In den letzten Jahrzehnten ist durch gezielte Zucht die Wurfgröße bei Sauen gestiegen und mit dieser Entwicklung hat die Anzahl der Ferkel pro Wurf mit niedrigem Geburtsgewicht (LBW) zugenommen. Höhere Mortalitäts- und geringere Wachstumsraten werden bei LBW-Ferkeln beobachtet. Die hohen Mortalitätsraten werfen Fragen zur ethischen Rechtfertigung der Schweinehaltung auf und stehen im Kontrast zu einer ressourceneffizienten Tierhaltung. Die geringeren Wachstumsraten sind mit ökonomischen Verlusten verbunden und werden mit einer dysfunktionalen Dünndarmentwicklung von LBW-Ferkeln assoziiert. Bei abgesetzten Ferkeln wurden positive Effekte einer Glutamin (Gln)-Supplementierung auf Wachstum und Parameter der intestinalen Entwicklung beschrieben. Da die konditionell essentielle Aminosäure Gln zu einem großen Umfang in den Epithelzellen des Dünndarms verstoffwechselt wird, besteht die Möglichkeit, dass durch Gln die Entwicklung des Dünndarms bei LBW-Ferkeln normalisiert werden könnte.
Ziel dieser Studie war es sowohl die akuten als auch potentielle persistente Effekte einer neonatalen Gln-Supplementierung bei männlichen unkastrierten Ferkeln auf Wachstum und verschiedener Parameter der jejunalen Entwicklung zu untersuchen.
Hierfür wurden männlich unkastrierte Saugferkel in einem Fütterungsversuch untersucht. Die Ferkel von Jungsauen wurden direkt nach der Geburt auf Grund ihres Geburtsgewichtes in Paaren selektiert, wobei die Selektionsgrenzen für LBW bei 0,8-1,2 kg und für normalgewichtige Ferkel (NBW) bei 1,4-1,8 kg lagen. Selektierte Ferkel wurden entweder mit 1 g/kg Körpergewicht (BW) Gln oder der isonitrogenen Menge Alanin (Ala) (1,22 g/kg BW) zwischen dem ersten und dem zwölften Lebenstag oral supplementiert. Durch den Versuchsaufbau ergaben sich vier Versuchsgruppen (LBW-Gln; NBW-Gln; LBW-Ala; NBW-Ala (n =36/Versuchsgruppe)). Die Versuchstiere hatten stets die Möglichkeit, bei der Muttersau zu saugen und erhielten zusätzliches Beifutter ab dem 14. Lebenstag. Das Wachstum der Tiere wurde durch regelmäßiges Wiegen und zusätzliche zootechnische Messungen überwacht. Jeweils ein Drittel einer Versuchsgruppe wurde am fünften, zwölften sowie sechsundzwanzigsten (n=12) Lebenstag euthanasiert und das distale Jejunum inklusive Chymus wurde für weitere Analysen beprobt. Den Tieren aller Versuchsgruppen wurde eine Stunde vor der Euthanasie Bromdesoxyuridin (BrdU) zur Bestimmung der Zellproliferationsrate und L-2H5-Phenylalanin zur Bestimmung der fraktionellen Proteinsyntheserate (FPSR) intraperitoneal verabreicht. Zusätzlich wurde die Milchaufnahme mittels der Deuteriumoxid-Methode am elften bzw. am fünfundzwanzigsten. Lebenstag in entsprechenden Gruppen bestimmt.
Die ausgewerteten Parameter der jejunalen Entwicklung wurden sowohl durch die Gln-Supplementierung als auch durch das niedrige Geburtsgewicht nur geringfügig beeinflusst. Interessanterweise unterschied sich die Konzentration der supplementierten Aminosäuren im beprobten Jejunum-Gewebe und im Chymus zwischen den Supplementierungsgruppen nicht. Entsprechend wurden keine Unterschiede im Gewebe des Jejunums im Hinblick auf Morphologie, Immunzellpopulation und FPSR festgestellt. Weiterhin wurde kein Einfluss von Gln auf mRNA-Abundanz von Genen, welche den Aminosäurentransport, Aminosäurenstoffwechsel und Glutathion-Stoffwechsel regulieren, festgestellt. Für entsprechende Parameter wurden nur geringe Unterschiede zwischen den Geburtsgewichtsgruppen beobachtet. Das Alter der Ferkel hatte den stärksten Einfluss auf die Parameter der jejunalen Entwicklung. Folglich wurden Unterschiede in Bezug auf Morphologie, Aminosäurenmuster, Zellpopulation, Nukleinsäure-Konzentration und mRNA-Abundanz von Genen des Glutathionmetabolismus zwischen den zwölf und fünf Tage alten Ferkeln festgestellt.
