Dissertation
Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Christoph Baums

 

Untersuchungen zur Pathogenese der Typhlocolitis des Pferdes

 

title (engl.)

Investigations on the pathogenesis of typhlocolitis in horses

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2003

text

/dissertations/baumsc_2003.pdf

abstract (deutsch)

Die Typhlocolitis des Pferdes tritt vor allem als Komplikation beim hospitalisierten Patienten auf. 20 bis 30 % der Typhlocolitisfälle sind mit toxinogenen Cl. perfringens- und Cl. difficile-Stämmen assoziiert. Toxinogene (tcdA+; tcdB+) Cl. difficile- und wahrscheinlich auch b 2-toxinogene (cpb2+) Cl. perfringens-Stämme müssen als nosokomiale Erreger der Typhlocolitis des Pferdes eingestuft werden. Durch zahlreiche quantitative bakteriologische Untersuchungen (n zwischen 31 und 51 pro Pferd) wurde an vier Versuchspferden untersucht, ob tierärztliche Behandlungsmaßnahmen (Nahrungskarenz, Laparotomie und Antibiose) unter Klinikbedingungen die intestinale Ansiedlung und Vermehrung von toxinogenen Cl. difficile- und b 2-toxinogenen Cl. perfringens-Stämmen begünstigen.

In der Anfütterungsphase nach einer 72 h Nahrungskarenz wurde bei zwei Pferden die Ansiedlung und Vermehrung von b 2-toxinogenenen Cl. perfringens-Stämmen festgestellt. Der Anstieg des Keimgehaltes von b 2-toxinogenenen Cl. perfringens-Stämmen auf > 105 KBE/g Kot in dieser Anfütterungsphase war bei einem Pferd ("Resinale") mit einer Diarrhoe assoziiert.

Aus den Untersuchungsergebnissen der Gentamicin-Applikationsphasen ergab sich kein Hinweis, dass die Verabreichung dieses Antibiotikums die Ansiedlung und Vermehrung b 2-toxinogener Cl. perfringens-Stämme begünstigt, obwohl alle Isolate Gentamicin-resistent waren.

Bei keinem der vier Versuchspferde kam es infolge einer medianen Laparotomie zu klinischen oder hämatologischen Anzeichen einer Typhlocolitis. Am zweiten und dritten Tag post operationem wurde bei einem Versuchspferd ("Ede") erstmalig ein toxinogener Cl. difficile- und ein b 2-toxinogenener Cl. perfringens-Stamm isoliert. Der wiederholte Nachweis des gleichen Ribotyps in dieser postoperativen Phase sprach bei beiden Erregern für eine kurzfristige intestinale Kolonisation. Auch bei zwei weiteren Versuchspferden wurden post operationem b 2-toxinogene und enterotoxinogene Cl. perfringens-Stämme erstmalig festgestellt, so dass die Laparotomie in Zusammenhang mit der postoperativen Behandlung als Risiko für die Ansiedlung dieser enteropathogenen Clostridien eingestuft werden muss.

Die von GUSTAFSSON et al. (1997) beschriebene experimentelle Induktion der Typhlocolitis des Pferdes durch die orale Applikation von Erythromycin ohne vorherige Nahrungskarenz konnte nicht reproduziert werden. Keines der vier Pferde zeigte Diarrhöe oder andere Anzeichen einer Typhlocolitis. Die orale Applikation von Erythromycin in dieser niedrigen Dosierung (1,25 mg/kg KG alle 8 h für 5 Tage) führte aber zu einer Selektion von Erythromycin-resistenten Cl. difficile- und b 2-toxinogenenen Cl. perfringens-Stämmen. Bei den Cl. difficile-Isolaten wurde eine Assoziation zwischen der Erythromycin-Resistenz und einem atoxinogenem (tcdA–, tcdB–) Genotyp festgestellt. Diese Assoziation konnte auf einen bestimmten atoxinogenen Cl. difficile-Stamm (Ribotyp B) zurückgeführt werden, der in der Klinik weit verbreitet war und das Erythromycin-Resistenzgen erm trug. Die durch die orale Applikation von Erythromycin hervorgerufenene Ansiedlung dieses atoxinogen Cl. difficile-Stammes könnte zu einer Protektion gegenüber einer Clostridien-assoziierten Typhlocolitis beigetragen haben.

Die zuvor einzeln ausgeführten Faktoren Nahrungskarenz und Erythromycin-Applikation wurden in einem weiteren Experiment kombiniert. Bei zwei Versuchspferden konnte durch die orale Applikation von Erythromycin (1,25 mg/kg KG alle 8 h per os für 24 bis 48 h) in der Anfütterungsphase nach einer 72 h Nahrungskarenz die Typhlocolitis experimentell induziert werden. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit der Klassifizierung der Typhlocolitis als Faktorenerkrankung. Eine Beteiligung von Cl. difficile und b 2-toxinogenenen Cl. perfringens-Stämmen an der Pathogenese dieser beiden induzierten Typhlocolitisfälle konnte nicht nachgewiesen werden.

