Dissertation

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

Jan-Philip Jonathan Kriewitz

Die Ausbreitung von Salmonella Enteritidis in Gruppen von Masthühnern nach experimenteller Infektion unter dem Einfluss einer unterschiedlichen Fütterung und Haltung

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-110631

title (eng.)

The dissemination of Salmonella Enteritidis in groups of broiler chickens after experimental infection under the influence of a different feed and housing

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2017

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/kriewitzj_ws17.pdf

abstract (deutsch)

Ziel der vorliegenden Studie waren nähere quantitative Vorstellungen zur Ausbreitung einer experimentellen Salmonelleninfektion (S. Entertidis) bei Broilern unter verschiedenen Haltungs- und Fütterungseinflüssen. Im Fokus der Untersuchungen standen bzgl. der Haltung besonders die Einstreuqualität und die Intensität/Dauer des Kontakts zu den eigenen Exkrementen, hinsichtlich der Fütterung vor allem Effekte der Mischfutterstruktur.

 

 

In insgesamt drei Durchgängen (DG) wurden jeweils 240 Broiler (Ross 308) beiderlei Geschlecht nach einer gemeinsamen Aufzucht bis Lebenstag (LT) 8 auf 12 Boxen (je 20 Tiere) mit vier verschiedenen Haltungssystemen aufgeteilt. Die konventionelle Bodenhaltung mit Einstreu (BE) diente in allen Durchgängen der Kontrolle. Zur Verbesserung der Einstreuqualität wurde in einem zweiten Haltungssystem zusätzlich eine Bodenheizung (Heizmatten, HM) installiert und dadurch die Oberflächentemperatur auf 30 °C erhöht (BE+HM). Um den Einfluss der Intensität/Dauer des Kontakts der Tiere zu den eigenen Exkrementen zu prüfen, erfolgte der Einsatz eines Kunststoff-Rostenbodens auf 50 % (teilperforiert, TP) bzw. 100 % (vollperforiert, VP) der Fläche. Aufgrund des vollständigen Fehlens von Einstreumaterial in der Gruppe VP wurde den Tieren (in DG 1 und 2) ein Sandbad zur Verfügung gestellt. Im dritten Durchgang kam bei Verzicht auf die Bodenheizung ein weiteres Haltungssystem mit 100 % Rostenboden (VP) jedoch ohne Sandbad (SB-) zum Einsatz, um den Einfluss des Sandbads (als Infektionsquelle) auf die Ausbreitung der Infektion im direkten Vergleich zu einer Gruppe VP mit Sandbad (SB+) prüfen zu können.  

 

Vom LT 10-15 erfolgte bei allen Tieren eine antibiotische Behandlung (Enrofloxacin) über das Tränkwasser. Zwei Tage später (LT 17) wurden in jeder Box 2 Tiere („Seeder“) mit S. Enteritidis (108 KbE/Tier) infiziert. Am LT 23 und 36/37 wurde die Ausbreitung der Infektion durch die Sektion von 8 bzw. 10 der übrigen Tiere („Kontakttiere“) pro Box erfasst. Es erfolgte eine qualitative und eine quantitative Untersuchungen des Caecuminhalts, sowie eine qualitative Untersuchungen der Leber jedes Kontakttieres auf Salmonellen. Alle qualitativen Untersuchungen wurden nach DIN ISO 6579 durchgeführt. Zur quantitativen Bestimmung der Salmonellenkeimzahl im Caecuminhalt wurden das Ausplattierungsverfahren (DG 1 und 2) und das MPN-Verfahren (DG 3) eingesetzt.      

 

Das Mischfutter im ersten Durchgang war „grob“ vermahlen und enthielt einen Anteil von 5 % bzw. 10 % intakten Weizenkörnern, die erst nach der Pelletierung eingemischt wurden. Im zweiten Durchgang war das Mischfutter deutlich „feiner“, d. h. hier war der gesamte Weizenanteil mit den restlichen Komponenten vermahlen. In Durchgang 3 wurde der Einfluss der intakten Körner und von Triticale im Mischfutter gesondert geprüft, indem auf Basis eines chemisch und botanisch identischen Ergänzungsfuttermittels drei Fütterungsgruppen gebildet wurden, die als Zusatz entweder fein vermahlene Weizenpellets (WP), fein vermahlene Triticalepellets (TRP) oder 5 % bzw. 10 % intakte Weizenkörnern (WI) erhielten.

