Investigations on the effects of niacin supplementation to different rations on rumen fermentation, duodenal nutrient flow and several serum and milk parameters of dairy cows

English. Niacin is of great importance in the metabolism. However, former experiments with a niacin supplementation to diets of ruminants have led to inconsistent results. But niacin flows or concentrations in various body fluids are often not deter-mined. This impedes conclusions on metabolic effects of altered niacin concentrations in the body after niacin supplementation. It was suggested that ruminal niacin synthesis is influenced by the ration fed. But amounts of niacin reaching the duodenum with different diets were studied only twice, with inconsistent results. Furthermore, nothing is known about the impact of the diet composition on the metabolism of supplemental niacin. Hence, in the present thesis, the effect of a niacin supplementation on various parameters is investigated. Special emphasis is placed on the niacin flow to the duodenum and its concentration in blood and milk. Furthermore, it is assessed if feeding of different diets would alter the responses to supplemental niacin. For these purposes, three dry and seven midlactation (102 ± 18 days in milk at the beginning) fistulated Holstein-Friesian cows were used. At the beginning of the experiment, animals had an average weight of 599 ± 79 kg and lactation numbers ranged from second to fifth lactation. They were equipped with cannulas in the dorsal sac of the rumen and in the proximal duodenum. The diets applied differed in forage-to-concentrate ratio (F:C ratio), they consisted of either 1/3 concentrate and 2/3 forage (LC), 1/2 concentrate and 1/2 forage (MC) or 2/3 concentrate and 1/3 forage (HC) on dry matter basis. Each diet was fed in one period without and in the following with a supplementation of 6 g nicotinic acid (NA) per cow and day. Ruminal fluid was obtained before and six times after the first morning feeding. Duodenal chyme was collected every two hours for five days. Cr²O³ was used as flow marker for duodenal flow of nutrients. Blood samples were withdrawn from the vena jugularis externa just before and three and six hours after first morning feeding. Milk was sampled from two days on morning and evening milking. NA supplementation caused several changes in ruminal metabolism. In supplemented animals, rumen ammonia concentration increased significantly, while the short chain fatty acid concentration was decreased. Molar proportion of some minor fatty acids was influenced as well. Significant interactions between NA supplementation and the F:C ratio fed occurred for molar proportion of iso-valeric and iso-butyric acid, but due to the difficulties in analysing the small amounts of these fatty acids, this should not be overinterpreted. The amount of organic matter reaching the duodenum was enhanced if niacin was added to the ration. NA supplementation also led to higher flows of microbial protein as well as undegraded feed protein at the duodenum. Furthermore, efficiency of microbial protein synthesis was enhanced in supplemented animals. But for this variable, a trend for an interaction with F:C ratio occurred. This happened due to the fact that the effect of NA on microbial protein synthesis and efficiency of microbial protein synthesis was highest in HC ration and negligible in MC diet. The amounts of niacin and NA reaching the duodenum were less in LC diet than with higher concentrate level and rose with NA supplementation. Contrary, the flow of nicotinamide (NAM) was not influenced by the F:C ratio, but was enhanced during NA feeding. Concentrate proportion in the diet affected only apparent synthesis of NA and thus total niacin, but not NAM. For these vitamin flows, no interactions occurred between F:C ratio and NA supplementation. Also in intermediary metabolism several changes were found. NA supplementation enhanced the concentrations of glucose and urea in blood. In contrast to previous expectations, concentrations of non-esterified fatty acids and ß-hydroxybutyrate were unaffected by niacin supplementation. Except for one cow, only NAM was found in serum and concentrations were enhanced with higher proportions of concentrate and addition of NA to the ration. Also in milk, only NAM was detected. NAM concentrations or amounts excreted via milk were not significantly influenced by NA feeding, in spite of higher serum concentrations in supplemented animals. But an effect of F:C ratio was seen. Performance parameters were not significantly altered by niacin supplementation, but a trend towards higher milk protein and milk fat concentrations was observed. Milk fat composition showed a significant effect of additional NA, because the proportion of oleic acid in milk fat augmented in milk of niacin supplemented cows. For all serum and milk variables analysed, no interaction between F:C ratio and NA supplementation was detected, hence the different diets applied did not alter the observed responses to supplemental niacin. From the present investigation it can thus be seen that feeding 6 g NA per cow and day had several effects on the metabolism of dairy cows. Only few trends or significant interactions with the F:C ratio fed were observed. It may thus be assumed, that diets differing in F:C ratio are in general not altering responses of the cows to supplemental niacin. But this may not be valid for microbial protein synthesis, since trends for an interaction were observed for some parameters related with microbial protein synthesis. Effects of niacin seem to be highest for these variables when high proportions of concentrate are fed, but almost absent if the ration contained an intermediate concentrate proportion. Niacin flows or concentrations in various body fractions are affected by concentrate proportion and NA supplementation. No interactions occurred as well for these parameters, hence it may be concluded that diets with different concentrate proportion do not change effects of supplemental NA on vitamin flows or concentrations.

