Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Effects of different flooring designs on the performance and foot pad health and on the development of antimicrobial resistance in commensal Escherichia coli in broiler and turkey production

Chuppava, Bussarakam

Housing of poultry on littered concrete floors is the common system for commercial poultry production in Europe. The objective of this study was to evaluate the effects of different types of flooring designs on the performance and foot pad health as well as on the development of antimicrobial resistance in commensal Escherichia coli in fattening broilers and turkeys.   Overall, eight consecutive trials with 240 broilers (Ross 308) respectively turkeys (B.U.T. 6) each were performed. After a one-week adaptation period, birds were allocated to four different housing systems in 12 boxes (per system 3 boxes with 20 animals each), until the end of the rearing period at day 36. Beside the two different drinking systems (nipple drinkers for broilers and bell drinkers for turkeys), housing systems were identical for both species. Different flooring designs were used to establish different degrees of contact intensity of the animals to the excreta; the first group was kept on dry wood shavings (G1-entire floor pen covered with litter) as the control experiment. The second group was kept on dry wood shavings, to improve the litter quality, additionally a floor heating was installed (G2-floor pen with litter and having floor heating). The birds in G1 and G2 had full contact with the mix of excreta and wood shavings during the entire study period. In order to monitor the influence of intensity of contact between birds and their excreta, a plastic slatted flooring system was installed on 50%, including a littered area (G3-partially slatted flooring). The fourth group was housed completely on plastic slatted flooring (G4-fully slatted flooring) with a sand bath (900 cm2). Due to a total lack of litter material in the G4, a sand bath was made available for the animals. Number of animals was reduced by dissection at the end of day 21 to 144 animals in every trial. Feed and water intake was recorded daily on group basis. The body weight and FPD-Scores (0 = normal skin; 4 ≥ half of foot pad necrotic) were carried out once a week.   The total of eight trials differed in term of the animal species used (three broilers and five female turkeys) and the frequency of use of an antimicrobial. The trials were performed with no administration of an antimicrobial, with one time administration via the drinking water (Baytril® 10%; 10 mg enrofloxacin/kg BW) for 5 days (days 10-14) or two times with additional administration was carried out on days 26-30. A simulation of losses of drinking water (containing enrofloxacin) into the litter was carried out in the above mentioned times (days 10-14 and days 26-30). Furthermore the trial with changed environment was achieved by moving the animals at day 15 to new pens with the same conditions as previously after antimicrobial administration (days 10-14). E. coli were isolated from cloacal swabs and poultry manure samples. Sample collection was done before the treatment, after the treatment and at the end of the trials at day 35. The resistance of E. coli isolates to enrofloxacin and ampicillin was determined using broth microdilution.   Effects of housing system on the performance and foot pad health   Animals of both species had a significantly higher final body weight at dissection (day 36) after being reared on fully slatted flooring (G4) compared to common littered floors (G1, p<0.05). In both species, water to feed ratio was significantly higher when using littered floor pens with floor heating (p<0.05). In turkeys, the feed conversion ratio was worse in group with fully slatted flooring (G4: 1.51 ± 0.03) than in G1 (1.45 ± 0.03), G2 (1.47 ± 0.03) and G3 (1.47 ± 0.05). Overall, at the beginning of experiment, there was no evidence of external FPD lesions and was then gradually increased during ongoing trials. The provision of litter on the floor had no relevant effect on foot pad health in broilers (FPD-scores ≤ 1). On the other hand, turkeys’ foot pad health was significantly better in G4 than in other groups beginning at day 21 (p<0.05). The litter quality of the final litter was significantly worse in the group with partially slatted flooring - littered area (G3) in broiler and turkey experiments. Despite forced water consumption in the floor heating group in this study, the litter moisture contents in the floor heating group and that without floor heating resulted in scarcely different values. The floor heating used in the present study was not efficient enough to produce drier litter. The negative correlation between body mass and foot pad health in littered systems occurred (the higher the body weight, the worser the FPD-scores), but no correlation could be observed as a result of using slatted flooring.             