 

 

Effekte der Haltung

 

Der Einsatz von Heizmatten führte zu einer leicht geringeren mittleren Körpermasse zum Mastende im Vergleich zur Kontrolle (p<0,05), jedoch konnte die Einstreuqualität erheblich verbessert und die S. Keimzahl im Einstreu-Exkremente-Gemisch reduziert werden. Am LT 23 waren in dieser Gruppe deutlich weniger Kontakttiere infiziert (42 % vs. 21 %, DG 1) und auch die mittlere S. Keimzahl im Caecuminhalt war teils signifikant geringer als in der Kontrollgruppe (5,69 vs. 4,13 log10 KbE S./g Caecuminhalt, DG 2). Des Weiteren kam es bei Tieren in der Gruppe BE+HM am LT 36/37 seltener zu einer Translokation des Erregers in die Leber (DG 1: 51 % vs. 37 %; DG 2: 100 % vs. 87 %, p < 0,05).          

 

Die partielle (TP, 50 % Rostenboden) und die maximal mögliche (VP, 100 % Rostenboden) Trennung der Tiere von ihren Exkrementen bzw. die geringere Verfügbarkeit von Einstreumaterial in den Gruppen TP und VP führte zu einer deutlich höheren mittleren Körpermasse am Mastende im Vergleich zur Kontrollgruppe (p < 0,05). Die Salmonelleninfektion breitete sich jedoch in diesen Gruppen bis LT 36/37 wesentlich stärker aus als in der Kontrollgruppe (DG 1, Gruppe VP: 38 % vs. 90 % S. positive Caecuminhaltsproben) und damit auch die Nachweisrate von Salmonellen in der Leber (DG 1, Gruppe VP: 51 % vs. 100 %). Anhand von Videobeobachtungen konnte festgestellt werden, dass das Pickverhalten der Tiere bei Einsatz des Rostenbodens auf die verbliebenen eingestreuten Bereiche (TP) bzw. das Sandbad (VP) fokussiert war. Der Verzicht auf ein Sandbad in der Gruppe VP (SB-) im dritten Durchgang führte im Vergleich zur Gruppe VP (SB+) dazu, dass am LT 23 wesentlich weniger Tiere eine Besiedlung des Caecums mit Salmonellen aufwiesen (58 % vs. 33 %) und auch die mittlere S. Keimzahl im Caecuminhalt geringer war (1,82 vs. 0,84 log10 KbE S./g Caecuminhalt). Dieser Trend setzte sich bis LT 36/37 so stark fort, dass zum zweiten Sektionszeitpunkt in der Gruppe VP (SB-) lediglich 37 % der Tiere infiziert waren, während dieser Anteil in der Kontrollgruppe 63 % (p < 0,05) bzw. in der Gruppe VP (SB+) sogar 90 % (p < 0,05) betrug. Hinsichtlich der Fußballengesundheit konnten keinerlei negative Effekte eines Einsatzes von Rostenböden beobachtetet werden. Die Fußballengesundheit war in allen Haltungssystemen exzellent.

 

 

Effekte der Fütterung

 

Die Salmonelleninfektion breitete sich im zweiten Durchgang („feine“ Vermahlung ohne intakte Weizenkörner) wesentlich stärker aus als im ersten Durchgang („grobe“ Vermahlung und 5 % bzw. 10 % intakte Weizenkörner). Der Einsatz von 5 % bzw. 10 % intakter Weizenkörner (Gruppe WI) bei ansonsten identischer Mischfutterstruktur im dritten Durchgang führte dazu, dass sich bis LT 23 deutlich weniger Kontakttiere infizierten als in der Gruppe TRP (59 % vs. 28 %, p < 0,05) und auch die mittlere S. Keimzahl im Caecuminhalt geringer war (1,71 vs. 0,82 log10 KbE S./g Caecuminhalt, p < 0,05). Der Anteil von S. positiven Leberproben konnte im Vergleich zur Gruppe WP ebenfalls signifikant reduziert werden (34 % vs. 9 %). Am LT 36/37 waren diese Effekte jedoch nicht mehr in einer solchen Ausprägung vorhanden.           

