Dissertation

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

Friederike von und zur Mühlen

Einfluss der Mischfutterstruktur

(Vermahlung / Konfektionierung) auf den Verlauf einer

experimentellen Infektion mit E. coli sowie auf

die Überlebensfähigkeit des Erregers im Magen-Darm-Inhalt

(in vivo / in vitro ) von Absetzferkeln

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-106704

title (engl.)

Effect of feed structure (grinding / compaction) on the course of an artificial infection with E. coli and on the viability of E. coli in the digesta (in vivo / in vitro) of weaned piglets

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2015

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/muehlenf_ss15.pdf

abstract (deutsch)

Vor dem Hintergrund, dass Durchfallerkrankungen in der Absetzphase immer wieder vorkommen, sollte in der hier vorliegenden Untersuchung geprüft werden, ob die MF-Struktur bei einer experimentellen Infektion mit enterotoxischen E. coli ebenfalls günstige diätetische Effekte, insbesondere hinsichtlich der Erkrankungsintensität, hat. Hierzu wurden in drei Versuchsdurchgängen jeweils 20 männliche kastrierte Ferkel aufgestallt. Die Tiere erhielten ein botanisch und chemisch identisches Mischfutter, welches über 6 Wochen ad libitum angeboten wurde. In jedem Versuchsdurchgang wurden zwei hinsichtlich der Vermahlungsintensität und/oder der Konfektionierung unterschiedliche Mischfutter (Pellet fein vs. Schrot grob / Extrudat grob vs. Pellet grob / Schrot grob vs. Pellet grob) verglichen. In der 4. Versuchswoche, d. h. am Tag 20 des Versuchs, erfolgte die experimentelle orale Infektion der Ferkel mit E. coli (F4, STI, STII, LTI). In den darauffolgenden 6 Tagen wurde der Verlauf der Infektion und der Erkrankung anhand verschiedener Untersuchungsparameter beobachtet: Neben der Lebendzellzahlbestimmung im Kot mit klassischen kulturellen Verfahren und der Messung von Trockensubstanzgehalten und pH-Werten wurden die Stärke- und Elektrolytgehalte im Kot quantifiziert. Zur Sektion (d43 - 46 des Versuchs) wurden die Tiere in zwei Gruppen aufgeteilt: Aus jeder Fütterungsgruppe wurden 4 Tiere ein zweites Mal experimentell mit E. coli infiziert und 2 Stunden nach der Erregeraufnahme euthanasiert. In der Ingesta von Magen, Dünndarm1-3 und Caecum erfolgte der quantitative Nachweis der zuvor aufgenommenen Erreger. Die übrigen Tiere wurden 6 Stunden nach dem Futterangebot ebenfalls euthanasiert und der Inhalt von Magen (geviertelt), Dünndarm (gesamt) und Caecum entnommen. Die Ingesta wurde auf TS-Gehalt und pH-Wert untersucht, im Mageninhalt wurden zusätzlich die Gehalte an Chlorid und Laktat ermittelt. Darüber hinaus wurde in vitro die Überlebensfähigkeit von E. coli im Mageninhalt des Fundusbereiches untersucht. Dafür wurde der Mageninhalt der Tiere, die zur Sektion nicht erneut infiziert wurden, verwendet, mit E. coli (F4, STI, STII, LTI) beimpft und für 3, 60 120 und 240 Minuten inkubiert.

Der verabreichte Erreger wurde von allen Tieren, d. h. unabhängig von der MF-Struktur, ≥ 2 Tage mit dem Kot ausgeschieden. Die Anzahl ausscheidender Tiere pro Fütterungsgruppe ging im Verlauf des Beobachtungszeitraumes zurück. Die Erregerkonzentration variierte, unabhängig von der MF-Struktur, 2 Tage p. inf. im Mittel um Werte von 5,69 lg KbE/g Kot. Am Abend nach der experimentellen Infektion bzw. am darauffolgenden Tag war in allen Gruppen der TS-Gehalt im Kot um 42,1 bzw. 11,0 % reduziert, die Kotkonsistenz wurde ungünstiger (Score 3). In der Gruppe Pellet fein war diese Veränderung besonders ausgeprägt (TS: 211 g/kg uS; Score 3,90) und nur bei diesen Tieren über den gesamten Beobachtungszeitraum zu sehen. Die Elektrolytgehalte (Na, K, Cl) im Kot waren nur am Abend nach der Erregeraufnahme signifikant erhöht (insbesondere Na im 3. Durchgang: Schrot grob bzw. Pellet grob: Anstieg um 300 bzw. 396 %). Unabhängig von der MF-Variante, welche die Tiere vor der Sektion erhielten (Pellet fein bzw. Schrot grob), blieben die Keimzahlen in vitro im inkubierten Mageninhalt über die gesamte Zeit von 240 min konstant. Bereits 2 h nach oraler Aufnahme konnte der applizierte Erreger in der Ingesta von Magen, Dünndarm und Caecum nachgewiesen werden. Unterschiede bezüglich der Erregerkonzentration in Abhängigkeit von der MF-Struktur zeigten sich ausschließlich im Chymus des cranialen Dünndarm. Da der Erreger schon 2 h p. inf. im Caecuminhalt nachweisbar war, ist zumindest für einen Teil der oral aufgenommen E. coli eine Umgehung der Magenbarriere entlang der kleinen Kurvatur des Magens anzunehmen. Diese Keime dürften dementsprechend dem Magenmilieu kaum oder gar nicht ausgesetzt gewesen sein. Nach erfolgter Magenpassage scheint jedoch die pro Zeiteinheit in den Dünndarm flutende Erregerzahl deutlich geringer, wenn grobes schrotförmiges Futter angeboten wurde. Da sich diese Ergebnisse in vivo von den Untersuchungen zur Überlebensrate in vitro unterschieden, stellt sich die Frage, ob dies durch eine in vivo effektivere Magenbarriere (vollständige Passage des Magens, nicht nur Inkubation in einem kleinen Ausschnitt) oder aber durch eine bei grober Futterstruktur zu erwartende langsamere Magenpassage (Beobachtungszeitraum waren hier nur 2 h) erklärt werden kann. Die mit dem Kot ausgeschiedene Erregerkonzentration unterschied sich nicht zwischen den Fütterungsgruppen und sowohl in vivo bei der Passage des Gastrointestinaltraktes als auch in vitro bei der Inokulation von Mageninhalt der Fundusregion blieb der Erreger kolonisationsfähig.