Effects of housing system with regard to the development of resistant Escherichia coli   In these studies, broiler chicks and turkey poults had not been previously exposed to antimicrobials. However, resistance E. coli isolates were found from day-old chicks’ meconium. Before treatment stage, two trials, isolates showed resistance to enrofloxacin and in three trials these were resistance to ampicillin. It could be strongly suggested the possibility of vertical transmission from parent flocks as one possible explanation.  After treatment with enrofloxacin via drinking water, the frequency of resistance E. coli to enrofloxacin isolates in cloacal swab and poultry manure samples was significantly higher than at before treatment stage even a single treatment or double treatment in all flooring (p<0.001). At the end of trials, the higher resistance proportion to enrofloxacin was found in isolates in all types of floor designs from two times antibiotics using compared with one time treatment. In addition, there were no different of sensibilities between two areas of the box. A simulation of losses of drinking water (containing enrofloxacin) into the litter had no significant effect on the development of resistance. Resistance to enrofloxacin was not detected when the antimicrobial substance was indirectly sprayed with water into the environment. Flooring structure designs had no direct impact on the development of antimicrobial resistance, in spite of animals having no contact to litter. Overall enrofloxacin resistance was different between the unchanged and changed environment (p<0.05). A trial was performed in order to determine whether a change in the environment was able to slow down the development and spread of resistance led to the desired result. At the same time, ampicillin-resistant isolates were observed despite not using ampicillin. In addition, prevalence of isolates resistant to ampicillin rose significantly.   On the basis of these findings, it can be concluded that the litter quality has a significant influence on performance and foot pad health in fattening broilers and turkeys. The results in this study do not justify the use of slatted flooring systems. However, minimising the contact between birds and their manure seems to favour the performance and foot pad health in poultry. It is, therefore, necessary to consider how a similar excellent litter quality can be achieved in basically littered husbandry systems common in Europe. In group partially slatted flooring - littered flooring (G3), due to a certain preferential behaviour of the animals to the littered area, the litter there is disproportionately poor, which perhaps outweights the possible advantages of the slatted areas. For this reason, slatted areas should be made more attractive to turkeys by adding elevated platforms as an additional offer or placing feeding and drinking resources in this area. Increasing the amount of time turkeys spend in the slatted areas could result in more efficient separation excreta from the animals leading to drier littered areas. This could give the littered areas an added value for the realization of natural behaviours in birds. Together, this could benefit their health and performance.   Furthermore, having analysed the results of development and prevalence of enrofloxacin and ampicillin-resistant E. coli isolates, the importance of a possible transmission of resistances has to be pointed out. In addition, as already known, the important objective should be to significantly reduce the frequency of treatments with antibacterial substances. The oral administration of enrofloxacin seems to be associated with a significant increase in the frequency of resistance to enrofloxacin in commensal E. coli isolates. Flooring structure designs did not directly affect the development of antimicrobial resistance, there was no clear evidence of any different developments in resistance in the littered and slatted flooring systems. The animal-to-animal contact seems to be essential in the transmission of resistances. This would be a follow-up hypothesis, which can be derived from the present studies, but still requires further investigation. To resolve the problems with antimicrobial resistance, suppression of a transmission within the flocks and overall good environment in the husbandry are needed with maximal efforts to get the animals healthy.

