Milchfieber oder auch Hypocalcämie ist ein weit verbreitetes Problem in der modernen Milchkuhhaltung (Nähere Informationen zu Milchfieber finden Sie hier). Durch langjährige Forschungen wurden daher Prophylaxemaßnahmen entwickelt, um der Kuh einen guten Start in die Laktation zu ermöglichen. Eine der einfachsten und am häufigsten eingesetzten Prophylaxen ist die orale Gabe von Calciumpräparaten im Geburtszeitraum (Venjakob et al., 2017). Allerdings gibt es zwischen den verschiedenen Calciumverbindungen deutliche Unterschiede in der tatsächlich bereitgestellten Calciummenge, dem Aufnahmeort im Magen-Darmtrakt oder der Bioverfügbarkeit des Calciums. Welche davon ist nun am besten geeignet?

Wie nimmt die Kuh Calcium auf?

Um eine optimale Prophylaxemaßnahme zu entwickeln und somit eine gute Bereitstellung des Calciums nach Eingabe zu garantieren, müssen die zugrundeliegenden physiologischen Mechanismen betrachtet werden. Das Verdauungssystem des Wiederkäuers ist durch die Vormägen etwas Besonderes, da bereits hier und insbesondere im Pansen die Aufnahme von großen Mengen von Nährstoffen stattfindet. So ist beispielsweise die Aufnahme von Magnesium beim Wiederkäuer fast ausschließlich auf den Pansen beschränkt (Martens et al., 2018). Auch die Hälfte des Calciums wird in den Vormägen aufgenommen. Im Dünndarm werden hingegen noch 35% und im Dickdarm schließlich noch 15% absorbiert (Schröder and Breves, 2006).

Für eine geeignete Milchfieberprophylaxe muss also ein Großteil des Calciums bereits im Pansen aufgenommen werden.

Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Wege, wie Calcium aus dem Magen-Darmtrakt ins Blut gelangt:

1. Die passive Aufnahme zwischen den Zellen: Hier diffundiert das Calcium zwischen den Zellen entlang, was nur von der hohen zur niedrigen Konzentration geschieht. Dieser Mechanismus funktioniert also nur bei hohen Calciumgehalten im Nahrungsbrei. Vereinfacht ausgedrückt: Nach der Aufnahme von hohen Calciummengen gelangen diese in den Pansen. Da der Calciumspiegel in der Kuh jetzt deutlich niedriger ist als die Calciumkonzentration im Pansen, kommt es zur passiven Aufnahme des Calciums bis die Konzentrationen im Pansen und in der Kuh angeglichen sind.
2. Die aktive Aufnahme über Transportproteine durch die Zelle: Dabei wird Calcium durch die Zelle geschleust und kann auch entgegen des Konzentrationsgradientens aufgenommen werden. Dieser Mechanismus ist sehr wichtig, um den Calciumspiegel von Tieren und Menschen stets aufrecht zu erhalten.

Die Aufnahmemechanismen im Darm und Pansen unterscheiden sich dabei stark. Die aktive Aufnahme von Calcium über die Darmzellen geschieht mithilfe spezieller Transportproteine, die hauptsächlich über den Vitamin D-Weg reguliert werden (Christakos et al., 2016). Zusätzlich kann Calcium auch passiv aufgenommen werden, was allerdings nur bei sehr hohen Calciumkonzentrationen funktioniert (Goff, 2018). Auch im Pansen kommt es direkt nach der Zugabe von hohen Calciummengen zu einer passiven Aufnahme von Calcium. Durch den Verdünnungseffekt des über 100 l großen Pansens oder durch Komplexbildung mit anderen Substanzen in der Pansenflüssigkeit sinkt die Konzentration an Calcium jedoch schnell ab, sodass im Pansen vor allem der aktive Transport von Calcium eine bedeutende Rolle spielt (Goff, 2018). Der aktive Transport im Pansen ist Vitamin D unabhängig (Schröder et al., 2001, 2015), sodass andere Mechanismen zur Aufnahme von Calcium beitragen müssen. Die Aufnahme von Calcium ist also sehr unterschiedlich, jedoch spielt der aktive Transport im Pansen eine sehr wichtige Rolle im Calciumstoffwechsel der Wiederkäuer und genau hier hat unsere Forschung angesetzt.

Uns ist es hierbei gelungen, die Beteiligung bestimmter Transportproteine bei der Calciumaufnahme im Pansen nachzuweisen. Diese Transportproteine können durch spezielle phytogene Wirkstoffe aktiviert werden. Dadurch kann die Aufnahme von Calcium im Pansen deutlich erhöht werden (Nähere Infos finden Sie hier)  (Geiger et al., 2021; Rosendahl et al., 2016; Schrapers et al., 2018). Die Kuh kann also aus der gleichen verabreichten Menge Calcium durch die Verwendung des phytogenen Wirkstoffs mehr Calcium aufnehmen.

