Reduced copper levels in pig diets

Aktiengesellschaft für Dienstleistungen in der Schweineproduktion
Geschäftsbereich SGD-SSP
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Reduced copper levels in pig diets: is the loss of performance greater than expected?
P. Toplis
The Pig Journal 55, 2005, 115-137
Kupfer ist eines der ältesten bekannten Spurenelemente. In den letzten 50 Jahren wurde es
routinemässig als Wachstumsförderer in einer Konzentration von 200 mg/kg Schweinefutter
beigemischt. Durch die Intensivierung der Landwirtschaft wurde in den letzten Jahren die Belastung
der Böden durch Schwermetalle immer grösser. Der Einsatz von tierischen Ausscheidungsprodukten
in der Landwirtschaft machen 42% der 1700 Tonnen Kupfer und 38% der 5100 Tonnen Zink aus, die
jedes Jahr auf die Böden ausgebracht werden. In diesem Artikel soll die Rolle des Kupfers in der
Schweinefütterung nochmals genauer erläutert werden. Folgende 3 Fragen stehen dabei im
Mittelpunkt:
- Sind die erlaubten Mengen an Kupfer ein Risiko für den Konsumenten?
- Sind die erlaubten Mengen an Kupfer nachteilig für die Umwelt?
- Sind die erlaubten Mengen an Kupfer durch eine Wachstumsförderung gerechtfertigt?
Sind die erlaubten Mengen an Kupfer ein Risiko für den Konsumenten?
Das Zielorgan für Kupfer ist die Leber. Andere essbare Gewebe, die hohe Kupfermengen enthalten
können sind Herz, Hirn und Niere. Muskelgewebe enthält viel tiefere Konzentrationen. Es konnte
keine Erhöhung der Kupferspeicherung in der Leber bis zu einer Dosis von 75 mg/kg Kupfer im Futter
bis zur Schlachtung nachgewiesen werden. Wenn die Marke von 120 mg/kg Futter überschritten wird,
steigt der Kupfergehalt der Leber deutlich an. Schweine, welche bis zu einem Lebendgewicht von 100
kg mit 175 mg/kg oder 200 mg/kg Kupfer im Futter ernährt wurden akkumulierten 250 bis 500 mg
Kupfer/kg in ihren Lebern. Der Kupfergehalt der Nieren ist weniger abhängig vom diätetischen Kupfer.
Basierend auf der Annahme, dass Futterkupfergehalte von 175 mg/kg bis 60 kg Lebendgewicht und
anschliessend 100 mg/kg eingesetzt werden, wurde in einem worst case Szenario der menschliche
Konsum von Kupfer bei 3.7 mg/Person/Tag berechnet. Wird den Schweinen bis zum Ende der
Mastperiode 175 mg/kg Kupfer verfüttert, so wurde eine tägliche Kupferaufnahme für den Menschen
von 8.2 mg/Person/Tag berechnet. Die EU Kommission für Ernährung empfiehlt eine maximale
Kupferaufnahme von 10-35 mg/Person/Tag. Das SCAN (scientific committee for animal nutrition)
schliesst daraus, dass die bisher erlaubten Futter-Kupfergehalte von 175 mg/kg bis 16 Wochen und
100 mg/kg anschliessend, den Kupfergehalt im Gewebe nicht signifikant erhöhen und somit keine
Risiko für den Menschen darstellen. Wie in der Tabelle ersichtlich ist, konnte durch eine Erniedrigung
des Futterkupfergehaltes die tägliche Aufnahme von Kupfer über Lebensmittel vom Schwein für den
Menschen kaum gesenkt werden.
A
B
Kupfer im Futter in mg/kg
Ferkel
Aufzucht
Mast
30
15
15
175
175
100
Tägliche Aufnahme durch Lebensmittel vom Schwein mg/d
Kupferbedarf für Erwachsene in mg/d
Durch die EU empfohlene Höchstmenge an Kupfer in mg/d
1.5 3.6
2-3
30
Tabelle: Kupferzufuhr durch Produkte vom Schwein in der menschlichen Ernährung.
Sind die erlaubten Mengen an Kupfer nachteilig für die Umwelt?