Das BW von LBW-Gln-Ferkeln war sowohl während der akuten Supplementierung als auch darüber hinaus höher als bei LBW-Ala-Ferkeln. Jedoch war das BW am 26. Lebenstag zwischen LBW-Gln-Ferkeln und LBW-Ala-Ferkeln nicht unterschiedlich. Das höhere BW der LBW-Gln-Ferkel kann mit einer vergrößerten jejunalen Absorptionsfläche assoziiert werden. Das Wachstum von NBW und folglich das BW waren höher im Vergleich zu LBW. Das schnellere Wachstum beruht dabei nicht auf Unterschieden der intestinalen Entwicklungsparameter, da negative Effekte von einem niedrigen Geburtsgewicht auf die Darmentwicklung aus den gemessenen jejunalen Entwicklungsparametern nicht abzuleiten sind. Es wurden in Bezug auf jejunale Entwicklungsparameter, wie Zellproliferationsrate, Zellpopulation und Morphologie, Unterschiede zwischen den zwölf und 26 Tage alten Ferkeln festgestellt.
Abschließend lässt sich feststellen, dass eine orale Gln-Supplementierung das Wachstum von LBW-Ferkeln nur kurzfristig verbesserte, jedoch nur in sehr geringem Umfang Parameter der jejunalen Entwicklung beeinflusste. Außerdem wurde festgestellt, dass LBW nicht mit einer Entwicklungsstörung des Jejunums assoziiert ist und folglich nicht für das verlangsamte Wachstum verantwortlich ist. Schließlich wurde aufgezeigt, dass besonders ontogenetische Faktoren die Parameter der jejunalen Entwicklung beeinflussen.
Continuous breeding for highly prolific sows has resulted in an increase in the number of piglets per litter with low birth weight piglet (LBW). Low birth weight piglets show higher rates of mortality and lower growth. These high mortality rates raise ethical questions about the justification for pig farming, which contrasts with the principles of resource-efficient animal husbandry. Lower growth rates in LBW are linked to economic losses as well as dysfunctional development of the small intestine. Previous studies have demonstrated the beneficial Impact of glutamine supplementation (Gln) on growth and intestinal development parameters in weaned piglets. Since Gln, a conditionally essential amino acid, is intensively metabolized in the epithelial cells of the small intestine, it may potentially normalize the development of the small intestine in LBW.
The study aimed to examine the acute and potential persistent impact of neonatal Gln supplementation in male uncastrated piglets on growth and various parameters of jejunal development.
Male uncastrated suckling piglets in a feeding experiment were analyzed in this trial. The piglets were chosen in pairs from the offspring of gilts based on their birth weight, with selection thresholds of 0.8-1.2 kg for LBW and 1.4-1.8 kg for normal weight piglets (NBW). Selected piglets were supplemented with either 1 g/kg body weight (BW) of Gln or an isonitrogenous amount of alanine (Ala) (1,22 g/kg BW) between the first and 12th day of life. The experimental design resulted in four experimental groups (LBW-Gln, NBW-Gln, LBW-Ala, NBW-Ala), (n = 36/experimental group). The experimental animals had the opportunity to suckle the sow and were offered creep feed starting from the 14th day of life. The piglets´ growth was regularly monitored through weighing and additional zootechnical measurements. One-third of each experimental group was euthanized on the fifth, twelfth, and twenty-sixth day of life, and the distal jejunum, along with chyme, was sampled for further analysis. Animals in the experimental groups received bromodeoxyuridine (BrdU) intraperitoneally one hour prior to euthanasia to assess cell proliferation rate, and L-2H5-phenylalanine to determine fractional protein Synthesis rate (FPSR). In addition, the deuterium oxide method was used to determine milk intake on the eleventh and twenty-fifth day of life in the corresponding groups.
The parameters assessed for jejunal development showed only minor impact by both LBW and Gln supplementation. Notably, the concentration of amino acids from Supplementation was alike in both the sampled jejunal tissue and chyme across groups. Consequently, no distinctions in terms of morphology, immune cell population, and FPSR were observed within the jejunal tissues. No influence of Gln on mRNA abundance of genes regulating amino Acid transport, amino acid metabolism, and glutathione metabolism was detected. Only minor differences were observed between birth weight groups for respective parameters. The age of piglets had the strongest effect on jejunal development parameters. Differences in morphology, amino acid patterns, cell population, nucleic acid concentration, and mRNA abundance of glutathione metabolism genes were observed between twelve-day-old and five-day-old piglets.
From day 11 to day 21 of the study, the BW of LBW-Gln was higher than the BW of LBW-Ala. However, at the end of the study at 26 days of age, there was no difference in BW between LBW-Gln and LBW-Ala. Higher BW of LBW-Gln could only be linked to an increase in jejunal absorptive area, but not to other differences in intestinal developmental parameters. Compared to LBW, NBW had higher growth rate and BW. It was not possible to deduce a negative Impact of LBW on intestinal development based on the measured jejunal development parameters. Additionally, differences in jejunal development parameters, including cell proliferation rate, cell population, and morphology, were observed between 12-day-old and 26-day-old piglets.
In conclusion, oral Gln supplementation marginally improved the growth of LBW piglets, but had very little effect on jejunal development parameters. Furthermore, it was found that low birth weight was not associated with impaired jejunal developmental and which was not responsible for the slower growth of LBW piglets. Finally, it was shown that ontogenetic factors in particular influence jejunal development parameters.