Verfügbarkeit – Warum ist die Calciumquelle entscheidend?

Unabhängig vom Ort oder der Art der Aufnahme spielt auch die Calciumquelle eine große Rolle.

Für die Aufnahme des Calciums aus dem Pansen oder dem Darm ist es zwingend notwendig, dass sich die bereitgestellten Calciumverbindungen lösen und somit in ionisierter Form (Ca²⁺) vorliegen. Außerdem ist der tatsächliche reine Calciumgehalt in den verschiedenen Verbindungen sehr unterschiedlich. So haben kleine Verbindungen, wie Calciumchlorid, einen sehr hohen Calciumgehalt. Im Vergleich hierzu hat die große Verbindung Calciumstearat einen 5,5-fach geringeren Calciumgehalt. Abbildung 1 zeigt Calciumgehalte verschiedener Calciumquellen und deren Löslichkeit in Wasser. Die beste Löslichkeit der Calciumquellen mit gleichzeitig hohem Calciumgehalt hat die Verbindung Calciumchlorid. Allerdings löst sich Calciumchlorid unter exothermischen Bedingungen auf, es wird also Hitze frei. Durch diese Reaktion kann es zu Verbrennungen und Verätzungen der Schleimhäute und des Pansens kommen (Goff and Horst, 1994; Wentink and van den Ingh, 1992). Neben Calciumchlorid haben auch die Calciumsalze der organischen Säuren Calciumformiat, Calciumacetat und Calciumpropionat eine sehr gute Löslichkeit, wobei der Anteil des Calciums in Calciumformiat am höchsten ist. Substanzen wie Calciumcarbonat oder Calciumhydroxid haben ebenfalls einen sehr hohen Calciumgehalt, sind im Pansen allerdings so gut wie unlöslich und können daher nicht aufgenommen werden. Diese Substanzen lösen sich erst bei sehr sauren pH-Werten, wie es im Labmagen der Fall ist (Goff, 2018). Das nun im Labmagen gelöste Calcium müsste in den folgenden Darmabschnitten allerdings zügig aufgenommen werden, da der Zwölffingerdarm (Duodenum) Puffersubstanzen sezerniert, damit das Darmgewebe nicht geschädigt wird. Dies kann dazu führen, dass das gelöste Calcium dieser Verbindungen zum Teil wieder ausfällt und dann nicht mehr vom Körper aufgenommen werden kann und schließlich mit dem Kot ausgeschieden wird.

Calciumchlorid und Calciumformiat haben also beide einen hohen Calciumgehalt, wobei sich Calciumchlorid am schnellsten löst. Allerdings kann es beim Einsatz von Calciumchlorid zu Verätzungen der Pansenschleimhaut kommen – Calciumformiat ist hingegen deutlich verträglicher.

Abbildung 1: Calciumgehalte und Löslichkeit von verschiedenen Calciumquellen

Welche Calciumquelle bietet der Kuh die beste Milchfieber-Prophylaxe?

Das Ziel der oralen Gabe von Calciumpräparaten ist das Aufrechterhalten des Blutcalciumspiegels.

Für eine geeignete Milchfieber-Prophylaxe ist es daher notwendig, dass geeignete Calciumquellen oder auch Kombinationen mehrere Quellen in Betracht gezogen werden. Eine Gabe mit einem überwiegenden Anteil von Calciumcarbonat oder Calciumhydroxid hat in Studien keinen wirksamen Anstieg des Blutcalciumspiegels bewirkt und ist somit als ungeeignet für die Milchfieberprophylaxe anzusehen (Goff and Horst, 1993; Goff, 1999). Calciumchlorid hingegen wird sehr schnell aufgenommen, sodass es zu einem kurzzeitigen Anstieg des Blutcalciumspiegels kommt, welcher dann wieder abfällt (Goff and Horst, 1993, 1994). Aufgrund dessen sollte bei der Verwendung von Calciumchlorid zusätzlich eine ausreichende Menge einer Calciumquelle kombiniert werden, die eine verzögerte Freisetzung des Calciums aufzeigt, wie z.B. Calciumsulfat. Falls keine Kombination erfolgt, kann es aufgrund des schnellen Abfalls des Blutcalciumspiegels trotz dessen zu einer Hypocalcämie kommen. Die Verbindungen Calciumformiat, Calciumpropionat oder Calciumacetat steigern zuverlässig den Blutcalciumspiegel, wobei die Aufnahme konstant über einen längeren Zeitraum erfolgt (Goff and Horst, 1993; Horst et al., 1997). Die Wahl der richtigen Calciumquelle ist also entscheidend für eine zuverlässige Milchfieberprophylaxe, denn: Calcium ist nicht gleich Calcium.

Autor: David Manneck