English. Niacin besitzt im Stoffwechsel eine große Bedeutung. Allerdings führten bisherige Versuche mit Niacinzulagen bei Wiederkäuern zu inkonsistenten Ergebnissen. Zudem erfolgte aber bei diesen Versuchen in der Regel keine simultane Bestimmung der Niacinkonzentrationen in verschiedenen Körperkompartimenten. Eventuelle Konsequenzen aus durch eine Niacinzulage veränderten Niacinflüssen im Tier sind daher schwer abzuschätzen. In einigen Arbeiten wurde angenommen, dass die ruminale Niacinsynthese von der verfütterten Ration beeinflusst wird. Allerdings gibt es bisher nur zwei Studien, in denen der duodenale Fluss an Niacin bei verschiedenen Rationen verglichen wird, mit unterschied-lichen Ergebnissen. Über die Wirkung von verschiedenen Rationen auf die Meta-bolisierung einer Niacinzulage ist bisher fast nichts bekannt. Daher wird in der vorliegenden Arbeit der Effekt einer Niacinzulage auf verschiedene Parameter untersucht. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf dem Niacinfluss am Duodenum sowie den Niacinkonzentrationen in Blut und Milch. Außerdem wird analysiert, ob ein Einfluss der Rationsgestaltung auf die Niacinwirkung besteht. Zu diesem Zweck wurden drei trockenstehende und sieben laktierende Holstein-Friesian Kühe im mittleren Laktationsabschnitt (102 ± 18 Laktationstage zu Beginn des Experiments) mit einem Gewicht von 599 ± 79 kg, verwendet. Die Kühe waren doppelt fistuliert, mit einer Fistel im dorsalen Pansensack und einer weiteren im proximalen Duodenum. Die verwendeten Rationen unterschieden sich im Grundfutter-Kraftfutter-Verhältnis (GF:KF Verhältnis). Sie bestanden entweder aus 1/3 Kraftfutter und 2/3 Grundfutter (LC), 1/2 Kraftfutter und 1/2 Grundfutter (MC) oder 2/3 Kraftfutter und 1/3 Grundfutter (HC) auf Trockensubstanzbasis. Jede Ration wurde in einer Periode ohne und in der folgenden mit Zulage von 6 g Nicotinsäure (NA) pro Tier und Tag verfüttert. Die Entnahme des Pansensafts erfolgte einmal kurz vor der ersten Morgenfütterung und an sechs Zeitpunkten danach, während der Duodenalchymus über fünf Tage in zweistündigen Intervallen gesammelt wurde. Als Flussmarker zur Bestimmung des duodenalen Nährstoffflusses diente Cr²O³. Blutproben wurden kurz vor, sowie drei und sechs Stunden nach der ersten Morgenfütterung aus der vena jugularis externa entnommen. Weiterhin wurden an zwei Tagen Milchproben aus dem Morgen- und Abendgemelk gezogen. Die NA-Supplementierung bewirkte einige Veränderungen im Pansen. Die ruminale Ammoniak-Konzentration stieg bei den supplementierten Tieren, während die GesamtKonzentration an kurzkettigen Fettsäuren vermindert war. Der molare Anteil an Valeriansäure war geringer bei den Tieren mit NA-Zulage. Es gab signifikante Interaktionen zwischen der NA Supple-mentierung und dem GF:KF Verhältnis für die molaren Anteile an Iso-Valeriansäure und Iso-Buttersäure. Allerdings sind diese Fettsäuren nur in sehr geringen Anteilen vorhanden, was den Nachweis erschwert und daher nicht überbewertet werden sollte. Die Niacinzulage erhöhte den Fluss an organischer Masse am Duodenum und verminderte damit die scheinbare ruminale Verdaulichkeit der organischen Masse. Weiterhin führte sie zu höheren Flüssen sowohl an mikrobiellem als auch an unabgebautem Futterprotein. Außerdem steigerte sich die Effizienz der mikrobiellen Proteinsynthese bei den mit NA supplementierten Tieren. Für diese Variablen trat allerdings eine