Die Bestimmung des Toxintyps der Clostridien erfolgte mit der PCR. Für die Genotypisierung der Cl. perfringens-Isolate wurde eine zuverlässige Multiplex-PCR (MP-PCR) etabliert, die durch den Nachweis der vier Majortoxingene (cpa, cpb, etxD, iap) sowie des Enterotoxingens (cpe) und des β2-Toxingens (cpb2) eine Typisierung und Subtypisierung der Cl. perfringens-Isolate ermöglichte. Durch die Entwicklung eines anwendungs-freundlichen Protokolls, bei dem die MP-PCR direkt mit Bakterienlysaten durchgeführt wird, konnte diese Methode in die Routinediagnostik des Instituts für Mikrobiologie und Tierseuchen integriert werden.

Neben den 122 Cl. perfringens-Isolaten der vier Versuchspferde wurden noch 38 equine Cl. perfringens-Stämme aus der Routinediagnostik mit dieser MP-PCR typisiert. Bei 50 % der Cl. perfringens-Isolate von Pferden mit einer fibrinös-nekrotisierenden Typhlocolitis oder einem klinischem Verdacht auf eine Typhlocolitis konnte das b 2-Toxingen nachgewiesen werden. Dieser erhöhte Anteil spricht für eine enteropathogene Bedeutung des b 2-Toxins beim Pferd.

 

abstract (englisch)

Typhlocolitis in horses is mainly a complication in the hospitalised patient. Twenty to thirty per cent of all typhlocolitis cases are associated with toxigenic Clostridium (Cl.) perfringens and Cl. difficile strains. Toxigenic (tcdA+, tcdB+) Cl. difficile and most likely b 2-toxigenic (cpb2+) Cl. perfringens strains should be classified as nosocomial pathogens that may cause typhlocolitis in horses. Numerous quantitative bacteriological examinations (n between 31 and 51 for each of four experimental horses) were performed to investigate whether veterinary treatments such as fasting, laparotomy and antibiosis under clinical conditions may promote the colonisation and proliferation of toxigenic Cl. difficile and b 2-toxigenic Cl. perfringens strains. During resumption of feeding after a 72 h period of starvation the colonisation and proliferation of b 2-toxigenic Cl. perfringens strains was registered. The increase of the content of b 2-toxigenic Cl. perfringens to more than 105 colony-forming units/g faeces during resumption of feeding was associated with diarrhoea in one horse ("Resinale"). The results of the gentamicin experiments do not indicate that the administration of gentamicin may cause colonisation and proliferation of b 2-toxigenic Cl. perfringens strains, although all of the isolates were gentamicin resistant.

None of the four experimental horses developed clinical or haematological signs of typhlocolitis subsequently to median laparotomy. However, on the second and third day post operationem a toxigenic Cl. difficile and a b 2-toxigenic Cl. perfringens strain were isolated for the first time from faecal samples of the horse "Ede". The repeated proof of the same ribotype in this postoperative period is evidence of short-term intestinal colonisation. In addition b 2-toxigenic und enterotoxigenic Cl. perfringens strains were isolated for the first time post operationem in two other experimental horses. Thus, laparotomy together with postoperative treatment is considered to be a risk factor for the colonisation of these enteropathogenic clostridia.

The experimental induction of typhlocolitis through the oral application of erythromycin without previous fasting described by GUSTAFSSON et al. (1997) could not be reproduced. None of the four experimental horses showed diarrhoea or any other sign of typhlocolitis. However, the oral administration of erythromycin at a low dosage (1.25 mg/kg bwt every 8 h for 5 days) caused selection of erythromycin-resistant Cl. difficile und b 2-toxigenic Cl. perfringens strains. There was an association between erythromycin-resistance and an atoxigenic (tcdA–, tcdB–) genotype among the Cl. difficile isolates. This association is attributed to an atoxigenic Cl. difficile strain (ribotype B), which carried the erythromycin-resistence gene erm and was widely distributed in the Clinic for Horses of the School of Veterinary Medicine Hannover. The colonisation of the atoxigenic Cl. difficile strain caused by the oral administration of erythromycin might have resulted in protection against clostridial typhlocolitis.

The risk factors starvation and erythromycin administration, which had already been tested separately, were capable of causing typhlocolitis only if they occurred together. In two experimental horses typhlocolitis could be induced through the oral administration of erythromycin (1.25 mg/kg bwt every 8 h for 24 h to 48 h) during resumption of feeding after 72 hours of fasting. These results are in accordance with the classification of equine typhlocolitis as a multiple-factor disease. No involvement of Cl. difficile and b 2-toxigenic Cl. perfringens strains in the pathogenesis of these two induced typhlocolitis cases could be demonstrated.

Different PCR assays were used to determine the toxintype of the clostridia. For genotyping of Cl. perfringens isolates a reliable multiplex PCR (MP-PCR) was established to detect the four major toxin genes (cpa, cpb, etxD, iap) as well as the enterotoxin gene (cpe) and β2-toxin gene (cpb2) and thus to allow typing and subtyping of Cl. perfringens isolates. The development of a user-friendly protocol made it possible to integrate the MP-PCR into the routine diagnostic procedure of the Institute for Microbiology and Epidemic Diseases of the School of Veterinary Medicine Hannover. In addition to the 122 Cl. perfringens-isolates of the four experimental horses 38 further equine Cl. perfringens strains which were isolated by routine diagnostic testing were typed with this MP-PCR. The b 2-toxin gene was detected in about 50 % of Cl. perfringens isolates from horses with signs of typhlocolitis. This increased proportion is evidence of enteropathogenic relevance of the b 2-toxin in the horse.

 

keywords

β2-Toxin, Clostridium perfringens, Clostridium difficile

kb

31.195