Betain ist eine natürlich vorkommende Verbindung, die in Pflanzen und Tieren weit verbreitet ist. Als Futtermittelzusatzstoff wird es in wasserfreier Form oder als Hydrochlorid angeboten. Es kann Tierfutter zu verschiedenen Zwecken beigemischt werden.
Diese Wirkungen lassen sich vor allem auf die hohe Methyldonatorfähigkeit von Betain zurückführen, die hauptsächlich in der Leber stattfindet. Durch die Übertragung instabiler Methylgruppen wird die Synthese verschiedener Verbindungen wie Methionin, Carnitin und Kreatin gefördert. Auf diese Weise beeinflusst Betain den Protein-, Lipid- und Energiestoffwechsel und trägt somit zu einer positiven Veränderung der Körperzusammensetzung bei.
Zweitens könnte der Zweck der Betainzugabe im Futter in seiner Funktion als schützendes organisches Penetrationsmittel liegen. In dieser Funktion unterstützt Betain die Zellen im gesamten Körper bei der Aufrechterhaltung des Wasserhaushalts und der Zellaktivität, insbesondere in Stresssituationen. Ein bekanntes Beispiel ist die positive Wirkung von Betain auf Tiere unter Hitzestress.
Bei Schweinen wurden verschiedene positive Effekte einer Betain-Supplementierung beschrieben. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Rolle von Betain als Futterzusatzstoff für die Darmgesundheit von abgesetzten Ferkeln.
Mehrere Studien zu Betain haben dessen Wirkung auf die Nährstoffverdaulichkeit im Ileum bzw. im gesamten Verdauungstrakt von Schweinen untersucht. Wiederholte Beobachtungen einer erhöhten ilealen Verdaulichkeit von Ballaststoffen (Rohfaser oder neutraler und saurer Detergenzfaser) deuten darauf hin, dass Betain die Fermentation bereits im Dünndarm vorhandener Bakterien anregt, da die Darmzellen keine faserabbauenden Enzyme produzieren. Der Ballaststoffanteil der Pflanze enthält Nährstoffe, die bei der Zersetzung dieser mikrobiellen Ballaststoffe freigesetzt werden können.
Daher wurde auch eine verbesserte Verdaulichkeit der Trockenmasse und der Rohasche beobachtet. Auf Ebene des gesamten Verdauungstrakts wurde berichtet, dass Ferkel, die mit 800 mg Betain/kg Futter gefüttert wurden, eine verbesserte Verdaulichkeit von Rohprotein (+6,4 %) und Trockenmasse (+4,2 %) aufwiesen. Darüber hinaus zeigte eine andere Studie, dass durch die Zugabe von 1250 mg/kg Betain die scheinbare Gesamtverdaulichkeit von Rohprotein (+3,7 %) und Rohfett (+6,7 %) verbessert wurde.
Ein möglicher Grund für die beobachtete Steigerung der Nährstoffverdaulichkeit ist der Einfluss von Betain auf die Enzymproduktion. In einer kürzlich durchgeführten In-vivo-Studie zur Betain-Gabe bei abgesetzten Ferkeln wurde die Aktivität der Verdauungsenzyme (Amylase, Maltase, Lipase, Trypsin und Chymotrypsin) im Chymus untersucht (Abbildung 1). Alle Enzyme außer Maltase zeigten eine erhöhte Aktivität, wobei der Effekt von Betain bei einer Dosierung von 2.500 mg/kg Futter stärker ausgeprägt war als bei 1.250 mg/kg. Die erhöhte Aktivität könnte auf eine gesteigerte Enzymproduktion oder auf eine erhöhte katalytische Effizienz der Enzyme zurückzuführen sein.
Abbildung 1 – Aktivität der Verdauungsenzyme im Darm von Ferkeln nach Supplementierung mit 0 mg/kg, 1.250 mg/kg oder 2.500 mg/kg Betain.
In In-vitro-Experimenten konnte gezeigt werden, dass die Zugabe von NaCl zur Erzeugung eines hohen osmotischen Drucks die Aktivität von Trypsin und Amylase hemmt. Die Zugabe unterschiedlicher Betainkonzentrationen hob die hemmende Wirkung von NaCl auf und erhöhte die Enzymaktivität. Ohne NaCl-Zusatz beeinflusst Betain die Enzymaktivität in niedriger Konzentration nicht, zeigt aber in höherer Konzentration eine hemmende Wirkung.