In der Geflügelmast ist die Haltung auf planbefestigten Böden mit Einstreu das Standardsystem in Europa. Ziel dieser Studie war es, die Leistung und die Gesundheit der Fußballen von Masthühnern und Puten sowie die Entwicklung einer antimikrobiellen Resistenz bei Escherichia coli in Abhängigkeit von der Bodengestaltung zu bewerten.   Insgesamt waren acht aufeinander folgende Durchgänge mit jeweils 240 Masthühnern (Ross 308) bzw. weiblichen Mastputen (B.U.T. 6) Gegenstand der Untersuchungen. Nach einer einwöchigen Adaptionszeit wurden die Vögel in zwölf Boxen (mit je 20 Tieren) für vier Wochen gemästet. Insgesamt vier verschiedene Bodengestaltungen mit je drei Wiederholungen pro System wurden in dem Versuchsvorhaben getestet. Ansonsten waren die Haltungseinrichtungen für beide Spezies identisch, sieht man von der verschiedenen Tränketechnik ab; Nippeltränken für Masthühner, Glockentränken für Puten. Gruppe 1 (G1) diente als Kontrolle, d.h. die Boxen waren mit planbefestigtem Boden und Einstreu (Hobelspäne) ausgestattet. In der zweiten Gruppe (G2) war zusätzlich eine Fußbodenheizung installiert. In den beiden anderen Gruppen war zu unterschiedlichen Anteilen eine perforierte Fläche verbaut. In Gruppe 3 (G3) waren 50 % der Boxengrundfläche mit einem speziellen Kunststoffrostenboden für Mastgeflügel ausgestattet, wohingegen in der Gruppe 4 (G4) der komplette Boden mit diesen Elementen ausgestattet war. Zusätzlich wurde den Tieren in G4 ein Sandbad in der Größe von 900 cm2 angeboten. Am Ende des 21. Lebenstages wurde die Tieranzahl in jedem Durchgang auf 144 Tiere reduziert. Die Futter- und Wasseraufnahme wurde täglich auf Gruppenbasis erfasst. Das Körpergewicht und die Fußballengesundheit wurde mittels eines etablierten Scores bewertet (FPD-Score: 0 = normale Haut; 4 ≥ Hälfte des Fußballens nekrotisch verändert).   Die insgesamt acht Durchgänge unterschieden sich im Hinblick auf die verwendete Tierspezies (dreimalig Masthühner, fünfmalig weibliche Puten) und den Einsatz einer antibakteriell wirksamen Substanz. Einerseits gab es Kontrolldurchgänge, in denen auf einen Einsatz von Enrofloxacin über das Trinkwasser verzichtet wurde, andererseits wurden Untersuchungen zu einer einmaligen, einer zweimaligen oder zur Kontamination der unmittelbaren Tierumgebung mit Enrofloxacin durchgeführt. Die Gabe von Enrofloxacin erfolgte bei einmaliger Verabreichung (Baytril® 10 %; 10 mg Enrofloxacin/kg BW) für 5 Tage (Tage 10-14), bei zweimaliger Gabe zusätzlich an den Tagen 26-30. Eine Simulation der Verluste von Trinkwasser (mit Enrofloxacin) in der Einstreu wurde ebenfalls in den oben genannten Zeiten (Tage 10-14 und Tage 26-30) durchgeführt. Zusätzlich wurden die Tiere in einem Versuch nach Beendigung der Behandlung in eine neue Umgebung verbracht. Der Testkeim (E. coli) wurde sowohl aus Kloakenabstrichen als auch aus der Einstreu isoliert. Die Probenahme erfolgte vor der Behandlung, nach der Behandlung und am Ende der Versuche an Tag 35. Die Resistenz von E. coli-Isolaten gegenüber Enrofloxacin und Ampicillin wurde mittels Mikrodilutionsmethode geprüft.          Auswirkungen der Bodengestaltung auf die Leistung und die Gesundheit der Fußballen   Tiere beider Spezies hatten bei Haltung auf perforiertem Boden (G4) zum Zeitpunkt der Sektion (Tag 36) eine signifikant höhere Körpermasse als bei Haltung auf Einstreu (G1; p<0,05). Die Verwendung einer Bodenheizung (G2) führte zu einer signifikant weiteren Wasser:Futter-Relation (p<0,05). Bei Puten war der Futteraufwand pro kg Zuwachs in Gruppe 4 (G4: 1,51 ± 0,03) schlechter als in den übrigen Gruppen (G1: 1,45 ± 0,03; G2: 1,47 ± 0,03; G3: 1,47 ± 0,05). In den Versuchen an Broilern ergaben sich keine wesentlichen Unterschiede in der Fußballengesundheit in Abhängigkeit vom Haltungssystem (Scorewerte ≤ 1). Andererseits zeigte die Haltung auf perforierten Böden bei Puten Effekte auf die Fußballengesundheit. Diese war signifikant besser bei Haltung auf Rosten (G4), beginnend mit Tag 21 (p<0,05). Die Verwendung einer Fußbodenheizung führte zu einer signifikant höheren Wasseraufnahme, d.h. der positiv Effekt der Heizung auf die Einstreuqualität wurde aufgehoben. Die in der vorliegenden Studie verwendete Fußbodenheizung war nicht effizient genug, eine trockenere Einstreu zu erzeugen. Die Korrelationsanalysen konnten für Puten in Bodenhaltung auf Einstreu eine negative Korrelation zwischen Körpermasse und Scorewerten hinsichtlich der Fußballen nachweisen. Bei Verwendung von Vollperforation hingegen gab es keinen Zusammenhang zwischen Körpermasse und Fußballengesundheit.   