Mit ansteigenden Kupferkonzentrationen im Futter steigt auch die Ausscheidung über Kot und Urin an.
Die laufende Erhöhung von Kupfer im Futter über Jahrzehnte verbunden mit dem Ausbringen der
Exkremente auf landwirtschaftlich genutzten Boden liess den Kupfergehalt in der Erde deutlich
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ansteigen, was sich nachteilig auf das Pflanzenwachstum auswirkt. Die Kupfermenge die jährlich
ausgebracht werden darf beträgt 12 kg/ha und die Konzentration im Boden sollte zwischen 50-140
mg/kg DM liegen. Wenn von einem fixen Kupfer/Stickstoff Verhältnis aus gegangen wird, kann der
jährliche Kupferzuwachs im Boden und der Anstieg der Konzentration errechnet werden. Dabei hat
sich gezeigt, dass nur die Exkremente von Ferkeln die gesetzliche Limite überschreiten würden.
Untersuchungen haben gezeigt, dass die Reduktion von Kupferzusatz im Futter um ein Drittel (von
100 auf 35 mg/kg) die Zeitspanne, bis ein Wert von 100 mg Cu/kg DM im Boden von zwischen 16 bis
56 Jahren auf 83 bis 289 Jahre verlängern kann.
Sind die erlaubten Mengen an Kupfer durch eine Wachstumsförderung gerechtfertigt?
Durch die SCAN wurde eine Studie durchgeführt, bei der die Daten von 22 Experimenten über
Kupfereinsatz für Schweine bis 25kg, 20 Experimente für Schweine zwischen 25-60 kg und 17
Experimente mit Tieren der Gewichtsklasse 25-100 kg. Dabei wurde eine konstante Besserung der
Tageszuwachsrate von 0.12% und der Futterverwertung von 0.037% für jeden Anstieg von 1 mg
Kupfer/kg Futter für die Tiere bis zu einem Gewicht von 25 kg festgestellt. Es konnten aber keine
signifikanten Verbesserungen bei Tieren über einem Gewicht von 25 kg verzeichnet werden. Da der
wachstumsfördernde Effekt nur bei jungen Tieren nachgewiesen werden konnte, hat die SCAN
empfohlen, den Einsatz von 175 mg Kupfer/kg Futter auf das Alter von 10 Wochen zu beschränken.
Worauf die EU Gesetzgebung entsprechend reagiert hat.
Der übliche Gehalt von Kupfer in Futterbestandteilen liegt bei 5-10 mg/kg. Zusätzlich werden 160
mg/kg ins Futter von Schweinen unter 13 Wochen und 15 mg/kg ins Futter aller anderen
Alterskategorien in Form von Kupfer-Sulfat beigefügt.
Kupfer wird in sehr geringen Dosen empfohlen und ein Mangel wird bei Schweinen bisher nur selten
beobachtet. Kupfer spielt bei der Funktion von mehreren Enzymen eine Rolle, welche mit dem
Eisentransport und –Metabolismus, sowie der Kollagenbildung, dem Knochenwachstum und der
Entwicklung des ZNS und der Melaninproduktion verknüpft sind. Die Gründe für die positive Wirkung
von Kupfer auf die Leistung der Schweine sind bisher noch nicht gut verstanden. Mindestens fünf
verschiedene Wirkmechanismen werden als Begründung für den positiven Effekt von Kupfer genannt:
- Antimikrobielle Wirkung
- Verbesserung der Futterverdaulichkeit
- Verbesserung der Immunabwehr
- Schutz der Zellen vor Schädigung durch freie Radikale
- Reduktion des Zell turn overs, wodurch mehr Nährstoffe für die Absorption bleiben
Bisher sind nur wenige Tatsachen über die antimikrobielle Wirkung von Kupfer aus der Literatur
bekannt. Da Kupfer in hohen Konzentrationen sehr reaktiv und toxisch ist, ist es durchaus fähig,
Bakterien abzutöten. Es konnte gezeigt werden, dass Kupfer im Futter zur Reduktion von
Streptokokken im Darm führt während die meisten Laktobazillen und E. coli insensitiv sind.