Nicht nur die erhöhte Verdaulichkeit erklärt die beobachtete Steigerung der Wachstumsleistung und Futterverwertung bei Schweinen, die mit Betain im Futter supplementiert werden. Die Zugabe von Betain zum Schweinefutter reduziert auch den Erhaltungsenergiebedarf der Tiere. Die Hypothese für diesen Effekt ist, dass, wenn Betain zur Aufrechterhaltung des intrazellulären osmotischen Drucks genutzt werden kann, der Bedarf an Ionenpumpen sinkt – ein energieintensiver Prozess. Bei begrenzter Energieaufnahme dürfte der Effekt der Betain-Supplementierung stärker ausgeprägt sein, da er die Energieversorgung für das Wachstum anstatt für den Erhaltungsbedarf erhöht.
Die Epithelzellen der Darmwand müssen während der Verdauung stark schwankenden osmotischen Bedingungen standhalten, die durch den Darminhalt entstehen. Gleichzeitig müssen sie den Austausch von Wasser und Nährstoffen zwischen Darmlumen und Plasma regulieren. Betain ist ein wichtiger organischer Penetrationsmittel, der die Zellen vor diesen Belastungen schützt. Untersuchungen der Betainkonzentration in verschiedenen Geweben zeigen, dass der Betaingehalt im Darmgewebe besonders hoch ist. Zudem wurde beobachtet, dass die Betainkonzentration in der Nahrung beeinflusst wird. Ausgewogene Zellverhältnisse fördern die Zellteilung und Regeneration. Forscher fanden heraus, dass eine Erhöhung des Betainspiegels im Futter von Ferkeln zu einer höheren Zottenhöhe im Duodenum und einer tieferen Kryptenstruktur im Ileum führt und die Zotten gleichmäßiger werden.
In einer weiteren Studie konnte eine Zunahme der Zottenhöhe im Duodenum, Jejunum und Ileum beobachtet werden, jedoch zeigte sich kein Effekt auf die Kryptentiefe. Wie bei mit Kokzidien infizierten Broilerhühnern beobachtet, könnte die Schutzwirkung von Betain auf die Darmstruktur unter bestimmten (osmotischen) Belastungen sogar noch bedeutender sein.
Die Darmbarriere besteht hauptsächlich aus Epithelzellen, die durch Tight-Junction-Proteine ​​miteinander verbunden sind. Die Integrität dieser Barriere ist essenziell, um das Eindringen schädlicher Substanzen und pathogener Bakterien zu verhindern, die andernfalls Entzündungen hervorrufen würden. Bei Schweinen wird die Beeinträchtigung der Darmbarriere auf Mykotoxinbelastung im Futter oder auf die negativen Auswirkungen von Hitzestress zurückgeführt.
Um den Einfluss auf die Barrierewirkung zu messen, werden häufig In-vitro-Tests an Zelllinien durchgeführt, um den transepithelialen elektrischen Widerstand (TEER) zu bestimmen. Durch die Anwendung von Betain konnte in mehreren In-vitro-Experimenten eine Verbesserung des TEER beobachtet werden. Bei Einwirkung hoher Temperaturen (42 °C) sinkt der TEER (Abbildung 2). Die Zugabe von Betain zum Wachstumsmedium dieser hitzeexponierten Zellen wirkte dem Abfall des TEER entgegen, was auf eine erhöhte Hitzebeständigkeit hindeutet.
Abbildung 2 – In-vitro-Effekte von hoher Temperatur und Betain auf den transepithelialen Widerstand (TEER) der Zellen.
Zusätzlich wurde in einer In-vivo-Studie an Ferkeln die erhöhte Expression von Tight-Junction-Proteinen (Occludin, Claudin-1 und Zonula occludens-1) im Jejunumgewebe von Tieren gemessen, die 1250 mg/kg Betain erhielten, im Vergleich zur Kontrollgruppe. Darüber hinaus war die Diaminoxidase-Aktivität im Plasma dieser Schweine als Marker für Darmschleimhautschäden signifikant reduziert, was auf eine stärkere Darmbarriere hindeutet. Die Zugabe von Betain zum Futter von Mastschweinen führte zum Zeitpunkt der Schlachtung zu einer erhöhten Zugfestigkeit des Darms.