 

Des Weiteren konnte ein fördernder Effekt einer groben Mischfutterstruktur und der Verfügbarkeit von Einstreumaterial auf die Muskelmagenentwicklung beobachtet werden. In den Gruppen, die ein „grobes“ Mischfutter (5/10 % intakte Weizenkörner) erhielten traten zudem wesentlich seltener dilatative Veränderungen des Isthmus gastris („Drüsenmagendilatation“) auf (DG 3: 17,0 % vs. 41,1 % am LT 36/37).

 

 

Schlussfolgerungen

 

 Die Ergebnisse der Studie machen deutlich, dass weniger die Intensität/Dauer des Kontakts der Tiere zu ihren eigenen Exkrementen bzw. die Einstreuqualität bei der Ausbreitung einer exp. Salmonelleninfektion mit S. Enteritidis von Bedeutung ist, sondern die generelle Anwesenheit von kontaminiertem Substrat, das von den Tieren aufgenommen wird. Die Ausbreitung der exp. Salmonelleninfektion konnte durch eine reine Anpassung der Haltung (VP SB-, 100 % Rostenboden und Verzicht auf ein Sandbad) zwar deutlich reduziert, jedoch nicht vollständig verhindert werden. Die Studie belegt aber eindeutig, dass durch eine kombinierte Optimierung von Haltungs- und Fütterungsbedingungen in der Primärproduktion der Anteil von infizierten Tieren ganz erheblich gesenkt werden kann, wodurch sich deutliche Vorteile für die Lebensmittelsicherheit ergeben.       

 

Schließlich zeigte diese experimentelle Studie auch einen grundsätzlichen Zielkonflikt: Die Haltung auf Einstreu sichert einerseits die Umsetzung arttypischer Verhaltensmuster, andererseits ist die kontaminierte Einstreu-Exkremente-Mischung auch als Infektionsquelle von besonderer Bedeutung, wenn es um die Ausbreitung von Zoonose-Erregern (Salmonellen) geht.

abstract (englisch)

The present study aimed to acquire specific quantitative ideas on the spread of an experimental Salmonella infection (S. Entertidis) in broilers under various housing systems and feed influences. With regard to the housing, the investigations particularly focused on the litter quality and the intensity/length of contact with own excrement, as well as concerning the feed, above all the effects of the physical structure of mixed feed.

 

 In a total of three rounds (R), always 240 broilers (Ross 308) of both sexes were allocated to four different housing systems in 12 boxes (with 20 animals each) after being bred together up until the 8th day of life (DL). The conventional house flooring system with litter (HFL) served for all rounds of the control experiment. To improve the litter quality, in a second housing system additionally a floor heating (heating mats, HM) was installed and thereby the surface temperature increased to 30 °C (HFL+HM). In order to monitor the influence of intensity/length of contact of the animals to their own excrement, a plastic slatted floor system was installed on 50 % (partially perforated, PP) or 100 % (fully perforated, FP) of the surface. Due to a total lack of litter material in the group FP, a sandbath was made available for the animals (in R 1 and 2). In the third experimental round in which the floor heating was dispensed with, a further housing system with 100 % slatted floor (FP) was used, however without a sandbath (SB-) so as to be able to monitor the influence of the sandbath (as a source of infection) on the dissemination of the infection in direct comparison to a group FP with sandbath (SB+).

 

From DL 10-15 all animals were treated with antibiotics (enrofloxacin) via the drinking water. Two days later (DL 17) in each box two animals (“seeders”) were infected with S. Enteritidis (108 CFU/animal). On DL 23 and 36/37 the dissemination of the infection was recorded by dissecting eight or ten of the remaining animals (“contact animals”) per box. Qualitative and quantitative investigations of the caecal content followed as well as a qualitative examination of the liver for salmonella of every contact animal. All qualitative examinations were performed in accordance with DIN ISO 6579. To quantitatively determine the salmonella microbial count in the caecal content, the plating count method (R 1 and 2) and MPN method (R 3) were implemented.      

 The mixed feed in the first round was “coarsely” ground and contained 5 % or 10 % intact wheat grains which were mixed in only after the pelleting process. In the second round the mixed feed was much “finer”, i.e., the total portion of wheat was ground with the remaining components. In the third round the influence of intact grains and of triticale in mixed feed was controlled separately. On the basis of a chemically and botanically identical supplementary feed, three feed groups were formed which received as supplement either finely ground wheat pellets (WP), finely ground tricale pellets (TRP) or 5 % or 10 % intact wheat grains (WI).

