So verbessert probiotische Lebendhefe die Widerstandsfähigkeit von Schweinen gegenüber Hitzestress

Hitzestress wird für Nutztiere weltweit immer mehr zu einem Problem. Hitzestress kann negative Auswirkungen auf das Fressverhalten, die Wachstumsleistung und das Wohlbefinden der Tiere haben. Studien an Schweinen haben gezeigt, dass die Fütterung einer speziell für die Anforderungen von Monogastriern selektierte Lebendhefe dazu beitragen kann, die Auswirkungen von Hitzestress auf die Leistung und das Wohlbefinden von Schweinen zu mildern. In einem vierjährigen Forschungsprogramm, das von der Doktorandin Aira Serviento in Zusammenarbeit mit Etienne Labussière und David Renaudeau vom Forschungszentrum INRAe in Frankreich durchgeführt wurde, wurden die Auswirkungen von Hitzestress bei Schweinen 2022 eingehend untersucht, insbesondere im Hinblick auf die Frage, warum und in welcher Weise sich eine probiotische Hefe hier positiv auf die Tiere auswirkt.

Verschiedene Studien zeigen, dass Schweine, die mit der Lebendhefe Saccharomyces cerevisae boulardii CNCM I-1079 (Levucell SB, Fa. Lallemand Animal Nutrition) gefüttert wurden, nachweislich besser mit den Belastungen durch Hitzestress zurechtkommen als die nicht supplementierten Kontrollgruppen, bzw. dass die negativen Auswirkungen der Hitzebelastung auf Gesundheit und Leistung der Tiere, die die Lebendhefe erhielten, deutlich abgemildert werden konnten. Welche Gründe gibt es hierfür und was können aktuelle Studien zum Verständnis dieser Beobachtungen beitragen? Im Rahmen der aktuellen Forschung wurden Daten zur Insulinsensitivität, zur Thermoregulation über die Wasseraufnahme, zum Fressverhalten und zum Energiestoffwechsel ausgewertet.

Höhere Insulinempfindlichkeit

Aufbauend auf einer vorhergehenden Studie (Labussière et al., 2022) untersuchten Serviento et al. 2022 mit Hilfe von Respirationskammern (Stoffwechselkammern) die Effekte der Lebendhefe Saccharomyces cerevisiae boulardii CNCM I-1079 (Levucell SB, Lallemand Animal Nutrition) auf die Häufigkeit der Futteraufnahme bei Mastschweinen, die Hitzestress ausgesetzt waren. Besonderes Augenmerk legten die Forschenden auf die Untersuchung der Stoffwechselwege, die an der Anpassung an Hitzestress beteiligt waren. Die Ergebnisse zeigen, dass die erhöhte Resistenz gegen Hitzestress in der Tiergruppe, die die Lebendhefe erhielten, möglicherweise auf eine verbesserte Insulinempfindlichkeit zurückzuführen ist. Das Verhältnis von Insulin zu Glukose im Blut war bei diesen Tieren nach der Futteraufnahme deutlich niedriger (Abbildung 1). Dies könnte zu einer höheren Energieeffizienz bei Hitzestress beitragen.

Die verbesserte Insulinempfindlichkeit lässt sich durch zwei wesentliche Wirkmechanismen der Lebendhefe erklären:

Insulin und dessen mögliche Rolle bei der Anpassung an Hitzestress

Bei Schweinen führt Hitzestress zu einem Anstieg der Glukoseverwertung. Die Zellen des Immunsystems sind Glukoseverbraucher, wenn sie stimuliert werden. Daher führt Hitzestress zu einer Umstellung der Nährstoffverteilung, da Nährstoffe, die normalerweise für das Wachstum verwendet werden, nun für die Immunreaktion eingesetzt werden, was zu einer Leistungsminderung führt (Baumgard und Rhoads, 2013).

Aktivierte Immunzellen werden empfindlich gegenüber Insulin, während Muskel- und Fettzellen während der Hitzebelastung unempfindlicher gegenüber Insulin werden. Daher könnte die Wirkung von Hitzestress auf die Fettablagerung mit einer veränderten Insulinreaktion zusammenhängen. Die Verbesserung der Insulinempfindlichkeit kann dazu beitragen, die Auswirkungen von Hitzestress auf den Stoffwechsel und die Wachstumsleistung abzuschwächen.

Verbesserte Thermoregulation

Bei Hitzestress ist die Wasserverdunstung durch Hecheln der wichtigste Mechanismus zur Wärmeabfuhr bei Schweinen, und hohe Temperaturen erhöhen den Wasserbedarf.

Interessanterweise zeigt der unter kontrollierten Bedingungen (Respirationskammern) durchgeführte Versuch, dass die mit Lebendhefe gefütterten Schweine mehr Wasser aufnehmen, insbesondere während der Futteraufnahme. Dies wiederum erhöht die Fähigkeit der Schweine, Wärme durch Wasserverdunstung abzuführen (Abbildung 2). Infolgedessen sank die Körpertemperatur der Schweine nach der Futteraufnahme schneller als bei der Kontrollgruppe, was auf eine durch die Fütterung der Lebendhefe verbesserte Thermoregulation und Wärmeableitung hindeutet. Dies ist ein weiterer Mechanismus der Anpassung an den Hitzestress, der durch die Lebendhefe unterstützt wird (Abbildung 3).

Fressverhalten und Energiestoffwechsel

In der Studie wurde auch der vorteilhafte Effekt der Lebendhefe auf das Fressverhalten, den Stoffwechsel und die Wachstumsleistung der Schweine untersucht. Bei Hitzestress neigen die Schweine dazu, weniger zu fressen und ihren Energiestoffwechsel umzustellen, mit negativen Auswirkungen auf das Wachstum.

Bei den Schweinen, die mit der Lebendhefe gefüttert wurden, wurden die Auswirkungen des Hitzestresses auf das Fressverhalten verringert. Wie bereits von Labussière et al. gezeigt, fraßen die Tiere im Vergleich zur Kontrollgruppe häufiger am Tag (Abbildung 4) und steigerten damit ihre Gesamtfutteraufnahme erheblich.

Eine bessere Anpassung an Hitzestressbedingungen bei Schweinen mit Lebendhefezusatz führte zu einer besseren Energieerhaltung, was auch frühere Ergebnisse bestätigen (Abbildung 5).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die verbesserte Hitzetoleranz von Schweinen, die die probiotische Hefe im Futter erhielten, darin begründet liegt, dass es ihnen besser gelingt, das dynamische Gleichgewicht zwischen Wärmeproduktion und -verlust während des Tages aufrechtzuerhalten. Aktuelle Studien haben einen Zusammenhang zwischen der Zusammensetzung des Darmmikrobioms und der metabolischen Anpassung des Schweins an Hitzestress festgestellt. Infolgedessen gelingt es den Tieren besser, ihr Fressverhalten und die Wasseraufnahme aufrecht zu erhalten, die Energieverwertung (Insulinsensitivität) und damit die Wachstumsleistung zu unterstützen und so ein besseres Wohlbefinden trotz der warmen Temperaturen zu erreichen. Die speziell für Monogastrier selektierte Lebendhefe bietet u.a. in Hitzestresskonzepten eine interessante Möglichkeit, den Tieren zu helfen, mit den zunehmenden Hitzestressbedingungen fertig zu werden.