In jüngster Zeit haben mehrere Studien Betain mit dem antioxidativen System in Verbindung gebracht und eine Verringerung der freien Radikale, des Malondialdehyd-Spiegels (MDA) sowie eine Verbesserung der Glutathionperoxidase-Aktivität (GSH-Px) beschrieben.
Betain wirkt bei Tieren nicht nur als Osmoprotektivum. Darüber hinaus können viele Bakterien Betain durch Eigensynthese oder Aufnahme aus der Umgebung anreichern. Es gibt Hinweise darauf, dass Betain einen positiven Einfluss auf die Bakterienanzahl im Magen-Darm-Trakt von abgesetzten Ferkeln haben kann. Die Gesamtanzahl der Bakterien im Ileum, insbesondere von Bifidobakterien und Laktobazillen, hat zugenommen. Zudem wurden geringere Mengen an Enterobacter im Kot gefunden.
Abschließend lässt sich feststellen, dass Betain die Darmgesundheit abgesetzter Ferkel durch die Reduzierung von Durchfallerkrankungen beeinflusst. Dieser Effekt scheint dosisabhängig zu sein: Die Futterergänzung mit 2.500 mg/kg Betain ist wirksamer als 1.250 mg/kg Betain bei der Reduzierung von Durchfall. Die Leistung der abgesetzten Ferkel war jedoch bei beiden Dosierungen vergleichbar. Andere Forscher haben gezeigt, dass die Zugabe von 800 mg/kg Betain die Häufigkeit und das Auftreten von Durchfall bei abgesetzten Ferkeln verringert.
Betain hat einen niedrigen pKa-Wert von etwa 1,8, was nach der Einnahme zur Dissoziation von Betain-HCl und damit zu einer Magensäureansäuerung führt.
Interessant ist die Möglichkeit der Ansäuerung durch Betainhydrochlorid als Betainquelle. In der Humanmedizin werden Betainhydrochlorid-Präparate häufig in Kombination mit Pepsin zur Unterstützung von Menschen mit Magen- und Verdauungsproblemen eingesetzt. In diesem Fall kann Betainhydrochlorid als sichere Quelle für Salzsäure dienen. Obwohl keine Informationen zu dieser Eigenschaft vorliegen, wenn Betainhydrochlorid im Ferkelfutter enthalten ist, könnte sie von großer Bedeutung sein.
Es ist bekannt, dass der pH-Wert des Magensafts abgesetzter Ferkel relativ hoch sein kann (pH > 4), was die Aktivierung der Pepsinvorstufe zu Pepsinogen beeinträchtigt. Eine optimale Proteinverdauung ist nicht nur wichtig für eine gute Nährstoffverfügbarkeit. Unverdautes Protein kann zudem die schädliche Vermehrung opportunistischer Krankheitserreger begünstigen und das Problem von Durchfall nach dem Absetzen verstärken. Betain hat einen niedrigen pKa-Wert von etwa 1,8, was nach der Aufnahme zur Dissoziation von Betainhydrochlorid und damit zur Magensäureansäuerung führt.
Diese kurzfristige Reazidifizierung wurde in einer Vorstudie an Menschen und in Studien an Hunden beobachtet. Nach einer Einzeldosis von 750 mg bzw. 1500 mg Betainhydrochlorid sank der pH-Wert des Magens von Hunden, die zuvor mit Magensäurehemmern behandelt worden waren, stark von etwa 7 auf pH 2. Bei unbehandelten Kontrollhunden lag der pH-Wert des Magens jedoch bei etwa 2, was nicht mit der Betainhydrochlorid-Supplementierung zusammenhing.
Betain hat einen positiven Effekt auf die Darmgesundheit von abgesetzten Ferkeln. Diese Literaturübersicht hebt verschiedene Möglichkeiten hervor, wie Betain die Nährstoffverdauung und -aufnahme unterstützen, die physikalischen Schutzbarrieren verbessern, die Darmflora beeinflussen und die Abwehrkräfte von Ferkeln stärken kann.