 

 

Effects of housing

 

Using heating mats led to a slightly lower mean body weight at the end of the fattening period in comparison to the control (p<0.05). However, the litter quality could be significantly improved and the S. microbial count in the litter-excrement-mix reduced. On DL 23 there were significantly fewer contact animals which were infected in this group (42 % vs. 21 %, R 1) and also the mean S. microbial count in the caecal content was partially significantly lower than in the control group (5.69 vs. 4.13 log10 CFU S./g caecal content, R 2). Furthermore, a translocation of the pathogen to the liver in animals in group HFL+HM at DL 36/37 were more seldom (R 1: 51 % vs. 37 %; R 2: 100 % vs. 87 %, p < 0.05).         

 The partial (PP, 50 % slatted floor) and the maximally possible (FP, 100 % slatted floor) separation of animals from their excrement, more specifically the lower availability of litter material in groups PP and FP led to a significantly higher mean body weight at the end of the fattening period in comparison to the control group (p < 0.05). The Salmonella infection spread however in this group up until DL 36/37 significantly more widely than in the control group (R 1, group FP: 38 % vs. 90 % S.positive caecal content samples) and thereby also the detection rate of Salmonella in the liver (R 1, group FP: 51 % vs. 100 %). On the basis of video observations it could be determined that the pecking behavior of the animals when using the slatted floor was focused on the remaining littered area (PP) or on the sandbath (FP). Dispensing with a sandbath in the group FP (SB-) in the third round led at DL 23 to significantly fewer animals in comparison with the group FP (SB+) showing a colonization of the caecum with salmonella (58 % vs. 33 %), the average S. microbial count in the caecal content also being lower (1.82 vs. 0.84 log10 CFU S./g caecal content). This trend continued so strongly up until DL 36/37 that on the second occasion of dissection in group FP (SB-) only 37 % of the animals were infected, while this percentage in the control group amounted to 63 % (p < 0.05) or in the group FP (SB+) even to 90 % (p < 0.05). Concerning the health of foot pads no negative effects whatsoever could be observed as a result of using slatted floors. The health of foot pads was excellent in all housing systems.

 

 

Effects of feed

 

The Salmonella infection spread more severely during the second round (“fine” grinding without intact wheat grains) than during the first round (“coarse” grinding and 5 % or 10 % of the intact wheat grains). Use of 5 % or 10 % intact wheat grains (group WI) in an otherwise identical mixed feed structure in the third round led to significantly fewer contact animals being infected by DL 23 than in the group TRP (59 % vs. 28 %, p < 0.05) and also the mean S. microbial count in the caecal content was lower (1.71 vs. 0.82 log10 CFU S./g caecal content, p < 0.05). The percentage of S.-positive caecal content samples could also be significantly reduced in comparison to the group WP (34 % vs. 9 %). At DL 36/37 these effects, however, no longer existed in such a form.          

 Furthermore, a stimulating effect of a coarse mixed feed structure and the availability of litter material on the gizzard development could be observed. In the groups which received a mixed feed including 5/10% of intact wheat, additionally significantly more seldom dilatative changes of the Isthmus gastris (“proventricular dilatation”) occurred (R 3: 17.0 % vs. 41.1 % at DL 36/37).

 

 

Conclusions

 

The results of the study clearly show that the intensity/duration of contact of animals to their own excrement or the litter quality are of less importance in the dissemination of an experimental Salmonella infection with S. Enteritidis than the general presence of a contaminated substrate which is absorbed by the animals. The dissemination of the experimental Salmonella infection was able to be significantly reduced by simply adapting the husbandry (FP SB-, 100 % slatted floor and dispensing with a sandbath); however, it could not totally be stopped. The study shows quite clearly that through a combined optimization of husbandry and feed conditions in the primary production the percentage of infected animals can be considerably reduced, resulting in significant advantages for food safety.

 

Finally, this experimental study also revealed a fundamental conflict of objectives: Husbandry on litter safeguards, on the one hand, the implementation of characteristic patterns of behavior, on the other hand, the contaminated litter-excrement-mixture is as a source of infection also of particular importance when it involves the dissemination of zoonotic agents (Salmonella).

keywords

Salmonella, Broiler, Fütterung, Haltung, Chicken, Feed, Housing

kb

2.582