Mengen- und Spurenelemente erfüllen im Körper vielfältige Aufgaben, unter anderem als Bestandteil von Knochen, Enzymkomplexen oder Hormonen. Die Mengenelemente Ca, Cl, K, Mg, Na, P und S kommen in hohen Konzentrationen im Körper vor und werden reichlich mit der Nahrung aufgenommen. Bei den Spurenelementen unterscheidet man ihrer Funktion entsprechend zwischen essentiellen und akzidentellen. Erstere haben eine lebensnotwendige Funktion für den Organismus, letztere werden mit der Nahrung aufgenommen, ohne dass für sie eine physiologische Funktion nachgewiesen ist. Auf beide Gruppen der Spurenelemente trifft zu, dass ihre Konzentration im Körper nur gering ist und sie bei erhöhter Aufnahme ein toxisches Potential besitzen. Daher ist die Versorgungsanalyse wichtig für die Gesunderhaltung, denn sowohl Mangel- als auch Überschusssituationen können zu Leistungseinbußen und Erkrankungen führen. Die nutritive Versorgungslage über Rationsanalysen lässt sich bei Selektivfressern wie Pferden, besonders in extensiver Haltung auf der Weide, nur schwer exakt bestimmten. Die metabolische Versorgungslage wird mit Hilfe von Blutproben analysiert, diese sind jedoch nur für wenige Elemente geeignet, um eine Fehlversorgung sicher anzuzeigen. Ziel dieser Arbeit war die Überprüfung der Möglichkeit, Kotproben zur Beurteilung der Versorgung von Pferden mit 28 ausgewählten Mengen- und Spurenelementen zu nutzen. Gemessen wurden mittels optischer Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES): Cu, Zn, Mn, Mo, Ca, Mg, Ba, Cr, Fe, Sr, K, S, Ti, P, Si und Na bzw. mit der Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS): Se, B, Co, Ni, Pb, Cd, U, As, Tl, Al, Sn und Li. Es standen insgesamt zehn Pferde als Probanden zur Verfügung, die in drei unterschiedliche Fütterungsgruppen eingeteilt wurden. Die erste erhielt neben den in den Grundfuttermitteln enthaltenen Mineralstoffen keine Ergänzung, die zweite eine auf den Selenbedarf nach Bedarfsempfehlungen der Gesellschaft für Ernährungsphysiologie (GfE) abgestimmte Mineralstoffsupplementierung und der dritten Gruppe stand eine mineralisierte Leckmasse zur freien Verfügung. Zur Beantwortung der methodischen Rahmenbedingungen wurden zunächst Kotproben aus zwei unterschiedlichen Lokalisationen im Pferd (Colon descendens und Ampulla recti) sowie eine aus einem frisch abgesetzten Kothaufen gewonnen. In einem weiteren Versuch wurde der Haufen eines optimal versorgten Probanden drei Tage in verschiedenen Lokalisationen beprobt. Außerdem wurden die Kotproben sieben Tage bei unterschiedlichen Temperaturen (-18, -8, 8 und 20°C) vor der weiteren Verarbeitung gelagert. Jeweils zwei Probanden der drei unterschiedlichen Fütterungsgruppen wurden innerhalb eines 24-Stundenzeitraums alle sechs Stunden und über einen 15-Tages-Zeitraum alle drei Tage aus der Ampulla recti beprobt. Schlussendlich wurde der erhaltene Datensatz genutzt, um den methodischen Fehler des gesamten Untersuchungsablaufes von der Kotprobenentnahme, über die Lagerung sowie Aufbereitung und dem Probenversand, bis zur Elementanalyse, zu ermitteln. Außerdem wurde die Reproduzierbarkeit der Messungen festgestellt. Die unterschiedliche Fütterung der Probanden spiegelt sich differenziert in der Kotkonzentration wider und gibt somit Grund zu der Annahme, dass Kotproben sich für die Analyse der Mineralstoffversorgung von Pferden eignen. Hinsichtlich der Entnahmestelle gab es keine signifikanten Unterschiede der drei Lokalisationen, womit der am wenigsten invasiven Methode aus einem abgesetzten Haufen der Vorzug zu geben ist. Innerhalb des Haufens konnten variierende Konzentrationen einzelner Elemente in unterschiedlichen Lokalisationen festgestellt werden. Bezüglich der Lagerdauer des Haufens im Freien vor der Beprobung gab es keine signifikanten Unterschiede zwischen der Probengewinnung direkt nach dem Kotabsatz und 24 Stunden später. Im 72 Stunden alten Kothaufen unterschieden sich einige Elemente signifikant, weshalb die Empfehlung lautet, die Proben aus einem frisch abgesetzten Haufen zu nehmen. Für die Bestandsuntersuchung auf der Weide können jedoch auch bis zu 24 Stunden alte Haufen beprobt werden. Bei gleichbleibender Fütterung unterscheiden sich wenige Elemente signifikant im 24-Stundentagesprofil (K) sowie in der 15-Tage-Verlaufsuntersuchung (P, K, Si, Li). Genaue Zusammenhänge zwischen Futteraufnahme und Konzentrationsdifferenzen in den Kotproben sowie die renale Ausscheidung müssten zu einem späteren Zeitpunkt mit Hilfe eines gesonderten Fütterungsversuchs abschließend beurteilt werden. Mit einem relativen methodischen Fehler von unter 0,2 für den Gesamtversuch von der Probenahme, über die Aufbereitung und Analyse im Labor weist das Verfahren eine geringe systematische Abweichung auf. Ausgenommen davon sind Selen (0,60) und Zinn (0,27). Grund dafür sind sehr geringe, im Fall von Selen zum Teil nicht messbare Konzentrationen in den Kotproben. Für die Güte des Gesamtversuchs spricht die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse mit einem Bestimmtheitsmaß von über 0,9 oder knapp darunter bei Selen (0,894) und Zinn (0,899). Die vorliegende Arbeit unterstützt die Möglichkeit, Kotproben für die Analyse des Versorgungsstatus von Pferden mit Mineralstoffen zu nutzen. Als Ergebnis stehen die methodischen Rahmenbedingungen zur Verfügung, mit denen die Probennahme standardisiert werden kann. Das ermöglicht in weiteren Versuchen bei größeren Probandenzahlen Referenzwerte für Mineralstoffkonzentrationen in Pferdekotproben zu erstellen und diese zur Versorgungsanalyse zu nutzen.
