Wechselwirkung von Wasser und Futtermittel mit oralen Antibiotika in der konventionellen Schweinehaltung

Wechselwirkungen von Medikamenten mit verschiedenen Stoffen sind sowohl in der Human- als auch der Veterinärmedizin seit langem bekannt. Oral verabreichte Antibiotika sind in der konventionellen Landwirtschaft allgegenwärtig. Doch wie wirken sich Wasser und Futtermittel auf deren Wirksamkeit aus? Um das untersuchen zu können, führten Forschende in-vitro und in-vivo Versuche durch und setzten dabei auch auf eine zuverlässige Reinstwasserversorgung.

Die industrielle Schweinehaltung erfordert weltweit den größten Einsatz von Antibiotika. Der einfachste und schnellste Weg, diese Medikamente zu verabreichen, ist die Zugabe in Futtermittel und in automatischen Wasserdosiersystemen. Die Aus- und Wechselwirkungen dieser beiden Medien auf die Wirkung der Antibiotika ist jedoch weitgehend unbekannt, weshalb es Bedenken hinsichtlich einer verminderten Wirksamkeit der Medikamente gibt. Das hätte Auswirkungen auf den Tierschutz und das Wohl der Tiere. Diese Ungewissheit veranlasste eine Gruppe von Wissenschaftlern aus Argentinien, die Wechselwirkungen zwischen oralen Antibiotikaformulierungen und den Bestandteilen von Schweinefutter und Trinkwasser zu untersuchen.

Die Bioverfügbarkeit von Arzneimitteln wird weitestgehend von der Geschwindigkeit und dem Grad der Auflösung des Arzneimittels im Magen-Darm-Trakt des Tieres bestimmt. Sowohl Wasser als auch Futtermittel können die vollständige Auflösung oraler Antibiotika verhindern und dadurch deren Funktion beeinträchtigen. Beispielsweise könnte das Vorhandensein von Kationen in hartem Wasser den pH-Wert beeinflussen, was wiederum Einfluss auf die Antibiotikamoleküle hat. Die üblicherweise in Schweinefutter enthaltene Maisstärke dagegen, kann Wassermoleküle aufnehmen und immobilisieren, sodass im Darm des Tieres möglicherweise weniger Flüssigkeit zum Auflösen des Arzneimittels zur Verfügung steht. 

Diese unbekannten Auswirkungen könnten zu falschen Dosierungen, vermehrter Antibiotikaresistenz und letztendlich zu finanziellen Verlusten für die Schweinehaltung führen. Als Reaktion auf diese Bedenken haben Forscher der Nationalen Universität von Buenos Aires und der Wissenschaftlichen Forschungskommission der Provinz Buenos Aires sowohl In-vitro- als auch In-vivo-Studien durchgeführt, um den Einfluss der Wasserhärte und des Vorhandenseins von Lebensmitteln auf die Auflösung von Antibiotika und damit auf die Bioverfügbarkeit bei Schweinen zu untersuchen.1

Probenvorbereitung und Analyse

Für die Untersuchung wurde deionisiertes Wasser verwendet, das mit einem PURELAB®-Reinstwassersystem von ELGA LabWater hergestellt wurde. Fosfomycin (FOS) ist ein Breitspektrum-Antibiotikum, das in der Massentierhaltung in Asien, Lateinamerika und im Nahen Osten weit verbreitet ist und in der Regel die erste Wahl des Landwirts bei der Behandlung von Infektionskrankheiten ist. Weiches und hartes Wasser wurden als Lösungsmittel verwendet, um die Auflösungsprofile und die Stabilität einer oralen Formulierung von FOS in vitro zu ermitteln. Die Auflösungsprofile von FOS in weichem und hartem Wasser wurden mit den Referenzprofilen von gereinigtem Wasser verglichen. Der prozentuale Anteil der Auflösung zu jedem Zeitpunkt wurde berechnet, und die Auflösungseffizienz wurde anhand der Fläche unter der Kurve (AUC) bewertet, die mit der Trapezmethode ermittelt wurde.

In-vivo-Studien wurden in einem intensiven Schweinezuchtbetrieb in Tandil, Provinz Buenos Aires, mit zehn gesunden Ferkeln durchgeführt. Steriles Dinatrium-FOS-Pulver wurde in 10 Prozent Natriumcitrat (pH 6,8) aufgelöst und den Schweinen intravenös verabreicht. Nach 24 Stunden wurde denselben Schweinen FOS oral per Spritze in einer Einzeldosis von 30 mg/kg verabreicht. Dazu wurde die FOS in weichem oder hartem Wasser aufgelöst, dem Futter beigemischt und den nüchternen, bzw. nicht-nüchternen Tieren verabreicht. 

Nach jeder Verabreichung wurden Blutproben entnommen und sofort für 15 Minuten bei 1.500 g zentrifugiert. Der Überstand wurde aufgefangen, identifiziert und mittels Chromatographie und Massenspektrometrie analysiert. Auf Basis der pharmakokinetischen Parameter wurde die FOC AUC berechnet und mittels ANOVA und des Kruskal-Wallis-Tests verglichen.

Ergebnisse

Während der In-vitro-Studie löste sich die gesamte FOS sowohl in weichem als auch in hartem Wasser innerhalb von 3 Minuten auf, was sie als Arzneimittel mit sofortiger Freisetzung klassifiziert, und diese Werte blieben 24 Stunden lang stabil. Darüber hinaus waren die Auflösungsprofile in weichem und hartem Wasser ähnlich wie die Referenzauflösungsprofile in gereinigtem Wasser, was darauf hindeutet, dass die Wasserhärte keine signifikante Auswirkung auf die Bioverfügbarkeit von oralen Antibiotika hat. 

Im Gegensatz dazu zeigten die Ergebnisse der In-vivo-Studie, dass mit dem Futter verabreichte FOS eine deutlich geringere Bioverfügbarkeit aufweist, was darauf hindeutet, dass bestimmte Bestandteile des Schweinefutters die Auflösung von FOS im Blutkreislauf der Schweine behinderten. 

Die pharmakokinetischen Ergebnisse ließen darauf schließen, dass die Bioverfügbarkeit des Antibiotikums, wenn es vor der Verabreichung in Wasser aufgelöst wurde, nicht von der Wasserhärte oder dem Vorhandensein von Futter beeinflusst wurde - die geschätzte Bioverfügbarkeit von in weichem oder hartem Wasser aufgelöstem FOS, lag sowohl bei nüchternen als auch bei nicht nüchternen Tieren zwischen 26 und 37 Prozent.

Diskussion

Diese Ergebnisse zeigen auf, dass Antibiotika den Tieren am besten oral über Trinkwasser mit beliebigem Härtegrad verabreicht werden kann und sich daher für die Verwendung in einem automatischen Wasserdosiersystem eignet. Im Gegensatz dazu wäre die Verabreichung der Medikamente über das Futter für systemische Therapien aufgrund der möglichen negativen Auswirkungen auf die Bioverfügbarkeit nicht zu empfehlen. Dies bestätigt, wie wichtig es ist, das richtige Vehikel für die Verabreichung von Medikamenten in der Massentierhaltung zu identifizieren, um die sichere und effektive Anwendung von oralen Antibiotika zu gewährleisten, das Tierwohl zu fördern und antimikrobielle Resistenzen zu vermeiden.

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Referenzen
1. Decundo, JM et al. 2021. Potential interactions between an oral fosfomycin formulation and feed or drinking water: Impact on bioavailability in piglets. J Vet Pharmacol Therap. 44:783-792. DOI: 10.1111/jvp.12966