verwirbelt, so He et al.18. Anschließend wurden als interner quantitativer Standard 1000 μL Methanol zugegeben und 30 s lang gevortext. Nach 30-minütiger Inkubation auf Eis wurden die Proben mit dem Ultraschallgerät 10 Minuten lang bei 25 °C gehalten. Danach wurde der Zentrifugenvorgang (5000 U/min; 5 °C; 15 min) durchgeführt. Alle Überstände wurden getrocknet und in 2-ml-Zentrifugenröhrchen gegeben. Die getrockneten Proben wurden dann zu 60 μl einer Methoxyaminlösung in Pyridin gegeben, 30 s lang gevortext und anschließend 120 min lang bei 37 °C umgesetzt. 60 μl Trifluoracetamid-Reagenz (enthaltend 1 % FMCS) wurden zugegeben und 90 Minuten lang bei 37 °C zentrifugiert (5000 U/min; 5 °C; 15 min). Der resultierende Überstand wurde in ein Probenfläschchen überführt und dann mit einem Agilent 7890A/5975C GC-MS (Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA) analysiert.

Für die statistische Analyse wurde das GLM-Verfahren verwendet (SAS Inst. Inc. Cary, NC), basierend auf einem vollständig randomisierten Design. Die Paritätszahl wurde als fester Effekt und das anfängliche BW als Kovariate einbezogen. Signifikante Unterschiede von (P < 0,05) zwischen den Behandlungen wurden unter Verwendung des türkischen Verfahrens für ehrlich signifikante Unterschiede als statistisch unterschiedlich angesehen. Als Versuchseinheit für alle Parameter wurde die einzelne Sau betrachtet. Die Metaboliten wurden mithilfe der gesammelten Rohdaten identifiziert und auf (13C2)-Myristinsäure und stabiles Isotop IS normalisiert (http://srdata.nist.gov/gateway/, abgerufen am 6. Februar 2022). Zur Durchführung der statistischen Analyse wurde das Softwareprogramm SIMCAP+ Version 13.0 verwendet (Umetrics, Umea, Schweden). Die Auswirkung von Hitzestress auf Stoffwechselwege und die Analyse der Metabolitenanreicherung wurden gemäß dem Online-Tool (http://www.metaboanalyt.ca/faces/ModuleView.xhtml), abgerufen am 11. Juli 202218, bestimmt.

Die Berichterstattung in diesem Manuskript entspricht den Empfehlungen „Animal Research: Reporting of In Vivo Experiments“.

Der korrespondierende Autor kann auf begründete Anfrage die Datensätze für diese Arbeit zur Verfügung stellen.

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Diese Arbeit wurde mit Unterstützung des „Cooperative Research Program for Agriculture Science and Technology Development (Projekt Nr. PJ01479601)“ der Rural Development Administration, Republik Korea, durchgeführt.

Diese Autoren trugen gleichermaßen bei: Joseph Moturi und Abdolreza Hosseindoust.

Abteilung für Konvergenz der Tierindustrie, Kangwon National University, Chuncheon, 24341, Republik Korea

Das Beste von Joseph Moturi, Abdolreza Hosseindoust, Habeeb Tajudeen, Jun Young Mun, Sang Hun Ha und Jin Soo Kim

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Konzeptualisierung: JSK, JM, AH Datenkuration: JM, SHH Formale Analyse: JM, AH, JSK Finanzierungseinwerbung: JSK Untersuchung: SHH, HT Methodik: AH, JM, HT Projektverwaltung: JM, JSK Ressourcen: SHH, JSK Software: AH, JYM Überwachung: JSK Validierung: JM, SHH, HT Visualisierung: AH, JBP, JSK Schreiben: JM, AH, JSK

Korrespondenz mit Jin Soo Kim.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Moturi, J., Hosseindoust, A., Tajudeen, H. et al. Einfluss der Ballaststoffaufnahme und des Verhältnisses von löslichen zu unlöslichen Ballaststoffen auf die Fortpflanzungsleistung von Sauen während der späten Trächtigkeit unter heißen klimatischen Bedingungen. Sci Rep 12, 19749 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-23811-8

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Eingegangen: 19. Juli 2022

Angenommen: 06. November 2022

Veröffentlicht: 17. November 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-23811-8

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