Minerals and trace elements fulfill a variety of functions in the organism, for example as components of bones, enzyme complexes or hormones. The minerals Ca, Cl, K, Mg, Na, P and S are present in high concentrations in the body and are taken up enough with food. According to their function, trace elements are divided into essential and accidental elements. The former have vital functions for the organism, while this has not yet been proven for the latter. Elements of both groups only occur in low concentrations in the body and may be toxic at increased intake. Since both, deficiencies and excesses, can lead to reduced performance and diseases, supply analysis is an important aspect in maintaining the health of horses. The nutritive situation measured by means of ration analysis is difficult to determine accurately in selective feeders such as horses, especially in extensive pasture management. The metabolic supply situation based on blood samples is only suitable for a few elements to indicate malnutrition. The aim of this study was to assess the possibility of using fecal samples for the analysis of the supply of horses with 28 selected minerals and trace elements. The following elements were measured by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES): Cu, Zn, Mn, Mo, Ca, Mg, Ba, Cr, Fe, Sr, K, S, Ti, P, Si and Na. Furthermore, the following elements were quantified by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS): Se, B, Co, Ni, Pb, Cd, U, As, Tl, Al, Sn and Li. In total, ten trial horses were divided into three different feeding groups. The first received no supplementation in addition to the minerals contained in the basic feeds, while the second group received mineral supplementation adapted to selenium requirements, and the third group had a mineralized lick for free intake. To answer the methodological framework, fecal samples were first obtained from two different localizations in the horse (colon descendens and ampulla recti), and one from a fresh dung heap. In another experiment, the pile of an optimally fed horse was sampled for three days in different localizations. Additionally, fecal samples were stored for seven days at different temperatures (-18, -8, 8, and 20°C) before further processing. The dung of two horses from each of the three different feeding groups were sampled from the ampulla recti every six hours within a 24-hour period and every three days over a 15-day period. Eventually, the obtained data set was used to determine the relative error of the study, as well as the repeatability of the measurements. Differences in feeding are differentially represented in the fecal concentration. As there were no significant differences shown between the three sampling localizations, the least invasive method from a settled heap is to be preferred. Within the heap, varying concentrations of individual elements could be detected in different localizations. Regarding the storage time of the pile outdoor before sampling, there were no significant differences between immediately after defecation and 24 hours later. In the 72-hourold dung heap, some elements differed significantly. Thus, it is recommended to sample fresh piles, but for the analysis of herds in the pasture, piles can be sampled for up to 24 hours after defecation. Without changes in feeding, only few elements differ significantly in the 24-hour daily profile (K), as well as in the 15-day period (P, K, Si, Li). Precise relation between feed intake and differences in fecal concentration, as well as renal excretion, would need to be assessed in a separate feeding trial. With a relative error of less than 0.2 for the whole study from sampling to preparation and analysis in the laboratory, the method has a low systematic deviation. This cannot be applied to selenium (0.60) and tin (0.27), due to the very low concentration in the fecal samples or, in the case of selenium, non-measurable concentrations. The repeatability of the results with a coefficient of determination above 0.9 or just below for selenium (0.894) and tin (0.899) indicates the quality of this study. The present study supports the possibility of using fecal samples for the analysis of mineral supply in horses. As a result, the methodological framework is appropriate to standardize sampling. This enables to create reference values for mineral concentrations in horse feces samples in further trials with larger numbers horses and to use them for supply analysis.