Anzeichen, dass Kupfer über die Beeinflussung der GIT-Mikroflora zu Wachstumsförderung führt
konnten in verschiedenen Versuchen gefunden werden. Jedoch konnten gleiche Effekte auf
Wachstum und Futterverwertung erzielt werden, indem eine Kupferlösung i.v. appliziert wurde, womit
die GIT-Flora umgangen wurde. In vitro wurde die antimikrobielle Wirkung von Kupfer für folgende
Konzentrationen getestet: 0, 125, 250, 1000 ppm in 30 ml Wachstumsmedium. Anschliessend wurde
1.5 ml einer Bakterienkultur von E. coli K88 beigefügt. Nach einer Inkubation von 24 h wurde das
Wachstumsmedium auf Blutagar ausgebracht und die koloniebildenden Einheiten ausgezählt. Dabei
konnte das beste Resultat beim Einsatz von 125 ppm Kupfer Sulfat verzeichnet werden, wobei 75%
der E. coli abgetötet wurden. Es kann aber nicht gesagt werden, ob dies in vivo eine Bedeutung hat.
Die Verdaulichkeit von tierischen Fetten kann durch den Zusatz von Kupfer deutlich verbessert
werden.
Kupfer scheint verschiedene antioxidative Wirkungen (Eisenmetabolismus, Superoxiddismutase) zu
haben, wobei diese mehr auf die Bedarfsmenge zutrifft als auf die wachstumsfördernden Mengen
welche eher zu einer Oxidation führen. Betroffen sind dabei vor allem Fette und fettlösliche Vitamine.
Über die Superoxiddismutase beeinflusst Kupfer die Phagozytose und spielt eine Rolle in T- und BLymphozyten, Neutrophilen und Makrophagen.
Da Kupfer sehr reaktiv ist und somit zytotoxisch, wurden von den Zellen mehrere Mechanismen
entwickelt, die für eine intrazelluläre Homöostase sorgen. Dies gilt auch für Bakterien. Für diese
Funktionen sind hauptsächlich 4 Gene verantwortlich. Zusätzlich konnte ein übertragbares Plasmidlokalisiertes Gen ermittelt werden welches zu einer siebenfachen Resistenz gegenüber Kupfer führt.
Dieses Gen konnte in Isolaten von Schweinen, Broilern und Kälbern gefunden werden. Bei den
Plasmiden, die von Schweinen isoliert wurden lag das Kupferresistenzgen nahe bei den Genen für
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Makrolid-Resistenz und Resistenz gegenüber Glykopeptide. Auch bei Enterokokken konnte eine
erworbene Kupferresistenz nachgewiesen werden.
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Kupfer ist ein essentielles Spurenelement welches im Futter ergänzt wird.
Kupfer wird in der Leber und anderen essbaren Geweben angesammelt. Die erlaubten
Futterzusatzmengen führen zu keinem Anstieg in diesen Geweben und somit zu keiner
Gefährdung der Konsumenten.
Kupfer sammelt sich im Boden an. Die Mengen scheinen kein Risiko für die Umwelt zu
sein.
Die Lokalisierung eines Kupferresistenz-Gens in der Nähe von anderen Resistenzgenen
für Antibiotika lässt befürchten, dass der Einsatz von Kupfer als Wachstumsförderer
für Antibiotika-Resistenzen mit selektionieren könnte.
Die aktuelle Übersicht der SCAN fand keine Hinweise für wachstumsfördernde
Eigenschaften von Kupfer bei Tieren mit mehr als 25 kg Lebendgewicht. Dies führte zu
einer Reduktion von Kupfer im Futter ab einem Alter von 10 Wochen von 175 mg/kg auf
25 mg/kg.
Die Literatur enthält nur sehr wenige Angaben über die Wirkung von Kupfer auf die GITFlora.
Dokumentierte Erfahrungen von einem reduzierten Kupfergehalt im Futter ab einem
Alter von 10 Wochen sind noch nicht erhältlich. Es konnten bisher aber vermehrt
Beschwerden über reduziertes Wachstum und weichen Kot verzeichnet werden.
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