Jedes Untersuchungsergebnis für sich genommen ergab somit zunächst keinen Hinweis auf prophylaktische Effekte einer gröberen Futterstruktur auf den Verlauf einer Infektion mit Durchfall auslösenden E. coli. In Kombination deuten jedoch die kürzere Ausscheidungsdauer und die geringeren Abweichungen (Absinken) des TS-Gehaltes und der Konsistenz des Kotes auf eine Reduzierung der Ausbreitung in einer Tiergruppe, wenn ein gröber vermahlenes Mischfutter angeboten wird.

abstract (englisch)

Against the background that diarrhoea often occurs in the period of weaning the aim of the present study was to test whether feed structure can also have beneficial dietary effects on the outcome of an artificial infection with enterotoxigenic E. coli, especially in terms of intensity of clinical symptoms. Therefore, 20 weaned barrows were used in each of three trials. For 6 weeks the piglets were fed a botanically and chemically identical diet that was offered ad libitum. In every trial diets that differed in grinding intensity and/or compaction were compaired (finely ground pellet vs. coarsely ground meal / coarsely ground extrudate vs. coarsely ground pellet / coarsely ground meal vs. coarsely ground pellet). After 3 weeks of feeding the different diets, each piglet was infected orally with E. coli (F4, STI, STII, LTI) on day 20 of the trial. Over the next 6 days, the course of the infection and the disease were observed by using various test parameters: In addition to the counts of E. coli in faeces with classical cultural techniques, the dry matter content and pH values as well as the starch and electrolyte levels in faeces were determined. At dissection (d43-46 of the trial) the animals were divided into two groups: Four piglets out of each group were artificially infected with E. coli for a second time and euthanised 2 hours later. In the digesta of the stomach, the small intestine1-3 and the caecum the applied agent was verified quantitatively. Six hours after feed supply, the remaining animals were euthanised as well and the contents of the stomach (quartered), the small intestine (in total) and the caecum were removed. The whole ingesta was analysed for dry matter content and pH value, chloride and lactate were analysed only in gastric content. In addition to that, the viability of E. coli in the stomach content from the fundic region was examined. Therefore, stomach content of the non-infected piglets was taken, E. coli (F4, STI, STII, LTI) was added and incubated for 3, 60, 120 and 240 minutes.

All piglets, regardless of feed structure, excreted the applied agent via faeces for ≥ 2 days. The number of animals per feeding group that excreted the applied agent decreased within the period of observation. Two days p. inf. the counts of the pathogen varied on an average value of 5.69 lg cfu/g faeces and even in the further course it did not differ between the animals in response to feed structure. The evening after artificial infection or the following day the dry matter content of faeces declined in all groups by 42.1 or 11.0 % and the faecal consistency was more inconvenient (score 3). This change was particularly pronounced in the group fed fine pellets (DM: 211 g/kg FM; score 3.90) and solely these animals showed this drop over the entire observation periode. The content of electrolytes in faeces rised significantly only in the evening after the artificial infection (especially Na in the 3rd trial: coarse meal or coarse pellet: 300 or 396 % increase). Regardless of the diet the animals consumed before dissection (fine pellet / coarse meal) the counts of E. coli in the stomach content of the fundic region were constant over the entire 240-min-period of incubation. Despite the 4-hours stay in the gastric content, the pathogen kept the potential to multiply. Already 2 h after oral ingestion, the applied agent was verified in the digesta of the stomach, the small intestine and the caecum. Differences regarding the counts of the pathogen depending on the feed structure were exclusively shown in the digesta of the cranial third of the small intestine. Since the pathogen was detectable in the content of the caecum already 2 h p. inf., it seems that the ingested E. coli at least partially circumvents the stomach barriere. These germs are likely to have hardly or not at all been exposed to the gastric environment. After passage through the stomach, the counts of bacteria entering the small intestine per unit of time seemed to be reduced with feeding coarsely ground meal. As the results in vivo differ from the investigations on survival in vitro, the question arises whether a more effective stomach barriere function in vivo (complete passage of the stomach, incubation not only in a small part of stomach content) or a slower gastric passage after feeding a coarsely ground diet (period of observation lasted only 2 h) might explain this phenomenon. The counts of the excreted pathogen did not differ between the feeding groups and both, during the passage of the gastrointestinal tract in vivo and the inoculation within the gastric content in vitro, the agent was still able to multiply.

At the first look, each test result taken by itself provides no evidence that feed structure could influence the course of an infection with diarrhoea causing E. coli. But the shorter period of excretion and the minor deviations in DM content and faecal consistency in combination might indicate some prophylactic effects of a coarsely ground diet on the spreading of the infection within a group of animals.

keywords

Mischfutterstruktur, Absetzferkeldiarrhoe, Magenbarriere / diet’s structure, post weaning diarrhoea, stomach barrier function

kb

2.997