tendenzielle Interaktion mit dem verfütterten GF:KF Verhältnis auf, da der Effekt einer NAZulage sowohl auf die mikrobielle Proteinsynthese als auch auf deren Effizienz am höchsten bei Fütterung der HC Ration war, während er bei der mittleren Ration sehr gering ausgeprägt war. Die Mengen sowohl an Gesamt-Niacin als auch an NA am Duodenum waren am geringsten bei der Ration mit niedrigem Kraftfutteranteil und stiegen bei einer NA-Supplementierung an. Der Fluss an Nicotinamid (NAM) wurde dagegen nicht durch das GF:KF Verhältnis beeinflusst, er war aber bei Niacinzulage erhöht. Der Kraftfutteranteil der Ration beeinflusste nur die scheinbare Synthese an NA und daher Gesamt-Niacin, aber nicht die von NAM. Für alle beschriebenen Vitaminflüsse wurden keine signifikanten Interaktionen zwischen der Vitaminzulage und dem GF:KF Verhältnis der Ration beobachtet. Weiterhin zeigten sich auch Effekte der NA-Fütterung im Stoffwechsel. So wurden erhöhte Glucose- und Harnstoffkonzentrationen im Serum der supplementierten Tiere gemessen. Im Gegensatz zu den Erwartungen waren allerdings weder die Konzentrationen an nicht-veresterten freien Fettsäuren noch die von ß-Hydroxybutyrat durch die Niacinzulage beeinflusst. Mit Ausnahme von einer Kuh konnte im Serum nur NAM nachgewiesen werden. Die NAM Konzentration im Serum steigerte sich mit höheren Kraftfutteranteilen und mit Niacinzulage. Auch in der Milch war nur NAM messbar. Allerdings konnten trotz höherer Serum-NAM-Konzentrationen in den Zulage-Gruppen keine signifikanten Einflüsse der NA-Zulage auf den NAM-Gehalt der Milch beobachtet werden. Dieser wurde aber durch das verwendete GF:KF Verhältnis beeinflusst. Die Niacinzulage zeigte keinen signifikanten Effekt auf verschiedene Kennzahlen der Milchleistung. Es gab aber sowohl einen Trend zu höheren Milchfett- als auch Milchproteingehalten. Die Milchfett-zusammensetzung zeigte einen signifikanten Effekt der Niacinzulage, da der Ölsäure-anteil im Milchfett bei den mit NA gefütterten Tieren anstieg. Für alle betrachteten Serum- und Milchparameter konnten keine signifikanten Interaktionen zwischen dem GF:KF Verhältnis und der Niacinzulage ermittelt werden, somit wurden die Effekte einer Niacinsupplementierung nicht durch den Kraftfutteranteil der Ration beeinflusst. Aus der vorliegenden Untersuchung kann daher gefolgert werden, dass die Verfütterung von 6 g NA pro Kuh und Tag Effekte auf den Stoffwechsel der Kühe hat. Es gab nur wenig tendenzielle oder signifikante Interaktionen mit dem verwendeten GF:KF Verhältnis. Daher kann angenommen werden, dass Rationen ver-schiedener GF:KF Verhältnisse die Effekte einer Niacinzulage im Allgemeinen nicht beeinflussen. Dies gilt allerdings vermutlich nicht für die mikrobielle Proteinsynthese, da tendenzielle Interaktionen für einige Variablen mit Bezug zur mikrobiellen Proteinsynthese vorlagen. Die positiven Effekte einer Niacinzulage auf diese Parameter sind scheinbar am höchsten, wenn hohe Kraftfutteranteile in der Ration vorhanden sind, während sie bei eher ausgewogenen Rationen nur in sehr geringem Maß auftreten. Niacinflüsse oder Konzen-trationen am Duodenum, sowie in Blut und Milch werden durch das GF:KF Verhältnis und die Niacinzulage beeinflusst, aber es waren keine Interaktionen sichtbar. Daher scheinen die Effekte einer Niacinzulage auf die Vitaminflüsse oder Konzentrationen nicht durch das GF:KF Verhältnis beeinflusst zu werden.