Auswirkungen der Bodengestaltung auf den Nachweis von Resistenzen in Escherichia coli   In einzelnen Durchgängen war der Nachweis von antimikrobiellen Resistenzen gegenüber Enrofloxacin (zwei Durchgänge) und Ampicillin (drei Durchgänge) bereits 24 Stunden nach Einstallung, dem Zeitpunkt der ersten Probenentnahme, möglich. Vor dem Hintergrund dieser Ergebnisse ist die Bedeutung der vertikalen Übertragung von Resistenzen aus Elterntierherden zu diskutieren. Nach der Behandlung mit Enrofloxacin über das Trinkwasser war der Anteil der Isolate aus Kloakentupfern oder aus der Einstreu, die eine Resistenz gegenüber Enrofloxacin trugen, signifikant höher als vor der Behandlung (p<0,001). Die zweimalige Behandlung zeigte insgesamt die deutlichsten Effekte auf den Nachweis von Resistenzen. Eine Simulation von Tränkwasserverlusten in die Einstreu bei Puten führte zu keinem signifikant häufigeren Nachweis von Resistenzen gegenüber Enrofloxacin. Die unterschiedliche Bodengestaltung blieb bei Gesamtbetrachtung aller Durchgänge ebenfalls weitestgehend ohne Effekt. Die Verbringung der Tiere nach erfolgter antibiotischer Behandlung in einen unbelasteten Bereich schien sich hingegen durchaus positiv auszuwirken, d.h. der Nachweis von Resistenzen war geringer (p<0,05). Während der gesamten Versuchsphase wurden immer wieder Ampicillin-resistente Isolate nachgewiesen, obwohl Ampicillin niemals zum Einsatz gekommen war.   Auf der Grundlage dieser Ergebnisse lässt sich ableiten, dass die Qualität der Einstreu einen wesentlichen Einfluss auf die Leistung der Tiere und die Gesundheit der Fußballen bei Masthühnern und insbesondere bei Puten hat. Die Trennung der Tiere von ihren Exkrementen durch Verwendung perforierter Bereiche kann dabei eine Möglichkeit sein, die Einstreuqualität zu verbessern. Die Ergebnisse dieser Studie rechtfertigen dennoch in keiner Weise den großflächigen Einsatz von Spaltenbodensystemen. In der teilperforierten Gruppe (G3) war die Einstreuqualität im nicht-perforierten Bereich über Phasen eher schlechter, was möglicherweise auf eine gewisse Präferenz der Tiere für diesen Bereich bei normalen Umgebungstemperaturen hindeutet. Im vorliegenden Versuchsvorhaben waren die perforierten Flächen von identischer Einbauhöhe wie der Einstreubereich. Die Schaffung von erhöhten Ebenen könnte gerade für Puten ein Attraktivum sein, dass partiell für diese Spezies in Teilbereichen von Ställen die Trennung von der Einstreu ermöglicht, es dort zu Akkumulation von Exkrementen kommt und dadurch gleichzeitig der eigentliche Einstreubereich wesentlich an Qualität gewinnt, weil arttypisches Verhalten wesentlich ausgeprägter in trockenen Einstreubereichen möglich ist.   Im Hinblick auf die Untersuchungen zum Vorkommen gegenüber Enrofloxacin und Ampicillin-resistenter E. coli Isolate ist auf die Bedeutung eines möglichen Transfers von Resistenzen aus den vorgelagerten Bereichen hinzuweisen. Darüber hinaus – wie bereits bekannt – sollte es das übergeordnete Ziel sein, die Anzahl der Behandlungen mit antibakteriell wirksamen Substanzen deutlich zu reduzieren. Die orale Verabreichung von antibakteriell wirksamen Substanzen (hier Enrofloxacin) geht in der Regel einher mit einer signifikanten Erhöhung der Häufigkeit Resistenzen tragender Keime. Der Effekt unterschiedlicher Haltungssysteme war in dieser Studie gering. Dem engen Tier-zu-Tier Kontakt scheint bei der Übertragung von Resistenzen eine wesentliche Bedeutung zuzukommen. Diese wäre eine Folgehypothese, die sich aus den vorliegenden Untersuchungen ableiten lässt, allerdings noch weiterer Untersuchungen bedarf. Faktisch kommt der Unterbindung eines vertikalen Eintrages in die Mastbestände sowie der maximalen Bestrebungen zum Erhalt der Tiergesundheit (und damit einer Vermeidung der Nutzung antibakterieller Wirkstoffe) die größte Bedeutung zu, möchte man die Situation nachhaltig entschärfen.

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Chuppava, Bussarakam: Effects of different flooring designs on the performance and foot pad health and on the development of antimicrobial resistance in commensal Escherichia coli in broiler and turkey production. Hannover 2018. Tierärztliche Hochschule.

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