Wirkung von Biotin auf intra- und interzelluläre Strukturen im Ballenhorn der Rinderklaue

Abstract

Die Wirkung von Biotin auf intra- und interzelluläre Strukturen im Ballenhorn der Rinderklaue wurde mit klinischen, morphologischen und analytischen Methoden untersucht. Hierfür wurde in einem Milchviehbetrieb 12 Kühen Biotin zugefüttert und weitere 12 Kühe wurden ohne Biotinsupplementierung zur Kontrolle herangezogen. Die Klauen wurden klinisch untersucht und Hornproben vom Ballenhorn wurden zur morphologischen Auswertung im Rahmen der Klauenpflege gewonnen. Von jeder Kuh wurde für die Lipidanalyse von allen vier Klauenpaaren Horn gesammelt und im Department of Agriculture and Forestry, University of Aberdeen, Scotland analysiert. Der in dieser Arbeit angewandte und bewährte Feldversuch ist in einigen Punkten schwer kalkulierbar, z.B. können unvorhersehbare Umstände die Versuchsgruppen deutlich verkleinern. Die Vorteile eines Feldversuchs überwiegen jedoch, weil die Haltung und Probenentnahme für die Tiere relativ stress- und schmerzfrei in gewohnter Umgebung stattfinden können. Desweiteren können die gewonnenen Ergebnisse unmittelbar in die landwirtschaftliche Praxis übernommen werden. Zur Überprüfung der Biotinsupplementierung wurde der Milchbiotingehalt bestimmt. Im Rahmen dieser Arbeit konnte durch den Milchbiotingehalt die Gruppeneinteilung bestätigt werden. Die klinische Untersuchung ergab eine Verbesserung der Klauengesundheit bei den biotinsupplementierten Kühen, während bei den Kontrollkühen ein Gleichstand oder gar eine Verschlechterung zum jeweils vorangegangenen Probenentnahmetermin festgestellt wurde. Dieses Ergebnis wird durch die histologischen Untersuchungen untermauert. Es wurden Bewertungsschlüssel für die licht- und elektronenmikroskopische Auswertung der Hornzellen erarbeitet. Mit Hilfe dieser Bewertungsschlüssel ist es gelungen, eine Grundlage zur besseren Vergleichbarkeit der ultrastrukturellen Untersuchungen in der Histologie zu schaffen. Die PAS-Reaktion als semiquantitativer Nachweis von Glykoproteinen und Glykolipiden zeigte keinen Unterschied zwischen Biotin- und Kontrollkühen. Ebenso konnte mit den lichtmikroskopisch ausgewerteten Semidünnschnitten keine Biotinwirkung nachgewiesen werden. Die ultrastrukturellen Untersuchungen am Elektronenmikroskop ergaben Veränderungen im interzellulären Membrane Coating Material und den intrazellulären Lipidtropfen und somit deutliche Hinweise für eine Biotinwirkung. Die histologisch festgestellten Veränderungen an den Hornzellen lassen sich auf den Energie- und Fettstoffwechsel zurückführen. So ergab die Lipidanalyse einen Einfluss des Vitamins Biotin, insbesondere auf die einfachen Lipide. Aber auch die komplexen Lipide weisen eine Zunahme der Fettsäuren mit einer Kettenlänge von C16 und C18 auf. Zusammengefasst kann festgehalten werden, dass Biotin durchaus einen erkennbaren Einfluss auf die Klauengesundheit nimmt.

Clinical, morphological, and analytical methods were applied to examine the effect biotin takes on intracellular and intercellular structures in the heel horn of bovine claws. At a dairy farm, supplementary biotin feeding was given to a group of 12 cows; a second group of 12 cows without biotin supplementation served as control group. Clinical examinations of the claws were conducted, and horn samples of the heel horn were taken in the course of claw care operations for morphological evaluation. For the lipid analysis, horn samples were taken of all four claw pairs of each cow and submitted to the Department of Agriculture and Forestry of the University of Aberdeen, Scotland to perform the analysis. Although tried and trusted, the field experiment method applied in this thesis is difficult to calculate in some respects; the experimental groups, for instance, may decrease considerably in numbers as a result of unpredictable circumstances. Still the benefits of a field experiment are outweighing since the cows stay in their familiar surroundings and the sampling is more or less free of stress and pain for the animals. Moreover, the results obtained can directly be implemented in agricultural practice. To verify the biotin supplementation the milk biotin content was determined. The milk biotin content found in these examinations confirmed the group assignment. The results of the clinical examination showed an improved health condition of the claws in the biotin-supplemented group of cows, whereas the health condition in the group of control cows was unchanged or even deteriorated as compared to the results of the last sampling date. The results found have been substantiated by histological examinations. A special set of evaluation keys was developed for the purpose of light and electron microscope examination of horn cells. These evaluation keys made it possible to establish a sound basis for an improved reproducibility of ultra-structural examinations in histology. The PAS reaction as semi-quantitative proof of glycoproteins and glycolipids did not show any difference between biotin- supplemented and control cows. Neither was it possible to establish proof of a biotin effect in the light microscope examinations of semi-thin cross sections. Electron microscope examinations of the ultrastructure showed variances in the intercellular membrane coating material and in the intracellular lipid droplets, thus providing clear evidence of biotin action. The variances established at the horn cells in the histological examinations can be attributed to the metabolic processes involving energy and lipids. So, the lipids analysis showed that the vitamin biotin does have an effect, particularly on simple lipids. But even with complex lipids an increased number of fatty acids with a chain length of C16 and C18 were found. The result in conclusion is that biotin does have a noticeable effect on the health condition of bovine claws.